本发明专利技术关注在系统参考时间的临时缺失期间在工业过程控制系统的并且特别地变电站自动化系统的装置（２，１０，２０，３０）中的改进的时间同步化。因此，避免由于在系统参考时间的临时缺失后的重新同步化引起的时间关键保护和控制功能的中断，并且增加在装置上配置的时间关键功能的可用性。在正常操作期间，系统的装置记录系统参考时间和装置的内部本地时钟之间在若干小时期间的偏移或差异。系统参考时间一损坏，装置马上开始基于记录的偏移历史预测它的本地时钟和不可用系统参考时间之间的偏移或漂移。作为暂时时钟主装置，装置然后基于针对预测偏移而被校正的装置的本地时钟分发近似或暂时系统参考时间，给系统的其他装置，其进而运行时间关键保护和控制功能。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使工业过程控制或自动化系统的多个装置、并且特别地涉及使电力输 送系统的变电站的变电站自动化系统的多个装置时间同步化的领域。
技术介绍
在高压和中压电力网中的变电站包括例如电缆、线路、母线、开关、电力变压器和 仪表互感器(instrument transformer)等初级装置，它们一般设置在开关站和/或间隔 (bay)中。这些初级装置采用自动方式通过变电站自动化(SA)系统来操作。SA系统包括 次装置，即所谓的智能电子装置(IED)，其负责初级装置的保护、控制和监测。IED可被指派 至分层等级，即站级、间隔级和过程级，后者通过所谓的过程接口与间隔级分开。SA系统的 站级包括具有人机界面(HMI)和到网络控制中心(NCC)的网关的操作员工作站(OWS)。在 间隔级上的IED(也称为间隔单元)进而通过间隔间或站间总线连接到站级上的IED以及 互相连接，主要用于交换命令和状态信息的目的。过程级上的IED包括例如用于电压、电流 和气体密度测量的电子传感器、用于感测开关和变压器抽头变换器位置的接触探头和/或 用于控制像断路器或隔离开关的开关装置(SWitchgear)的智能致动器(I/O)。一般，变电站IED的内部本地时钟可呈现高达每秒0. Ims的漂移，而甚至对于具 有中等质量时钟的PC，每秒0. 015ms的漂移是正常的。然而，为了与其他内部数据同步化 的目的，由IED(例如具有数字输出的非常规电流和电压互感器、专用合并单元或间隔单 元等)的模数(AD)转换器所进行的模拟信号的采样要求正确的加时戳(timestamping)。 为此，作为时钟客户端或从装置的IED与连接到SA系统的通信网络的时钟服务器或主装 置周期性地交换消息以便评估它们的本地时钟的相对偏移和漂移。例如IEEE1588(IEEE Mdl588-2002，用于联网测量和控制系统的精确时钟同步化协议的IEEE标准)等标准双向 时间同步化协议限定了用于通过例如局域网(LAN)等通信网络使装置同步化到高精度(优 于一微秒)的方法。从时间同步化的视角来看，典型的SA系统具有如在图1中描绘的下列架构。GPS 信号由SA系统内部的网络装置(叫做最高级时钟(grand master clock))接收。该最高 级时钟使用IEEE 1588协议传送GPS时间给这些装置(主要是IED，但还有站PC、网关、暂 时故障记录器)，其经由TCP/IP连接到网络。在概述的架构中，GPS信号和它的接收部分代表单点故障，因为GPS的丢失意味 着最高级时钟将靠它自己运行，即具有比GPS时钟更低准确度的本地时钟。作为示例，太 阳风、大气干扰或击中GPS天线的雷暴的后果可引起正确时间丢失。同样地，由于政治、IT 安全或维护原因而临时孤立SA系统(通过将它与广域网故意断开)可引起最高级时钟靠 它自己运行。结果，地理上远离的SA系统的去同步化可致使微分保护功能(differential protection function)不可操作。常规地，在GPS信号暂时故障的情况下，新的主时钟(叫做暂时主装置)将从装置 中选出并且将在网络上传播它自己的时间。由于环境状况(例如温度和压力)或硬件缺陷(例如石英质量)，该暂时主时钟将从GPS时钟漂移。一旦GPS信号回来并且最高级时钟再 次接管，在由GPS发送的时间和在网络上存在的那个之间将出现偏移。这可以导致其中所 有装置将不得不经历重新同步化阶段的情况。重新同步化阶段意味着在装置上运行的控制 和保护功能中断，以及装置的时基的突然变化，其进而可导致依赖加时标的数据快照的保 护算法失灵。US 4602375关注其中确定卫星时钟和基于地面的时钟之间的相位误差并且将时 钟校正值发送给卫星的该类型的装载卫星时钟校正系统。通过根据多项式函数来曲线拟合 所确定的相位误差、更新该多项式函数系数以便最小化所确定的相位误差和根据该多项式 函数的那些相位误差之间的差异、根据该多项式函数预测时钟漂移并且根据该预测的时钟 漂移来计算误差校正值，从而确定该时钟校正值。