考慮費(fèi)控電能表信息安全交互的IPTP時(shí)鐘同步技術(shù)*

潘俊濤，郭小璇，陳俊，唐志濤

(廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，南寧 530023)

0 引 言

為了發(fā)揮價(jià)格杠桿作用，鼓勵(lì)用戶(hù)調(diào)整用電負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)移峰填谷，緩解用電緊張局面，分時(shí)電價(jià)逐步在發(fā)電、輸電，以及配電環(huán)節(jié)啟動(dòng)推廣[1]。由于分時(shí)電價(jià)是采取時(shí)間段之間的價(jià)格差來(lái)激勵(lì)和引導(dǎo)用戶(hù)的用電行為，電能表時(shí)鐘的準(zhǔn)確性出現(xiàn)偏差，將導(dǎo)致計(jì)費(fèi)電價(jià)與實(shí)際電價(jià)不匹配，費(fèi)控電能表誤計(jì)時(shí)間區(qū)間等問(wèn)題，嚴(yán)重影響著供需雙方交易的公平公正性。開(kāi)展分時(shí)電價(jià)計(jì)費(fèi)下費(fèi)控電能表時(shí)間同步技術(shù)研究，保證外裝表計(jì)時(shí)鐘的準(zhǔn)確性，是解決上述問(wèn)題的有效方法和手段。

目前，電力企業(yè)制定的相關(guān)計(jì)量時(shí)鐘管理措施有部署時(shí)鐘源、制定技術(shù)規(guī)范、定期監(jiān)督檢查、加強(qiáng)入網(wǎng)檢測(cè)等。部署時(shí)鐘源是通過(guò)組織制定計(jì)量時(shí)鐘管理相關(guān)制度，明確人員、設(shè)備的日常管理。制定技術(shù)規(guī)范是通過(guò)組織制定計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)和計(jì)量檢定(檢測(cè))標(biāo)準(zhǔn)裝置時(shí)鐘管理功能技術(shù)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)技術(shù)管理。定期監(jiān)督檢查，開(kāi)展計(jì)量時(shí)鐘運(yùn)行管理監(jiān)督檢查和統(tǒng)計(jì)分析，評(píng)價(jià)考核各單位時(shí)鐘管理各環(huán)節(jié)工作質(zhì)量。電力企業(yè)開(kāi)展的費(fèi)控電能表入網(wǎng)檢測(cè)工作，增加了對(duì)費(fèi)控電能表時(shí)鐘電池、時(shí)鐘硬件的重點(diǎn)檢測(cè)，杜絕采用不滿(mǎn)足使用要求或者降低配置時(shí)鐘電池的費(fèi)控電能表入網(wǎng)；對(duì)發(fā)現(xiàn)存在批量質(zhì)量隱患時(shí)立即處置，對(duì)時(shí)鐘隱患制定改進(jìn)措施，杜絕同類(lèi)問(wèn)題的蔓延或再次發(fā)生[2-6]。

現(xiàn)有的費(fèi)控電能表時(shí)鐘校準(zhǔn)技術(shù)一般有兩種，一是在費(fèi)控電能表檢定裝置上加裝部署相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘硬件[7-9]，另一種是采用基于GPS的局域網(wǎng)時(shí)間同步方案[10]。在費(fèi)控電能表檢定裝置上加裝部署相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘硬件，是通過(guò)外置時(shí)鐘芯片讀取時(shí)間數(shù)據(jù)，對(duì)芯片的可靠性要求較高，并且無(wú)法改造不具備標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘硬件的電能檢定裝置。GPS的局域網(wǎng)時(shí)間同步方案，不需要進(jìn)行硬件改造，而是采用網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議NTP(Network Time Protocol)，在電力企業(yè)自建的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)配置相應(yīng)的企業(yè)時(shí)間服務(wù)器獲取GPS時(shí)鐘源相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)授時(shí)，建設(shè)投資成本高。

