一種基於透明時鐘的對時網絡系統的製作方法
2023-10-10 06:42:29 2
專利名稱：一種基於透明時鐘的對時網絡系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力系統智能化變電站高精度時間同步領域，特別涉及基於透明時鐘的對時網絡系統。
背景技術：
智能變電站是智能電網的重要組成部分，在電力系統中，對於電網的運行或事故系統性分析需要有描述電網暫態過程的電流、電壓波形，而各種事件發生的時間序列，比如智能變電站中的斷路器、保護裝置動作的時序等，以及在電網運行或故障分析過程中，時序同步將起著決定性的作用。精確的同步時間在電力系統中常見的用途主要有:(I)在故障分析中的應用現代的微機型智能保護裝置一般帶有故障數據記錄或帶有時標的動作報告，利用這些數據，可以方便地進行故障分析。但是，如果沒有統一的時間基準，對於電力系統或較大的電力網故障，建立在這些故障記錄上的數據分析，將因時間不統一導致部分故障無法準確分析判斷。(2)在自動控制中的應用在電力系統中有許多控制都採用定時控制策略，如自動無功/電壓控制，調度根據預測的負荷曲線，制定主變分接頭調整計劃和電容器組投切功能，然後將這些時間定值進行整定，從而實現無人值班變電站的自動控制及其他功能，由自動裝置根據自身的時間來進行自動調節。在這種場合，時間同步是必須的。(3)在電度採集中的應用電度數據在用於進行電網損耗分析時，統一的時間基準是非常重要的，它直接影響到分析的準確程度。因此，在目前許多調度自動化系統計費子系統中，對時功能都是一項必備的功能。除上述用途外，在時間同步的基礎上還可以建立多種應用，如構造廣域保護、雷電定位系統等。另外，智能電網規模不斷擴大，信息化、網絡技術等在電力系統中的應用，對變電站信息交互、數據處理的精確性、實時性、有效性、安全性等提出了更高的要求，這使得統一的、高精度的信息同步基準問題顯得尤為突出。電網運行狀態瞬息萬變，時鐘同步對於電力系統的故障分析、監視控制及運行管理具有重要意義。智能組件的應用和智能變電站的建設，更需要同一間隔之間，不同間隔之間、甚至是不同變電站之間採取時鐘同步手段保持採樣同步。在變電站中，測控裝置、故障錄波器、微機保護裝置、電能計量系統等都需要有站內一個統一的時鐘對其授時，使其保持
步調一致。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種基於透明時鐘的對時網絡系統，該系統運用了IEEE1588網絡對時的方式， 滿足了 IEC61850對智能變電站的各種技術要求指標，網絡對時有其對時精度高、對時穩定等特點。減少大量電纜的鋪設，節約了成本，就在改造後的設備運行期間，曾經出現線路故障、但是保護動作行為均正常，對時準確、精確，運行穩定，便於維護，方便了故障的定位綜合地分析判斷與事故處理，從而為延安電網的安全、穩定、可靠的運行奠定了良好的基礎。本實用新型的目的是通過下述技術方案來實現的。一種基於透明時鐘的對時網絡系統，包括時鐘源，及分別與時鐘源相連的第一網絡交換機和第二網絡交換機；所述第一網絡交換機分別連接第三網絡交換機和第四網絡交換機，所述第二網絡交換機分別連接第五網絡交換機和第六網絡交換機；所述第三網絡交換機分別連接保護測控單元、智能終端和MU合併單元；所述第四網絡交換機分別連接保護測控單元和MU合併單元；所述第五網絡交換機連接保護測控單元；所述第六網絡交換機分別連接保護測控單元、智能終端和MU合併單元。