EEE1588在數(shù)字化變電站中的應用研究

一、電力系統(tǒng)時間同步基本概況

隨著對IEC 61850標準研究的不斷深入，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)的實時性將得到大幅度提高。IEC61850標準對智能電子設(shè)備的時鐘精度功能要求劃分為5個等級(T1-T5)，其中用于計量的T5等級精度達到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，但精度卻并不高。此外，當涉及長距離應用時，還要面臨傳輸鏈路路徑不對稱性的障礙。

時至今日，IEEE1588(或稱PTP)已發(fā)展到V2版本，從整體應用上而言，前景還是十分廣闊的，畢竟相對于昂貴的衛(wèi)星授時而言，陸地時間同步技術(shù)還是更可靠，也更為經(jīng)濟實惠。

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

現(xiàn)在，該司時間同步技術(shù)，可穿越任何IP網(wǎng)絡(luò)，讓廣大用戶無需對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進行任何改造，便可依托其獨創(chuàng)的自有從端技術(shù)，對時間信息進行精準恢復，實現(xiàn)整網(wǎng)的精準時間同步，確保與主時鐘時間保持高度一致。目前，其時間同步精度依不同網(wǎng)絡(luò)情況，可達到1ns~100ns水平，可極好滿足當下各種設(shè)備對精準授時所需。擁有了精準時間同步的各服務器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、計算機等，能最大程度彰顯出自身價值，準確獲悉各交易發(fā)生的時間與先后順序，確保交易公平、公正的同時，推動了各項工作的有力開展。 該司系列時頻產(chǎn)品與方案，老客戶用了反復回購，新客戶慕名前來訂購。該司時間同步技術(shù)，讓用戶無需改網(wǎng)，無需將普通交換機更換至1588交換機便可實現(xiàn)精準時間同步，前景十分廣闊，有興趣的可以搜素圖標中的領(lǐng)航者，分分鐘鐘幫您輕松化解任何關(guān)乎精準時間同步的難題。

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

2002年發(fā)布的IEEE 1588定義了一種用于分布式測量和控制系統(tǒng)的精密時間協(xié)議PTP，其網(wǎng)絡(luò)對時精度可達亞us級，引起了自動化、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)對時特點，IEC TC57第10工作組準備在支持IEEE1588的交換機和以太網(wǎng)芯片有成熟的商業(yè)應用后，將IEEE1588引入IEC 61850。因此研究IEEE1588在數(shù)字化變電站中的具體應用具有重要意義。

二、IEEE1588的介紹和實現(xiàn)

IEEE1588即PTP(Precision Time Protocol)是適應智能化變電站時間同步的網(wǎng)絡(luò)對時方式。該標準在提出之初是致力于工控和測量的精密時鐘同步協(xié)議標準，目標是提供亞微妙的同步精度應用。后來該標準受到了自動化領(lǐng)域尤其是分布式運動控制領(lǐng)域的關(guān)注，遠程通信和電力系統(tǒng)等相關(guān)組織也對其表現(xiàn)出濃厚的興趣。目前在數(shù)字化變電站方面，IEEE1588是時間同步的第一選擇。

SYN2402型便攜式小型1588主時鐘是一款支持IEEE1588-2008 V2的主時鐘，使用GPS北斗作為時鐘參考源，擁有納秒級的時間傳輸精度，支持數(shù)十臺PTP從時鐘設(shè)備，是一款性價比極高的小型PTP主時鐘。

三、IEEE1588的特點及優(yōu)勢

IEEE1588實現(xiàn)主從同步與其他網(wǎng)絡(luò)對時方案相比有以下特點

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

(2)主方通過位于底層的時標生成器獲得精確信息后，發(fā)送Follow_Up報文，精確的反映了Sync報文的發(fā)送時刻。從方利用時標生成器，可以精確測量Sync報文的接收時刻。這種精確時刻的保證是因為時間標簽信息是在接近于物理層“加蓋”的。同樣，Delay_Req報文和Delay_Resp報文傳輸時刻也能實現(xiàn)精確的時間標記。

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

正是由于這種軟，硬件結(jié)合的方案，消除了協(xié)議堆棧延時的不定性，使得IEEE1588協(xié)議同步可以達到亞微妙級的精度。SYN2402型便攜式小型1588主時鐘

針對與數(shù)字化變電站的測量，同步相量的測量需要一個精度達到1us的UTC時間源，這可以通過為每個站點提供一個GPS接收器作為主參照時間來得到。站點內(nèi)設(shè)備數(shù)據(jù)的采集和傳送一般通過局域網(wǎng)LAN進行，而正是由于采用了局域網(wǎng)這種方式，為IEEE1588標準在電力系統(tǒng)中的應用提供了一種機遇，并且由于目前市場上已經(jīng)具有可以實現(xiàn)IEEE1588功能的邊界時鐘交換機，因此從技術(shù)上和應用環(huán)境上分析，采用IEEE 1588技術(shù)來代替現(xiàn)有的IRIG-B技術(shù)是切實可行的。而且，電廠內(nèi)部各個電器設(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標準所適用的局域網(wǎng)范圍。

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

四、結(jié)束語

許多工業(yè)、測試和測量、通信應用都要求高精度的時鐘信號以便同步控制信號和捕捉數(shù)據(jù)等。在標準以太網(wǎng)中應用的IEEE 1588精密時間協(xié)議(PTP)為傳播主時鐘時序給系統(tǒng)中的許多結(jié)點提供了一種方法。

審核編輯：湯梓紅