提出一種考慮費(fèi)控電能表信息安全交互模式的IPTP(improved PTP, IPTP)時(shí)鐘同步機(jī)制，通過(guò)分析費(fèi)控電能表時(shí)鐘不一致的原因，給出“主站-計(jì)量終端-電能表”和“主站-電能表”兩種時(shí)間同步方案；在此基礎(chǔ)上，考慮費(fèi)控電能表信息安全交互模式，構(gòu)建兩種費(fèi)控電能表IPTP時(shí)鐘同步機(jī)制；最后，利用兩種IPTP時(shí)鐘同步機(jī)制分析費(fèi)控時(shí)鐘調(diào)整效果，并與傳統(tǒng)對(duì)時(shí)模式相比。所提兩種方法具備較好的互補(bǔ)特性，結(jié)合使用能較好地實(shí)現(xiàn)費(fèi)控電能表的時(shí)鐘同步，而且對(duì)時(shí)效率和準(zhǔn)確率高，具備廣闊的應(yīng)用前景。

1 分時(shí)電價(jià)下費(fèi)控電能表時(shí)鐘誤差分析

根據(jù)開(kāi)展的費(fèi)控電能表實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)工作時(shí)發(fā)現(xiàn)，新到貨或運(yùn)行中的電能表有少數(shù)存在時(shí)鐘不準(zhǔn)的問(wèn)題，主要原因有四點(diǎn)：一是電能表出廠時(shí)廠家未對(duì)其進(jìn)行時(shí)間校準(zhǔn)，導(dǎo)致表計(jì)時(shí)鐘不準(zhǔn)；二是現(xiàn)場(chǎng)安裝的表計(jì)由于運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，其內(nèi)部電池長(zhǎng)時(shí)間的充放電導(dǎo)致出現(xiàn)鈍化或失效現(xiàn)象，因此保存電能表時(shí)鐘數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤；三是電能表長(zhǎng)期使用過(guò)程中由于外界環(huán)境干擾或自身問(wèn)題，其內(nèi)部時(shí)鐘晶振發(fā)生故障，導(dǎo)致時(shí)鐘不準(zhǔn)；四是通過(guò)計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)時(shí)方式，由于主站與采集終端的通信出現(xiàn)延時(shí)或者采集終端自身的故障，導(dǎo)致對(duì)時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

在分時(shí)電價(jià)條件下，電能表時(shí)鐘出現(xiàn)偏差，就會(huì)嚴(yán)重影響供需雙方交易的公平公正性，例如在分時(shí)電價(jià)條件下，在8:00～9:00區(qū)間電價(jià)是0.6 元/千瓦時(shí)，在9:00～10:00區(qū)間電價(jià)是0.8 元/千瓦時(shí)，若費(fèi)控電能表時(shí)鐘比正常標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘偏慢10 分鐘，即9:00～9:10這段時(shí)間的本應(yīng)按0.8 元/千瓦時(shí)計(jì)費(fèi)的電量被誤計(jì)成0.6元/千瓦時(shí)，導(dǎo)致電網(wǎng)公司電費(fèi)流失；同理若費(fèi)控電能表時(shí)鐘比正常標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘偏快10 分鐘，即8:50～9:00這段時(shí)間的本應(yīng)按0.6 元/千瓦時(shí)計(jì)費(fèi)的電量被誤計(jì)成0.8 元/千瓦時(shí)，最終導(dǎo)致電力用戶(hù)多付電費(fèi)。

