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石恒初等：基于录波数据的全域继电保护时钟失步智能校核系统设计 2026 年第 5 期

基于卡尔曼滤波算法的时钟同步校准，参数设置 文所提的“修正时钟偏差-漂移率”状态模型，获
如表 3 所示，选取主站时钟为参考时钟，基于本 取历史观测时钟偏差，执行卡尔曼滤波的预测-更
新过程，对应式（15）~（20）。通过上一监测时
I a 波形； 故障起始； 故障清除

电流 (p.u.) −1 1 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 钟偏差在滤波器初始化后用于预测本次监测的时
钟偏差，将本次监测时钟偏差用于计算卡尔曼增

I b 波形； 故障起始； 故障清除 益并更新预测结果。计算结果表明，该保护装置
电流 (p.u.) −1 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 在本次同步得到的最优校准值为 62.024 s，该值
1
作为相应继电保护装置在时钟失步后的同步偏差
I c 波形； 故障起始； 故障清除 校准值，参与故障后的协同分析。
电流 (p.u.) −1 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 表 3 卡尔曼滤波参数
1

Table 3 Kalman filter parameters
U a 波形；
故障清除
故障起始；
电压 (p.u.) −1 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 过程噪声方差矩阵 Q i = diag((0.5 ms) ,(2×10 −4 ms/s) )
1
类别
参数
2
2
2
R i = (1 ms)
电压 (p.u.) −1 1 0 0 0.2 U b 波形； 故障起始； 0.8 故障清除 1.2 测量噪声方差 1×10 −3 ms/s
时钟漂移率
0.4
0.6
1.0
分别采用单次测量结果进行校时和采用卡尔
电压 (p.u.) −1 1 0 U c 波形； 故障起始； 故障清除 曼滤波校准量校时后，对 DD 变电站继电保护装
0.6
0 0.2 0.4 时间/s 0.8 1.0 1.2 置相对于参考时钟的残差序列及其最大绝对值进
行对比分析。结果表明，直接采用单次测量结果
图 5 DD 变电站的录波数据波形
进行校时方法的残差最大绝对值达 11.8 ms；进行
Fig. 5 Waveforms of wave recording data in
卡尔曼滤波计算后，残差最大绝对值控制在 2.6 ms
DD substation
以 内 ， 多 数 时 刻 残 差 绝 对 值 小 于 1 ms。 由 此 可
I a 波形； 故障起始； 故障清除 见，相对于直接利用单次测量结果进行校时，基
电流 (p.u.) −1 1 0 于卡尔曼滤波的时钟校核能够显著抑制单次测量
1.2
0
1.0
0.8
0.6
0.2
0.4
噪声的影响，实现了毫秒级的同步精度，验证所
I b 波形； 故障起始； 故障清除
电流 (p.u.) −1 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 提方案校时结果的准确性与工程有效性。
1

I c 波形； 故障起始； 故障清除 5 结语
电流 (p.u.) −1 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 针对新型电力系统下继电保护时钟同步要求越
1
电压 (p.u.) −1 1 0 0 0.2 U a 波形； 故障起始； 0.8 故障清除 1.2 来越高，而基于 GPS 或北斗卫星授时的时钟同步
方案存在随机性故障、可靠性下降、依赖人工运
0.4
0.6
1.0
维等问题，本文研发了基于录波数据的全域继电
电压 (p.u.) −1 1 0 U b 波形； 故障起始； 故障清除 保护时钟失步智能校核系统，形成“在线监测-智
能校核”的闭环解决方案。
0.2
0.6
0.4
0.8
1.2
1.0
0
1）构建了全域继电保护时钟失步智能校核系
U c 波形；
故障清除
故障起始；
电压 (p.u.) −1 1 0 统架构并完成相应的功能模块设计，复用电力系
统现有录波主子站通信链路与数据资源，无需额
0.6
0 0.2 0.4 时间/s 0.8 1.0 1.2 外部署专用信息通道，实现全域继电保护装置时
图 6 FF 变电站的录波数据波形 钟状态的统一管理与集中运维，大幅降低建设与
Fig. 6 Waveforms of wave recording data in FF substation 运维成本。
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