对智能变电站中精密时钟同步系统的探讨

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1、对智能变电站中精密时钟同步系统的探讨刘戈国电南京自动化股份有限公司江苏南京210032摘要:木文就智能变电站NTP和IEEE1588时钟同步对时方式进行了对比分析，并根据同步报文时间戳的产牛与识别以及变电站的过程层与站控层网络的拓扑结构，将精密时间同步系统嵌入到智能变电站过程层和站控层。最后通过精度测试验证满足IEC61850标准最高T5等级(lus)的要求。关键词:智能变电站;NTP同步对时;IEEE1588同步对时1NTP和IEEE1588时钟同步报文实现1.1NTP和IEEE1588时钟同步工作原理NTP对时

2、采用的客户端/服务器(C/S)模式进行时钟同步的。客户端跟随服务器的时钟变化，实现与服务器的时钟同步。客户端不定期的向服务器发送NTP对时报文请求，服务器接收到客户端发送的报文请求后向客户端发送NTP对时报文响应。IEEE1588协议将同步网络中的时钟分为主、从时钟两种。主时钟是通过BMC算法来得到的，主时钟广播、多播和组播同步信号，从时钟读取主时钟发送的时钟同步信号，将得到的时间参数记录下来，通过木地时钟同步算法计算出主、从时钟之间的误差，通过对从时钟进行误差修正来实现从时钟同步。IEEE1588协议主要是利用M

3、—S模式进行变电站IED设备的主、从时钟同步。1.2时间戳的产生与识别(1)NTP对时方式时间戳的产生NTP是一个能够兼容底层设备的协议，只需要NTP网络通信接口就可以实现，对设备硬件没有严格要求。NTP对时方式的时间戳产生与识别是在应用层中进行的,带有应用层时间戳的NTP对时报文开始传输时，通过传输层进行UDP打包封装，然后在网络层将UDP打包的数据加上IP前缀与后缀构成IP数据包，最后在数据链路层中的MAC层实现以太网帧格式封装，经由物理层端口发送到交换机以太网上进行同步传输。(1)IEEE1588对时方式吋间

4、戳的产生IEEE1588对吋方式的吋间戳产生与识别是在数据链路层与物理层之间的Mil口。由应用层产生PTP数据，通过传输层进行UDP打包封装，然后在网络层将UDP打包的PTP数据加上IP前缀与后缀构成IP数据包，最后在数据链路层中的MAC层实现以太网帧格式封装，在Mil口进行IEEE1588吋间戳的加载，经由物理层发送到网线上进行传输。而从时钟经物理层接收来自网线上传输的对时帧，在Mil口处进行IEEE1588时间戳的读取，在网络访问层中的MAC层解帧，在网络层中将IP数据包中的前缀与后缀去除，通过TCP/IP协议

5、进行数据包解封，最后传入从时钟的应用层，根据本地时钟算法实现主、从吋钟同步。1.3同步吋间报文检测原理IEEE1588同步吋间报文检测的基本原理就是从帧开始标志结束后，将报文的数据流中的MAC地址，报文类型和UDP端口号记录下来，并与已知的MAC地址，报文类型和UDP端口号等参数进行比对，当参数匹配吋才能确定为吋钟同步报文。为了简化报文检测的设计，一般情况下主吋钟与从吋钟的报文检测方法一样。Sync报文检测方法(主吋钟端发出，从吋钟端接收):(1)Sync报文的MAC目的地址是：6个字节FF(广播地址)；(2)(2

6、)Sync报文的类型是：UDP类型；(3)Sync报文的UDP目的端口号是:319。Delay_Req报文检测方法(主时钟端接收，从吋钟端发出):(1)Delay_Req报文的MAC目的地址是:主节点的MAC地址；(2)Delay_Req报文类型是:UDP类型；(3)Delay_Req报文的UDP目的端口号是:319。Sync与Delay_Req报文的检测数据必须同时满足(1)、(2)和(3),才能被认定为时钟同步报文，然后锁定该时刻的本地时钟时间值，并提出中断申请,由应用层来进一步判定报文的完整性与合理性，最后通

7、过本地时钟算法实现主、从时钟同步。2变屯站同步网络结构过程层网络与站控层网络相互独立的变电站时钟同步网络结构是当今智能变电站的常用时钟同步网络结构。该结构又具体分为两种网络结构：（1）过程总线分段模式站控层网络、过程层网络、测控装置和保护装置均采用双倍兀余，站控层网络采用双星形拓扑结构。这种拓扑结构最大的特点就是网络延吋小、造价比较低，但是变电站信息传输的可靠性比较低。过程层网络采用双环形拓扑结构，这种拓扑结构可靠性最高，是对GOOSE报文、SV报文、时间同步报文的传输的重要保障。（2）单一总线模式站控层网络、过程

8、层网络、测控装置和保护装置均采用双倍兀余。站控层网络和过程层网络都采用双星形拓扑结构。3狛能变屯站的精密时钟同步系统针对过程层网络与站控层网络相互独立的变电站时钟同步网络结构来构建智能变电站的精密时钟同步系统。主要包括两种构建方案：方案一，通过兀余结构的根吋钟GC来实现智能变电站的全站IEEE1588对时（如图1）。图1中的交换机在该方案中承载着透明时钟TC