數(shù)字同步網(wǎng)和時(shí)間同步網(wǎng)在電力系統(tǒng)的兩網(wǎng)合一

劉豪+楊萬錦+黃群丹+袁亮+許文+葉泂濤

摘 要：數(shù)字同步網(wǎng)與時(shí)間同步網(wǎng)都是相當(dāng)重要的支撐網(wǎng)，其中數(shù)字同步網(wǎng)可以準(zhǔn)確地將同步信息從基準(zhǔn)時(shí)鐘向同步網(wǎng)絡(luò)的改革節(jié)點(diǎn)傳遞，時(shí)間同步網(wǎng)則是建立起了具有時(shí)間標(biāo)志的新型同步網(wǎng)。兩者的合一可以有效地改善通信效果，為電力系統(tǒng)的發(fā)展提供支持。長期以來，數(shù)字同步網(wǎng)與時(shí)間同步網(wǎng)應(yīng)用于電力系統(tǒng)的兩個(gè)層面，它們分別構(gòu)成了通信承載網(wǎng)與變電站通信系統(tǒng)的支撐網(wǎng)絡(luò)，本文報(bào)告了電力系統(tǒng)數(shù)字同步網(wǎng)與時(shí)間同步網(wǎng)的現(xiàn)狀，對融合后的時(shí)率同步網(wǎng)的技術(shù)和應(yīng)用做了探討。

關(guān)鍵詞： 數(shù)字同步 時(shí)間同步 同步網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用

中圖分類號：X799 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（c）-0106-02

電網(wǎng)系統(tǒng)中，通信傳輸網(wǎng)與變電站、電廠和控制中心往往共址設(shè)置，使同步網(wǎng)即傳遞時(shí)間同步信號又傳遞頻率同步信號不僅可以節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源。IEEE 1588 V2標(biāo)準(zhǔn)定義的PTP（Precision Time Protocol）可以實(shí)現(xiàn)高精度的時(shí)間同步地面?zhèn)鬟f，使跨地域的廠站時(shí)間同步系統(tǒng)達(dá)到了亞微秒級的同步精度，它提出的包同步技術(shù)將同步信息封裝進(jìn)數(shù)據(jù)報(bào)文中，在數(shù)據(jù)流中傳遞，解決了分布式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性問題。

PTP技術(shù)成為同步網(wǎng)向時(shí)頻合一漸進(jìn)式發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)支撐。

1 時(shí)間同步系統(tǒng)的需求

1.1 通信傳輸網(wǎng)的現(xiàn)狀

目前通信傳輸網(wǎng)的主要體制以SDH與OTN技術(shù)為主，隨著OTN承載低速率、細(xì)顆粒業(yè)務(wù)能力的增強(qiáng)，OTN將成為今后通信承載發(fā)展的主要方向。

1.2 凱里供電局時(shí)間同步網(wǎng)的需求

凱里供電局目前還沒有建設(shè)統(tǒng)一的時(shí)間同步網(wǎng)，各個(gè)電廠和變電站依然采用獨(dú)立的GPS衛(wèi)星接收系統(tǒng)作為各個(gè)電廠和變電站的唯一時(shí)間源，時(shí)間源沒有做到天地互備和組成主從同步的時(shí)間同步網(wǎng)。導(dǎo)致各個(gè)電廠和變電站之間存在時(shí)間不同步的故障和隱患，白午變電站（智能化）與翁郎變電站（傳統(tǒng)）就發(fā)生了兩個(gè)變電站時(shí)間不統(tǒng)一，直接導(dǎo)致線路光差保護(hù)閉鎖、告警，從而退出運(yùn)行線路的光差保護(hù)，而僅保留后備保護(hù)。所以形成天地互備的時(shí)間同步網(wǎng)成為時(shí)間同步網(wǎng)發(fā)展的方向。

基于以上要求，建設(shè)既滿足頻率同步又能滿足時(shí)間同步技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)頻合一的同步網(wǎng)變的十分必要。

2 數(shù)字同步網(wǎng)與時(shí)間同步網(wǎng)兩網(wǎng)合一的實(shí)現(xiàn)

電力通信傳輸網(wǎng)目前在網(wǎng)設(shè)備以SDH網(wǎng)元為主，SDH的時(shí)鐘特性使得其設(shè)備本身只支持E1信號實(shí)現(xiàn)的頻率同步，要實(shí)現(xiàn)數(shù)字同步網(wǎng)與時(shí)間同步網(wǎng)兩網(wǎng)合一的漸進(jìn)式演進(jìn)，使用E1頻率同步與PTP時(shí)間同步相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字同步網(wǎng)與時(shí)間同步網(wǎng)兩網(wǎng)合一[1]。

SDH網(wǎng)元接收時(shí)鐘同步設(shè)備的E1信號直接用于SDH網(wǎng)絡(luò)的頻率同步，使全網(wǎng)設(shè)備工作在同一基準(zhǔn)頻率下，時(shí)鐘同步設(shè)備還提供PTP信號，將PTP信號轉(zhuǎn)換為可在SDH網(wǎng)元承載的E1業(yè)務(wù)信號，傳遞至各變電站與電廠時(shí)間同步設(shè)備或支持IEEE 1588協(xié)議的一次、二次設(shè)備上，可以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo)，即時(shí)間頻率兩網(wǎng)合一，站內(nèi)時(shí)間同步系統(tǒng)天地互備，保證時(shí)間同步的可靠性。