電能表時(shí)鐘偏差除了導(dǎo)致計(jì)費(fèi)電價(jià)與實(shí)際電價(jià)不匹配問(wèn)題，另外還存在量的問(wèn)題，即電能表誤計(jì)時(shí)間區(qū)間。若該電力用戶(hù)恰好處于用電高峰期，則無(wú)形中加大了供需雙方誤計(jì)電費(fèi)的數(shù)量。若是高價(jià)低計(jì)，則意味著供電企業(yè)少收了電費(fèi)，導(dǎo)致電費(fèi)回收流失，最終影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。若是低價(jià)高計(jì)，即意味著向電力用戶(hù)多收了電費(fèi)，這就影響了供電企業(yè)公平公正，合理合法、誠(chéng)信經(jīng)營(yíng)的良好形象，嚴(yán)重的還可能被用戶(hù)投訴，甚至引起法律糾紛，最終在社會(huì)上造惡劣影響。因此，在開(kāi)展分時(shí)電價(jià)計(jì)費(fèi)時(shí)，電能表時(shí)鐘偏差問(wèn)題是一個(gè)亟需采取有效措施加以解決的迫切問(wèn)題。

2 計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)間同步方法

計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)是電力企業(yè)為實(shí)現(xiàn)自身有序用電、遠(yuǎn)程抄表、負(fù)荷控制、電費(fèi)結(jié)算市場(chǎng)管理等業(yè)務(wù)，所建設(shè)開(kāi)發(fā)的一套集數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、分析和計(jì)量管理于一體的計(jì)量信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)在硬件上主要由各類(lèi)信息化設(shè)備以及計(jì)量類(lèi)設(shè)備組成，其中計(jì)量類(lèi)設(shè)備包括各類(lèi)計(jì)量終端(如負(fù)控、配變、集中器等)和電能表。為保證上述硬件設(shè)備的時(shí)間同步性，計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)中會(huì)配備相應(yīng)時(shí)間同步系統(tǒng)以保證設(shè)備在時(shí)間上的同步。利用計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)中的時(shí)間同步系統(tǒng)，接收外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，并按照要求的時(shí)間準(zhǔn)確度向外輸出時(shí)間同步信號(hào)和時(shí)間信息的方式，能很好的解決人工手動(dòng)傳統(tǒng)對(duì)時(shí)模式耗費(fèi)人力大，工作效率低下等問(wèn)題。

2.1 時(shí)間同步系統(tǒng)組成

計(jì)量自動(dòng)化時(shí)間同步系統(tǒng)有多種組成方式，文中提出的計(jì)量自動(dòng)化時(shí)間同步系統(tǒng)基于某電力公司計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)硬件組成，采用主從式結(jié)構(gòu)，即由一臺(tái)主時(shí)鐘和多臺(tái)從時(shí)鐘組成，其中主時(shí)鐘為計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)主站的時(shí)鐘，通過(guò)定時(shí)與GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘源進(jìn)行同步修正，以保證主時(shí)鐘的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確性；從時(shí)鐘為各類(lèi)終端或費(fèi)控電能表的時(shí)鐘。為保證系統(tǒng)內(nèi)時(shí)鐘同步能覆蓋到所有的時(shí)鐘設(shè)備，文中提出兩種互補(bǔ)的電力計(jì)量自動(dòng)化時(shí)間同步系統(tǒng)模式，即“主站-計(jì)量終端-電能表”逐級(jí)時(shí)間同步模式和“主站-電能表”點(diǎn)對(duì)點(diǎn)時(shí)間同步模式，如圖1、圖2所示。

