УСТРОЙСТВО СИНХРОНИЗАЦИИ ИСТОЧНИКОВ ЦИФРОВЫХ ПОТОКОВ И АНАЛОГОВЫХ ЗАДАТЧИКОВ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относится к области временной синхронизации процессов в автоматизированных системах управления технологическими процессами и может использоваться в качестве системы обеспечения единого времени «цифровой подстанции» (далее - ЦПС). Под «цифровой подстанцией» понимается автоматизированная подстанция, в которой практически все процессы информационного обмена между элементами подстанции, а также управления работой подстанции осуществляются в цифровом виде с применением информационных протоколов IEC 61850. При этом как компоненты информационно-технологических и управляющих систем указанной подстанции (релейной защиты, противоаварийной автоматики, телемеханики, учета электроэнергии и т.п.), так и первичное оборудование подстанции функционально и конструктивно ориентированы на поддержку цифрового обмена данными.
Полезная модель также может использоваться в составе тестовых комплексов, предназначенных для испытаний отдельных компонентов и подсистем перед их применением в ЦПС, в качестве единого источника сигналов тактовой и/или календарной синхронизации для испытательного оборудования и испытываемых компонентов ЦПС.
Прототипом предлагаемой полезной модели является устройство синхронизации времени (Патент РФ на полезную модель №105752, МПК G04C 13/00, 2010 г.)
Недостатком прототипа является низкая точность тактовой синхронизации приемников сигналов, расположенных на значительном удалении друг от друга (порядка нескольких сотен метров или более), что имеет место в частности, на электрических подстанциях высокого и сверхвысокого напряжения, - в связи с различной величиной задержки при передаче сигнала тактовой синхронизации от устройства синхронизации до каждого отдельного приемника сигнала тактовой синхронизации. При этом для устройств формирования цифровых потоков, расположенных на территории энергообъекта на расстоянии несколько сотен метров друг от друга, данные измерений в выходных цифровых потоках будут рассинхронизированы между собой на величины порядка нескольких микросекунд.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Техническим результатом применения предложенного устройства синхронизации является повышение точности синхронизации источников цифровых потоков и аналоговых задатчиков тока и напряжения в рамках «цифровой подстанции» независимо от взаимного территориального расположения указанных источников (удаленности друг от друга) в пределах подстанции.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в устройстве синхронизации источников цифровых потоков и аналоговых задатчиков тока и напряжения, содержащем, по крайней мере, два входных канала из последовательно соединенных первого интерфейса и блока приема сигналов синхронизации, центральный блок управления, к входам которого подключены выходы соответствующих блоков приема сигналов синхронизации и выход блока локальной синхронизации, первый блок распределения сигналов синхронизации, подключенный входом к выходу центрального блока управления, и вторые интерфейсы на выходе устройства, дополнительно введены блоки компенсации времени прохождения сигналов синхронизации, включенные между выходами первого блока распределения сигналов синхронизации и входами соответствующих вторых интерфейсов.
Использование предлагаемого технического решения позволяет обеспечить высокую точность временной синхронизации данных измерений между цифровыми потоками, генерируемыми различными устройствами формирования цифровых потоков, находящимися в пределах энергообъекта на значительном территориальном удалении друг от друга (например, трансформаторы тока присоединения и трансформаторы напряжения секции шин; трансформаторы тока сторон высокого, среднего и/или низкого напряжения силового трансформатора).
Полезная модель имеет развития.
Дополнительно в устройстве синхронизации источников цифровых потоков и аналоговых задатчиков тока и напряжения может быть введен интерфейс конфигурирования, обеспечивающий подключение к внешней рабочей станции с соответствующим программным обеспечением для выполнения конфигурирования устройства, в частности, для настройки величины компенсации в блоках компенсации времени прохождения сигналов синхронизации, где каждый блок компенсации времени прохождения сигналов синхронизации снабжен входом конфигурирования, связанным с соответствующим выходом интерфейса конфигурирования. При этом обеспечивается упрощение настройки устройства на функционирование на конкретном энергообъекте с произвольным территориальным расположением в пределах энергообъекта источников цифровых потоков и аналоговых задатчиков тока и напряжения.
Дополнительно центральный блок управления в устройстве может быть выполнен с возможностью осуществления контроля информации, принимаемой от блоков приема сигналов синхронизации, и автоматического выбора корректного внешнего источника сигналов синхронизации, что позволяет увеличить степень готовности внешнего источника сигналов синхронизации для данного устройства, и как следствие - обеспечить более высокую точность временной синхронизации на подстанции цифровых потоков и выходных аналоговых сигналов задатчиков тока и напряжения.
