目前,电网中采用的时间同步方式多为离散型组网方式(相对于广域时间同步网络而言),离散型组网方式是在一个地理位置相对独立的一座电厂、一座变电站或一座建筑内配置一套独立完整的时间同步系统。一座大型电厂或一座大型变电站内,需要时间同步的二次设备往往分布在不同的建筑物内,因此,离散型组网方式的时间同步系统是由1台或2台GPS网络时间服务器与在不同建筑内的多台二级时钟构成一个站内的时间同步网系统。

根据不同的可靠性要求,目前发电厂或500kV变电站一般冗余配置2台GPS主时钟,而多数220kV变电站一般仅配置1台GPS网络时间服务器,存在系统运行可靠性问题。这种厂站各自同步GPS卫星时间的方式,很大程度上解决了二次设备的时间同步问题。但从长期运行考虑,由于GPS是由美方控制的军事系统,并不保证外国民用设备的长期使用,因此存在一定的安全隐患。同时,由于GPS网络时间服务器大量使用,导致时间基准的更换或长级也变得困难和昂贵。

目前,已有一些区域或省市电力公司提出时间同步网建设的可行性研究。这种时间同步网地理分布是广域的。该时间同步网系统仅配置少量的可接受除了GPS以外的卫星系统、高稳定和高精度的原子钟作为一级时间服务器,然后利用已有的数据传输网络,将时间传递给大量安装在厂站的二级时间服务器。

对于包含若干个子网的大型电网来说,应该采用树型结构组建时间同步网。在树型结构中,重要的概念是对时间源的等级划分,通常在网络中把提供基准时间源(PTS)的接收机(如:GPS)作为时间同步网的零级,一级时间服务器是指通过直接时间传送技术与GPS连接的时间服务器,以接受GPS或其它系统提供的PTS,同时又将时间基准传送给与之相连的网元或二级时间服务器。二级时间服务器只接受一级GPS网络时间服务器提供的时间基准,以完成时间的分配和协议转换功能,并为其所在网络提供时间服务,同时向下游的时间服务器传送时间。依此类推,实现整个时间同步的主从等级结构。

现以一个省电网(图1)为例,分析用以太网的传输手段的树型是间同步网的结构。

一级、二级时间服务器主用信号是卫星信号。一级GPS网络时间服务器内置铷钟,配置在省调度中心。二级时间服务内置恒温晶体钟,配置在地区调度中心及500kV变电站。在正常情况下,一级、二级时间服务器都跟踪卫星信号。在卫星信号不可用时,二级时间服务器使用一级时间服务器的输出信号为参考输入。

一级时间服务器采用主备用(冗余)的设计方式,在某个一级时间服务器发生故障时,二级时间服务器将从另外两台正常工作的一级时间服务器上提取标准时间信号。为了实时了解时间同步网中各个装置的同步情况,还可建设一套统一、有效的管理系统,来对整个时间同步网络的装置进行监控管理。