一城一北斗|基于北斗的變電站授時技術（智慧能源）

申報單位：中國南方電網有限責任公司

聯合申報單位：南方電網數字電網科技（廣東）有限公司

主要完成人：樊靈孟、盧操、林克全、王文溥、李金、李艷飛

一、案例簡介

在電力系統中，由于電力系統送、受端分散，各自動化裝置內部時鐘存在固有誤差，不同裝置之間難以達到時間同步，且積累誤差將會隨著運行時長增加而不斷增大，而對于電力系統繼電保護、調度操作等存在時序要求的操作，必須有一個統一的時間基準。因此調度機構、變電站和發電廠都在大力發展電力系統時間同步系統，為調度、生產控制等系統提供統一的時間信號。現有GPS基準時間同步系統存在信號可靠性、安全性和單一依賴風險，而北斗衛星具備的授時功能為這個問題提供了新的探索方向。本案例基于北斗衛星授時技術，在南方電網構建變電站時間同步系統。利用高精度算法測算北斗信號空間傳播時延，采用高精度時鐘模型，消除衛星傳播時延和接收機處理時延誤差，實現微秒級的時鐘同步精度。在變電站基于主從時鐘部署，基于變電站內數據網實現主從時鐘、需授時裝置的時間信息同步，通過北斗授時高精度時間同步服務的應用，實現各個變電站之間的數據交換和控制操作的精確同步，從而提高系統的協同工作效率和可靠性。

二、技術方案

1）技術組成：本案例采用北斗衛星授時技術，首先利用高精度算法測量北斗衛星信號在空間傳播的延遲時間，包括電離層和對流層延遲。其次采用高精度時鐘模型，根據環境因素和設備特性自動調整校準參數，從而消除衛星信號傳播時延和接收機處理信號時延引起的誤差，實現微秒級的時鐘同步精度。此外，利用站內通信、4G／5G網絡通信技術，實現主從時鐘、站內需授時裝置的時間信息傳遞。

2）部署方案：在中心站部署高精度時鐘和北斗衛星接收天線，設置為主時鐘。主時鐘由衛星接收模塊、輸入模塊、處理模塊，信號轉換模塊、守時模塊、輸出模塊和電源模塊等組成。在其余變電站部署高精度時鐘，設置為從時鐘，從時鐘沒有衛星接收模塊，其余與主時鐘相同。主從時鐘、站內需授時設備均通過變電站內數據網進行時間信息同步。

3）運維管理：對于變電站內數據網的可用性和安全性由責任單位牽頭管理，按照南方電網作業規范開展運維工作；對于站內授時裝置的維護保養計劃，明確維護周期、維護內容和設備主人；建立設備運行狀態監測系統，實時監控設備運行情況，及時發現并處理設備故障，保障系統穩定運行。

4）應用方案：變電站時間同步系統主要采用兩種工作模式。時間同步模式，主時鐘接收、處理包含時間信息的北斗信號，轉換為B碼格式的時間信息，將本地時鐘和北斗時間實時校準，同時將B碼格式的時間信息通過站內數據網傳輸給從時鐘或者站內需授時裝置，從而實現各個變電站之間的精確同步；守時模式，當北斗信號斷開或屏蔽時，主時鐘依靠本地時鐘進行守時，等待北斗時間信號恢復，和北斗時間實時校準，獲得高穩定度和精確度的時頻信號。從時鐘的工作模式與主時鐘相同，分為與主時鐘時間同步模式和守時模式。

三、創新亮點

1）北斗衛星授時技術，由于北斗衛星具備全球覆蓋、采用多個衛星進行時間信號傳輸和校準的特點，可以實現跨地域、遠距離的高精度時間同步服務，并且在天氣惡劣和環境復雜的條件下，仍能提供穩定的服務。

2）高精度時鐘模型，通過消除衛星信號空間傳播時延誤差和接收機處理時延誤差，可以實現微秒級的時間同步。

3）變電站時間同步系統可以基于變電站內數據網實現站內需授時裝置和系統的時間同步，并且可以實現中心站和非中心站之間的時間同步，實現各個變電站之間的數據交換和控制操作的精確同步，從而提高系統的協同工作效率和可靠性。