圖1 “主站-計(jì)量終端-電能表”逐級(jí)時(shí)間同步模式

圖2 “主站-電能表”點(diǎn)對(duì)點(diǎn)時(shí)間同步模式

2.2 “主站-計(jì)量終端-電能表”同步工作流程

如圖1所示，電力計(jì)量自動(dòng)化時(shí)間同步系統(tǒng)分為“主站-計(jì)量終端-電能表”三層結(jié)構(gòu)，其工作流程為：首先主站的主時(shí)鐘每天按固定時(shí)間與GPS時(shí)鐘源進(jìn)行時(shí)鐘同步，以保證整個(gè)系統(tǒng)主時(shí)鐘的準(zhǔn)確性；然后每天規(guī)定6：00和18：00計(jì)量主站通過(guò)廣播對(duì)時(shí)的方式自動(dòng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)計(jì)量終端執(zhí)行對(duì)時(shí)任務(wù)；若由于通信或其他原因?qū)е聦?duì)時(shí)未成功，則主站管理人員可通過(guò)手動(dòng)操作，對(duì)單個(gè)或多個(gè)終端直接下發(fā)對(duì)時(shí)命令。當(dāng)從時(shí)鐘層即計(jì)量終端層完成與主時(shí)鐘的對(duì)時(shí)后，計(jì)量終端在每天任意時(shí)間可通過(guò)下行信道(如RS485、寬帶/窄帶載波、微功率無(wú)線(xiàn))對(duì)系統(tǒng)內(nèi)小于或等于5 分鐘時(shí)鐘誤差的電能表進(jìn)行廣播對(duì)時(shí)，保證電能表的時(shí)鐘準(zhǔn)確度在± 0.5 s/d以?xún)?nèi)；通過(guò)上述方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力計(jì)量自動(dòng)化時(shí)間同步系統(tǒng)內(nèi)包括主站、終端、末端表計(jì)全部硬件的對(duì)時(shí)任務(wù)，保證整個(gè)系統(tǒng)時(shí)間的準(zhǔn)確性。

2.3 “主站-電能表”同步工作流程

如圖2所示，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)時(shí)間同步模式采用“主站-電能表”兩層結(jié)構(gòu)，其工作流程為：當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)時(shí)鐘誤差大于5 分鐘的電能表無(wú)法通過(guò)計(jì)量終端廣播對(duì)時(shí)，主站管理人員可通過(guò)手動(dòng)操作，直接下發(fā)對(duì)時(shí)指令，此時(shí)計(jì)量終端作為一個(gè)中繼器，在接收到主站對(duì)表的對(duì)時(shí)命令幀后不進(jìn)行任何處理，直接通過(guò)下行信道(如RS485、寬帶/窄帶載波、微功率無(wú)線(xiàn))轉(zhuǎn)發(fā)給電能表，電能表收到主站的對(duì)時(shí)命令后執(zhí)行相關(guān)的對(duì)時(shí)操作。本模式面向?qū)ο笾饕钱?dāng)前用戶(hù)大量使用的帶硬加密芯片的新型費(fèi)控電能表。普通采用軟加密方式電能表若出現(xiàn)時(shí)鐘不準(zhǔn)需進(jìn)行重新對(duì)時(shí)，必須通過(guò)人工到現(xiàn)場(chǎng)拆除鉛封打開(kāi)表蓋并按下編程鍵后，才能實(shí)施時(shí)鐘修改。與之相比，費(fèi)控電能表自帶硬加密芯片，并取消了編程鍵，其時(shí)間修改方式是通過(guò)下達(dá)經(jīng)加密的對(duì)時(shí)指令來(lái)完成，這就為實(shí)施計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)遠(yuǎn)程時(shí)間同步提供了可能?；诖?，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)PTP協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)，提出了一種考慮費(fèi)控電能表信息安全交互模式的IPTP時(shí)鐘同步機(jī)制。

3 費(fèi)控電能表IPTP時(shí)間同步機(jī)制

3.1 費(fèi)控電能表信息安全交互流程

費(fèi)控電能表的信息安全主要通過(guò)其內(nèi)部嵌入的安全模塊(ESAM芯片)得以實(shí)現(xiàn)，安全模塊的主要作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)電能表信息的安全存儲(chǔ)，并以一定的加密算法對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加/解密及雙向身份認(rèn)證等。如2.3所述的“主站-電能表”兩層結(jié)構(gòu)的時(shí)間同步模式下，主站和電能表的時(shí)鐘同步命令交互流程如圖3所示。首先主站會(huì)向電能表發(fā)送身份認(rèn)證命令，雙方身份認(rèn)證成功后電能表返回主站隨機(jī)數(shù)等相關(guān)信息，主站發(fā)送參數(shù)修改(時(shí)鐘同步)命令，電能表會(huì)根據(jù)命令中所攜帶的參數(shù)信息明文/密文和MAC值，判斷并執(zhí)行相關(guān)的時(shí)間修改操作，并返回參數(shù)更新結(jié)果給主站。