3 兩網(wǎng)合一對通信網(wǎng)發(fā)展的前瞻性

光傳輸網(wǎng)的發(fā)展趨勢是向全I(xiàn)P化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展，不僅實(shí)現(xiàn)承載業(yè)務(wù)的IP化，更要實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)設(shè)備的IP化，目前以PTN[2]、IPRAN，乃至更高層面的OTN均實(shí)現(xiàn)了分組交換、全業(yè)務(wù)接口IP化的能力，PTP技術(shù)提出的包同步技術(shù)將同步信息封裝進(jìn)數(shù)據(jù)報(bào)文中，在數(shù)據(jù)流中傳遞，適應(yīng)了全業(yè)務(wù)IP化的要求，而且它還具有既能傳遞時(shí)間同步也能傳遞頻率同步的特性為時(shí)間同步網(wǎng)與頻率同步網(wǎng)在電力系統(tǒng)的兩網(wǎng)合一提供了有力支撐。

未來，電力系統(tǒng)通信承載網(wǎng)將建成全I(xiàn)P化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)的全I(xiàn)P化適應(yīng)了未來業(yè)務(wù)的發(fā)展要求，同時(shí)使的使用PTP這一關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)頻合一成為可能。

4 IEEE 1588時(shí)鐘同步原理

IEEE 1588時(shí)鐘同步系統(tǒng)是由同步時(shí)鐘設(shè)備和系統(tǒng)設(shè)備組成的分布式授時(shí)系統(tǒng)。

IEEE 1588協(xié)議是通過主-從時(shí)鐘進(jìn)行同步報(bào)文數(shù)據(jù)交換來實(shí)現(xiàn)時(shí)間統(tǒng)一的[3].主時(shí)鐘在tm1時(shí)刻向從時(shí)鐘發(fā)送Sync同步報(bào)文，如圖1所示，從時(shí)鐘在tn1時(shí)刻接收并記錄接收時(shí)間，緊接著主時(shí)鐘通過Follow_up跟隨報(bào)文發(fā)送之前記錄的精確時(shí)間信息tm1，從時(shí)鐘收到tm1后則有

tdelay+toff-delay=tn1-tm1 （1）

式中tdelay為主-從設(shè)備的時(shí)間偏移量；toff-dalay為路徑延時(shí)量。從時(shí)鐘接收跟隨報(bào)文后在tn2時(shí)刻發(fā)送一個(gè)Delay_Req延時(shí)請求報(bào)文，主時(shí)鐘接收并記錄精確接收時(shí)間tm2，然后把接收時(shí)間通過Delay_Resp延時(shí)響應(yīng)報(bào)文發(fā)送給從時(shí)鐘，可得

tdelay-toff-delay=tm2-tn2 （2）

將式（2）代入式（1），得

toff-delay=1/2（tn1-tm1+tn2-tm2） （3）

基于式（3）計(jì)算出tdelay，對主-從設(shè)備的時(shí)鐘偏移量進(jìn)行修正，這樣就完成了主-從時(shí)鐘的同步.各個(gè)時(shí)鐘節(jié)點(diǎn)的PTP時(shí)鐘信號通過E1/Ethernet協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，是的PTP信號可以在SDH網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳遞，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步系統(tǒng)的全網(wǎng)統(tǒng)一。

5 IEEE 1588時(shí)鐘同步系統(tǒng)的應(yīng)用

5.1 PTP over SDH組網(wǎng)方式

凱里供電局的通信傳輸網(wǎng)以SDH系統(tǒng)為主，在SDH系統(tǒng)中，同步信號必須從STM-N線路信號中傳遞和提取，而PTP協(xié)議基于以太網(wǎng)組播通信的要求使得在SDH網(wǎng)絡(luò)中傳遞PTP信號必須借助協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備，將PTP信號轉(zhuǎn)化為E1信號進(jìn)行傳遞，E1信號在終端通過支持PTP信號的從設(shè)備進(jìn)行恢復(fù)，達(dá)到全網(wǎng)的同步要求。

5.2 PTP over SDH精度實(shí)現(xiàn)

凱里供電局在舟溪變、鴨塘變以及翁郎變進(jìn)行了PTP over SDH的實(shí)驗(yàn)組網(wǎng)，設(shè)置一臺SM2000 GMC和兩臺Slaver，通過SDH節(jié)點(diǎn)五跳和十跳恢復(fù)出來的延遲均在1us以內(nèi)，滿足了IEC61850對于智能變電站采樣值同步精度T5級別的1us的要求。

6 結(jié)語

在現(xiàn)階段，IEEE 1588同步時(shí)鐘技術(shù)可以通過SDH網(wǎng)絡(luò)為變電站提供高精度的網(wǎng)絡(luò)同步方案，未來，隨著通信承載網(wǎng)絡(luò)的IP化進(jìn)程，IEEE 1588將更好的適應(yīng)于時(shí)頻合一的同步網(wǎng)，本文分析了基于IEEE1588這一關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字同步網(wǎng)與時(shí)間同步網(wǎng)在電力系統(tǒng)兩網(wǎng)合一的實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 麥伯強(qiáng).在E1接口上實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)全網(wǎng)時(shí)鐘同步的研究與應(yīng)用[J].通訊世界，2015（22）：76-78.

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[3] 曾祥君，黎銳烽，等.基于IEEE1588的智能變電站時(shí)鐘同步網(wǎng)絡(luò)[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，2011（03）：3-8.