CN106160226B - 一种提高智能变电站ptp对时精度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高智能变电站PTP对时精度的方法，所述方法包括：将交换机配置成IEEE1588协议的P2P模式；选择网络分割点；修改分割点两侧的交换机属性；IV、将分割后的网络分别接入时钟源；本发明提供一种1588分割方法，使得一串交换机分割为多段，在修改分割处的交换机的级联端口的属性，限定时钟报文的转发，然后在分割的各段网络中加入时钟源，使得每张网络的级联交换机数量减少，进而使得链路时延及抖动大大降低，极大的增加了网络对时的可靠性和精度。

Description

一种提高智能变电站PTP对时精度的方法

技术领域

本发明涉及智能变电站时钟同步领域，具体讲涉及一种提高智能变电站PTP对时精度的方法。

背景技术

变电站，改变电压的场所。为了把发电厂发出来的电能输送到较远的地方，必须把电压升高，变为高压电，到用户附近再按需要把电压降低，这种升降电压的工作靠变电站来完成。变电站的主要设备是开关和变压器。按规模大小不同，小的称为变电所。变电站大于变电所。变电所：一般是电压等级在110KV以下的降压变电站；变电站：包括各种电压等级的“升压、降压”变电站。

变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。智能变电站通过IEC61850的信息分层方式将自动化系统分为站控层、间隔层和过程层，以实现全站信息数字化和通信平台网络化。由此将通信网络分为站空层网络和过程层网络。随着智能变电站及二次设备网络化的发展需求，基于网络的时间同步技术具有更广泛的需求。

在智能变电站中统一的时间基准是继电保护及其他自动化装置安全可靠工作的基础，也是正确分析电网故障和事故原因的依据。IEEE1588协议是针对分布式网络测控系统提出的精确时钟同步协议，如果有硬件辅助，对时精度就能够达到亚微秒级别。过程层合并单元、智能终端等设备对时精度的要求为微妙级。PTP协议提出的硬件打时间戳方式延时抖动一般在数个纳秒之内，在离出入接口最近的地方打时间戳大大消除了协议栈等延迟的影响。因此，智能变电站过程层应采用硬件支持的IEEE1588对时方式。

IEEE1588协议采用分层的主从式模式进行时间同步，主要定义了四种多点传送的信息类型：①同步信息，简称Sync；②Sync之后的信息，简称Follow_Up；③延时请求信息，简称Delay_Req；④请求响应信息，简称Delay_Resp。具体同步过程如下：.1、主设备每隔一段时间(此时间可设，由主设备决定)向从设备发送SYNC报文，此报文带有预计的发送时间。在发送时，主设备记录下SYNC报文发送的实际时间T1，从设备在接收到该包时，记录下准确的接收时间T2。为了提高精度，应该在物理层或接近物理层的地方检测、记录和标识发送或接收时间。2、主设备在发出SYNC报文后，立刻向从设备发出一个跟随报文，此报文含有先前同步报文发送的准确时间戳T1。3、从设备向主设备发送延时请求报文(Delay_Req报文)，发送此报文的时间间隔由从设备设定。从设备记录Delay_Req报文的实际发送时间T3，主设备记录Delay_Req请求报文的实际到达时间T4。4、主设备向从设备响应一个Delay_Resp报文，该报文带有请求报文的准确到达时间T4。根据T1、T2、T3、T4，从设备可以算出传输延时和时钟误差。

从上面的同步原理可以看出，链路双向传输延时相等(如点对点传输)时，IEEE1588可以得到很高的同步精度。但报文经过交换机传输时，由于交换机传输报文需要存储和排队，不可避免的出现传输延迟抖动，而且延时随排队报文的多少、报文的大小不同而改变。因此普通交换机传输IEEE1588报文会造成对时精度严重下降，必须使用支持IEEE1588的网络交换机进行报文传输。

IEEE1588交换机的时钟模式主要有边界时钟(BC)、端到端透明时钟(E2ETC)和点到点透明时钟(P2P TC)三种。P2P模式下交换机将过滤所有的延时请求和响应报文，主钟只需处理和其直接相连的交换机发出的延时请求报文，即使在网络中终端数量很多的情况下，P2P模式也能很好的保证对时精度，因此智能变电站多选用P2P模式。但是，由于智能变电站过程层网络中多采用星型结构，有时会产生多级级联，时钟报文通过组播方式通过交换机逐级向下转发，即使在P2P模式下仍然存在时延和抖动较大的问题，合并单元或者智能终端收到交换机转发过来的follow_up报文中的修正域有较大的波动，有可能会触发从钟的对时异常事件。

