基于GPS的变电站内部时间同步方法

　　0 引言

　　GPS从1973年开始建立，迄今已有近30年历史，并被广泛应用于很多领域[1-3] 。变电站是电力系统的重要组成部分，各种监控保护装置众多，这些装置中有相当一部分要具备诸如SOE、故障录波等对时间精度要求非常高的功能，因此变电站应是GPS广泛使用的场合。但由于GPS的推广应用在我国起步较晚且接收模块价格较为昂贵，相当一部分运行的变电站监控保护装置的时间同步仍采用传统方法，即站级PC将本地时间通过站内通信网络分别发送到各装置;这种时间同步方案由于通道延时的不确定及站级PC自身的走时误差，校时精度难以保证。随着GPS应用的日益广泛及接收模块价格的渐趋便宜，GPS校时方法正以其高精度、高可靠性的优势逐渐应用于变电站校时系统中。

　　从实际情况出发，变电站各个监控保护装置没有必要分别配备GPS接收模块，否则不仅价格上非常不合算，而且使得系统复杂性急剧增加，对于低电压等级变电站则更是如此。可行的办法是将数个装置共享一个GPS模块，但如何保证每个装置的高精度校时是一个值得深入研究的问题。

　　本文以某一具体的35 kV变电站自动化系统为例进行了探讨，得出一些有普遍意义的结论。

　　1 校时方案的初选

　　实例变电站的相关内容简介如下：①通信系统采用两级总线式拓扑结构，数台监控保护单元(M)构成通信系统的第1级，若干个通信管理单元(C)构成第2级;②物理层符合通用的RS-485规范，介质访问控制均为主从轮询方式，一次应答过程的时限Tp1=100ms;③监控保护单元CPU为Intel公司的80C196KC，晶振频率为16 MHz，实时时钟 (RTC)分辨率到秒级，高于秒级的时间分辨率由 CPU内部定时器(TIMER)来实现;④开关量由可编程逻辑器件(PLD)实现灵活配置。

　　GPS标准模块输出的同步信号通常有很多限制，因此用于系统校时的GPS装置一般是在此基础上进行二次开发的产品，从而保证输出信号能符合变电站监控保护装置的各种接口规范。参照文献 [4]有关GPS时间同步方法优缺点的讨论，结合实例变电站的具体情况，串行时间信息输出或脉冲信号输出都是可行的，但是由于变电站装置硬件结构已经基本确定，时间信号的引入将会受到限制。对串行方式来说，装置不可能为其另设接口，只能考虑利用原有的通信接口;对于脉冲方式，装置也不可能为其提供专用电路，只能考虑利用开关量通道。综合考虑之后，可以初步得出2种不同的校时方案，它们的外部连接方式如图1所示(本文不考虑站级PC和标准时钟同步问题，并假定其走时准确)。