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1588协议时间同步装置

作者:admin  时间:2017-11-10 02:32  人气: ℃

产品名称:1588协议时间同步装置

      一种多路输出的PTP的时间同步装置,具有两路电口PTP,一路光口PTP,一路E1接口,在主控管理单元同步后发出以基于报文(Message-based)传输的方式同步所有其他需要授时的设备,能够实现亚微秒级的高精度同步。

利用最佳主时钟算法来确定广域范围内哪台为最佳主时钟,并同步其他时钟。

最佳主时钟算法指明了一种方法,该方法使得本地时钟能够决定它所能看到的所有时钟包括其自身,独立于每个PTP端口,在端口选择出比较好的时钟之后,再一次进行比较,最后确定出一个最好的时钟。指定它作为系统的最佳主时钟。

技术领域

      本实用新型涉及电力系统时间同步系统设备

技术背景

      电力系统规模的扩大以及电力系统控制技术的发展,对各调度系统以及发电厂和变电站的时间基准都提出了新的要求。实际上,电力系统内部信息交换量大、状态改变快,只有满足一定的时钟同步精度,才能对相位比较、故障记录、事件顺序启动等功能给予保障。

      传统的地面时间同步链路是采用NTP(Network Time Protocol)传送方式实现,目前已发展到V4版本,SNTP为NTP的简化版。协议最大的缺点只能满足微秒级的时间传递精度,这对于高精度时间同步所需纳秒级,时间精度是不可比拟的,而采用单向信道的GPS时间同步系统,虽然同步信号的获得可靠稳定,精度高,但是成本相对比较高,在失星的情况或者地理条件恶劣的环境下失效率也高,并且存在一定的信息安全风险。现有的电力系统领域大都是采用GPS卫星接收机获得时间信息,对于多个接收机而已不具备管理能力,造成时间上的差异无法预防,各站之间基本不可共用一个GPS资源,造成浪费严重,只有具备了统一精确的时间源才可以更好的实现各系统的运行监控和故障分析,为设备提供精确的时间至关重要,这样才能分析事故发生的先后顺序提供依据。

      因此,为了进一步提高电力系统运行管理水平,满足电力系统快速发展的要求,并提高对系统的控制能力和故障分析能力,首先必须提供一个统一的系统时钟,使整个控制系统内部各个站点的时钟保持同步。IEEE 1588精确时间同步协议,它能达到的高精度和较低的开销为人们实现特定场所的应用提供了现实可行的途径。

      电力系统是时间相关系统,无论电压、电流、相角、功角变化,都是基于时间轴的波形。近年来,超临界、超超临界机组相继并网运行,大区域电网互联,特高压输电技术得到发展。电网安全稳定运行对电力自动化设备提出了新的要求,特别是对时间同步,要求继电保护装置、自动化装置、安全稳定控制系统、能量管理系统(EMS)和生产信息管理系统等基于统一的时间基准运行,以满足事件顺序记录(SOE)、故障录波、实时数据采集时间一致性要求,确保线路故障测距、相量和功角动态监测、机组和电网参数校验的准确性,以及电网事故分析和稳定控制水平,提高运行效率及其可靠性。未来数字电力技术的推广应用,对时间同步的要求会更高。 目前,电力系统中要求对时的每套系统都配置一套独立的时钟系统,通常选用美国的全球定位系统(GPS)接收器,结果使电力企业、电厂、变电站的楼顶天线林立。由于处理方式、接口标准不统一,这些时间接收系统相互间不通用、无法互联,更不用说形成互为备用,而且整个系统的可靠性无法保证,过于依赖于GPS。为了逐步实现全电网的统一时间,有必要在发电厂、变电站、控制中心、调度中心建立集中和统一的电力系统时间同步系统,而且要求该系统能基于不同的授时源建立时间同步并互为热备用。

      目前,中国电力行业通常使用的是北京时间。协调世界时间(UTC)加8h后,转换为北京时间。本文中的时间同步概念,就是通过接收授时系统所发播的标准时间信号和信息,校准本地时钟,换言之,就是实现标准时间信号、信息的异地复制。

