標題IEEE1588協議在數字化變電站中的應用

精確的時間同步系統在數字化變電站中占有重要的地位，根據IEC61850標準對智能電子設備（IED）的時鐘精度功能要求，用于計量的T5等級精度達到±lμs。
　　
　　目前，有2種重要的時間同步技術：網絡時間協議（NTP）和直接連接時間傳輸。其中，NTP的時間同步準確度一般只能達到毫秒級；而直接連接時間傳輸，最有代表性的就是基于全球定位系統（GPS）接收模塊，但其實現需要依靠單獨的硬接線，故其在分布式網絡中的應用有局限性。
　　
　　2002年底發布的IEEE1588是用于測量和自動化系統的高精度網絡時鐘同步協議（PrecisionTimeProtocol，PTP），IEEE1588采用軟硬件結合的方式，能夠達到亞微秒級的同步精度，協議中定義的各類同步報文均是基于用戶數據報協議和網絡協議（UDP/IP）多播報文發送的，因此尤其適合于在以太網上實現。
　　
　　2IEEE1588協議原理
　　
　　IEEE1588系統中的時鐘在結構上分為普通時鐘（OrdinaryClock，OC）、邊界時鐘（BoundaryClock，BC）和透明時鐘（TransparentClock，TC），功能上解釋為主時鐘與從時鐘。普通時鐘為只有一個PTP端口的對時源端或終端設備，邊界時鐘和透明時鐘為有多個PTP端口的交換機或路由器。系統中的源時鐘稱為根時鐘（GrandmasterClock，GC）。
　　
　　IEEE1588采用分層的主從模式進行時鐘同步，主要定義了4種多點傳送的時鐘報文類型：①同步報文，簡稱Sync，②跟隨報文，簡稱Follow_Up，③延時請求報文，簡稱Delay_Req，④延時響應報文，簡稱Delay_Resp。
　　
　　采用標準定義的最佳主時鐘（BestMasterClock，BMC）算法，從網絡中選擇一個準確度和穩定度最佳的時鐘作為主時鐘，其他時鐘均為從時鐘，并被主時鐘同步。
　　
　　同步過程分兩步執行，如圖1所示：
　　
　�。�1）偏移測量，即修正主時鐘與從時鐘之間的時間偏差。主時鐘按照所設定的時間間隔周期性地發出同步報文Sync，在報文中包含了報文發出的估計時間，從時鐘記錄收到同步報文的時間T2，經過一定時間的延時，主時鐘接著發出跟隨報文Follow_up，在報文中有Sync發出的精確時間T1，這樣，從時鐘使用Follow_up報文中的Sync實際發出時間和Sync的接收時間，可以計算出從時鐘與主時鐘之間的偏移（Offset），根據偏移量來修正時間偏差。
　　
　　但是由于主時鐘與從時鐘之間的傳輸延遲（Delay）在初始化階段是未知的，因此，此時從時鐘計算出的時間偏差包含了網絡的傳輸延遲。
　　
　�。�2）延遲測量。從時鐘發出延遲請求報文Delay_Req，并記錄發送時間T3，當Delay_Req到達主時鐘時，主時鐘記錄其到達時間T4，再用延遲響應報文Delay_resp將T4發送給從屬時鐘。這樣，從時鐘使用Delay_Req報文的實際發出時間和Delay_resp報文的實際接收時間，可計算出從時鐘和主時鐘之間的傳輸延遲并調整它的時鐘漂移誤差。
　　
　　圖1時鐘同步原理
　　
　　假設傳輸介質是對稱均勻的，主從時鐘間的偏移量TOffset以及傳輸延遲TDelay計算公式為：
　　
　�。�1）
　　
　�。�2）
　　
　　3IEEE1588協議在數字化變電站中的應用方案
　　
　　數字化變電站中的IED僅作為對時網絡末節點，扮演從時鐘角色。設置專用GC作為整個對時網絡的時鐘參考源，該GC可以有多個網口，但不是交換機或路由器。
　　
　　對通信網絡中的交換機或路由器，由于他們自身存在緩存，當網絡負載較重時，時鐘同步報文在經過交換機時，由于排隊等待和網絡堵塞等原因，將使得傳輸延遲抖動較大。下面以變電站自動化系統中常見的雙星型以太網為例，給出以下2種解決方案：
　　
