[实用新型]一种智能电子设备的IEEE C37.238时间同步系统

说明书

技术领域

本实用新型属于电力系统自动化技术领域，涉及一种用于智能电子设备的IEEEC37.238时间同步系统。 

背景技术

智能变电站的智能电子设备，包括间隔层保护测控装置、过程层合并单元和智能终端等，时间同步精度的最高要求为1微秒。IEEE于2002年发布了IEEE1588标准，即网络测量和控制系统的精确时间同步协议(Precision Time Protocol，简称PTP)，于2008年颁布了IEEE1588标准的第2版，IEC等同采用第2版标准，并命名为IEC61588-2009。 

IEEE1588通过硬件和软件相结合的实现方式，采用硬件打时间戳，能够达到亚微秒级的时间同步精度；利用多播技术同步终端设备，特别适合于以太网，在智能变电站中时间同步网和数据传输网可以合并，省去专门的时间同步网，简化了智能变电站的网络结构。由于IEEE1588标准的上述优点，国家电网公司的《智能变电站技术导则》、《智能变电站继电保护技术规范》和《智能电网关键设备研制规划》等都将IEEE1588标准作为智能变电站时间同步系统的关键技术，目前多个电力公司、科研院所及设备厂商都陆续开展了IEEE1588的应用研究。 

IEEE1588标准是通用的网络精确时间同步协议，广泛应用在各个行业，但对于一个特定的行业应用，根据其网络特点和时间精度要求，只用到IEEE1588协议机制和参数的一个子集。为了使基于IEEE1588-2008标准的时间同步在电力系统至关重要的保护、测控、自动化及数据通信等得到更好地应用，IEEE继电保护委员会和变电站委员会的联合工作组于2011年制定并发布了IEEE C37.238标准，该标准定义了电力行业应用 IEEE1588-2008应选取的机制及参数取值。电力系统中支持IEEE1588标准的智能电子设备遵循IEEE C37.238标准是必然的发展趋势。 

IEEE C37.238标准根据电力系统的时间同步要求，规定了以下内容：时钟关键属性的缺省值和范围选取、路径延时测量机制选取、最佳主时钟算法选取、IEEE1588管理机制选取、通信模型和传输协议栈选取、一步钟/两步钟选取、时间尺度选取、时钟标识格式选取、类型长度取值(Type-Length-Value，TLV)定义等。按照IEEE C37.238标准，智能电子设备只作为从时钟(Slave-only)，具有一步钟和两步钟自适应的能力，路径延时测量采用对等延时测量机制，PTP报文直接映射到以太网链路层(IEEE802.3)，支持IEEE802.1Q的优先级标志和虚拟局域网(VLAN)。PTP报文、采样值报文和GOOSE报文均直接映射到了以太网链路层，可以共网传输，简化了智能变电站的过程层网络。 

目前，IEEE C37.238标准的应用尚处于起步阶段，并未推出相关产品。已推出的基于IEEE1588标准的智能电子设备为数不多，实现方案主要有：①利用FPGA实现时间同步功能；②采用美国国家半导体公司可支持IEEE1588的以太网物理层芯片；③选用可支持IEEE1588的微处理器。第1种方案往往只实现了对PTP事件报文硬件打时间戳的功能，第2种方案特殊的物理层芯片增加了设计的成本，第3种方案由于微处理器类型有限，不能满足智能电子设备多样的功能、性能要求，不利于扩展升级。鉴于此，研发符合IEEE C37.238标准、满足智能电子设备时间同步要求的时间同步系统具有重要意义。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种智能电子设备的时间同步系统，符合IEEE C37.238标准，达到电力系统应用所要求的时间同步精度，满足智能电子设备多样的功能、性能要求，便于扩展升级，降低设备成本。 

为实现上述目的，本实用新型技术方案如下： 

一种智能电子设备的IEEE C37.238时间同步系统，作为从时钟，包括CPU、FPGA、以太网收发器PHY和实时时钟RTC；所述CPU连接FPGA，所述FPGA连接CPU、PHY和RTC， 所述以太网收发器PHY通过MII接口连接FPGA，所述实时时钟RTC连接FPGA。 

进一步的，所述CPU包括：用于IEEE C37.238标准各种类型报文编码与解码的PTP报文处理模块；采用对等延时测量机制进行时钟偏差和时钟调谐计算的时间同步计算模块；与FPGA交互时间信息的FPGA接口模块；初始化FPGA和PTP协议栈的时钟初始化模块。 

进一步的，所述CPU为数字信号处理器DSP或嵌入式处理器PowerPC或ARM。