时间同步误差对电力自动化系统影响的定量分析

摘要：时间同步作为任何分布式系统基础框架的关键机制，其误差的出现能使得系统各方面的控制受到影响。在电力自动化系统的发展中，时间同步技术是一项较为重要的技术，误差的出现降低了电力自动化系统的计算精度，削弱了自动化的性能。文章从时间同步在电力自动化系统中的运行、时间误差出现的原因入手，通过定量分析试验可以验证同步误差对自动化系统的影响因素。

关键词：时间同步误差;电力自动化系统;定量分析;电力系统;电子互感器 文献标识码：A

中图分类号：TM73 文章编号：1009-2374（2015）02-0146-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.0170

时间同步使数据产生于处理系统的所有节点具有全局的、统一的标准实践，从而使系统中的所有消息、实践、节点、数据等具备正确的逻辑性、协调性以及可追溯性。

1 时间同步在电力自动化系统的运用

电力自动化系统对电能生产、传输和管理实现自动控制、自动调度和自动化管理，自动化的领域包括了生产过程的自动检测、调节和控制，系统和原件的自动安全保护，网络信息的自动传输，系统生产的自动调度以及企业的自动化经济管理等。时间同步技术很早就开始应用于电力系统中，传统的时间同步技术仅仅是用来处理过去的数据和信息，但是随着大数据时代的到来和自动化系统技术的发展，电子互感器出现，传统的测控模式不再适用。电子互感器使量化的时间信息直接参与到实时测量和控制中，从而扩大了在电力自动化系统中时间同步技术运用的作用。

目前，在电力自动化系统中运用时间同步技术没有进行定量分析，所以不知道时间同步的误差的大小会对电力自动化系统造成什么程度的影响，电力自动化系统在运行中出现的一些问题也不能及时得到解决。

2 时间同步误差出现的原因

在电力自动化系统中，时间同步一般分为站间同步、间隔层同步、站控层同步、过程同步。在这四个同步中，要求具有时效性的是站间同步和过程同步。当前，因为电力系统范围大、变电站点多，所以在站间同步中没有大量地应用精确时间协议技术，同步源应用的是全球定位系统或者北斗导航系统，这样才能够让各变电站庞大的数据统一集中到相同的时间轴下。在过程同步时，一般都是采用有线脉冲、串行时间码、精确时间协议等方式来进行时间同步，通过站间同步把过程同步采集的数据与其他数据同步，这一步是同步误差大小的关键所在。

影响时间同步误差大小的因素主要有：

2.1 气象因素

电力自动化系统中时间同步一般是通过无线授时的，无线授时受到天气的影响。比如在阴雨天的时候，云层厚度大，电离层变化降低了信号稳定度，使得时间同步系统中时间出现误差或者完全不同步的现象发生。这种情况是属于非可控因素，所以没有办法消除。这种时间不同步的误差是能够累积的，等累积到一定的程度，就会出现较大的误差，从而使电力自动化系统各方面失准。

2.2 天线因素

天线是根据电力建设所在地而安装的，所以受到电力建设所在地地理环境的影响。在各种地势地理环境中，天线可能出现安装位置不佳、缆线过长、被山体遮挡等问题。这些问题的出现使得时间同步系统信号输出抖动大，导致同步不及时或者完全不同步。

2.3 电磁波因素

电力自动化系统在运行时，信号会受到电磁波的强烈干扰，所以在时间同步技术应用于电力自动化系统之前，要把这个因素考虑进去，使同步时较弱的信号不受到电磁波的干扰，从而使同步更为精准。

2.4 距离因素

电力工程所在地的不同使得时间同步距离也不一样，所以，在信号传输的过程中，会受到距离因素的影响出现延迟差，这种延迟差一般出现在站内间隔同步之间。因为电力工程的地址是固定的，这种延迟差也是固定的，所以是可以进行修正的。

3 时间同步误差对电力自动化系统影响试验

3.1 对电力自动化系统测控准确度的影响

本试验的目的是验证间隔层同步误差产生的影响。步骤如下图1所示：

图1 时间同步误差影响测控准确度试验

随着电力自动化系统的数字化，变电站的测控设备一般使用合并单元的数字量以及存放地不同的电子互感器，这个试验在相同电压和电流下，使用标准交流信号源，把这些电压和电流送一部分到电子互感合并单元A，另一部分送到电子互感合并单元B。电子互感合并单元A与基准原子钟同步，而电子互感合并单元B与实践同步系统分析仪的同步信号误差为。电子互感合并单元A与B输出的数字量连接到测控单元，从测控单元获得由引起的攻角测量误差和功率因素，得到的数据中：

=cos（+）=cos（=0）

3.2 恶劣天气时间同步误差的影响

本试验的目的是恶劣天气下，验证时间同步误差对电力自动化系统站间应用的影响。

在图2中可以看出，时钟输出在雷雨开始之前2个小时里，一直处于稳定输出的状态，累积的误差在可存在范围内。但是随着时间过去，时钟在雷雨天气中出现了反复同步和完全不同步的现象，而且输出的稳定性逐渐降低，从第3小时到第4小时这个时间段里，因为没有同步而使得时间误差加大。在4.5小时的时候，明显的同步误差出现，出现了高达11°的相位测量差。由此验证了恶劣天气下，时间同步误差加大，从而影响到电力自动化系统。

图2 天气影响下产生的时间同步误差

4 结语

从定量分析试验中，可以看出时间同步误差对电力自动化系统的影响主要体现在两个方面：一是测控误差的影响;二是恶劣天气的影响。但是，在电力自动化系统中使用时间同步技术能够实现控制、计算、处理等数据或操作的及时性，是电力系统自动化的基础保障。所以，对时间同步技术的研究就变得十分重要，要减少误差，使时间同步技术在电力自动化系统中充分发挥作用，进而促进电力产业的发展。

参考文献

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作者简介：赵海军（1978-），陕西子长人，陕西省地方电力（集团）有限公司榆林电力分公司110kV变电站站长，助理工程师，研究方向：变电运行、管理。