基于IEEE 1588的數(shù)字化變電站時(shí)鐘同步技術(shù)研究-S-

1、第32卷第21期電網(wǎng)技術(shù)V ol. 32 No. 21 2008年11月Power System Technology Nov. 2008文章編號(hào):1000-3673(200821-0097-06 中圖分類號(hào):TM711 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 學(xué)科代碼:470·4051基于IEEE1588的數(shù)字化變電站時(shí)鐘同步技術(shù)研究趙上林,胡敏強(qiáng),竇曉波,杜炎森(東南大學(xué)電氣工程學(xué)院,江蘇省南京市 210096Research of Time Synchronization in Digital Substation Based on IEEE 1588ZHAO Shang-lin,HU Min-qia

2、ng,DOU Xiao-bo,DU Yan-sen(School of Electrical Engineering,Southeast University,Nanjing 210096,Jiangsu Province,ChinaABSTRACT: IEEE 1588 defines a precision time protocol (PTP for networked measurement and control systems, which supports systemwide synchronization accuracy in the submicrosecond rang

3、e. This paper introduces the principle of high precision clock synchronization and the PTP clock models defined in IEEE 1588 standard. According to topological structure of substation communication network conforming to IEC 61850 standard, application schemes of IEEE 1588 in digital substation are p

4、roposed, and their advantages and disadvantages are also discussed. Then the redundancy configuration method of clock unit and its function implement are given. Clock synchronization error of IEEE 1588 standard is theoretically analyzed. At last, concrete systemwide application strategies of IEEE 15

5、88 standard in area power network are researched.KEY WORDS: IEEE1588;time synchronization;digital substation;IEC61850;communication network摘要:IEEE 1588是關(guān)于網(wǎng)絡(luò)測(cè)量和控制系統(tǒng)的精密時(shí)間協(xié)議(precision time protocol,PTP標(biāo)準(zhǔn),其網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)精度可達(dá)亞s級(jí)。文章介紹了IEEE 1588標(biāo)準(zhǔn)定義的高精度時(shí)鐘同步的原理以及PTP時(shí)鐘模型,針對(duì)遵循IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),提出了IEEE 1588在數(shù)字化變電站

6、內(nèi)的應(yīng)用方案,討論了各方案的優(yōu)缺點(diǎn),并給出了時(shí)鐘設(shè)備的冗余配置方法及其功能實(shí)現(xiàn)。文章從理論上分析了IEEE 1588標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)鐘同步誤差,最后從全網(wǎng)的角度探討了該標(biāo)準(zhǔn)的具體應(yīng)用策略。關(guān)鍵詞:IEEE 1588;時(shí)鐘同步;數(shù)字化變電站;IEC 61850;通信網(wǎng)絡(luò)0 引言隨著對(duì)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)研究的不斷深入,國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出基于IEC 61850通信標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)數(shù)字化變電站的發(fā)展思路1-3。數(shù)字化變電站與常規(guī)變電站的顯著區(qū)別在于過(guò)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。IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)

7、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)(T1T5,其中用于計(jì)量的T5等級(jí)精度達(dá)到±1s4。目前全球定位系統(tǒng)(global positioning system, GPS在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)(substation automation system,SAS中應(yīng)用很多,GPS同步設(shè)備通過(guò)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5-6。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IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)引入了簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議(simple network time protocol,SNTP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)

8、間協(xié)議(network time protocol,NTP的簡(jiǎn)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10100ms7-9。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(25s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(precision time protocol,PTP,其網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)精度可達(dá)亞s級(jí)10,引起了自動(dòng)化、通信等工業(yè)領(lǐng)域研究者的重視。國(guó)外一些公司(如Altera、Rockwell等相繼開始了支持IEEE 1588的相關(guān)硬件產(chǎn)品開發(fā)和IEEE1588具體工業(yè)應(yīng)用的研究,經(jīng)進(jìn)一步完善的