進一步的，所述時鐘源包括分別與GPS天線和BD天線相連的主時鐘源和備用時鐘源，主時鐘源和備用時鐘源分別通過光纖B碼連接IEEE1588擴展時鐘，IEEE1588擴展時鐘分別連接第一網絡交換機和第二網絡交換機。330kV智能變電站可分為站控層、間隔層和過程層，各層之間通過光纖網絡進行數據的交互。由於各層設備實現的功能不同，所以對數據同步精度的要求也有所不同。站控層設備需要達到毫秒精度，而間隔層和過程層設備，由於主要傳輸採樣值信息和跳閘信息，需要達到微秒級的同步精度。變智能化改造的透明時鐘網絡方案，由兩套GPS和北鬥以互備的方式組成雙冗餘的時鐘源作為站內所有設備的時間基準，然後輸出時間信號給IEEE1588精確時鐘模塊，此模塊再發送1588對時報文，首先經過的交換機同樣需要硬體支持1588功能，但是交換機在此作為透明鍾，並且為透明P2P對時模式，這對於1588時間同步系統來說是透明的直接轉發，即主時鐘發出1588對時報文之後，經過交換機之時，交換機在轉發1588報文時給其補償消息包的駐留時間，直到終端設備對時完畢。本方案中各級設備同樣通過BMC算法配置各個設備埠的屬性，建立1588時間同步系統的拓撲結構，然後進行校時。但是，透傳法在中間節點的傳遞中並不終結PTP協議，並且PTP透傳節點還有補償消息包的駐留時間，因此無時間積累誤差，時間傳遞精度高，而且可傳遞較大的網絡範圍。綜上所述，採用上述方案來改造站內的時間同步系統。本項目和現有技術相比，具有如下優點:330kV變智能化改造成功的採用了透明時鐘網絡方案，作為國網智能化改造的試點，首次在全站系統中成功地運用了 IEEE1588網絡對時的方式，滿足了 IEC61850對智能變電站的各種技術要求指標，從該站的施工到運行情況來看，IEEE1588網絡對時有其對時精度高、對時穩定等特點。減少大量電纜的鋪設，節約了成本，就在改造後的設備運行期間，曾經出現線路故障、但是保護動作行為均正常，對時準確、精確，運行穩定，便於維護，方便了故障的定位綜合地分析判斷與事故處理，從而為延安電網的安全、穩定、可靠的運行奠定了良好的基礎。
[0021]圖1為透明時鐘網絡方案圖。圖2為主時鐘與從時鐘的報文交互過程圖。圖3為網絡路徑延時時間獨立請求測量的報文交互圖。圖中:1、時鐘源；2、第一網絡交換機；3、第二網絡交換機；4、第三網絡交換機；5、第四網絡交換機；6、第五網絡交換機；7、第六網絡交換機；8、保護測控單元；9、智能終端；
10、MU合併單元。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型做進一步詳細說明。如圖1所示，該基於透明時鐘的對時網絡系統，包括時鐘源1，及分別與時鐘源I相連的第一網絡交換機2和第二網絡交換機3 ;第一網絡交換機2分別連接第三網絡交換機4和第四網絡交換機5，第二網絡交換機3分別連接第五網絡交換機6和第六網絡交換機7 ；第三網絡交換機4分別連接保護測控單元8、智能終端9和MU合併單元10 ;第四網絡交換機5分別連接保護測控單元8和MU合併單元10 ;第五網絡交換機6連接保護測控單元8 ；第六網絡交換機7分別連接保護測控單元8、智能終端9和MU合併單元10。其中，時鐘源I包括與GPS天線和BD天線相連的主時鐘源和與GPS天線和BD天線相連的相連的備用時鐘源，主時鐘源和備用時鐘源分別通過光纖B碼連接IEEE1588擴展時鐘，IEEE1588擴展時鐘分別連接第一網絡交換機2和第二網絡交換機3。1、測試驗證I).全站交換機出廠 前調試驗收；2).交換機在國網電科院的動模試驗、系統級動模聯調及測試；3).改造各階段配置文件驗證；4).