С успешным вводом в эксплуатацию системы синхронизации времени спутника нового поколения «Beidou» на нескольких подстанциях по всей государственной сети был достигнут ключевой технологический прорыв в строительстве интеллектуальной сети Китая. Это новое решение синхронизации времени, основанное на «системе спутниковой навигации и позиционирования Beidou» и интегрированное с технологией точного времени атомных часов, становится критически важной инфраструктурой, поддерживающей цифровую и интеллектуальную модернизацию электросети.

Высокоточная синхронизация времени: «Нейронный импульс» интеллектуальных сетей

В современных энергосистемах высокоточная и безопасная синхронизация времени является основополагающим требованием для основных операций, таких как релейная защита, локализация неисправностей и интеграция новой энергетической сети. Независимо от того, обеспечивает ли она быстрое реагирование на сбои в сети на уровне миллисекунд или координацию распределенного управления энергией на уровне микросекунд, они опираются на единую «временную привязку» по всей сети. Текущий капитальный ремонт и техническое обновление устройств синхронизации времени State Grid охватывает сотни подстанций 110 кВ, в конечном итоге стремясь достичь полной интеграции «времени Бэйдоу» и положить конец единственной зависимости традиционной системы от сигналов GPS.

Технология атомных часов: создание независимого и контролируемого источника времени

Вновь развернутые устройства синхронизации времени включают в себя атомные часы на основе рубидия в качестве основных единиц синхронизации. Как высокоточные устройства стандарта частоты, атомные часы на основе рубидия используют переход между сверхтонкими уровнями энергии в основном состоянии атомов рубидия (с собственной частотой 6834,682614 МГц), фиксируя частоты с помощью технологии «оптической накачки-микроволнового резонанса». Их краткосрочная стабильность достигает порядка 10⁻¹², что эквивалентно ошибке менее 10 наносекунд в день. В системе атомные часы выполняют две ключевые функции:

1. Локальные опорные часы : как независимый модуль синхронизации, они поддерживают высокоточный вывод времени с исключительной стабильностью во время временных отключений спутникового сигнала или помех, гарантируя синхронизацию времени оборудования подстанции в сложных электромагнитных условиях;
2. Ядро калибровки сигнала : через замкнутую систему «фазовой автоподстройки частоты-сервопривода» они непрерывно получают сигналы Beidou для калибровки собственной частоты, формируя резервную копию с двумя источниками с сигналами GPS. Когда один спутниковый сигнал становится ненормальным, атомные часы автоматически переключаются на альтернативный источник времени, устраняя риски безопасности, связанные с использованием одной навигационной системы.

«Атомные часы действуют как «сердце» системы синхронизации времени, обеспечивая стабильную «синхронизацию» сердцебиения и постоянно «калибруя свой ритм» на основе спутниковых сигналов, чтобы гарантировать точность и надежность «временного импульса» сети», — пояснил технический руководитель проекта.

Интеграция с двумя источниками: укрепление безопасной и надежной защиты синхронизации

Новая система обеспечивает три основных технологических прорыва за счет трехуровневой конструкции избыточности, объединяющей прием двухспутниковых сигналов Beidou+GPS и локальную калибровку рубидиевых атомных часов:

• Улучшенная безопасность : снижение зависимости от одной иностранной навигационной системы, использование Beidou в качестве основного сигнала и GPS в качестве резервного. Ключевые подстанции отдают приоритет чистому времени Beidou, удовлетворяя требованиям энергосистемы к «независимости и управляемости»;
• Повышенная точность : взаимодействие атомных часов и спутниковых сигналов обеспечивает точность синхронизации времени на уровне микросекунд (≤1 мкс), что соответствует строгим требованиям приложений интеллектуальных сетей, таких как интеграция распределенных энергетических сетей и широкополосные измерительные системы (WAMS);
• Повышенная надежность : даже в районах со слабым спутниковым сигналом (например, в горных районах или городских каньонах) способность атомных часов сохранять кратковременное время (погрешность <100 наносекунд в течение десятков минут) обеспечивает непрерывную работу, повышая помехозащищенность в пять раз по сравнению с традиционными решениями.

На пути к будущему «умных сетей синхронизации второго уровня»

С продвижением цели «Double Carbon» интеграция новых систем генерации энергии, систем хранения энергии и сетей зарядки электромобилей предъявляет более высокие требования к синхронизации времени сети. Применение системы «Beidou+Atomic Clock» не только закладывает основу для текущего строительства цифровой подстанции, но и поддерживает точную координацию по всей цепочке «источник-сеть-нагрузка-хранение» в будущем. Например, при виртуальном планировании электростанции синхронизация времени на уровне наносекунд может обеспечить ответы на уровне миллисекунд от десятков миллионов распределенных устройств, значительно повышая гибкость сети. В энергетическом IoT единая привязка по времени будет способствовать точной корреляции массивных данных датчиков, обеспечивая критически важную поддержку для мониторинга состояния оборудования и прогнозирования неисправностей.