为此，迫切需要一种提高智能变电站PTP对时精度的方法，减低链路的延时和抖动，提高对时精度。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种提高智能变电站PTP对时精度的方法，所述方法包括：

I、将交换机配置为IEEE1588协议的P2P模式；

II、选择网络分割点；

III、修改分割点两侧的交换机属性；

IV、将分割后的网络分别接入时钟源。

优选的，所述步骤I配置为IEEE1588协议的P2P模式的交换机包括：交换机过滤所有的延时请求和响应报文，主时钟源处理和其直接相连的交换机发出的延时请求报文。

优选的，所述P2P模式的交换机的时钟源以组播形式向从时钟源发送sync和follow up报文。

优选的，所述步骤II网络分割点的选择包括：根据级联的交换机数量和各台交换机连接的装置的数量以及数据流量，根据分割后各段交换机各自级联处的流量叠加值选择分割点。

优选的，所述步骤III分割点两侧的交换机属性包括：交换机收到上一级时钟源的同步报文，经cpu处理后，除不向级联端口转发外，向其它端口正常转发。

优选的，所述步骤IV分割后的网络分别接入时钟源包括：分割后的网络分别接入一路时钟源或者各接入两路互为备用的时钟源。

优选的，所述时钟源接入各段网络中间位置处。

优选的，所述智能变电站包括过程层设备、间隔层设备、站控层设备、站控层网络和过程层网络；

所述站控层设备与间隔层设备通过以太网进行信息传输，所述间隔层设备与过程层设备通过光缆进行通信；

所述间隔层设备跨接所述站控层网络和所述过程层网络。

优选的，所述过程层设备包括：智能设备、合并单元和智能终端，完成变电站电能分配、变化、传输及其测量、控制、保护、计量和状态监测功能；

所述间隔层设备包括：继电保护装置、测控装置和故障录波二次设备，实现使用一个间隔的数据并且作用于该间隔一次设备的功能；

所述站控层设备包括：自动化系统、站域控制系统、通信系统和对时系统，实现面向全站或一次设备的测量和控制功能，完成数据采集和监视控制、操作闭锁以及同步相量采集、电能量采集和保护信息管理功能。

优选的，所述测控装置包括主变压器油色谱在线监测模块、避雷器状态检测模块和电源系统；

所述电源系统包括交流电源系统、直流电源系统、UPS电源系统、通信电源系统、逆变电源系统和通信监控系统。

与最接近的现有技术相比，本发明具有以下优益效果：

1、对于智能变电站中，交换机级联数量较多的网络，通过该发明可以显著降低链路时延和抖动，提高对时精度。

2、本发明不需要物理分割网络，不会改变网络拓扑结构，从而也不会对其它业务通信造成影响。

3、只需要扩展时钟源和配置交换机就可以提高对时精度，工程实施较为简单。

附图说明

图1为本发明的提高智能变电站PTP对时精度的方法示意图；

图2为本发明的智能变电站结构示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。

本发明提供一种提高智能变电站PTP对时精度的方法，所述方法包括如下步骤：

1、过程层的1588交换机的时钟模式配置成P2P模式。

如图2所示，智能变电站从结构上分为站控层设备、间隔层设备、过程层设备、站控层网络和过程层网络，从功能上分为过程层和站控层：

所述站控层设备与间隔层通过以太网进行信息传输，所述间隔层设备与过程层设备通过光缆进行通信；

所述间隔层设备跨接所述站控层网络和所述过程层网络。

过程层设备包括：一次设备和智能组件构成的智能操作箱、合并单元和智能终端；一次设备包括：电子式互感器和开关设备等。

间隔层设备包括：继电保护装置、测控装置、计量装置和故障录波等二次设备；

站控层设备包括：自动化系统、站域控制系统、通信系统和对时系统。

所述测控装置包括主变压器油色谱在线监测模块、避雷器状态检测模块和电源系统；

电源系统包括交流电源系统、直流电源系统、UPS电源系统、通信电源系统、逆变电源系统和通信监控系统

站控层设备由远动通信装置、网络记录分析、站域控制系统以及站级监控系统、服务器等设备所构成的信息一体化平台，实现对智能变电站全景数据监控、处理和综合分析以及远端通信等功能；

