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智能變電站的穩定運行靠什么來保障

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智能變電站的二次系統通常包含電子式互感器、合并單元、交換機、保護測控等設備。這些裝置必須基于統一的時間基準運行,這對智能變電站的時鐘同步系統提出嚴格的要求。智能變電站微秒級的對時系統究竟是如何實現的呢?

時間是基本物理量,那么時間也就會有精度的問題,不同時間源有著不同的精度。如Apple Watch與iPhone配合使用,同UTC時間誤差不超過50ms。50ms誤差對于人類的感知可以忽略,可是如果用在智能變電站中就顯得不盡人意了。

智能變電站的二次系統通常包含電子式互感器、合并單元、交換機、保護測控等設備。這些裝置必須基于統一的時間基準運行,方能滿足事件順序記錄(SOE)、故障錄波、實時數據采集時間一致性的要求,確保線路故障測距、相量和攻角動態監測、機組和電網參數校驗的準確性。這些要求對智能變電站的時鐘同步系統提出嚴格的要求。

IEC61850標準將變電站分為站空層、間隔層和過程層,對時間同步精度的要求,各層設備是不同的。間隔層設備需要到達ms精度;而過程層設備,由于主要傳輸采樣值、跳閘信息,需要達到μs的同步精度。智能變電站的測試設備DT6000系列(DT6000、DT6000E和DT6000S)的對時精度可達μs的同步精度,完全滿足變電站各層的設備的對時精度。

DT6000系列的對時系統

DT6000系列的對時支持IRIG-B、PPS和IEEE1588三種對時,三種協議全部采用FPGA硬解碼,解碼之后轉換為UTC時標,提供時間給SMV、GOOSE等其他協議,如SMV和GOOSE的接收的時標為硬時標,由FPGA進行打時標,將時間信息插入報文中,實時保存報文信息和時間。在對時的同時,FPGA還進行了校時,即將本地晶振引起的誤差(μs級)進行校正,動態調整均勻調節誤差值。

1.1.1 對時

1. PPS對時

檢測PPS正常與否,有兩個重要的判別依據:

(1) 相鄰脈沖上升沿的時間間隔為1s。當相鄰脈沖上升沿的間隔時間與理想間隔時間(1s)相差大于10μs時,則判定輸入異常。

(2) 脈沖寬度大于10μs,間隔大于500ms。當測量到的脈沖寬度小于10μs,或者測量到的脈沖間隔小于500ms時,則認為輸入異常。

DT6000系列根據上述兩個判別依據并將輸入的信號進行了過濾,去除毛刺信號。如圖 1.2所示為DT6000E經過PPS對時之后,SMV采樣計數器在整秒清零。

2. IRIG-B對時

IRIG-B碼的幀周期是1s,包含100個碼元,每個碼元周期為10 ms,即IRIG-B碼的碼元速率為100pps。IRIG-B碼有3種碼元,二進制“0”、“1”和位置識別標志Px,脈寬分別為2ms、5ms和8ms。脈沖信號所示。

連續2個“P”碼元表示整秒的開始,第2個“P”碼元的脈沖前沿是“準時”參考點,定義其為“Pr”,后面攜帶當前的時間和時間控制相關的信息。IRIG-B的整秒“準時”參考點,SMV的采樣計數器的需要清零,這點和PPS是一樣的,如圖 1.2所示。

3. IEEE1588對時

IEEE1588報文的解碼和打時標都是在FPGA中進行的,工作在Slave模式。打時標是指在同步報文進入或者離開協議棧的時候,用本地時鐘信息標記同步報文的過程。時間戳的獲取方式直接影響時鐘同步的精度,獲取時間戳的地點約接近物理層,越能很好的避開報文在協議棧中的延時抖動,所能夠達到的同步精度也就越高。在FPGA中進行報文解碼和打時標為在MII層打時標,為硬件打時標,精度最高。

1.1.2 校時

DT6000系列在對時的同時會進行校時,校正本地晶振的誤差值。為校時調整的一個實例說明圖,由圖中可以看出第一次粗略調節值為+99,第二次精確調節為正向,此時的Value=+99+9=+108,第三次精確調節為反向,此時的Value=+108-2=+106,在獲取Value值的同時計數器也在一直均勻的調節。

校時電路(FPGA)工作在100MHz主頻下,經過實際測量,校正穩定之后,溫度變化不大的環境下,其精度誤差不超過20個周期(10ns),經過校時之后,對時精度從μs級可變為200ns級。并且采用校時電路之后,在移除校時設備之后都能長時間保持本地的時間的高準確度。

1.1.3 授時

DT6000系列支持IRIG-B碼和PPS的授時,DT6000S有兩個光串口,因此支持兩個光串口同時授時。如圖 1.7所示為DT6000E的IRIG-B碼授時界面,PPS的授時等同。

以上是eeworld電子工程網電源管理編對關于智能變電站的穩定運行靠什么來保障資料的詳細介紹,希望通過小編的講解,能夠給大家帶來新的認識,關注eeworld,電子工程,將會給您介紹更多關于電源管理的相關知識。

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