關鍵技術專項驗證(採樣同步的測試驗證、守時、1588校時);5).網絡風暴影響的測試、網絡異常影響的測試、1588協議報文校時準確性測試、1588對時的時間準確性測試、主時鐘選擇能力試驗、駐留時間準確性試驗、安全性試驗、浪湧幹擾、工頻磁場幹擾度測試及廣播報文、組播報文等測試。6).與現場保護裝置的系統及測試傳動試驗。2、配置文件驗證及管理I).交換機與各保護I⑶、S⑶、CID配置文件與保護程序解耦；2).各階段配置文件易下裝、可辨識；3).與改造方案同步輸出改造各階段配置文件；4).系統級動模聯調階段全面測試驗證各階段配置文件並歸檔；5).現場改造階段對配置文件的測試驗證。本實用新型PTP同步原理介紹。PTP基本原理的同步過程如附圖2主時鐘與從時鐘的報文交互過程圖所示:首先主時鐘向所有相連的從時鐘發送Sync報文，同時產生一個基於主時鐘的本地時鐘的時間戳TM1，該時間為主時鐘發送Sync報文的時間；從時鐘接收到Sync報文並產生一個基於從時鐘的本地時鐘的時間戳TS1，該時間為從時鐘接收Sync報文的時間；主時鐘把上一個Sync報文的發送時間Tmi加入到Follow_Up報文中並發送給從時鐘；從時鐘開始發送一個Delay_Req報文給主時鐘，同時產生一個基於從時鐘的本地時鐘的時間戳Ts2,該時間為從時鐘發送Delay_Req報文的時間；主時鐘接收到Delay_Req報文，產生一個基於主時鐘的本地時鐘的時間戳TM2，該時間為主時鐘接收到Delay_Req報文的時間；主時鐘把Tm2時間放入到Delay_Resp報文中並發送給從時鐘，完成一個完整的報文交互。在四個時間報文通信以後，從時鐘根據所掌握的TmiJsiJm2和Ts2四個時間戳來計算從時鐘與主時鐘的時間偏差，假設系統鏈路是對稱均勻的，主從時鐘間的偏移量Twfsrt以及傳輸延遲Tllelay計算公式為:
權利要求1.一種基於透明時鐘的對時網絡系統，其特徵在於:包括時鐘源，及分別與時鐘源相連的第一網絡交換機和第二網絡交換機；所述第一網絡交換機分別連接第三網絡交換機和第四網絡交換機，所述第二網絡交換機分別連接第五網絡交換機和第六網絡交換機；所述第三網絡交換機分別連接保護測控單元、智能終端和MU合併單元；所述第四網絡交換機分別連接保護測控單元和MU合併單元；所述第五網絡交換機連接保護測控單元；所述第六網絡交換機分別連接保護測控單元、智能終端和MU合併單元。
2.根據權利要求1所述的一種基於透明時鐘的對時網絡系統，其特徵在於:時鐘源包括分別與GPS天線和BD天線相連的主時鐘源和備用時鐘源，主時鐘源和備用時鐘源分別通過光纖B碼連接IEEE1588擴展時鐘，IEEE1588擴展時鐘分別連接第一網絡交換機和第二網絡交換機。
專利摘要本實用新型公開了一種基於透明時鐘的對時網絡系統，包括時鐘源，及分別與時鐘源相連的第一網絡交換機和第二網絡交換機；所述第一網絡交換機分別連接第三網絡交換機和第四網絡交換機，所述第二網絡交換機分別連接第五網絡交換機和第六網絡交換機；所述第三網絡交換機分別連接保護測控單元、智能終端和MU合併單元；所述第四網絡交換機分別連接保護測控單元和MU合併單元；所述第五網絡交換機連接保護測控單元；所述第六網絡交換機分別連接保護測控單元、智能終端和MU合併單元。
文檔編號H04J3/06GK202940820SQ20122067302
公開日2013年5月15日 申請日期2012年12月7日 優先權日2012年12月7日
發明者劉英英, 湯安, 龐建嶺, 黃鑫, 汪金星, 劉偉, 許靖, 曹偉 申請人:延安供電局, 國家電網公司