9、IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)第2版預(yù)計(jì)于2008年發(fā)布。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98 趙上林等:基于IEEE 1588的數(shù)字化變電站時(shí)鐘同步技術(shù)研究 V ol. 32 No.21 準(zhǔn)備在支持IEEE 1588的交換機(jī)和以太網(wǎng)芯片有成熟的商業(yè)應(yīng)用后,將IEEE 1588引入IEC 6185011。因此研究IEEE 1588在數(shù)字化變電站中的具體應(yīng)用具有重要意義。本文將簡(jiǎn)要介紹IEEE 1588的時(shí)鐘同步原理,遵循IEC 61850提出IEEE 1588在數(shù)字化變電站內(nèi)的應(yīng)用方案,分析IEEE 1588的對(duì)時(shí)誤差,最后從全網(wǎng)角度提出IEEE 1588的2

10、種應(yīng)用策略。1 IEEE 1588精密時(shí)鐘同步協(xié)議1.1 時(shí)鐘同步原理IEEE 1588最初由美國(guó)Agilent 實(shí)驗(yàn)室提出,該協(xié)議設(shè)計(jì)初始用于測(cè)量和控制系統(tǒng)。任何支持多播報(bào)文傳送的局域網(wǎng)通信系統(tǒng)都可以應(yīng)用該協(xié)議,本文只針對(duì)以太網(wǎng)進(jìn)行討論。PTP 系統(tǒng)采用主從層次式結(jié)構(gòu)來(lái)同步時(shí)鐘,實(shí)現(xiàn)機(jī)制12如圖1所示。圖中:T 1為主端發(fā)送同步報(bào)文的時(shí)間;T 2為從端收到同步報(bào)文的時(shí)間;T 3為從端發(fā)送延遲請(qǐng)求報(bào)文的時(shí)間;T 4為主端收到延遲請(qǐng)求報(bào)文的時(shí)間。這里假定同步報(bào)文的收到延遲與延遲請(qǐng)求報(bào)文的發(fā)送延遲相同,即路徑是對(duì)稱的。 圖1 PTP 的原理 Fig. 1 Principle of PTP主從時(shí)鐘間

11、的偏移量T Offset 以及傳輸延遲T Delay 計(jì)算公式為2143Offset (2T T T T T = (1 2143Delay (2T T T T T += (2 1.2 PTP 時(shí)鐘模型PTP 系統(tǒng)中的時(shí)鐘在結(jié)構(gòu)上分為普通時(shí)鐘(ordinary clock ,OC與邊界時(shí)鐘(boundary clock ,BC,功能上解釋為主時(shí)鐘與從時(shí)鐘。OC 為只有一個(gè)PTP 端口的對(duì)時(shí)源端或終端設(shè)備,BC 為有多個(gè)PTP 端口的交換機(jī)、路由器或智能設(shè)備。系統(tǒng)中的源時(shí)鐘稱為根時(shí)鐘(grandmaster clock ,GC。圖2給出了OC 的模型,由硬件電路和應(yīng)用軟件2部分組成。需指出的是硬件

12、電路的構(gòu)成不在標(biāo)圖2 PTP 普通時(shí)鐘模型Fig. 2 Ordinary clock model of PTP準(zhǔn)討論范圍之內(nèi)。圖中時(shí)標(biāo)單元是PTP 實(shí)現(xiàn)高精度對(duì)時(shí)的關(guān)鍵,PTP 事件報(bào)文的時(shí)標(biāo)點(diǎn)經(jīng)過(guò)時(shí)鐘時(shí)標(biāo)點(diǎn)時(shí)由報(bào)文檢測(cè)模塊捕獲,進(jìn)而觸發(fā)時(shí)標(biāo)記錄,存儲(chǔ)精確時(shí)標(biāo)數(shù)據(jù)供應(yīng)用程序處理。時(shí)鐘按照PTP 紀(jì)元時(shí)間設(shè)計(jì)成32位整數(shù)s 加32位分?jǐn)?shù)s(ns 級(jí),由單一振蕩器觸發(fā)。PTP 系統(tǒng)的主從層次結(jié)構(gòu)由最佳主時(shí)鐘(best master clock ,BMC算法和事件決定,BMC 算法獨(dú)立運(yùn)行于每個(gè)時(shí)鐘,時(shí)鐘之間不會(huì)進(jìn)行相互協(xié)商。依據(jù)同步報(bào)文含有的信息以及駐存于時(shí)鐘的數(shù)據(jù)集信息,運(yùn)用數(shù)據(jù)集比較算法判斷兩

