一城一北斗|基于北斗的变电站授时技术（智慧能源）

申报单位：中国南方电网有限责任公司

联合申报单位：南方电网数字电网科技（广东）有限公司

主要完成人：樊灵孟、卢操、林克全、王文溥、李金、李艳飞

一、案例简介

在电力系统中，由于电力系统送、受端分散，各自动化装置内部时钟存在固有误差，不同装置之间难以达到时间同步，且积累误差将会随着运行时长增加而不断增大，而对于电力系统继电保护、调度操作等存在时序要求的操作，必须有一个统一的时间基准。因此调度机构、变电站和发电厂都在大力发展电力系统时间同步系统，为调度、生产控制等系统提供统一的时间信号。现有GPS基准时间同步系统存在信号可靠性、安全性和单一依赖风险，而北斗卫星具备的授时功能为这个问题提供了新的探索方向。本案例基于北斗卫星授时技术，在南方电网构建变电站时间同步系统。利用高精度算法测算北斗信号空间传播时延，采用高精度时钟模型，消除卫星传播时延和接收机处理时延误差，实现微秒级的时钟同步精度。在变电站基于主从时钟部署，基于变电站内数据网实现主从时钟、需授时装置的时间信息同步，通过北斗授时高精度时间同步服务的应用，实现各个变电站之间的数据交换和控制操作的精确同步，从而提高系统的协同工作效率和可靠性。

二、技术方案

1）技术组成：本案例采用北斗卫星授时技术，首先利用高精度算法测量北斗卫星信号在空间传播的延迟时间，包括电离层和对流层延迟。其次采用高精度时钟模型，根据环境因素和设备特性自动调整校准参数，从而消除卫星信号传播时延和接收机处理信号时延引起的误差，实现微秒级的时钟同步精度。此外，利用站内通信、4G／5G网络通信技术，实现主从时钟、站内需授时装置的时间信息传递。

2）部署方案：在中心站部署高精度时钟和北斗卫星接收天线，设置为主时钟。主时钟由卫星接收模块、输入模块、处理模块，信号转换模块、守时模块、输出模块和电源模块等组成。在其余变电站部署高精度时钟，设置为从时钟，从时钟没有卫星接收模块，其余与主时钟相同。主从时钟、站内需授时设备均通过变电站内数据网进行时间信息同步。

3）运维管理：对于变电站内数据网的可用性和安全性由责任单位牵头管理，按照南方电网作业规范开展运维工作；对于站内授时装置的维护保养计划，明确维护周期、维护内容和设备主人；建立设备运行状态监测系统，实时监控设备运行情况，及时发现并处理设备故障，保障系统稳定运行。

4）应用方案：变电站时间同步系统主要采用两种工作模式。时间同步模式，主时钟接收、处理包含时间信息的北斗信号，转换为B码格式的时间信息，将本地时钟和北斗时间实时校准，同时将B码格式的时间信息通过站内数据网传输给从时钟或者站内需授时装置，从而实现各个变电站之间的精确同步；守时模式，当北斗信号断开或屏蔽时，主时钟依靠本地时钟进行守时，等待北斗时间信号恢复，和北斗时间实时校准，获得高稳定度和精确度的时频信号。从时钟的工作模式与主时钟相同，分为与主时钟时间同步模式和守时模式。

三、创新亮点

1）北斗卫星授时技术，由于北斗卫星具备全球覆盖、采用多个卫星进行时间信号传输和校准的特点，可以实现跨地域、远距离的高精度时间同步服务，并且在天气恶劣和环境复杂的条件下，仍能提供稳定的服务。

2）高精度时钟模型，通过消除卫星信号空间传播时延误差和接收机处理时延误差，可以实现微秒级的时间同步。

3）变电站时间同步系统可以基于变电站内数据网实现站内需授时装置和系统的时间同步，并且可以实现中心站和非中心站之间的时间同步，实现各个变电站之间的数据交换和控制操作的精确同步，从而提高系统的协同工作效率和可靠性。