智能变电站的稳定运行靠什么来保障？-电路图讲解-电子技术方案

智能变电站的二次系统通常包含电子式互感器、合并单元、交换机、保护测控等设备。这些装置必须基于统一的时间基准运行，这对智能变电站的时钟同步系统提出严格的要求。智能变电站微秒级的对时系统究竟是如何实现的呢？

时间是基本物理量，那么时间也就会有精度的问题，不同时间源有着不同的精度。如Apple Watch与iPhone配合使用，同UTC时间误差不超过50ms。50ms误差对于人类的感知可以忽略，可是如果用在智能变电站中就显得不尽人意了。
 

智能变电站的二次系统通常包含电子式互感器、合并单元、交换机、保护测控等设备。这些装置必须基于统一的时间基准运行，方能满足事件顺序记录（SOE）、故障录波、实时数据采集时间一致性的要求，确保线路故障测距、相量和攻角动态监测、机组和电网参数校验的准确性。这些要求对智能变电站的时钟同步系统提出严格的要求。
 

IEC61850标准将变电站分为站空层、间隔层和过程层，对时间同步精度的要求，各层设备是不同的。间隔层设备需要到达ms精度；而过程层设备，由于主要传输采样值、跳闸信息，需要达到μs的同步精度。智能变电站的测试设备DT6000系列（DT6000、DT6000E和DT6000S）的对时精度可达μs的同步精度，完全满足变电站各层的设备的对时精度。
 

DT6000系列的对时系统

图 1.1  DT6000系列的对时

DT6000系列的对时支持IRIG-B、PPS和IEEE1588三种对时，如图 1.1所示。三种协议全部采用FPGA硬解码，解码之后转换为UTC时标，提供时间给SMV、GOOSE等其他协议，如SMV和GOOSE的接收的时标为硬时标，由FPGA进行打时标，将时间信息插入报文中，实时保存报文信息和时间。在对时的同时，FPGA还进行了校时，即将本地晶振引起的误差（μs级）进行校正，动态调整均匀调节误差值。

1.1.1对时
1.PPS对时
检测PPS正常与否，有两个重要的判别依据：
(1)相邻脉冲上升沿的时间间隔为1s。当相邻脉冲上升沿的间隔时间与理想间隔时间（1s）相差大于10μs时，则判定输入异常。

(2)脉冲宽度大于10μs，间隔大于500ms。当测量到的脉冲宽度小于10μs，或者测量到的脉冲间隔小于500ms时，则认为输入异常。
 

DT6000系列根据上述两个判别依据并将输入的信号进行了过滤，去除毛刺信号。如图 1.2所示为DT6000E经过PPS对时之后，SMV采样计数器在整秒清零。

图 1.2  整秒SMV采样计数器清零
 

2.IRIG-B对时
IRIG-B码的帧周期是1s，包含100个码元，每个码元周期为10 ms，即IRIG-B码的码元速率为100pps。IRIG-B码有3种码元，二进制“0”、“1”和位置识别标志Px，脉宽分别为2ms、5ms和8ms。脉冲信号如图1.3所示。

图1.3  IRIG-B码元图
 

连续2个“P”码元表示整秒的开始，第2个“P”码元的脉冲前沿是“准时”参考点，定义其为“Pr”，后面携带当前的时间和时间控制相关的信息。IRIG-B的整秒“准时”参考点，SMV的采样计数器的需要清零，这点和PPS是一样的，如图 1.2所示。

如图 1.4所示为DT6000E的IRIG-B对时。

图 1.4  IRIG-B对时
3.IEEE1588对时
IEEE1588报文的解码和打时标都是在FPGA中进行的，工作在Slave模式。打时标是指在同步报文进入或者离开协议栈的时候，用本地时钟信息标记同步报文的过程。时间戳的获取方式直接影响时钟同步的精度，获取时间戳的地点约接近物理层，越能很好的避开报文在协议栈中的延时抖动，所能够达到的同步精度也就越高。在FPGA中进行报文解码和打时标为在MII层打时标，为硬件打时标，精度最高。