13、處信息的優(yōu)劣,采用狀態(tài)決定算法產(chǎn)生時(shí)鐘端口推薦狀態(tài),再結(jié)合特定背景得到端口確定狀態(tài)。PTP 的BC 模型與OC 模型結(jié)構(gòu)類似,不再贅述。2 IEEE 1588在變電站內(nèi)的應(yīng)用分析2.1 基于IEC 61850的變電站通信網(wǎng)絡(luò)IEC 61850將變電站功能從邏輯上劃分為變電站層、間隔層和過(guò)程層。過(guò)程層、間隔層設(shè)備要求時(shí)鐘同步精度為s 級(jí),變電站層要求較低,為ms 級(jí)。IEEE 1588高精度時(shí)鐘同步的實(shí)現(xiàn)需要硬件資源的支持,其在變電站內(nèi)的具體應(yīng)用需針對(duì)功能特點(diǎn)結(jié)合經(jīng)濟(jì)性要求來(lái)實(shí)施。IEEE 1588是網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)方式,變電站通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞牟煌瑢?duì)其應(yīng)用有較大影響?；贗EC 61850的數(shù)字化變電站網(wǎng)

14、絡(luò)結(jié)構(gòu)13-14如圖34所示,圖中虛線及虛線框分別為冗余網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備,router 為路由器,switch 為交換機(jī)。 2.2 IEEE 1588的全站應(yīng)用方案為便于對(duì)同步過(guò)程的掌控,對(duì)IEEE 1588的站內(nèi)應(yīng)用做出幾點(diǎn)限制:1過(guò)程層、間隔層以及變電第32卷 第21期電 網(wǎng) 技 術(shù) 99 (a 分段過(guò)程總線(b 單一過(guò)程總線圖3 過(guò)程網(wǎng)絡(luò)與站級(jí)網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立的變電站通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig. 3 Communication architecture of digital substation with independent process bus(a 分段過(guò)程總線 (b 單一過(guò)程總線圖4 采用全站單

15、一網(wǎng)絡(luò)的變電站通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig. 4 Communication architecture of digital substation using single stationwide network 站層設(shè)備只作為對(duì)時(shí)網(wǎng)絡(luò)末節(jié)點(diǎn),扮演從時(shí)鐘角色;2通信網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)或路由器作為BC 或從時(shí)鐘參與整個(gè)對(duì)時(shí)過(guò)程;3設(shè)置專用GC 作為整個(gè)對(duì)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘參考源,該GC 可以有多個(gè)網(wǎng)口,但不是交換機(jī)或路由器。經(jīng)過(guò)上述限制,數(shù)字化變電站對(duì)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的層次變得清晰,功能明確,通用性更強(qiáng)。對(duì)于圖3(a所示的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),由于過(guò)程網(wǎng)絡(luò)與站級(jí)網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立,且有前面所述限制,過(guò)程網(wǎng)絡(luò)與站級(jí)網(wǎng)絡(luò)的對(duì)時(shí)將被隔開,對(duì)此有以下

