一、電力系統(tǒng)時(shí)間同步基本概況

 

隨著對(duì)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)研究的不斷深入，數(shù)字化變電站與常規(guī)變電站的顯著區(qū)別在于過程層傳統(tǒng)的電流/電壓互感器、斷路器將被電子式電流/電壓互感器、智能斷路器取代。在數(shù)字化變電站中數(shù)據(jù)信息的共享程度和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性將得到大幅度提高。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)對(duì)智能電子設(shè)備的時(shí)鐘精度功能要求劃分為5個(gè)等級(jí)（T1-T5），其中用于計(jì)量的T5等級(jí)精度達(dá)到1us。

 

現(xiàn)如今，IEEE1588已在小型局域網(wǎng)中開始有了十分廣泛的使用，穩(wěn)定性雖然不錯(cuò)，但精度卻并不高。此外，當(dāng)涉及長距離應(yīng)用時(shí)，還要面臨傳輸鏈路路徑不對(duì)稱性的障礙。

 

時(shí)至今日，IEEE1588（或稱PTP）已發(fā)展到V2版本，從整體應(yīng)用上而言，前景還是十分廣闊的，畢竟相對(duì)于昂貴的衛(wèi)星授時(shí)而言，陸地時(shí)間同步技術(shù)還是更可靠，也更為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

 

然而，在專用網(wǎng)絡(luò)的諸多實(shí)際應(yīng)用中，很多客戶開始逐漸使用PTP授時(shí)方案。但是，很多授時(shí)產(chǎn)品卻無法從精度上進(jìn)行保證。

 

現(xiàn)在，北斗邦泰網(wǎng)絡(luò)校時(shí)服務(wù)器時(shí)間同步技術(shù)，可穿越任何IP網(wǎng)絡(luò)，讓廣大用戶無需對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行任何改造，便可依托其獨(dú)創(chuàng)的自有從端技術(shù)，對(duì)時(shí)間信息進(jìn)行精準(zhǔn)恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)整網(wǎng)的精準(zhǔn)時(shí)間同步，確保與主時(shí)鐘時(shí)間保持高度一致。目前，其時(shí)間同步精度依不同網(wǎng)絡(luò)情況，可達(dá)到1ns~100ns水平，可極好滿足當(dāng)下各種設(shè)備對(duì)精準(zhǔn)授時(shí)所需。擁有了精準(zhǔn)時(shí)間同步的各服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、計(jì)算機(jī)等，能最大程度彰顯出自身價(jià)值，準(zhǔn)確獲悉各交易發(fā)生的時(shí)間與先后順序，確保交易公平、公正的同時(shí)，推動(dòng)了各項(xiàng)工作的有力開展。 該司系列時(shí)頻產(chǎn)品與方案，老客戶用了反復(fù)回購，新客戶慕名前來訂購。該司時(shí)間同步技術(shù)，讓用戶無需改網(wǎng)，無需將普通交換機(jī)更換至1588交換機(jī)便可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)時(shí)間同步，前景十分廣闊，有興趣的可以搜素圖標(biāo)中的領(lǐng)航者，分分鐘鐘幫您輕松化解任何關(guān)乎精準(zhǔn)時(shí)間同步的難題。

 

目前全球定位系統(tǒng)在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用很多，GPS同步設(shè)備通過硬接線利用脈沖信號(hào)進(jìn)行對(duì)時(shí)，具有精度高、成本低的特點(diǎn)，其相關(guān)技術(shù)已很成熟。但是變電站數(shù)字化的發(fā)展趨勢(shì)使得站內(nèi)二次硬接線被串行通信線所取代，為此IEC61850標(biāo)準(zhǔn)引入了簡單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議作為網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)協(xié)議。SNTP是互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議的簡化標(biāo)準(zhǔn)。在一定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，NTP對(duì)時(shí)精度可達(dá)T1等級(jí)（1ms），廣域網(wǎng)內(nèi)誤差范圍為10～100 ms。NTP/SNTP的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用較成熟，但是實(shí)現(xiàn)T3等級(jí)精度25us很困難。

 

2002年發(fā)布的IEEE 1588定義了一種用于分布式測(cè)量和控制系統(tǒng)的精密時(shí)間協(xié)議PTP，其網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)精度可達(dá)亞us級(jí)，引起了自動(dòng)化、通信等工業(yè)領(lǐng)域研究者的重視。。鑒于IEEE1588高精度的分布式網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)特點(diǎn)，IEC TC57第10工作組準(zhǔn)備在支持IEEE1588的交換機(jī)和以太網(wǎng)芯片有成熟的商業(yè)應(yīng)用后，將IEEE1588引入IEC 61850。因此研究IEEE1588在數(shù)字化變電站中的具體應(yīng)用具有重要意義。

 

二、IEEE1588的介紹和實(shí)現(xiàn)

 