如图 1.5所示为DT6000E的IEEE 1588对时。

图 1.5  IEEE 1588对时

1.1.2校时
DT6000系列在对时的同时会进行校时，校正本地晶振的误差值。图 1.6为校时调整的一个实例说明图，由图中可以看出第一次粗略调节值为+99，第二次精确调节为正向，此时的Value=+99+9=+108，第三次精确调节为反向，此时的Value=+108-2=+106，在获取Value值的同时计数器也在一直均匀的调节。

图 1.6  校时实例说明图
 

校时电路（FPGA）工作在100MHz主频下，经过实际测量，校正稳定之后，温度变化不大的环境下，其精度误差不超过20个周期（10ns），经过校时之后，对时精度从μs级可变为200ns级。并且采用校时电路之后，在移除校时设备之后都能长时间保持本地的时间的高准确度。

1.1.3授时
DT6000系列支持IRIG-B码和PPS的授时，DT6000S有两个光串口，因此支持两个光串口同时授时。如图 1.7所示为DT6000E的IRIG-B码授时界面，PPS的授时等同。

图 1.7  IRIG-B码授时

-电子元器件采购网（www、oneyac、com）是本土元器件目录分销商，采用“小批量、现货、样品”销售模式，致力于满足客户多型号、高质量、快速交付的采购需求。自建高效智能仓储，拥有自营库存超50,000种，提供一站式正品现货采购、个性化解决方案、选项替代等多元化服务。 （本文来源网络整理，目的是传播有用的信息和知识，如有侵权，可联系管理员删除）

两种额定电流的解释

1、Heating Current

功率电感在DC-DC电路中，电流经过时，会消耗一定的功率（铜耗Copperloss+磁耗Coreloss），消耗功率会导致电感的温度上升，电感一般工作温度有一定范围，比如WE的电感允许的operating temperature: -40°C - + 125°C，ambient  temperature: -40°C - + 85°C。为了电感可以在一定的温度范围内正常工作，电感厂商会给出一个"基于电感温度上升的额定电流"即Heating Current，这个参数的限定值是根据电流在电感上的热效应定义的，在大部分公司的电感的手册里，以Idc（直流电流）来表示这个电流。

Heating Current定义为在电感上加上一定的直流电流，在自然对流的冷却条件下，电感上的温升为40°C时，电感里通过电流的电流值。

不同厂商的Heating Current的定义可能略有出入，在选型器件时，需详细看一下数据表格下面的note。

注意：评估Heating Current一般都是直流电流，因为直流电流不会导致电感的铁损，如果采用交流电流来评估的话，情况就复杂的多。

2、Saturation Current （饱和电流）

电感中直流电流的增加时，电感透磁率的数值会逐渐减少，因此电感值会缓慢下降。电感厂商会根据电感的电感值的下降程度为指标的额定电流，"基于电感值的变化率的额定电流"，即Saturation Current，大部分电感厂商将电感值下降20%时的通过电感直流电流作为额定电流。下图是Wurth公司某款电感的电感值vs电流的曲线图。该款电感规格书上将saturation current设定为电感值下降10%时的电流值，为16.6A。如果将saturation current设定为电感值下降20%时的电流值的话，大约为18.2A。

设计中如何选择额定电流

Heating Current是评估的电感的热效应，如果超过这个参数使用的话，会导致电感过热。

Saturation Current，是以电感值的下降程度为指标的额定电流，在开关电源中，超出该范围使用时可能会由于纹波电流的增加而导致IC控制不稳定。

所以在实际的使用中，简单来说，一般选择两个电流值里面比较小的那个作为设计限值。比如下图中的4个PLUSE电感的 Irated，均取的Heating Current和Saturation Current其中的相对小的那个作为额定电流 。 (注意PA1513.321这个器件，为什么Irated不是45A？注意Pulse的Saturation Current定义为20%的电感值下降，41A的时候只有10%的电感值下降。)

为了系统更可靠，在实际的设计中，一般还会作20%以上的降额使用。

-电子元器件采购网（www、oneyac、com）是本土元器件目录分销商，采用“小批量、现货、样品”销售模式，致力于满足客户多型号、高质量、快速交付的采购需求。自建高效智能仓储，拥有自营库存超50,000种，提供一站式正品现货采购、个性化解决方案、选项替代等多元化服务。 （本文来源网络整理，目的是传播有用的信息和知识，如有侵权，可联系管理员删除）