16、2種解決方法(見圖5:1過(guò)程網(wǎng)絡(luò)與站級(jí)網(wǎng)絡(luò)都采用IEEE 1588進(jìn)行高精度對(duì)時(shí)。專用GC 分別連接到過(guò)程網(wǎng)絡(luò)與站級(jí)網(wǎng)絡(luò),如圖5(a所示。GC 接入過(guò)程網(wǎng)絡(luò)與站級(jí)網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī),如圖3(a中的switch5和switch7,對(duì)時(shí)報(bào)文經(jīng)由這些BC 在GC 與從時(shí)鐘間進(jìn)行交互,完成對(duì)時(shí)。此方法需要全站過(guò)程層和間隔層設(shè)備的以太網(wǎng)芯片、變電站層計(jì)算機(jī)的網(wǎng)卡以及通信網(wǎng)絡(luò)(a 全I(xiàn)EEE 1588對(duì)時(shí)(b IEEE 1588+SNTP 對(duì)時(shí)圖5 獨(dú)立過(guò)程網(wǎng)絡(luò)全站IEEE 1588應(yīng)用結(jié)構(gòu) Fig. 5 Application structure of IEEE 1588 in substation wit

17、h independent process network100 趙上林等:基于IEEE 1588的數(shù)字化變電站時(shí)鐘同步技術(shù)研究V ol. 32 No.21中的交換機(jī)或路由器都支持IEEE 1588硬件對(duì)時(shí),投資較大,但全站設(shè)備都能實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)鐘同步。2過(guò)程網(wǎng)絡(luò)采用IEEE 1588對(duì)時(shí),站級(jí)網(wǎng)絡(luò)采用SNTP對(duì)時(shí),如圖5(b所示。SNTP服務(wù)器通過(guò)一支持IEEE 1588的網(wǎng)口作為從時(shí)鐘與GC對(duì)時(shí),通過(guò)另一不需支持IEEE 1588的網(wǎng)口接入站級(jí)網(wǎng)絡(luò),以SNTP方式對(duì)變電站層設(shè)備對(duì)時(shí)。過(guò)程網(wǎng)絡(luò)的對(duì)時(shí)方法與1相同。此處的SNTP服務(wù)器可以和GC優(yōu)化成一個(gè)時(shí)鐘服務(wù)器,該時(shí)鐘服務(wù)器一個(gè)網(wǎng)口以SNTP

18、對(duì)時(shí),一個(gè)網(wǎng)口以IEEE 1588對(duì)時(shí),這樣可以優(yōu)化功能配置,節(jié)省投資。此方法針對(duì)變電站層設(shè)備對(duì)時(shí)鐘同步精度要求較低的特點(diǎn),省去了變電站層計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡以及站級(jí)網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)或路由器對(duì)IEEE 1588的支持,將功能實(shí)現(xiàn)與經(jīng)濟(jì)性很好地結(jié)合在一起。對(duì)于圖3(b所示的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),其對(duì)時(shí)方法與圖3(a相同,區(qū)別在于過(guò)程網(wǎng)絡(luò)中作為BC的交換機(jī)數(shù)量大大減少,過(guò)程網(wǎng)絡(luò)變得簡(jiǎn)潔。但該單一過(guò)程總線的方式對(duì)通信速率要求較高,否則過(guò)程層與間隔層設(shè)備的實(shí)時(shí)性要求得不到保障。對(duì)時(shí)報(bào)文可設(shè)置為高優(yōu)先級(jí)由交換機(jī)優(yōu)先傳送,這樣可減少時(shí)延對(duì)同步間隔的影響,保證設(shè)備間時(shí)鐘同步的精度。對(duì)于圖4(a所示的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),圖中switch1、s

19、witch3和switch5形成環(huán)網(wǎng),由于過(guò)程網(wǎng)絡(luò)采取IEEE 1588對(duì)時(shí),環(huán)網(wǎng)中的任一交換機(jī)都必須支持IEEE 1588對(duì)時(shí),此時(shí)若采用IEEE 1588+SNTP的對(duì)時(shí)方式,將只有變電站層計(jì)算機(jī)的網(wǎng)卡不需要支持IEEE 1588,經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)不明顯。因此對(duì)采用全站單一通信網(wǎng)絡(luò)的變電站,采用全I(xiàn)EEE 1588對(duì)時(shí)更為合理。對(duì)圖4(b的分析與圖3(b和圖4(a相似,不再贅述。2.3 對(duì)時(shí)的冗余實(shí)現(xiàn)鑒于變電站在電網(wǎng)中的重要地位,在組建站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)和配置對(duì)時(shí)設(shè)備時(shí),冗余措施必不可少,如圖35中虛線所示。以圖3(a過(guò)程網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)為例, IEEE 1588對(duì)時(shí)的冗余備用可按下述方式配置:站內(nèi)裝設(shè)2套GC