IEEE1588即PTP（Precision Time Protocol）是適應(yīng)智能化變電站時(shí)間同步的網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)方式。該標(biāo)準(zhǔn)在提出之初是致力于工控和測(cè)量的精密時(shí)鐘同步協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，目標(biāo)是提供亞微妙的同步精度應(yīng)用。后來該標(biāo)準(zhǔn)受到了自動(dòng)化領(lǐng)域尤其是分布式運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的關(guān)注，遠(yuǎn)程通信和電力系統(tǒng)等相關(guān)組織也對(duì)其表現(xiàn)出濃厚的興趣。目前在數(shù)字化變電站方面，IEEE1588是時(shí)間同步的第一選擇。

 

T800-C是1588主時(shí)鐘是一款支持IEEE1588-2008 V2的主時(shí)鐘，使用GPS北斗作為時(shí)鐘參考源，擁有納秒級(jí)的時(shí)間傳輸精度，支持?jǐn)?shù)十臺(tái)PTP從時(shí)鐘設(shè)備，是一款性價(jià)比極高的小型PTP主時(shí)鐘。

 

三、IEEE1588的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

 

IEEE1588實(shí)現(xiàn)主從同步與其他網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)方案相比有以下特點(diǎn)

 

（1）Sync報(bào)文發(fā)送時(shí)刻的精確值并不包含于此報(bào)文中，而是在其之后的Follow_Up報(bào)文中，這樣所帶來的益處是報(bào)文傳輸時(shí)間和時(shí)間測(cè)量互不影響。

 

（2）主方通過位于底層的時(shí)標(biāo)生成器獲得精確信息后，發(fā)送Follow_Up報(bào)文，精確的反映了Sync報(bào)文的發(fā)送時(shí)刻。從方利用時(shí)標(biāo)生成器，可以精確測(cè)量Sync報(bào)文的接收時(shí)刻。這種精確時(shí)刻的保證是因?yàn)闀r(shí)間標(biāo)簽信息是在接近于物理層“加蓋”的。同樣，Delay_Req報(bào)文和Delay_Resp報(bào)文傳輸時(shí)刻也能實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)間標(biāo)記。 　　

（3）相對(duì)于主從時(shí)鐘偏移量測(cè)量，主從通信路徑延時(shí)測(cè)量并不是周期性的執(zhí)行，而是較長時(shí)間間隔才執(zhí)行一次，這樣可以減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和終端設(shè)備的處理任務(wù)。

 

正是由于這種軟，硬件結(jié)合的方案，消除了協(xié)議堆棧延時(shí)的不定性，使得IEEE1588協(xié)議同步可以達(dá)到亞微妙級(jí)的精度。

 

針對(duì)與數(shù)字化變電站的測(cè)量，同步相量的測(cè)量需要一個(gè)精度達(dá)到1us的UTC時(shí)間源，這可以通過為每個(gè)站點(diǎn)提供一個(gè)GPS接收器作為主參照時(shí)間來得到。站點(diǎn)內(nèi)設(shè)備數(shù)據(jù)的采集和傳送一般通過局域網(wǎng)LAN進(jìn)行，而正是由于采用了局域網(wǎng)這種方式，為IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了一種機(jī)遇，并且由于目前市場(chǎng)上已經(jīng)具有可以實(shí)現(xiàn)IEEE1588功能的邊界時(shí)鐘交換機(jī)，因此從技術(shù)上和應(yīng)用環(huán)境上分析，采用IEEE 1588技術(shù)來代替現(xiàn)有的IRIG-B技術(shù)是切實(shí)可行的。而且，電廠內(nèi)部各個(gè)電器設(shè)備，包括電壓器、電流互感器、電壓互感器以及各種監(jiān)控設(shè)備之間的距離通常在一公里到兩公里的范圍之內(nèi)，這剛好是IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)所適用的局域網(wǎng)范圍。

 

 

相對(duì)于傳統(tǒng)的脈沖，IRIG-B等的硬對(duì)時(shí)方式，IEEE 1588可以自動(dòng)校正線路的距離，這跟IRIG-B相比，極大地簡化了站點(diǎn)內(nèi)部各個(gè)設(shè)備之間時(shí)間的分配和同步。而且，由于采用IEEE 1588標(biāo)準(zhǔn)使用網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)，可以減少系統(tǒng)內(nèi)部專用的對(duì)時(shí)雙絞線，因此可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且費(fèi)用也比采用IRIG-B的方案更加經(jīng)濟(jì)方便。所以，IEEE1588網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)方式以其無以倫比的靈活性必將取代傳統(tǒng)的硬對(duì)時(shí)方式成為電力系統(tǒng)最主要的通信方式

 

四、結(jié)束語

 

許多工業(yè)、測(cè)試和測(cè)量、通信應(yīng)用都要求高精度的時(shí)鐘信號(hào)以便同步控制信號(hào)和捕捉數(shù)據(jù)等。在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)中應(yīng)用的IEEE 1588精密時(shí)間協(xié)議（PTP）為傳播主時(shí)鐘時(shí)序給系統(tǒng)中的許多結(jié)點(diǎn)提供了一種方法。