时频科普

基础建设中电网的时间同步服务器应用案例

2022-06-14 10:28:25 zhanghonglei

电网已经运行了很长时间,早在数据网络和以太网系统流行之前。它是世界上最大的基础设施之一,也是最强大的基础设施之一。因此,有人可能会问,为什么我们不按照过去的方式分配权力。

答案隐藏在当今的电力使用方式中,这要求现代电网比过去更加复杂。

首先,负载一直在变化。他们曾经是抵抗性的。例如,灯丝灯泡曾经是电网上最大的负载,它们在电路中充当电阻器。

然而,如今,电力负载更具容性,因为每个人都在为自己喜欢的电子产品充电,例如:手机、平板电脑、笔记本电脑或电动汽车。甚至灯也变得更具电容性,因为它们不再使用灯丝灯泡,而是使用更新的技术,例如 LED。

随着负载变得更加无功,电流和电压不再彼此同相,这使得电网不太稳定。

智能电网概念

时间同步服务器
智能电网概念

另一个显着改变电网的事情是使用了许多不同的清洁能源,这些能源通常是间歇性的——比如太阳能和风能,其中发电机在某些时候但不是一直在发电。可再生能源的发电高度依赖于天气。

电网运营商通常需要从拥有太阳能或风力发电机的家庭和企业购买多余的能源。有时,这些站点会产生过多的能量,并且法规要求运营商接受它。有时,当它们发电量不足时,情况正好相反,因此运营商必须向现场提供能源。

考虑到这些示例,我们可以看到,与过去一样,对于最终用户来说,电源接口已经变得更加复杂。

电网同步需求

那么,这一切与电网中的精确计时到底有什么关系呢?

首先,时间在电网中的使用方式多种多样,对精度的要求也多种多样。

例如,在电站控制室中使用的 IT 数据。在这里,他们需要在企业、IT、服务器和路由器之间进行一种标准的日志文件协调。所有这些网络设备都有他们想要放置时间标签的日志文件,准确度可能在一秒钟内。

另一方面,我们有一个由IEC定义的SCADA系统,它在 1 毫秒内有一个非常具体的时间要求。SCADA 主要用于电网范围的监视和控制。

网格中最大的时序改进是通过使用同步相量实现的。它们用于监控电网稳定性并通过测量电力线的相位变化来预测故障。同步相量的计时标准是 1 微秒。

同步相量主要监测许多不同变电站随时间变化的电压相位。他们正在往下看,看看这个阶段是如何变化的。如果相位随时间迅速变化,或者如果它开始随着位置快速变化超出他们的预期,那将是电网中某种不稳定的迹象。IEEE C37.118.1标准建议将总矢量误差保持在 1% 以下。

在我们的一个合作项目中,我们正在测量瑞典铁路低频电力线的相位差。通过测量相量,我们能够调整频率并微调操作以减少功率损耗。有关此用例的更多信息,请点击此链接

精确定时的另一个重要用途最近已用于行波故障检测,其中故障检测器分散在整个电网中。如果线路出现故障或变压器出现故障,它们可以识别电压峰值。通过及时从探测器进行三角测量,他们可以估计故障发生的位置。这可以节省维护团队的时间,告诉司机他们应该去哪里修理系统。他们开车和四处寻找故障所在的时间越少,他们的效率就越高。没有标准。它越精确,您定位的位置就越准确。每 3 ns 的定时误差大约是 1 米的位置误差。

以下是变电站中需要精确计时的其他一些设备:

  • 智能电子设备 (IED)

  • 相位测量单元 (PMU)

  • 合并单元——这些是接受模拟测量并将其数字化的东西

  • 保护继电器

有时这些被合并到设备中,设备具有多种功能。

功能性需要时间精度要求计时技术
控制室日志文件协调1秒(S)NTP
SCADA系统电网范围的
监控
1msNTP, IRIG
同步相量监测电网稳定性。故障预测。1usIRIG
IEEE C37.118.1-2011
IEEE1588 PTPv2
行波故障检测故障位置在 100 m 以内。提高维护效率。300nsIEE1588 PTPv2

表 1:电网中的同步要求。