US2001/0021196公开在总线(TTCAN)上传送具有第一时基信息的第一参考消息 给第二用户的第一用户，以及如果来自该第一用户的该信息没有在定时记号到期之前到达 该第二用户则充当定时器的该第二用户。该第二用户可传送它的全球时间的视点，其基于 假设的恒定偏移来确定。US6157957公开用于通过交换定时信息、记录定时数据序列并且基于该定时数据 计算本地到主装置转换函数来将节点本地时间转换为主时基的时钟同步化方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提高在工业过程控制或自动化系统上配置的时间关键保护和控 制功能的可用性。该目的通过根据权利要求1和8的时间同步化方法和工业过程控制或自 动化系统来实现。另外的优选实施例从附属专利权利要求是明显的。根据本专利技术，在系统参考时间的临时缺失期间提供改进的在工业过程控制或自动 化系统的装置之中的时间同步化。因此，避免由于在系统参考时间的临时缺失后的重新同 步化引起的时间关键保护和控制功能的中断，并且增加在装置上配置的时间关键功能的可 用性。在正常操作期间，系统的装置记录或存储了系统参考时间和装置的内部本地时钟之 间的偏移或差异。系统参考时间一旦损坏，装置则马上开始基于记录的偏移来预测它的本 地时钟和不可用的系统参考时间之间的偏移或漂移。作为暂时时钟主装置，装置然后基于 针对预测偏移已被校正的装置的本地时钟分发近似或暂时系统参考时间给系统的其他装 置，其进而运行时间关键保护和控制功能。根据本专利技术，实现用于预测偏移的不同的技术或 算法。取决于中断时期的长度，即系统参考时间缺失或不可用的持续时间，偏移预测回复第 一或第二偏移预测技术。对偏移预测保留的方法是要求的准确度和提供的准确度之间以及 可用的处理能力和时间之间的权衡。系统参考时间通过根据IEEE1588在主时钟装置和从装置间交换时间同步化消息 而最方便地传播到系统的装置。该主时钟装置进而适应于接收包括全球参考时间的全球定 位系统(GPS)信号。因此本专利技术处理引起大约数秒至数分钟的短时中断的GPS信号的临时 丢失(例如，在太阳风或大气干扰的情况下)、GPS天线接收器的丢失(例如，天线由雷暴击 中)和主时钟装置的丢失(例如硬件故障)，后两者要求在数分钟至数小时的更长时间尺度 上的人为干涉和/或备件的替换。由于暴露于不利的环境引起的GPS信号和/或天线的丢 失和/或维护人员的长派遣时间在电力输送系统的位于偏远地带的变电站中是特别关键的。在本专利技术的有利实施例中，如果系统参考时间不可用的种类(例如，GPS信号、天 线或主时钟装置丢失)可以被确定，则可预料中断持续时间。然而，假使后者是不可能的， 和/或为了在短时中断期间避免不必要地精确的偏移预测，暂时系统参考时间根据第一技 术来最初确定。假使中断在一定时间量后仍然持续，暂时系统参考时间随后根据第二技术 来确定，其可在计算上是更昂贵的和/或具有更慢的交换更可靠的长期预测。基于第一技 术分发第一时间同步化消息的第一暂时主时钟装置可以或可以不与实现第二预测技术的 第二暂时主时钟装置相同。优选地，可能充当暂时时钟主装置的装置可以贡献足够的处理能力以存储在若干 小时时段期间记录本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种使通过通信网络（１）互连的工业过程控制或自动化系统的多个装置（２，１０，２０，３０）时间同步化的方法，其中主时钟装置（２）在所述通信网络上分发包括系统参考时间的时间同步化消息给从装置（１０，２０，３０），所述方法包括－由所述系统的装置记录所述系统参考时间和在所述装置的本地时钟之间的偏移，－由所述装置基于所记录的偏移推导偏移预报，－由所述装置在当所述系统参考时间中断时基于所述本地时钟和所述偏移预报来计算暂时系统参考时间，以及－由所述装置分发包括所述暂时系统参考时间的时间同步化消息给所述系统的其他装置，其特征在于，所述方法包括－对于第一中断持续时间根据第一预测技术推导第一偏移预报，并且对于超过所述第一中断持续时间的第二中断持续时间根据第二预测技术推导第二偏移预报。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：JC·图尼耶，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：发明
国别省市：CH
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