内容

提供一种高精度的电力系统同步装置,通过运用以太网协议和最佳主时钟算法来实现高精度对时,其特别之处在于不需要更多的输出插件,设备可以做的很小巧,同时具备多种PTP接口,有光口,电口,E1口,满足不同的现场需求,只需要电源板,显示板,CPU板就可以,输出接口和告警接口在CPU板上,这在很大程度上节省了成本,并且利用高速的OMAPL137双核处理器,内含ARM920T内核和DM6747的DSP处理内核,再利用FPGA的来实现逻辑功能,具有低功耗高性能的优点,并且处理速度极快,在很大程度上满足多授时端的设备需求。E1口能接收来自调度的时间信号并使本装置同步,这对装置的长期运行和授时精度有很大的保证。

优点:

  1. 很大程度上节省成本。

  2. 精度达到亚微秒级。

  3. 多信号源的主时钟算法。

  4. 利用E1口接入调度中心的时间,保证气候不佳的情况下精度也能保证。

实施方式

      1588时钟采用MotorolaM12接口模块并可接收二代北斗信号,通过最佳主时钟算法确认主时钟信号,向外发送PTP对时报文,OMAPL137用来实现整个1588通信的实现,并选用FPGA来协助OMAPL137来实现逻辑功能和高精度守时。

PTP协议实现方法

      IEEE 1588系统包括多个节点,每个节点代表一个IEEE 1588时钟,时钟之间通过网络相连,并由网络中最精确的时钟以基于报文(Message-based)传输的方式同步所有其它时钟,按照工作原理可将IEEE 1588的时钟分为两类:普通时钟(Ordinary Clock)和边界时钟(Boundary Clock)。普通时钟只有一个PTP端口,边界时钟包含一个或者多个PTP端口。每个PTP端口的状态主要有三种:主状态(PTP_MASTER)、从状态(PTP_SLAVE)和被动状态(PTP_PASSIVE)。PTP端口处于主状态或从状态的时钟,分别称为主时钟(MASTER CLOCK)和从时钟(SLAVE CLOCK)。一个简单的PTP系统包括一个主时钟和多个从时钟,主时钟负责同步系统中所有从时钟。如果PTP端口处于被动状态,则意味着对应的时钟不参与PTP时间同步。 PTP采用分层的主从式(Master-Slave)模式进行时间同步。IEEE 1588主要定义了四种多点传送的时钟报文类型:同步报文Sync、跟随报文Follow_Up、延迟请求报文Delay_Req和延迟请求响应报文Delay_Resp。同步过程分两步执行:

1) 主从时钟之间的差异纠正,即时钟偏移量测量。主时钟周期性(一般每隔2秒)地给从时钟发送Sync报文,此报文所包含的信息有:报文在网络传输时刻的估计值和事件序列标识值(sequence Id)等。在主时钟的介质独立接口

(MII)处连接有报文时标生成器,它可精确测量Sync报文的发送时刻(1T),主时钟随后发送Follow_Up报文,该报文中携带1T信息以及相关事件序列标识值(Associate Sequence Id),此标识值必须与同一个时钟发送的最新的Sync报文中的sequence Id相对应。在PTP时钟同步的过程中,一般情况下,每一个同步报文都有一个相应的跟随报文紧随其后。从时钟通过内部的报文时标生成器,精确测量Sync报文到达时刻(2T),确认所收到的Sync报文和Follow_Up报文里的序列标识值相等后,比较1T和2T,纠正从时钟与主时钟之间的时间差异。

2)主从时钟之间通信路径传输延迟的测量。从时钟发送Delay_Req报文给主时钟,后者回应Delay_Resp报文。报文的双向传输中都包含了精确的传输时刻,从时钟利用此时间差异可以计算传输延迟。此测量方法要求传输路径对称,即发送延迟和接收延迟相等。从钟可以获得差异后的准确时间信息。

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