20、(即GC1與GC2,如圖5所示,GC上可以有多個(gè)支持IEEE 1588的網(wǎng)口。GC1與GC2各有一個(gè)網(wǎng)口接至圖3(a中的switch5,另一個(gè)網(wǎng)口接至switch6。GC1作為主GC在主過(guò)程網(wǎng)絡(luò)與冗余過(guò)程網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送對(duì)時(shí)報(bào)文,GC2作為備用。當(dāng)GC1正常工作時(shí),GC2能接收到GC1發(fā)送的正確報(bào)文;當(dāng)GC1工作不正常時(shí),GC2可能收不到GC1發(fā)送的對(duì)時(shí)報(bào)文或者收到錯(cuò)誤的報(bào)文,據(jù)此可以判斷GC1出現(xiàn)故障并接替GC1進(jìn)行對(duì)時(shí)服務(wù)。對(duì)于過(guò)程層與間隔層設(shè)備,主網(wǎng)口與冗余網(wǎng)口都會(huì)收到對(duì)時(shí)報(bào)文。如果主網(wǎng)口正常工作時(shí)冗余網(wǎng)口不工作,冗余網(wǎng)口MAC層收到的報(bào)文直接被后續(xù)報(bào)文覆蓋,當(dāng)主網(wǎng)口故障時(shí),設(shè)備CPU判斷后切

21、換到冗余網(wǎng)口;如果主網(wǎng)口與冗余網(wǎng)口相互獨(dú)立工作,則由設(shè)備CPU進(jìn)行判別后對(duì)報(bào)文作出取舍。2.4 IEEE 1588對(duì)時(shí)的誤差分析IEEE 1588理論對(duì)時(shí)精度為亞s級(jí),實(shí)際應(yīng)用中需較好地控制對(duì)時(shí)誤差才能達(dá)到此效果。圖5中IEEE 1588的對(duì)時(shí)誤差主要存在于振蕩器頻率、時(shí)標(biāo)測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)延遲這3個(gè)環(huán)節(jié),具體分析如下:1振蕩器頻率誤差。振蕩器一般是石英晶體,會(huì)受到溫度、機(jī)械、老化等因素的影響。一個(gè)典型的未補(bǔ)償?shù)氖⒕w振蕩器溫度指標(biāo)為1×106/,在同步間隔為2s、溫度變化1時(shí),會(huì)產(chǎn)生約2s 的誤差。IEEE1588對(duì)時(shí)鏈路中的GC和BC作為對(duì)時(shí)的上中游環(huán)節(jié),其振蕩器頻率的穩(wěn)定度將直接影響

22、整個(gè)系統(tǒng)的對(duì)時(shí)精度。由于高穩(wěn)定度的振蕩器價(jià)格不菲,在特定對(duì)時(shí)精度要求下,振蕩器頻率誤差的控制需在振蕩器穩(wěn)定度、振蕩器補(bǔ)償技術(shù)、同步間隔的選取以及價(jià)格之間做出良好平衡。2時(shí)標(biāo)測(cè)量誤差。在GC與從時(shí)鐘的對(duì)時(shí)過(guò)程中,時(shí)標(biāo)單元記錄報(bào)文時(shí)刻值與精準(zhǔn)時(shí)刻會(huì)存在偏差,設(shè)對(duì)應(yīng)T1、T2、T3、T4的測(cè)量誤差分別為111,=(3222,=(4322232,(f T T=+(5411141,(f T T=+(6式中:1、1和2、2分別為主從端測(cè)量誤差上下限值,都為非負(fù)值;1f、2f分別為主從端的頻率誤差。將式(3(6代入式(1(2可得由測(cè)量誤差引起的偏移量偏差oE和延遲偏差dE,即o2314min(min(max