　　第1種解決方案如圖2（a）所示，圖中交換機需要硬件支持，且與IEEE1588時間同步系統同步，把這些連接設備作為IEEE1588協議中的邊界時鐘來處理，讓這些連接設備也與整個系統同步。主、從時鐘通過BMC算法配置各個設備終端端口的屬性，建立IEEE1588時間同步系統的拓撲結構，然后，主、從時鐘通過本地時鐘同步算法進行校時。
　　
　　該方案對于主、從時鐘間鏈路上有很少的網絡連接設備（如交換機）的情況，可以達到較好的精度，但是，如果主、從時鐘間鏈路上的網絡連接設備（如交換機）很多，會造成累計誤差，影響IEEE1588協議的精度效果。
　　
　　第2種解決方案如圖2（b）所示，圖中交換機對于IEEE1588時間同步系統來說是透明的，即把這些連接設備作為IEEE1588協議中的透明時鐘來處理，記錄IEEE1588協議報文進出這些設備的時間，從時鐘校準時將其剔除。該方案不改變原有自動化網絡中連接設備主、從時鐘間點對點的通信。同時，像第1種解決方案一樣，建立IEEE1588時間同步系統的拓撲結構，然后校時。
　　
　　該方案可以減少網絡抖動的影響，排除交換網造成的非對稱延遲的影響，減少大型拓撲中的累計誤差。
　　
　　DNPTP-8M是一款支持IEEE1588-2008，PTPV2的主時鐘（GrandmasterClock），使用GPS作為時鐘參考源時，DNPTP-8M跟蹤UTC的精度優于20ns，可通過以太網絡提供高精度的時間信號源。
　　
　　IEEE1588-2008精密時鐘服務器DNPTP-8M采用專業的IEEE1588-2008處理芯片加上中新創科的專利時間調整技術和軟件，DNPTP-8M可同時為多臺IEEE1588-2008從時鐘提供時鐘基準。
　　
　　PTPV2精密時鐘服務器DNPTP-8M內置高穩恒溫晶振（OCXO），低日老化率，即使丟失了GPS衛星信號，PTPV2精密同步時鐘DNPTP-8M也有優秀的保持性能。
　　
　　除了使用GPS作為外部基準時鐘，PTPV2精密同步時鐘服務器DNPTP-8M還可以使用北斗導航衛星系統。除此之外，IEEE1588-2008精密時鐘服務器DNPTP-8M還有1路1PPS輸入和1路IRIG-B或1路2MHz（G.703）作為輔助參考源。
　　
　　通過以太網來獲得納秒級時間精度，采用PTPV2精密時鐘服務器DNPTP-8M是你的首選。相對于獨立式的時鐘同步系統，IEEE1588精密時鐘服務器DNPTP-8M可降低整個時間同步系統的造價，獲得更高的性價比。
　　
　　PTPV2精密時鐘服務器DNPTP-8M應用于工業自動化系統，航天航空系統，2.5G/3G/4G基站，數字化變電站，CMMB基站，數字電視數字廣播，電信機房等需要精密時鐘服務的場所。
　　
　　●IEEE1588精密時鐘服務器DNPTP-8M的特點●硬件時間戳，優于20ns的時間精度●內置50通道GPS接收裝置，可使用GPS/北斗雙系統●頻率準確度優于1E-12,24小時保持精度優于1E-10●支持端到端（endtoend）或點對點（peertopeer）模式●支持1step或2steps●傳輸協議支持UDP或Ethernet協議●每秒512次延時服務能力●支持Pre-Master模式，主時鐘熱備份，熱切換功能●10/100M以太網口●遠程軟件升級，SNMP,Syslog管理監控●多種接口輸出
　　
　　詳細參數
　　
　　支持協議
　　
　　PTPV2,IEEE1588-2008,NTP,SNTP,IP,TCP,UDP,Telent,DHCP,Syslog
　　
　　精度
　　
　　PTP優于20ns,頻率輸出優于1E-12
　　
　　硬件時間戳
　　
　　1層時間源
　　
　　輸出接口
　　
　　1-8路10/100MPTP網口
　　
　　輸出接口
　　
　　RS232TOD輸出,本地干接點告警輸出
　　
　　輸出接口
　　
　　選配1-4路10/100MNTP網口,選配1PPS,10M,IRIG-B
　　
　　輔助時間源
　　
　　選配1PPS,2MHz,IRIG-B
　　
　　產品尺寸
　　
　　19英寸1U,無風扇
　　
　　顯示
　　
　　20X2LCD+led（電源,鎖定,保持,主要告警,次要告警
　　
　　電源