[发明专利]1588网络时间同步协议在智能变电站的应用

说明书

技术领域

本发明涉及网络技术，具体涉及通信网络时间同步技术。

背景技术

时间同步问题是控制系统中普遍存在的问题，随着系统的日益增大，通过同步来控制各个子系统之间的相互作用变得越来越重要了。系统中时间的使用一般分为两种：时间标记性应用和基于频率的应用。时间标记应用主要依靠绝对时间。因为特定事件的时间不仅需要与本系统内的其他事件的时间作比较，而且由于电力系统的连贯性，经常可能需要与外部相关系统的事件的时间作比较。例如，电网跳闸先后及相隔时间，在实际应用中这些事件可能发生在不同的地理区域。由于特定的事件和告警是被打上时间标记的，只有这些时间标记具有相同的基准，才可以在事后进行这些事件的时间顺序的分析。

解决上述问题的关键是时间同步。时间同步的目的就是要将时间基准准确地传递到各控制点。现有的时钟同步技术包括传统的GPS，SDH／PDH技术，还有同步以太网、电路仿真等。然而随着系统范围的扩大以及分散控制的发展，使得各个控制节点之间的时间同步变得越来越重要。特别地，在电力系统中由于温度变化、电磁干扰、振荡器老化等多种原因，多数设备的时钟是不精确的，而且随着时间误差的累积，设备之间的时间同步问题也凸现出来，在一些对时间精度要求比较严格的领域，如变电站、电力调度中心等，这一问题更加突出。目前，现有电力系统的时钟大多由GPS时钟系统提供，这种方式不仅存在一定的安全隐患，而且大量使用GPS装置和设备，也使得时间基准的更换或升级变得困难和昂贵。而网络时间协议（NTP，Network Time Protocol）虽然通过一定的硬件配合和算法优化，可以尝试应用到电力系统之中，但是网络时间协议（NTP）只能达到毫秒级的同步精度要求，对于那些要求微秒级或更高同步精度要求的场合并不适合。

IEEE1588标准全名为网络测量和控制系统精确时钟同步协议，也称之为1588网络时间同步协议（Precision Time Protocol），由安捷伦实验室开发并于2002年11月正式成为IEEE标准(版本1．0)。该标准占用的网络和计算资源少，实现时只需在原有网络上添加时间同步报文。与NTP协议和GPS针对于广泛分散、各自独立的系统不同，1588网络时间同步协议主要针对于相对本地化、网络化、子网较好、内部组件相对稳定的系统，特别适合于工业自动化和测量环境。而且1588网络时间同步协议定义的时间戳更容易在硬件上实现，并且不局限于应用层，这使得1588网络时间同步协议可以达到微秒以内的精度。IEEE1588标准可以改善整个网络的时间同步指标，具有广泛的应用前景。IEEE1588V2标准于2008年6月公布，增加了1588网络时间同步协议在电信、网络、航空以及电力系统中的应用。

IEEE1588的典型应用领域是实验室或产品测量和控制系统、工业自动化、电力系统或远程通信系统以及包含多个传感器、执行器、仪器仪表和控制器的分布式运动控制系统。国外方面，许多组织都已决定将该协议用于其基于现场总线的以太网络。2003年ODVA（开放式网络设备供应商协会）计划在其实时控制应用的通用工业协议CIP（Common industrial Protocol)，（Ethernet Powerlink标准联盟）已经计划将该协议作为EPL（EthernetPowerlink）第三版本规范的固定内容。在第三版本中，IEEE1588将用在跨越多个实时段的同步通信上，提供分布式的EPL应用。

以太网技术已越来越多地应用于分布式控制系统，但它本身难以直接满足控制系统的实时要求，一直被视为非确定性网络。

电力系统是应用以太网技术的典型，是分布广阔、需要统一调度和运行的复杂大系统。在电力系统自动化和信息化的发展过程中，有大量的数字型电子设备应用到系统，以保证供电能质量和系统运行的安全可靠。目前，在智能变电站中，往往需要通过非传统电流／电压互感器和智能型断路器来同步采样三相电流和电压值并馈送给现场的保护测控设备。当一些保护需要多组的采样电流和电压值时，就必须要求采样的高度同步性，因此电力系统中一定要有一个统一、准确的时钟来同步各个子设备。另外，由于晶振老化、温度变化等因素影响，各个子设备的时钟会产生偏差，随着时间的推移，时钟的偏差也会累积。对于绝对时间很重要的电力系统，这种累积的时钟偏差是不允许存在的。

要维护一个全局一致的物理或逻辑时钟，使得系统中的信息、事件及各节点与时间有关的行为有一个全局一致的解释就必须实现时钟同步。传统的时间同步技术难以满足需求。

发明内容