通过间隔层设备通信总线实现与过程层设备、变电站层设备以及各种控制器和传感器之间的数据通信，并利用配套的测控装置、继电保护装置等智能二次设备对过程层的电子式互感器、断路器、变压器等一次设备进行监测与信号采样，通过对采样信号的分析和判断而执行相应的操作；

通过采用先进的电子装置和智能组件对过程层设备中的变压器、电压/电流互感器、断路器以及隔离开关等一次设备的替换和改造，实现了过程层设备的智能化。

本发明在过程层网络使用IEEE1588协议对时，且将IEEE1588交换机的时钟模式配置为P2P模式，在P2P模式下交换机将过滤所有的延时请求和响应报文，主钟只需处理和其直接相连的交换机发出的延时请求报文，即使在网络中终端数量很多的情况下，P2P模式也能很好的保证对时精度；

时钟源向从时钟源以组播形式发送sync和follow_up报文，网络中所有交换机收到sync和follow_up报文后的处理方式是向交换机上的每个端口转发。

2、选择网络分割点，将一串级联的交换机逻辑上分成两段，使得sync报文和follow_up报文被隔离开。可以简单的根据级联的数量从中间分割开，两段的交换机数量大概相同，同时根据各台交换机连接的装置的数量及数据流量大小，将分割位置进行偏移。综合考虑交换机级联的数量以及各台交换机连接装置的数量，还要评估业务报文的流量等因素。使得两段交换机各自级联处的流量叠加大致相同。

3、将分割处两台交换机属性修改，通常情况下级联交换机收到上一级时钟源的sync和follow_up同步报文，经cpu处理后，向所有端口转发，而分割后，在两台分割处的交换机上要做些改动，使得cpu分割处的交换机不再向级联端口转发，但仍然向其它端口正常转发。

4、分割后的两段网络分别接入一路时钟源，或者各接入两路时钟源，一路为主用，另一路为备用，接入各段网络中间位置处，使得终端从钟装置距离时钟源逻辑上不会太远，即间隔的交换机的数量较少。

5、对于级联数量更多的情况可以将网络分割成更多网段，只是在分割处配置交换机，同时每个网段分别接入时钟源，接入方法同步骤4。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (4)

1.一种提高智能变电站PTP对时精度的方法，其特征在于，所述方法包括：

I、将交换机配置为IEEE1588协议的P2P模式；

II、选择网络分割点；

III、修改分割点两侧的交换机属性；

IV、将分割后的网络分别接入时钟源；

所述步骤I的交换机过滤所有的延时请求和响应报文，主时钟源处理和其直接相连的交换机发出的延时请求报文；

所述P2P模式的交换机的主时钟源以组播形式向从时钟源发送sync和follow up报文；

所述步骤II网络分割点的选择包括：根据级联的交换机数量、各台交换机连接的装置的数量和数据流量，以及分割后各段交换机各自级联处的流量叠加值选择分割点；

所述步骤III分割点两侧的交换机属性包括：交换机收到上一级时钟源的同步报文，经cpu处理后，除不向级联端口转发外，向其它端口正常转发；

所述步骤IV分割后的网络分别接入时钟源包括：分割后的网络分别接入一路时钟源或者各接入两路互为备用的时钟源；

所述时钟源接入各段网络中间位置处。

2.如权利要求1所述的提高智能变电站PTP对时精度的方法，其特征在于，所述智能变电站包括过程层设备、间隔层设备、站控层设备、站控层网络和过程层网络；

所述站控层设备与间隔层设备通过以太网进行信息传输，所述间隔层设备与过程层设备通过光缆进行通信；

所述间隔层设备跨接所述站控层网络和所述过程层网络。

3.如权利要求2所述的提高智能变电站PTP对时精度的方法，其特征在于，所述过程层设备包括：智能设备、合并单元和智能终端；

所述间隔层设备包括：继电保护装置、测控装置和故障录波二次设备；

所述站控层设备包括：自动化系统、站域控制系统、通信系统和对时系统。

4.如权利要求3所述的提高智能变电站PTP对时精度的方法，其特征在于，所述测控装置包括主变压器油色谱在线监测模块、避雷器状态检测模块和电源系统；

所述电源系统包括交流电源系统、直流电源系统、UPS电源系统、通信电源系统、逆变电源系统和通信监控系统。

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