专利名称：基于sdh网络实现广域保护系统精确网络对时方法
技术领域：
本发明属于电力系统中同步对时领域，同步对时在站间广域保护的应用。
背景技术：
随着通讯技术的发展，变电站之间的数据连接通道由过去的低带宽的载波，发展为高带宽的高速光纤网络通讯系统。同时随着新型的基于数据网络实现的精确网络对时同步的方法的出现，使得站间高精度的网络对时成为可能，通过SDH网络(Synchronous Digital Hierarchy,同步数字体系网络，将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络)可以实现Ius以下的对时精度。将这种技术应用在广域保护成为可能。通过IEEE-1588协议，实现站间的精确对时同步，同时通过将同步采样的数据快速传递到保护主站，经过高速计算，做出保护判断，并且通过网络的GOOSE实现远方保护跳闸。通过SDH网络实现精确对时是广域保护的实现基础。在基于SDH网络上实现IEEE-1588的方法有很多种，比如升级SDH网络使其具备实现IEEE-1588对时功能。本发明主要是基于已有的电力系统SDH网络中，不需要修改SDH 网络本身来实现IEEE-1588。我们仅仅是将以太网数据承载到SDH网络上。这种实现方式将提高了 IEEE-1588在SDH网络上实现的普遍性。
发明内容
本发明的目的提出一种基于SDH网络实现广域保护系统精确网络对时方法，就是在现有SDH网络上利用IEEE-1588协议，实现变电站间的网络精确同步，以便满足变电站间广域保护所需要的同步采样需求。广域保护系统所需要的站间对时精度需要达到2us以下，才可以保证保护计算不会出现较大的相位误差。根据广域保护系统数据量的要求以及系统数据的实时性、可靠性要求，要求保护主站和各子站间采用对称独占通道，从而保证传输延迟的对称性，满足IEEE-1588协议(即IEEE 1588同步协议网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准)所需要的传输延迟对称性的要求，但是通道的切换是系统允许，也是可能发生的。通过在黑龙江省广域保护系统中，本发明实现了通过SDH网络完成2us以下对时精度。通过实验验证本发明效能。本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的基于SDH网络实现广域保护系统精确网络对时方法，使变电站间广域保护所需要的同步采样，保护主站(如一个主变电站)控制室通过SDH网络将几个子变电站连接起来，通过保护主站内的主时钟，发送符合 IEEE-1588协议的网络对时报文，然后通过能够实现以太网到SDH转换的交换机，将网络对时报文发送到各个子变电站，在各子变电站中，通过SDH转换为以太网的交换机将网络对时报文转换为以太网协议的报文，传送给各子变电站站内对时装置，各子变电站站内对时装置和主站对时主钟对时完成后，向变电站内输出网络对时报文，发给各子变电站内的合并单元、智能终端；实现基于IEEE-1588的网络精确对时。以太网到SDH转换的交换机包含以太网交换和以太网到SDH相互转换功能。
本发明对时方式可以适用于现有的电力公司的数据网来实现，降低了实现成本， 具有很好的普遍应用型，同时又能够满足广域保护的实时性需求。该实现方法的最大特点是在满足广域保护系统的要求的前提下，不需要升级现有SDH网络，就可以实现，并且能够满足要求，具有很好的适用性，可操作性。该方法的实现步骤如下
(1).保护控制主站内设置对时主钟以及具有以太网交换和以太网到SDH转换的专用交换机；该交换机能够实现IEEE-1588协议的功能，并且计算出由于交换机和以太网到SDH 转换所产生的延迟和驻留时间；采用专用的交换机是为了精确地计算以太网交换以及以太网到SDH转换所造成的延迟；
(2).对时报文和实时数据共有一个通道传输，无论在以太网和SDH上，都没有将对时报文和实时数据分开。这和将对时报文单独采用单独2M通道传输的方式具有很大的优越性。这是因为如果采用单独的通道，就需要另外采用专用的转换器，同时SDH通道也需要分配单独的2M通道，并且要求独占专用通道以便保证传输的对称性，这一点很难实现，而且会影响现有的电力系统实时数据传输。这也是本发明一个非常显著的特点。(3).子变电站内也设置一个专用的SDH到以太网的转换器和一个站内对时同步装置，该对时同步装置主要实现和主站的时钟进行对时，然后再和站内的合并单元、智能终端进行对时。这种实现的方法对容错具有非常重要的意义，主要表现在万一 SDH网络出现异常、或者SDH网络在切换过程中导致对时通路中断，子变电站的对时同步装置可以通过特定算法检测到异常，并且摒弃在异常过程中的所有对时报文，采用对时同步装置内部的高稳晶体，转为守时状态。利用自身的守时特性给站内的设备进行精确网络对时。相对于子站对时域而言，主站对时域出现异常的几率增大了许多，这主要是由于SDH网络比较复杂， 同时受到运行方式，系统异常处理等外围因素影响较大。这一实现方法主要是隔离了主站的主钟的对时域和变电站内的对时域，从而避免由于主站对时域的异常或者失灵导致所有系统的时间同步失灵，造成整个广域保护系统瘫痪。这一特征是本发明一个重要特征。本发明的优点和有益效果为本发明提供了一种在现有SDH网络上实现各个变电站实现精确时间同步，以满足广域保护系统的实时同步采样的需求。