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时间同步监测分析系统的研究和实现 雷霆，黄太贵，汪胜和 （安徽电力调度通信中心，安徽省合肥市 230022） 摘要：电力系统是时间相关系统，介绍了安徽电网时间同步监测分析系统的设计和实现，提出了基于三层架构（实时监测层、实时分析层和综合应用层）的时间同步监测分析技术框架，讨论了时间偏差抑制、时间一致性分析、自守时精度分析、关联分析误差诊断、NTP性能监测等关键技术。 关键词：时间同步 监测 实时 中图分类号：TM63 引言 电网运行以大机组、超高压输电和自动化为主要特征，其运行瞬息万变，无论电压、电流、相角、功角变化，都是基于时间轴的波形。电网安全稳定运行对电力二次设备时间同步精度提出高要求，各类二次系统的稳定工作和作用发挥，更离不开统一精确的时间基准[1-3]。目前普遍采用全球定位系统（GPS）或者北斗系统作为基准时间，在220千伏及以上变电站构建全站统一的时钟装置[4,5]，为保护装置、测控装置等二次设备提供统一对时信号，从而构建基于站内统一时钟的变电站时间同步系统。 人工观测设备时间精确性比较困难，也无法实现全天候观察和分析全局时间一致性。安徽电网在建立覆盖220千伏电网的全站统一时间系统[6]的同时，为实现变电站统一对时的监测管理，开展了时间同步监测技术的研究和应用开发工作。目前已建立基于不同安全区（安全I/II区和安全III区）的时间监测分析系统，初步实现了覆盖厂站侧和主站侧的时间同步闭环管理，为监测电网二次设备时间同步精度提供了技术手段和工作平台。本文基于系统的研究和实践工作，阐述了基于三层架构（实时监测层、实时分析层和综合应用层）的时间监测分析技术框架，讨论了时间偏差抑制、时间一致性分析、自守时精度分析、关联分析误差诊断、NTP性能监测等关键技术。 系统简述 问题分析 为实现设备时间监测，需要分析现有设备的时间接口技术。由于网络的广泛性和互联性，通过网络进行时间监测是一个成本较低的监测手段，其难点则在于提高基于网络的时间监测精度。 监测对象选择方面，站内时钟装置是最主要的监测对象，测控装置为电网运行数据打上SOE时标，通信服务器是站内软对时的核心，上述设备具备监测接口。保护设备不能实现实时监测，只能通过事故记录进行精度分析。 监测技术研究方面，首先考虑时间信息实时采集，结合IEEE NTP和SOE等各项技术，实现时钟运行实时监测、NTP数据实时接收和SOE记录即时传输等；其次是实现NTP时间实时分析和基于SOE记录的对时精度分析；最后考虑基于关联模型的时间误差诊断等综合应用。 监测架构 设计了基于三层架构的时间监测技术框架，按照层次顺序依次如下： 实时监测层。负责NTP、运行状态、SOE等数据的采集和监测。 实时分析层。实现网络运行状态、时钟时间、通信服务器时间和SOE记录的实时分析。 综合应用层。实现全局时间一致性分析、基于设备关联分析的对时误差诊断、基于NTP时间戳的系统性能监测、基于自守时精度监测的分析和授时等。 三层架构的具体构成如图1所示。 系统实现 根据二次系统安全防护情况，采用分区设计子系统方案，两个子系统之间通过隔离装置进行数据传输。在生产控制大区，基于LINUX操作系统，采用C++程序和Qt工具，开发实现时间同步的实时监测与分析功能，主要有时钟状态监测、网络运行监测、NTP时间分析、时间一致性分析、自守时分析等功能。在生产管理大区，基于.NET平台，开发实现监测结果的综合分析、数据展示和考核管理等功能，主要有在线工况、历史数据管理、时间评价、综合应用、报表统计等功能 时间监测分析三层架构 在基于三层架构的时间整体监测技术框架中，按照自底向上的层次顺序依次说明如下。 实时监测层 在操作系统层面实现较好的实时性支持，完成时间监测数据的实时采集和接收。采集数据主要有时钟NTP数据、时钟状态数据、通信服务器NTP数据和测控装置SOE数据等。实时高效获取这些数据是时间监测分析的重要基础。 （1）实时性改造。 NTP时间戳 T1和T4的实时性，对时间精度分析至关重要。对PC服务器预装的LINUX操作系统，进行实时性改造工作，通过模块裁剪和改造，提高中断精度。 （2）时钟运行实时监测。 要求各厂站时钟可基于网络提供变电站时钟运行信息如失步、星数、重启等，通信协议可以自定义协商解决。系统通过通用的数据接口规范，实现对不同监测协议的支持，完成和各类时钟装置的远方通信，实时获取时钟失步、同步卫星个数等时钟运行实时信息。 （3）NTP数据实时监测。根据IEEE NTP协议，时间获取模式按照请求至响应至获取的模式，避免广播方式，减少网络资源占用。系统向NTP服务器发送请求报文，对返回报文进行实时解析。 （4）对时脉冲SOE记录实时监测。参照SOE的设计原理和实现机制，构建实时获取SOE记录的传输途径，通过时钟装置，测控