3.2 IPTP時(shí)鐘同步機(jī)制

3.2.1 PTP的時(shí)間同步機(jī)制

PTP(Precision Time Prococl, PTP)時(shí)鐘同步的機(jī)制是基于延時(shí)請(qǐng)求和響應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)的，具體分為偏移測(cè)量和延遲測(cè)量?jī)蓚€(gè)階段[11]。PTP時(shí)鐘同步機(jī)制的同步過(guò)程如圖4所示。

圖3 費(fèi)控電能表信息安全交互流程

圖4 PTP時(shí)鐘同步機(jī)制的同步過(guò)程

假設(shè)偏移測(cè)量階段與延遲測(cè)量階段的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)相等，則PTP報(bào)文傳輸?shù)钠骄訒r(shí)為：

Delay=[(T2-T1)+(T4-T3)]/2

(1)

從時(shí)鐘與主時(shí)鐘的時(shí)間誤差為：

Offset=[(T2-T1)-(T4-T3)]/2

(2)

式中T1表示同步報(bào)文的真實(shí)發(fā)出時(shí)間，T2為從時(shí)鐘接到同步報(bào)文后的接收時(shí)間；T3表示從時(shí)鐘收到同步報(bào)文后，在T3時(shí)刻向主時(shí)鐘發(fā)送延遲請(qǐng)求報(bào)文，T4為主時(shí)鐘接收延時(shí)請(qǐng)求報(bào)文的時(shí)間。

3.2.2 IPTP時(shí)間同步機(jī)制

圖5為網(wǎng)絡(luò)及中繼延時(shí)計(jì)算示意圖。在進(jìn)行電能表時(shí)鐘同步前，首先需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)及中繼延時(shí)進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)3.1費(fèi)控電能表信息安全交互流程可知，主站和電能表進(jìn)行參數(shù)修改(時(shí)鐘同步)前，需要先進(jìn)行身份認(rèn)證，因此計(jì)算網(wǎng)絡(luò)及中繼延時(shí)可通過(guò)計(jì)算身份認(rèn)證過(guò)程的網(wǎng)絡(luò)及中繼延時(shí)，得出時(shí)間同步過(guò)程中的網(wǎng)絡(luò)及中繼延時(shí)。首先從主站發(fā)出一個(gè)帶時(shí)間標(biāo)簽T1的報(bào)文至計(jì)量終端，終端接收并記錄時(shí)間為T(mén)2，終端在T3時(shí)刻將報(bào)文中繼轉(zhuǎn)發(fā)至電能表，電能表接收?qǐng)?bào)文后記錄此時(shí)的時(shí)間為T(mén)4，電能表完成認(rèn)證后在T5時(shí)刻返回主站隨機(jī)數(shù)等相關(guān)信息，終端在T6時(shí)刻接收到這些信息，并在T7時(shí)刻將信息轉(zhuǎn)發(fā)至主站，主站在接收?qǐng)?bào)文后記錄此時(shí)的時(shí)間為T(mén)8。根據(jù)上述時(shí)間標(biāo)簽T1～T8，可以計(jì)算出主站至電能表的網(wǎng)絡(luò)及中繼延時(shí)為ΔT=((T8-T5)+(T4-T1)-(T7-T6)-(T3-T2))/2，其中T7-T6和T3-T2為中繼時(shí)延。