23、(max(,E+2314max(max(min(min(/2+=2321411212( ,2f T T f T T+ (7 d2413min(min(max(max(,E+2413max(max(min(min(/2+=11221122,/2+141232(/2f T T f T T(8第32卷 第21期 電 網(wǎng) 技 術(shù) 101采用硬件時(shí)標(biāo)單元時(shí),由于硬件良好的穩(wěn)定度以及快速性,1與1、2與2將很接近,近似相等,忽略頻率誤差項(xiàng)(振蕩器穩(wěn)定度較好時(shí),該誤差項(xiàng)很小可得o 12E =,d 0E =。這表明由于2塊硬件時(shí)標(biāo)芯片特性不可能完全一樣,將產(chǎn)生12的偏移量偏差,校正中需對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償,而測(cè)量誤差

24、對(duì)延遲量的影響為零。3網(wǎng)絡(luò)延遲誤差。網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)方式中,網(wǎng)絡(luò)延遲的不確定性將嚴(yán)重影響對(duì)時(shí)精度。IEEE 1588采用BC 來(lái)解決該問(wèn)題。前面提到振蕩器有頻率誤差,BC 作為對(duì)時(shí)中間環(huán)節(jié)需有較好的振蕩器穩(wěn)定度,一般要采用控制環(huán)進(jìn)行補(bǔ)償,當(dāng)圖5中BC 較多時(shí),將形成控制環(huán)的級(jí)聯(lián),這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。文獻(xiàn)15對(duì)此提出了旁路時(shí)鐘的解決方案。對(duì)應(yīng)于BC ,旁路時(shí)鐘并不校正本地時(shí)鐘,它計(jì)算出事件報(bào)文的處理時(shí)間,并將該時(shí)間加入事件報(bào)文特定字段,這樣旁路時(shí)鐘在整個(gè)對(duì)時(shí)鏈路中就是透明的,從而避免了多環(huán)級(jí)聯(lián)的不穩(wěn)定性。3 IEEE 1588的全網(wǎng)應(yīng)用分析電力系統(tǒng)中有些功能應(yīng)用涉及站與站之間的時(shí)鐘同步,如線路縱差保護(hù)、

25、全網(wǎng)相量同步動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等,因此從全網(wǎng)角度考慮IEEE 1588對(duì)時(shí)安排是必須的?；谇笆龅淖冸娬緝?nèi)IEEE 1588對(duì)時(shí)應(yīng)用模式,全網(wǎng)的時(shí)鐘同步可由圖6所示的2種模式實(shí)現(xiàn),圖中變電站1N 對(duì)應(yīng)于圖5所示的站級(jí)系統(tǒng)。1模式1,站與站之間的時(shí)鐘同步由GPS 實(shí)現(xiàn),如圖6(a所示。每個(gè)變電站裝設(shè)GPS 接收機(jī),其輸出的絕對(duì)時(shí)間串行數(shù)據(jù)與秒脈沖信號(hào)接入變電站內(nèi)的GC(對(duì)應(yīng)于圖5中的GC1和GC2,即通過(guò)GPS 保證了每個(gè)變電站GC 之間的時(shí)鐘同步。 (a GPS 同步 (b IEEE 1588同步圖6 IEEE 1588的全網(wǎng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)Fig. 6 Application structure of IEE