Дополнительно в устройстве синхронизации может быть введен второй блок распределения сигналов синхронизации, подключенный входом к дополнительному выходу центрального блока управления, а выходами к входам дополнительно введенных третьих интерфейсов. Указанный блок распределения сигналов синхронизации обеспечивает тиражирование сигналов календарной синхронизации, формируемых центральным блоком управления, а каждый из третьих интерфейсов обеспечивает трансляцию сигналов календарной синхронизации соответствующему приемнику указанных сигналов в пределах подстанции. При этом устройство синхронизации дополнительно обеспечивает выполнение функции календарной синхронизации устройств на подстанции с единым временем и может выступать в качестве законченной системы обеспечения единого времени энергообъекта (в частности, «цифровой подстанции»).
Дополнительно в устройстве синхронизации первый и второй блоки распределения сигналов синхронизации могут быть выполнены с возможностью формирования выходных сигналов синхронизации, различающихся формой, средой распространения сигналов и реализацией коммуникационного протокола, что позволяет расширить перечень устройств подстанции, синхронизируемых от данного устройства синхронизации.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
На чертеже приведено предлагаемое устройство с учетом его развития.
Устройство 1 содержит два выходных канала из последовательно соединенных первого интерфейса 2 и блока 3 приема сигнала синхронизации, центральный блок 4 управления, к входам которого подключены выходы соответствующих блоков 3 и выход блока 5 локальной синхронизации. Первый блок 6 распределения сигналов синхронизации подключен входом к выходу блока 4. Блоки 7 компенсации времени прохождения сигналов синхронизации включены между выходами блока 6 и входами соответствующих вторых интерфейсов 8. Устройство дополнительно содержит интерфейс 9 конфигурирования, а каждый блок 7 снабжен входом конфигурирования, связанным с соответствующим выходом интерфейса 9. В устройство дополнительно введен второй блок 10 распределения сигналов синхронизации, подключенный входом к дополнительному выходу блока 4, а выходами к входам дополнительно введенных третьих интерфейсов 11.
Предлагаемое устройство синхронизации источников цифровых потоков и аналоговых задатчиков тока и напряжения работает следующим образом.
Блок 5 локальной синхронизации обеспечивает формирование внутренней шкалы времени устройства на основании опорных сигналов высокостабильного кварцевого резонатора (генератора) в составе данного блока.
Центральный блок 4 управления обеспечивает формирование результирующих сигналов тактовой синхронизации на основании внутренней шкалы времени устройства, воспроизводимой блоком 5, скорректированной на основании сигналов, получаемых от блоков 3 приема сигналов синхронизации. В случае, когда блок 4 выполнен с возможностью осуществления контроля информации, принимаемой от блоков 3, и автоматического выбора корректного внешнего источника 12 сигналов синхронизации, блок 4 осуществляет коррекцию внутренней шкалы времени устройства, воспроизводимой блоком 5, на основании выбранного корректного источника 12 сигналов синхронизации. Результирующие сигналы тактовой синхронизации подаются центральным блоком 4 на первый блок 6 распределения сигналов синхронизации.
Блок 6 производит выдачу сигналов тактовой синхронизации отдельным приемникам 13 сигналов тактовой синхронизации через соответствующие блоки 7 компенсации времени прохождения сигналов синхронизации и интерфейсы 8.
При наличии в устройстве второго блока 10 распределения сигналов синхронизации и третьих интерфейсов 11 центральный блок 4 управления дополнительно обеспечивает формирование результирующих сигналов календарной синхронизации на основании внутренней шкалы времени устройства, воспроизводимой блоком 5, скорректированной на основании сигналов, получаемых от блоков 3. Данные результирующие сигналы календарной синхронизации подаются центральным блоком 4 на блок 10, который через интерфейсы 11 выдает сигналы календарной синхронизации отдельным приемникам 14.
Часть устройства, включающая в себя центральный блок 4 управления, блок 5 локальной синхронизации, блоки 3 приема сигналов синхронизации с соответствующими первыми интерфейсами 2, может быть реализована на базе стандартного сервера точного времени, который также может включать в себя выполнение функции контроля качества сигналов, принимаемых от источников 12 сигналов тактовой и/или календарной синхронизации, и автоматического выбора корректного источника 12 сигнала. При этом в случае использования в качестве источников 12 систем ГЛОНАСС/GPS или источников альтернативных эталонных радиосигналов времени и частоты (например, ГСВЧ) интерфейсами 2 связи, обеспечивающими подключение устройства к данным источникам сигналов синхронизации, выступают антенны для приема соответствующих сигналов.
Первый и второй блоки 6 и 10 распределения сигналов синхронизации могут быть выполнены с возможностью формирования сигналов синхронизации, отличающихся формой и средой распространения.
Интерфейс 9 подключается к внешней рабочей станции 15 с соответствующим программным обеспечением для конфигурирования устройства.
Компенсация времени прохождения сигнала тактовой синхронизации по каналу связи от устройства синхронизации до устройства формирования цифровых потоков или аналогового задатчика тока и напряжения реализуется введением блоков 8, обеспечивающих фиксированную задержку времени перед отправкой сигнала тактовой синхронизации соответствующему приемнику сигнала. Указанная задержка может быть выполнена на базе микромодульных линий задержки длительностью порядка нескольких микросекунд с дискретностью 0,25 мкс.