采用专用的交换机是为了精确地计算以太网交换以及以太网到SDH转换所造成的延迟；这对保证网络对时精度具有重要意义，也是本发明一个重要特征。如果仅仅采用一般的具有IEEE-1588功能的以太网交换机，附加普通的以太网到SDH的转换器，仅仅可以获得精确的以太网的交换导致的延迟抖动，不能获得以太网到SDH转换的延迟抖动。根据IEEE-1588协议，如果不能将这个延迟抖动计入IEEE-1588协议的驻留时间和延迟时间在计算中扣除，那么将大大影响网络的对时精度，并且具有累积效应，从而导致各个变电站的时标会产生发散性偏移，从而不能保证采样同步。本发明的优点还在于不需要改造现有的SDH网络就可以实现精确网络时间同步， 利用一系列的创新设备和方法来保证各个分散变电站的时标的一致，永续地保证各个站的采样的实时同步，满足广域保护系统的连续运行的要求，确保广域保护系统不出现因对时失步产生闭锁。广域保护是智能化电网的发展趋势，也是扩大继电保护的保护范围，减少设备重复投资，提高运行效率的有效手段。但是广域保护实现的最大瓶颈是实时网络通讯，具体来说就是变电站间的实时数据传输和对时同步。本发明有效地解决上述瓶颈，利用最小的投资，简单，快捷，可靠地实现了变电站之间的精确对时同步，为广域保护的实施推广，为智能化电网的发展提供了有效的技术支持。
图1基于SDH网络实现网络精确对时结构框图。
具体实施例方式下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。在变电站间通过SDH网络实现网络精确对时的技术方法。该方法利用现有SDH环网为通讯媒介，采用IEEE 1588同步协议，利用专用的设备和独特的技术算法实现各个分散变电站之间的同步采样。本发明的实施包括以下步骤
(1).本发明的实施包括继电保护主站(以下称主站)和各个子变电站(以下称子站);主站和各个子站之间采用SDH网络连接。主站和子站采用独占的对称通道。(2).主站用于对时的设备包括对时主钟，专用的交换机(实现以太网数据交换和以太网到SDH的转换)；
(3).子站用于对时的设备包括对时同步装置，专用的交换机(实现以太网数据交换和以太网到SDH的转换)；
(4).整个对时系统包含两个对时域，主站对时域包含的设备包括主站主钟，主站专用交换机，SDH网络、子站的专用交换机、子站的对时同步装置。子站对时域包括的设备有子站的对时同步装置，IEEE-1588交换机、合并单元、智能终端。(5).主站对时域中主站主钟根据GPS时钟依据IEEE-1588协议和各个子站的同步装置实现网络精确对时。(6).站对时域中子站的对时同步装置在同主站同步对时后，再同站内设备进行网络精确对时。(7)如果主战对时域出现失步的情况下，子站的对时同步装置转为守时，利用自己的守时时钟对子站对时域进行对时。(8).主站对时域恢复后，子站对时域再用主站时间对子站对时域进行对时。
权利要求
1.基于SDH网络实现广域保护系统精确网络对时方法，其特征是保护主站控制室通过SDH网络将几个子变电站连接起来，通过保护主站内的主时钟，发送符合IEEE-1588协议的网络对时报文，然后通过能够实现以太网到SDH转换的交换机(包含以太网交换和以太网到SDH相互转换功能)，将网络对时报文发送到各个子变电站，在各子变电站中，在通过 SDH转换为以太网的交换机将网络对时报文转换为以太网协议的传递报文，传送给各子变电站站内对时装置，各子变电站站内对时装置和主站对时主钟对时完成后，再向变电站内输出网络对时报文，发给各子变电站进行数据传输与处理的合并单元、智能终端；实现基于 IEEE-1588的网络精确对时。
2.根据权利要求1所述的基于SDH网络实现广域保护系统精确网络对时方法，其特征是保护控制主站内设置对时主钟以及具有以太网交换和以太网到SDH转换的专用交换机； 该交换机计算出由于交换机和以太网到SDH转换所产生的延迟和驻留时间；获得精确的以太网的交换导致的延迟抖动，并获得以太网到SDH转换的延迟抖动。
3.根据权利要求1所述的基于SDH网络实现广域保护系统精确网络对时方法，其特征是对时报文和实时数据共有一个通道传输。
4.根据权利要求1所述的基于SDH网络实现广域保护系统精确网络对时方法，其特征是子变电站内也设置一个专用的SDH到以太网的交换机(包含以太网交换和以太网到SDH 的转换功能)和站内对时同步装置，该对时同步装置和主站的时钟进行对时，然后再和站内的合并单元、智能终端进行对时。
全文摘要
基于SDH网络实现广域保护系统精确网络对时方法，保护主站控制室通过SDH网络将几个子变电站连接起来，通过保护主站内的主时钟，发送符合IEEE-1588协议的网络对时报文，然后通过能够实现以太网到SDH转换的交换机，将网络对时报文发送到各个子变电站，在各子变电站中，在通过SDH转换为以太网的交换机将网络对时报文转换为以太网协议的传递报文，传送给各子变电站站内对时装置，各子变电站站内对时装置和主站对时主钟对时完成后，再向变电站内输出网络对时报文，给各子变电站进行数据传输与处理的合并单元、智能终端；实现基于IEEE-1588的网络精确对时。本发明保证站间对时精度，满足站间同步采样的需求。
文档编号H02J13/00GK102546147SQ20121003574
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月17日 优先权日2012年2月17日
发明者刘更, 卜劲松, 原宇光, 吴杰 申请人:江苏金智科技股份有限公司, 黑龙江省电力有限公司