GPS时间服务器在电力SCADA系统中的应用

1.概述
    电网调度综合自动化系统SCADA功能为调度员、集控员提供了各个变电站的实时数据及信息，并可以使他们方便地进行事故重演或历史数据和信息查询。在系统设计时，需要考虑更多的是网络结构、通讯规约转换、数据存储方式介质和满足SCADA功能的几项性能指标要求，而没有考虑系统全网时钟不同步会造成什么影响。由于系统全网时钟不同步会造成一些较为特殊的故障，如数据和信息丢失、SOE事件信息逻辑混乱、某些工作站死机甚至系统瘫痪，因而为了消除时钟不同步的影响，我们有必要分析时钟同步在系统中的作用及各种实现方式。
    电网调度综合自动化系统是实时性很强的系统，它采集各个变电站的实时数据和信息，经过系统软件的处理后，在工作站显示相关数据和信息或存储到历史数据库中。电网调度综合自动化系统分为厂站端系统和主站端系统，实现全网时钟同步按三部分进行：
    ①主站端系统各工作站与主服务器对时；
    ②各厂站端系统总控单元与主站端系统对时；
    ③各厂站端系统总控单元与各间隔智能单元对时。
    2. 主站端系统对时

    主站端系统各工作站与主服务器对时的目的，是保证数据发生增加、更改、删除等操作时全网的一致性和完整性。数据的不一致和残缺会造成主备系统切换或历史数据进行存储时，不能正确识别数据的一致性和完整性，从而造成信息和数据的丢失，甚至会导致系统的瘫痪。由于各工作站和服务器的晶振芯片长时间运行后，会出现由于漏电或其他原因造成的时钟不准问题，因而需采取相应的对时方式来实现主站端系统的网络对时，具体如图1、图2所示的方式：
    主站端系统对时方式一般不采用图1的方式，因为GPS时钟装置一般只提供一个网络接口，另外为了要实现与GPS对时，各服务器、工作站和前置机都需要运行对时进程，从而浪费系统资源。采用图2的对时方式，只需前置机运行对时进程定期与GPS时钟装置进行对时，并定期对服务器和工作站等网络设备广播对时命令，从而可以方便地实现全系统的对时，因而主站端系统对时方式一般采用图2的方式。数据写入历史库或报表定时打印一般是在整点时刻进行，此时如进行系统对时将会因时间的不一致，而造成数据的丢失或系统故障。基于这个原因，对时周期（单位：分钟）不应为60的整除数如2、3、4、5等，同时对时周期也不能太长，因而我们建议采用每7分钟系统对时一次。运行情况表明该对时周期能满足系统正常运行的需要。

    3. 各厂站端系统对时
    各厂站端系统总控单元与主站端系统对时，及各厂站端系统总控单元与各间隔智能单元对时的目的，是保证各间隔智能单元实时采集的数据信息，在主站系统经过处理后，能正确重演数据或信息发生的时间、先后顺序和逻辑关系。调度员、集控员根据显示的数据和信息，实时掌握电网一次系统的运行状态，从而保证经济调度、安全调度。
    有些无人值班变电站厂站端系统安装有GPS时钟装置，因而无须与主站端系统对时。没有安装GPS时钟装置的厂站端系统，通过主站端前置机广播对时命令进行对时，由于无须进行数据处理，所以对时周期可设较长时间如30分钟。

    安装有GPS时钟装置的厂站端系统与各间隔智能单元的对时方式可以如图3、图4所示的方式：
    图3的对时方式采用专门的对时网络，虽然可以提高对时精度，但增加了网络设备，同时增加了间隔智能单元的资源负担。较为常用的对时方式是图4所示，由GPS时钟装置通过总控单元接入网络的方式。总控单元与GPS时钟装置对时后，通过对网络广播对时命令，实现与各间隔智能单元对时，对时周期可以设定为30分钟。

    4.结语
    上所述，为了防止系统全网时钟不同步造成如数据和信息丢失、SOE事件信息逻辑混乱、某些工作站死机甚至系统瘫痪的故障，我们必须采取相应的措施实现电网调度综合自动化系统全网时钟同步。实现电网调度综合自动化系统全网时钟同步的方式，一般采用GPS时钟装置与前置机或总控单元对时后，由前置机或总控单元采用网络广播对时命令的方式实现与各间隔智能单元的对时，采用该种方式需要设定满足运行要求的对时周期。