IEEE1588,时钟同步系统应用分析与现场测试

第32卷第2期2012年2月

电力自动化设备

ElectricPowerAutomationEquipment

Vol．32No．2Feb.2012

IEEE1588时钟同步系统应用分析与现场测试

刘

巍1，熊浩清2，石

光1，赵

勇1

（1.河南电力试验研究院，河南郑州450052；2.河南省电力公司智能电网研究中心，河南郑州450052）摘要：介绍了数字化变电站IEEE1588同步对时系统的结构及特点，重点分析了不同模式情况下的实现机制与差别，提出了合并单元同步性能、主备时钟切换性能等项目的测试方法，通过实际工程测试得出了2个合并单元输出的采样值角差的变化以及主备时钟切换各环节延时等数据。最后结合测试中遇到的问题，提出了过程层网络主备时钟切换试验的重要性，并给出了对于合并单元的一些建议。关键词：变电站；同步对时；测试；IEEE1588；通信中图分类号：TM76文献标识码：B文章编号：1006－6047（2012）02－0127－04

主时钟

从时钟

不同时刻从时

钟知道的时间

0引言

t1

Sync

t2

Follow-Up包含t1值Delay-Reqt4

Delay-Resp包含t4值

同步对时系统是数字化变电站中的重要一环。数字化变电站中间隔层的保护装置、测控装置，尤其是过程层的合并单元均离不开同步对时信息，保证数字化变电站各设备的精确同步是数字化变电站稳定运行的重要基础［1-6］。

PTP（PrecisionTimeProtocol）是IEEE1588中定义的一种精密时钟同步协议，PTP主要针对相对本地化、网络化的系统，子网较好，内部组件相对稳定的环境设计的。由于PTP有实现简单、占用的网络和计算资源少等优点，广泛应用于分布式系统中。

随着PTP的时钟同步机制在数字化变电站领域的应用，迫切需要相应的测试方法核验及评估全站同步对时系统。本文结合220kV数字化变电站技术研究及工程项目实践，归纳总结出数字化变电站PTP同步对时系统的原理及测试方法。

t2t1t2

t3t1t2t3

t1t2t3t4

图1PTP时钟同步基本原理

Fig.1ElementaryprincipleofclocksynchronizationbasedonPTP

1

1.1

IEEE1588在数字化变电站中的应用

基本原理

PTP通过主从设备间消息传递，计算时间偏差来达到主从同步。PTP系统属于自组织式的管理方式。最佳主时钟BMC（BestMasterClock）算法根据各个PTP端口提供的质量信息，确定每个域内的主时钟。BMC算法利用状态决定算法确定每个端口的主从状态，称为建议状态。主时钟周期性地组播包含时间戳的消息，需要同步的从时钟向主时钟发送消息，从时钟根据收到的时间信息和自身发送消息的时间，计算出与主时钟的偏差和线路延迟。同步消息传递的机制为延时请求响应机制（如图1所示）［7-11］。1.2在数字化变电站中的应用

PTP系统中的时钟在结构上分为普通时钟OC（OrdinaryClock）、边界时钟BC（BoundaryClock）和

收稿日期：2011-01-18；修回日期：2011-11-18

透明时钟TC（TransparentClock），在功能上分为主时钟和从时钟［12-14］。

数字化变电站中源时钟作为网络中精度最高的时钟，称为主时钟GC（GrandmasterClock）。交换机时钟模型为TC，可能为E2ETC（EndtoEndTC）或P2PTC（PeertoPeerTC）。合并单元、保护测控等装置的时钟模型为OC，运行在从时钟状态。从时钟通过与主时钟的报文交互来获取精确时标并计算从时钟与主时钟的时间偏差（tOffset）。从时钟根据此时间偏差校正自身时钟，实现与主时钟时间同步。1.2.1系统结构及特点

数字化变电站PTP同步对时系统如图2所示。其特点如下：

a.主时钟a和主时钟b互为备用；

b.正常状态下只有一台活动主时钟，另一台处于静默状态，此机制通过主时钟BMC算法实现；

c.PTP交换机TC需根据BMC算法选择主时钟同步频率；

d.IED（OC）跟随当前活动主时钟。在主时钟发生切换时，守时等待切换完成并根据BMC算法选择主时钟。