時(shí)鐘同步系統(tǒng)在承德電網(wǎng)的構(gòu)成與應(yīng)用

何瑩

摘 要:本文結(jié)合承德地區(qū)電網(wǎng)時(shí)鐘同步系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況,分析和說(shuō)明了這套基于SDH地面通信網(wǎng)絡(luò)搭建的系統(tǒng)在電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)揮的重要作用,及其未來(lái)的應(yīng)用和發(fā)展前景。并對(duì)整個(gè)承德電網(wǎng)時(shí)鐘同步系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中使用的關(guān)鍵技術(shù)、系統(tǒng)架構(gòu)、子系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及接口設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了詳盡的分析和介紹。

關(guān)鍵詞:時(shí)鐘同步系統(tǒng)IEEE-1588SDH

中圖分類(lèi)號(hào):TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)07(c)-0045-01

1 引言

隨著智能化電網(wǎng)發(fā)展的需要,國(guó)家對(duì)電力系統(tǒng)的大規(guī)模投資,電力系統(tǒng)對(duì)其系統(tǒng)內(nèi)部的對(duì)時(shí)系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確度都提出了更高的要求。目前,電力系統(tǒng)使用的對(duì)時(shí)系統(tǒng)大多基于GPS和北斗衛(wèi)星的授時(shí)系統(tǒng),在鎖星正常時(shí),各子系統(tǒng)均可與衛(wèi)星時(shí)間保持同步,進(jìn)而保證整個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘的一致性;但不論是以GPS還是北斗衛(wèi)星為基準(zhǔn)的時(shí)鐘,都存在一個(gè)難以克服,但又非常致命的問(wèn)題——衛(wèi)星信號(hào)接收可靠性的問(wèn)題。

另外,由于全球GPS系統(tǒng)完全由美國(guó)軍方運(yùn)行維護(hù),一旦美國(guó)在政治局勢(shì)緊張時(shí)降低GPS精度,甚至徹底關(guān)閉GPS,都會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成不利影響。

基于以上的幾點(diǎn)疑慮,最可行的辦法就是建立一個(gè)穩(wěn)定、可靠且具有較高精度的地面對(duì)時(shí)系統(tǒng)。這樣的一套地面對(duì)時(shí)系統(tǒng)不但是對(duì)現(xiàn)有的對(duì)時(shí)系統(tǒng)的有益補(bǔ)充,而且對(duì)于電力系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展基于全網(wǎng)時(shí)間同步的應(yīng)用。

2 時(shí)鐘同步系統(tǒng)的功能和原理

2.1 概述

承德電網(wǎng)中的時(shí)鐘同步系統(tǒng)主要要實(shí)現(xiàn)兩方面的功能:(1)要實(shí)現(xiàn)各廠站與調(diào)度中心的時(shí)間保持同步,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各廠站間的時(shí)間同步;(2)要實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心對(duì)各廠站內(nèi)的時(shí)鐘設(shè)備進(jìn)行集中的監(jiān)控、管理和配置。

由于在電力系統(tǒng)中,廠站間的設(shè)備只能通過(guò)SDH網(wǎng)絡(luò)互連、通信,其可用的通信接口是一個(gè)2Mbit帶寬的E1接口。所以如何基于這個(gè)SDH網(wǎng)絡(luò),定義并實(shí)現(xiàn)一套相應(yīng)的通信協(xié)議,就成為了實(shí)現(xiàn)該時(shí)鐘同步系統(tǒng)的關(guān)鍵。

2.2 基于SDH網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的廠站間的時(shí)間同步

為了實(shí)現(xiàn)廠站間的時(shí)間同步,在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中應(yīng)用了IEEE-1588 PTP精確時(shí)間同步協(xié)議。IEEE-1588協(xié)議是目前應(yīng)用最為廣泛的,適用于高精度的對(duì)時(shí)場(chǎng)合的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,具有很高的精度、可靠性和良好的拓?fù)渫卣固匦浴?/p>