26、E 1588 inarea power network2模式2,站與站之間的時(shí)鐘同步用IEEE 1588實(shí)現(xiàn),如圖6(b所示。變電站1N 中的BC 需要接受對(duì)時(shí)主站的IEEE 1588對(duì)時(shí)(圖5中的GC1和GC2變成了此處變電站1N 中的BC。從圖中可以看出,該模式需要全網(wǎng)級(jí)的通信網(wǎng)絡(luò)支持。以上2種模式各有優(yōu)缺點(diǎn):1模式1由GPS 完成全網(wǎng)時(shí)鐘同步,站內(nèi)采用IEEE 1588對(duì)時(shí),與目前變電站全部采用GPS 對(duì)時(shí)相比,增加了支持IEEE 1588的硬件投資,且由于GPS 與IEEE 1588形成2級(jí)對(duì)時(shí)結(jié)構(gòu),其總對(duì)時(shí)誤差大于單一GPS 對(duì)時(shí)。其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)時(shí)結(jié)構(gòu)清晰、簡(jiǎn)潔,省去了GPS 對(duì)時(shí)需連至

27、各設(shè)備的串行總線與硬接線。2模式2由IEEE 1588完成全網(wǎng)及站內(nèi)的時(shí)鐘同步,節(jié)省了每個(gè)變電站原需裝設(shè)的GPS 接收機(jī)。從全網(wǎng)的角度看對(duì)時(shí)主站的GPS 功能僅是提供絕對(duì)參考時(shí)間,如果衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)遭遇破壞或干擾,全網(wǎng)仍能保持時(shí)鐘同步,只是這時(shí)的全網(wǎng)時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)世界時(shí)不對(duì)應(yīng)。其缺點(diǎn)是支持IEEE 1588的硬件設(shè)備投資增多,對(duì)時(shí)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大,節(jié)點(diǎn)變多,對(duì)時(shí)的精確度需嚴(yán)格測(cè)試。從數(shù)字化變電站的工程實(shí)施角度看,模式1因?yàn)楹?jiǎn)單易行將成為首選,模式2的未來(lái)應(yīng)用將依賴于全網(wǎng)級(jí)的對(duì)時(shí)精度以及支持IEEE 1588的廣域通信網(wǎng)絡(luò)。4 結(jié)論IEEE 1588作為一種亞s 級(jí)精度的分布式網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步方案,對(duì)數(shù)字化變電站

28、的建設(shè)有重要意義,為實(shí)現(xiàn)IEC 61850 T5級(jí)對(duì)時(shí)精度提供了很好的技術(shù)選擇。盡管目前IEEE 1588尚處于研究測(cè)試階段,但其高精度網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)的鮮明特點(diǎn)預(yù)示著其光明的應(yīng)用前景。本文從全站與全網(wǎng)的角度分析了IEEE1588的應(yīng)用方案,旨在對(duì)IEEE 1588的工程應(yīng)用提供參考。參考文獻(xiàn)1張沛超,高翔.數(shù)字化變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)J.電網(wǎng)技術(shù),2006,30(24:73-77.Zhang Peichao ,Gao Xiang .System architecture of digitized substationJ.Power System Technology ,2006,30(24:73-77(in

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37、tomation of Electric Power Systems，2005，29(15：93-95(in Chinese 收稿日期：2008-01-08。 作者簡(jiǎn)介： 趙上林(1981，男，博士研究生，研究方向 為 變電 站自 動(dòng)化 系統(tǒng)及 分布 式發(fā)電 ， E-mail： shanglinzhao； 胡敏強(qiáng)(1961，男，教授，博士生導(dǎo)師，主 要從事工程電磁場(chǎng)計(jì)算、電機(jī)及其控制技術(shù)、 電氣 趙上林 主設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷等方面的研究工作； 竇曉波(1979，男，博士，講師，主要從事變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的 研究工作。 8 高志遠(yuǎn)，劉長(zhǎng)虹，劉瑞平廠站自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步 技術(shù)探討J電力

38、自動(dòng)化設(shè)備，2006，26(7：84-89 Gao Zhiyuan ， Liu Changhong ， Liu Ruiping Discussion on application of network-based timing technology in power plant and substation automation systemsJ Electric Power Automation Equipment，2006，26(7：84-89(in Chinese 9 易娜，賀鵬，易亞文，等遵循 IEC 61850 實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化系統(tǒng) 時(shí)間同步的頻率調(diào)節(jié)算法設(shè)計(jì)J電網(wǎng)技術(shù)，2007，3

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