关于电力信息化系统时间同步技术研究及运用

关于电力信息化系统时间同步技术研究及运用

梁伟伟冯经伦

（国网山西信通公司山西太原030006）

摘要：为了完成分布式系统时间的整齐化统一化，时间同步技术不断发展。本文结合电力信息系统和时间同步技术的相关理论，分析了其在检测功能、准确计费和系统数据整理三个方面的优势。同时，阐述了电力信息化系统时间同步技术的实际应用，为相关研究提供参考。

关键词：电力信息化系统；时间同步技术；时间源技术

前言：电力信息化系统的发展和完善，是我国电力领域不断发展的影响因素之一。新兴技术开发和研究是电力信息化系统发展的必然趋势。新兴技术的融合加强了电力系统的安全性和可靠性，满足现代消费者需求。而身为其中一个分支的电力信息化系统时间同步技术需要受到研究人员的重视。

一、电力信息化系统时间同步技术的优势

（一）提供检测功能

普通的检测系统操作流程包括系统收集信息、信息分析得出性能报告和性能曲线，系统故障位置的甄别以及判断系统故障原因[1]。而电力信息化系统时间同步技术是检测功能正常运行的前提条件。首先，时间同步技术是检测系统信息收集正确性的保障。系统信息的搜集必须包含时间信息搜集。而电力自动化系统时间同步技术保证了时间标准的一致，避免了信息搜集过程中时间上出现差错。同时，在信息分析方面时间同步技术也发挥着重要作用。电力自动化系统时间同步技术能够确定故障发生的时间顺序，确保信息分析得出性能报告和性能曲线的正确性。

（二）保证准确计费

计费系统为了保证费用准确运算，对时间具有很强的依赖性。一方面，计费系统的服务范围较广，系统复杂。由此，确保不同地区不同系统拥有相同的时间标准是计费系统运行的前提。电力信息化系统时间同步技术能够保证时间的一致性。另一方面，计费系统依据服务对象需求起止到结束的时间间隔进行服务费用的计算，这样对系统内不同节点的时间有着很高的要求。时间同步技术能够保证不同系统间、不同节点时间的同步，为计费系统的计算提供时间标准。

（三）系统数据整理

系统数据分析和整理通常会采用不同的方式，也会将不同类型的信息整合，不同时间的信息进行比对。一方面是信息时间的精准性决定了信息是否可利用。如果时间发生错乱的信息被利用到数据分析中去，很难得出准确的数据。另一方面，系统对于时间的规范要求保证了数据分析的真实性和可靠性。基于此，系统数据分析整理对时间有着精准的要求。而时间同步技术对时间的把控和掌握正好符合系统数据分析整理的需求。

二、电力信息化系统时间同步技术的运用

（一）电力系统广域时间同步系统

电力广域系统通过无线通信网络和有限通信网络建立时间同步的系统。电力系统广域时间同步系统主要分为单点一级架构、多点一级架构和二级架构三种类型。三种类型的判断需要依据实际需要范围、资金、设备数量和设备间复杂程度等方面。（1）单点一级架构是电力系统广域时间同步系统中最简单的类型。单点一级架构只需要建立一个时间节点。这个时间节点放置在电力核心节点，直接对接客户端。（2）多点一级架构包括多个一级时间节点，每个一级节点直接对接客户端，根据涵盖范围划分不同区域。多点一级架构是单点一级架构的组合，每个区域的架构都是一个单点一级架构。建立在电力核心的节点为主同步通道，同时选取一个备用同步通道，预防主同步通道出现危险的情况。（3）二级同步架构主要在多点一级通道的基础上增加了中转服务器。中转服务器夹在客服端和一级时间节点中，直接服务直属客户端。二级架构能够针对单一客户进行服务和数据分析，减少了传输到一级时间节点的过程。

（二）北斗时间同步系统

北斗时间同步系统是在我国卫星系统的基础上完成定位导航、时间传递和信息传递的一种时间溯源技术应用。北斗时间同步系统已逐渐应用到电力系统领域，其技术指标和技术特点得到研究项目的欢迎[2]。北斗时间系统通过北斗卫星控制主时钟和备时钟，进而传递到被授时设备系统。为了监控和预防风险，北斗时间同步系统中增加了中心主站监控系统。北斗时间同步系统主要包括以下几点应用：（1）北斗时间同步系统通过本地晶振锁定IPPS信号，再利用晶振将对信号进行整理输出，最后将发出的本地时间信号和北斗信号进行比对，达到各地时间的控制安排。（2）在本地发送时间信号的基础上，北斗卫星系统利用双向时标，计算出本地补偿时间。（3）北斗时间同步系统可以完成远程时间控制。对待终端时间超出标准范围的情况，北斗时间同步系统将通过通信功能发出调动指令。（4）北斗时间同步系统可以对其他时钟装置进行检测。先将其他电力时钟装置中的时间信息转换为IPPS或者B码，然后将IPPS信号输入北斗时间同步系统中，系统通过数据比对分析时间精准性，并进行警告和安全判断。

（三）网络时间同步协议

网络时间同步协议在电力系统中的应用主要表现为对电力系统所应用到的网络领域时间的协调控制。现今常用的网络时间协议主要分为NTP协议和PTP协议两种。NTP协议和PTP协议都需要利用双向脉冲的方法来比对时间测量延时，进而达到时间同步的目的。由于对网络信息管理系统的依赖性，NTP协议经常被应用在变电站的控制中心。NTP协议的应用通过软件就可以实现，操作便捷，成本低廉。NTP协议可以选择多种同步模式，包括同步模式、广播模式以及对等体模式等。但是NTP协议在精准度上有所欠缺，在广域网上控制在1s的精度，在一定的约束下可准确到1-50ms。PTP协议又称为精准时钟同步协议，是随着研究和市场对时间精准度要求的提高而产生发展的。所以相比于NTP协议，PTP协议拥有较高的精准度，能在广域网上能够控制到10μs，在一定约束条件下能够保证在1μs之内。但是PTP协议在操作上需要硬件和软件的相互配合，其中硬件包括主从两端、交换机、路由器和网桥等设备。所以，PTP协议使用成本高于NTP协议。为了保证精准度，PTP协议只有同步模式可以选择。

（四）客户端对时技术

客户端对时技术是电力信息化系统时间同步技术的重要研究方向，主要应用于连接客户端和服务器的通信设备，保证应用程序的正常运行。针对于不同类型电的力信息系统主机操作系统需采用不同的客户端对时技术。Windows系统的操作比较便捷，只需要修改w32time中的相关信息，然后将系统重启就可以完成基本对时。但是针对于Linux和Unix的操作系统就需要采用ntpdate任务方式和ntpd自动调节方式。两者比较，ntpdate任务方式只需要将命令输入系统cron中，操作方便，主要流程一次性完成。但是ntpdate任务方式同步时间是跳跃性的，会导致系统数据出现混乱，文件时间丢失等问题。ntpd自动调节方式需要始终保持运行，安全校时机制将时间安全范围控制在1000s。但是ntpd自动调节方式能够使时间缓慢变化到标准时间，避免系统时间的错乱。ntpd自动调节方式还可以根据需要增加NTP服务器有限服务客户，做到客户端周期和时长的控制。

结论

综上所述，电力信息系统时间同步技术的应用主要表现在广域时间同步系统、北斗时间同步系统、网络时间同步协议和客户端对时技术等方面，推动了国家电力领域的发展。

参考文献

[1]王涛.电力自动化与信息化系统的技术进展[J].电子技术与软件工程,2018(20):108.

[2]储备.电力系统信息化安全技术的应用分析[J].通讯世界,2018(01):179-180.