圖5 網(wǎng)絡(luò)及中繼延時(shí)計(jì)算示意圖

然后主站在T9時(shí)刻向電能表發(fā)送時(shí)間對(duì)時(shí)命令報(bào)文時(shí)，附上此時(shí)的時(shí)間標(biāo)簽T9，電能表在T12時(shí)刻接收到主站的對(duì)時(shí)命令報(bào)文時(shí)，需要首先進(jìn)行兩個(gè)步驟：(1)判斷網(wǎng)絡(luò)及中繼延時(shí)值ΔT，若ΔT大于5 s，則說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)信道或中繼出現(xiàn)問(wèn)題，電能表通過(guò)應(yīng)答報(bào)文回復(fù)主站，對(duì)時(shí)失??；(2)判斷T4-T1和T12-T9是否相等，如果兩者不相等，則說(shuō)明此時(shí)主站和電能表通訊的網(wǎng)絡(luò)信道或中繼時(shí)延處于不穩(wěn)定狀態(tài)，電能表給主站發(fā)送對(duì)時(shí)失敗應(yīng)答報(bào)文，并通知主站繼續(xù)重復(fù)以上對(duì)時(shí)步驟，若連續(xù)重復(fù)5次兩者均不相等，電能表給主站發(fā)送取消本次對(duì)時(shí)報(bào)文，對(duì)時(shí)失??；若上述兩個(gè)步驟均滿(mǎn)足要求，說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)信道及中繼處于正常狀態(tài)，電能表執(zhí)行對(duì)時(shí)命令報(bào)文，將自身的時(shí)鐘調(diào)整為T(mén)9+ΔT，并返回應(yīng)答報(bào)文告知主站對(duì)時(shí)成功。

3.2.3 IPTP時(shí)間同步機(jī)制實(shí)現(xiàn)思路

提出的IPTP的實(shí)現(xiàn)思路如圖6所示，概況為以下幾步：

第一步，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)及中繼延時(shí)時(shí)間ΔT；

第二步，主站向電能表發(fā)送時(shí)間對(duì)時(shí)命令；

第三步，電能表接收到主站的對(duì)時(shí)命令報(bào)文時(shí)判斷時(shí)鐘對(duì)時(shí)情況。當(dāng)ΔT>5 s時(shí)，說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)信道或中繼出現(xiàn)問(wèn)題，電能表通過(guò)報(bào)文回復(fù)主站對(duì)時(shí)失敗；當(dāng)T4-T1≠T12-T9，電能表通知主站重復(fù)第一至第三步對(duì)時(shí)5次，若仍不相等則對(duì)時(shí)失?。划?dāng)ΔT<5 s且T4-T1=T12-T9，對(duì)時(shí)成功，電能表時(shí)鐘調(diào)整為T(mén)9+ΔT。

圖6 IPTP的實(shí)現(xiàn)思路

4 工程試驗(yàn)及應(yīng)用效果分析

在實(shí)驗(yàn)室模擬現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境搭建了相應(yīng)的測(cè)試平臺(tái)驗(yàn)證文中方法。圖7是模擬測(cè)試平臺(tái)示意圖，計(jì)量主站通過(guò)與GPS連接獲取標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘，計(jì)量終端通過(guò)GPRS/CDMA與主站相連，計(jì)量終端下行通過(guò)載波與費(fèi)控電能表連接。實(shí)驗(yàn)中分別選取5塊時(shí)鐘誤差在5分鐘以?xún)?nèi)以及5塊大于5分鐘的電能表。表1、表2是試驗(yàn)結(jié)果。

圖7 模擬測(cè)試平臺(tái)示意圖

費(fèi)控電能表數(shù)量第一次逐級(jí)同步后時(shí)鐘準(zhǔn)確表數(shù)量第二次逐級(jí)同步后時(shí)鐘準(zhǔn)確表數(shù)量第三次通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)同步后時(shí)鐘準(zhǔn)確表數(shù)量第四次通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)同步后時(shí)鐘準(zhǔn)確表數(shù)量1055910