在以太網(wǎng)和SDH的E1接口之間實(shí)現(xiàn)IEEE-1588協(xié)議報(bào)文的雙向傳輸、轉(zhuǎn)發(fā),同時(shí)為了保證較高的站間時(shí)間同步精度,還應(yīng)能精確計(jì)算出IEEE-1588數(shù)據(jù)包在以太網(wǎng)口和E1接口之間的傳輸延時(shí)。其實(shí)質(zhì)就是需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于以太網(wǎng)和E1接口的IEEE-1588的透明時(shí)鐘(TC)設(shè)備。在實(shí)際的系統(tǒng)實(shí)施中,在SDH網(wǎng)絡(luò)上,承德調(diào)度中心的主鐘被配置成IEEE-1588協(xié)議中的主鐘,每個(gè)廠站內(nèi)的主鐘被設(shè)定為IEEE-1588協(xié)議中的從鐘。所有的主、從鐘都通過(guò)一個(gè)專(zhuān)門(mén)為本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的,帶E1接口的透明時(shí)鐘連接至SDH網(wǎng)絡(luò),以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換及時(shí)間同步。

在本系統(tǒng)中,每個(gè)廠站的主鐘上都配置了銣原子鐘模塊。借助現(xiàn)代閉環(huán)控制守時(shí)理論和卡爾曼數(shù)字濾波技術(shù),使主鐘具備了超強(qiáng)的守時(shí)能力,可以保證在SDH網(wǎng)絡(luò)失效后的相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi),各廠站的時(shí)間仍能與調(diào)度中心的時(shí)間保持一致。

2.3 基于SDH網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的時(shí)鐘設(shè)備的監(jiān)控、管理和配置

在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程中,針對(duì)時(shí)鐘設(shè)備的固有特性,定義并實(shí)現(xiàn)了一組時(shí)鐘設(shè)備專(zhuān)用的通信協(xié)議,用于各時(shí)鐘設(shè)備間交換其各自的狀態(tài)信息,以實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘設(shè)備的監(jiān)控、管理和配置等功能。

該協(xié)議按通信的介質(zhì)和范圍,大體可分為兩部分:(1)是廠站內(nèi)的設(shè)備信息的交換。由于廠站內(nèi)的時(shí)鐘設(shè)備都帶以太網(wǎng)接口,所以這一部分的協(xié)議是定義在以太網(wǎng)上的,所有的數(shù)據(jù)報(bào)文都采用802.3的以太網(wǎng)幀的封裝。時(shí)鐘設(shè)備狀態(tài)和配置信息的交換采用主從應(yīng)答的方式,廠站內(nèi)的主鐘會(huì)發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求包以獲取各個(gè)子鐘的狀態(tài),并將從站的應(yīng)答數(shù)據(jù)整合、打包,以便后續(xù)與調(diào)度中心進(jìn)行交互。(2)是調(diào)度中心與各廠站間信息的交換。因?yàn)閺S站間的數(shù)據(jù)交換是通過(guò)SDH網(wǎng)絡(luò),所以這部分協(xié)議是定義在SDH網(wǎng)絡(luò)中的E1接口上的,幀格式滿足E1接口對(duì)幀格式的要求。調(diào)度中心與各廠站間的數(shù)據(jù)交換也是采用主從應(yīng)答的方式,由調(diào)度中心對(duì)每個(gè)廠站發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求包,然后相應(yīng)廠站的設(shè)備回復(fù)應(yīng)答。另外,雖然該協(xié)議與IEEE-1588協(xié)議共用一個(gè)E1通道,但他們使用不同的時(shí)隙進(jìn)行報(bào)文發(fā)送,所以相互間不會(huì)有影響,有效的節(jié)約了通信資源。

3 時(shí)鐘同步系統(tǒng)在承德電網(wǎng)的實(shí)施方案及應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)實(shí)施方案

在承德電網(wǎng)時(shí)鐘同步系統(tǒng)中,各站點(diǎn)間采用星型網(wǎng)絡(luò)連接,其中,位于承德調(diào)度中心的主站為承德地區(qū)網(wǎng)絡(luò)的最高級(jí)節(jié)點(diǎn),其它3個(gè)子站營(yíng)子站、周營(yíng)子站、東北郊站均與承德中心站通過(guò)SDH通道連接。無(wú)論主站或子站,均為典型的主備式時(shí)間同步系統(tǒng)組成方案,系統(tǒng)中配置了兩臺(tái)主時(shí)鐘,互為冗余備用,兩臺(tái)主時(shí)鐘各自接收無(wú)線時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào),以及來(lái)自上一級(jí)時(shí)間同步系統(tǒng)的有線時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào),時(shí)鐘裝置自動(dòng)選取優(yōu)先級(jí)最高且狀態(tài)正常時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào),確保時(shí)鐘輸出與UTC基準(zhǔn)時(shí)間保持同步。主備式系統(tǒng)提高了時(shí)間同步的可靠性,主時(shí)鐘A和B可以分別連接兩路不同的無(wú)線時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào),即GPS和北斗。

在出現(xiàn)GPS和北斗系統(tǒng)同時(shí)異常的特殊情況時(shí),主時(shí)鐘還可通過(guò)SDH網(wǎng)絡(luò)與源自上一級(jí)時(shí)間同步系統(tǒng)的有線時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)(IEEE-1588形式)保持同步,仍可保證時(shí)間同步精度。

3.2 系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

承德電網(wǎng)時(shí)鐘同步系統(tǒng)于2011年3月投入運(yùn)行后,為廠站內(nèi)的各類(lèi)被授時(shí)設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠的高精度時(shí)間同步信號(hào),提高了時(shí)間同步采樣的準(zhǔn)確度,提高了故障錄波器數(shù)據(jù)的可信度,保障了故障分析和事故數(shù)據(jù)反演時(shí)的準(zhǔn)確度。降低了全系統(tǒng)對(duì)GPS的依賴(lài)度,提高了電網(wǎng)運(yùn)行的安全度。減輕了監(jiān)控值班人員勞動(dòng)強(qiáng)度,完善并提高了無(wú)人值班變電站自動(dòng)化水平。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著時(shí)鐘同步系統(tǒng)的進(jìn)一步應(yīng)用,此系統(tǒng)的推行是有它的必然性和必要性的,要實(shí)現(xiàn)完善的時(shí)鐘同步系統(tǒng)的功能,還有許多技術(shù)問(wèn)題、工程問(wèn)題需要解決,時(shí)鐘同步系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展也是一持續(xù)、漸進(jìn)、發(fā)展、完善的歷程。相信從常規(guī)變電站的時(shí)鐘同步系統(tǒng)到由主站系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)全網(wǎng)所轄變電站的時(shí)鐘同步系統(tǒng)這一過(guò)程,將會(huì)在不遠(yuǎn)的將來(lái)日臻成熟,呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展之勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1] IEEE Std 1588-2002 [EB/OL].http//ieee1588.nist.gov,2002.

[2] IEEE Std 1588-2008 [EB/OL].http//standards.ieee.org,2008.

[3] 吳鳳修.SDH技術(shù)與設(shè)備[M].北京:人民郵電出版社,2006.

[4] 張大元,謝毅.利用光纖數(shù)字同步傳送網(wǎng)2.048Mbit/s支路傳送高精度標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)[J].現(xiàn)代電信科技,2006(12):17-21.

[5] 楊洪軍.IEEE 1588協(xié)議在光通信網(wǎng)絡(luò)中的研究與應(yīng)用[J].光通信技術(shù),2010(9):25-28.

[6] 陳小舟.IEEE 1588在同步數(shù)字傳送網(wǎng)中的應(yīng)用[J].重慶文理學(xué)院學(xué)報(bào),2009,28(2):43-46.