表2 費(fèi)控電能表時(shí)鐘誤差對(duì)比結(jié)果

如表1所示，首先采用“主站-計(jì)量終端-電能表”逐級(jí)時(shí)鐘同步模式對(duì)表計(jì)進(jìn)行對(duì)時(shí)，通過(guò)主站手動(dòng)對(duì)終端下達(dá)廣播對(duì)時(shí)命令，終端完成對(duì)時(shí)，接著終端按照預(yù)先設(shè)置好的時(shí)間對(duì)10塊費(fèi)控電能表下發(fā)廣播對(duì)時(shí)命令，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)時(shí)鐘誤差在5分鐘以?xún)?nèi)的5塊表在第一次同步后均對(duì)時(shí)成功，按同樣方法進(jìn)行第二次逐級(jí)同步后，時(shí)鐘誤差大于5分鐘表均未能完成對(duì)時(shí)；然后采取 “主站-電能表”點(diǎn)對(duì)點(diǎn)時(shí)鐘同步模式進(jìn)行對(duì)時(shí)，通過(guò)主站兩次手動(dòng)對(duì)表計(jì)下達(dá)對(duì)時(shí)命令，10塊表計(jì)均完成時(shí)鐘同步，對(duì)時(shí)成功，實(shí)驗(yàn)表明文中提出兩種互補(bǔ)的時(shí)鐘同步模式在實(shí)際工程應(yīng)用中具備較好的可行性和有效性。

表2為采用傳統(tǒng)鐘同步機(jī)制和基于文中提出的基于IPTP法的時(shí)鐘同步機(jī)制的時(shí)鐘誤差對(duì)比，經(jīng)測(cè)算兩種方法均能滿(mǎn)足時(shí)鐘誤差在 1 s 之內(nèi)的指標(biāo)要求。但是使用文中提出的時(shí)鐘同步機(jī)制電能表時(shí)鐘其與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘平均偏差值為0.13 s。較傳統(tǒng)時(shí)鐘同步機(jī)制的平均偏差值0.22 s更小，而且偏差的離散區(qū)間也更小，實(shí)驗(yàn)表明文中所提方法具有更高的時(shí)鐘同步準(zhǔn)確率。

將所提方法推廣至廣西電網(wǎng)某縣公司一個(gè)臺(tái)區(qū)，通過(guò)應(yīng)用“主站-計(jì)量終端-電能表”以及“主站-電能表”兩種互補(bǔ)的時(shí)間同步模式，僅需4次即可完成全臺(tái)區(qū)費(fèi)控電能表對(duì)時(shí)。此外，IPTP時(shí)間同步平均偏差值為0.16 s，較傳統(tǒng)的PTP時(shí)間同步機(jī)制0.25 s更為準(zhǔn)確。工程應(yīng)用效果表明，所提方法的可行性及準(zhǔn)確性遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)的PTP時(shí)間同步機(jī)制。

5 結(jié)束語(yǔ)

提出一種考慮費(fèi)控電能表信息安全交互模式的IPTP(improved PTP, IPTP)時(shí)鐘同步機(jī)制，通過(guò)分析費(fèi)控電能表時(shí)鐘不一致的原因，給出“主站-計(jì)量終端-電能表”和“主站-電能表”兩種時(shí)間同步方案；在此基礎(chǔ)上，考慮費(fèi)控電能表信息安全交互模式，構(gòu)建兩種費(fèi)控電能表IPTP時(shí)鐘同步機(jī)制；最后，利用兩種IPTP時(shí)鐘同步機(jī)制分析費(fèi)控時(shí)鐘調(diào)整效果，并與傳統(tǒng)對(duì)時(shí)模式相比。

所提兩種方法具備互補(bǔ)特性，結(jié)合使用能較好地實(shí)現(xiàn)費(fèi)控電能表的時(shí)鐘同步，而且對(duì)時(shí)效率和準(zhǔn)確率高，具備廣闊的應(yīng)用前景。