专利名称：一种基于透明时钟的对时网络系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力系统智能化变电站高精度时间同步领域，特别涉及基于透明时钟的对时网络系统。
背景技术：
智能变电站是智能电网的重要组成部分，在电力系统中，对于电网的运行或事故系统性分析需要有描述电网暂态过程的电流、电压波形，而各种事件发生的时间序列，比如智能变电站中的断路器、保护装置动作的时序等，以及在电网运行或故障分析过程中，时序同步将起着决定性的作用。精确的同步时间在电力系统中常见的用途主要有:(I)在故障分析中的应用现代的微机型智能保护装置一般带有故障数据记录或带有时标的动作报告，利用这些数据，可以方便地进行故障分析。但是，如果没有统一的时间基准，对于电力系统或较大的电力网故障，建立在这些故障记录上的数据分析，将因时间不统一导致部分故障无法准确分析判断。(2)在自动控制中的应用在电力系统中有许多控制都采用定时控制策略，如自动无功/电压控制，调度根据预测的负荷曲线，制定主变分接头调整计划和电容器组投切功能，然后将这些时间定值进行整定，从而实现无人值班变电站的自动控制及其他功能，由自动装置根据自身的时间来进行自动调节。在这种场合，时间同步是必须的。(3)在电度采集中的应用电度数据在用于进行电网损耗分析时，统一的时间基准是非常重要的，它直接影响到分析的准确程度。因此，在目前许多调度自动化系统计费子系统中，对时功能都是一项必备的功能。除上述用途外，在时间同步的基础上还可以建立多种应用，如构造广域保护、雷电定位系统等。另外，智能电网规模不断扩大，信息化、网络技术等在电力系统中的应用，对变电站信息交互、数据处理的精确性、实时性、有效性、安全性等提出了更高的要求，这使得统一的、高精度的信息同步基准问题显得尤为突出。电网运行状态瞬息万变，时钟同步对于电力系统的故障分析、监视控制及运行管理具有重要意义。智能组件的应用和智能变电站的建设，更需要同一间隔之间，不同间隔之间、甚至是不同变电站之间采取时钟同步手段保持采样同步。在变电站中，测控装置、故障录波器、微机保护装置、电能计量系统等都需要有站内一个统一的时钟对其授时，使其保持
步调一致。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种基于透明时钟的对时网络系统，该系统运用了IEEE1588网络对时的方式， 满足了 IEC61850对智能变电站的各种技术要求指标，网络对时有其对时精度高、对时稳定等特点。减少大量电缆的铺设，节约了成本，就在改造后的设备运行期间，曾经出现线路故障、但是保护动作行为均正常，对时准确、精确，运行稳定，便于维护，方便了故障的定位综合地分析判断与事故处理，从而为延安电网的安全、稳定、可靠的运行奠定了良好的基础。本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的。一种基于透明时钟的对时网络系统，包括时钟源，及分别与时钟源相连的第一网络交换机和第二网络交换机；所述第一网络交换机分别连接第三网络交换机和第四网络交换机，所述第二网络交换机分别连接第五网络交换机和第六网络交换机；所述第三网络交换机分别连接保护测控单元、智能终端和MU合并单元；所述第四网络交换机分别连接保护测控单元和MU合并单元；所述第五网络交换机连接保护测控单元；所述第六网络交换机分别连接保护测控单元、智能终端和MU合并单元。进一步的，所述时钟源包括分别与GPS天线和BD天线相连的主时钟源和备用时钟源，主时钟源和备用时钟源分别通过光纤B码连接IEEE1588扩展时钟，IEEE1588扩展时钟分别连接第一网络交换机和第二网络交换机。330kV智能变电站可分为站控层、间隔层和过程层，各层之间通过光纤网络进行数据的交互。由于各层设备实现的功能不同，所以对数据同步精度的要求也有所不同。站控层设备需要达到毫秒精度，而间隔层和过程层设备，由于主要传输采样值信息和跳闸信息，需要达到微秒级的同步精度。变智能化改造的透明时钟网络方案，由两套GPS和北斗以互备的方式组成双冗余的时钟源作为站内所有设备的时间基准，然后输出时间信号给IEEE1588精确时钟模块，此模块再发送1588对时报文，首先经过的交换机同样需要硬件支持1588功能，但是交换机在此作为透明钟，并且为透明P2P对时模式，这对于1588时间同步系统来说是透明的直接转发，即主时钟发出1588对时报文之后，经过交换机之时，交换机在转发1588报文时给其补偿消息包的驻留时间，直到终端设备对时完毕。本方案中各级设备同样通过BMC算法配置各个设备端口的属性，建立1588时间同步系统的拓扑结构，然后进行校时。但是，透传法在中间节点的传递中并不终结PTP协议，并且PTP透传节点还有补偿消息包的驻留时间，因此无时间积累误差，时间传递精度高，而且可传递较大的网络范围。综上所述，采用上述方案来改造站内的时间同步系统。本项目和现有技术相比，具有如下优点:330kV变智能化改造成功的采用了透明时钟网络方案，作为国网智能化改造的试点，首次在全站系统中成功地运用了 IEEE1588网络对时的方式，满足了 IEC61850对智能变电站的各种技术要求指标，从该站的施工到运行情况来看，IEEE1588网络对时有其对时精度高、对时稳定等特点。减少大量电缆的铺设，节约了成本，就在改造后的设备运行期间，曾经出现线路故障、但是保护动作行为均正常，对时准确、精确，运行稳定，便于维护，方便了故障的定位综合地分析判断与事故处理，从而为延安电网的安全、稳定、可靠的运行奠定了良好的基础。
[0021]图1为透明时钟网络方案图。图2为主时钟与从时钟的报文交互过程图。图3为网络路径延时时间独立请求测量的报文交互图。图中:1、时钟源；2、第一网络交换机；3、第二网络交换机；4、第三网络交换机；5、第四网络交换机；6、第五网络交换机；7、第六网络交换机；8、保护测控单元；9、智能终端；
10、MU合并单元。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。如图1所示，该基于透明时钟的对时网络系统，包括时钟源1，及分别与时钟源I相连的第一网络交换机2和第二网络交换机3 ;第一网络交换机2分别连接第三网络交换机4和第四网络交换机5，第二网络交换机3分别连接第五网络交换机6和第六网络交换机7 ；第三网络交换机4分别连接保护测控单元8、智能终端9和MU合并单元10 ;第四网络交换机5分别连接保护测控单元8和MU合并单元10 ;第五网络交换机6连接保护测控单元8 ；第六网络交换机7分别连接保护测控单元8、智能终端9和MU合并单元10。其中，时钟源I包括与GPS天线和BD天线相连的主时钟源和与GPS天线和BD天线相连的相连的备用时钟源，主时钟源和备用时钟源分别通过光纤B码连接IEEE1588扩展时钟，IEEE1588扩展时钟分别连接第一网络交换机2和第二网络交换机3。1、测试验证I).全站交换机出厂 前调试验收；2).交换机在国网电科院的动模试验、系统级动模联调及测试；3).改造各阶段配置文件验证；4).关键技术专项验证(采样同步的测试验证、守时、1588校时);5).网络风暴影响的测试、网络异常影响的测试、1588协议报文校时准确性测试、1588对时的时间准确性测试、主时钟选择能力试验、驻留时间准确性试验、安全性试验、浪涌干扰、工频磁场干扰度测试及广播报文、组播报文等测试。6).与现场保护装置的系统及测试传动试验。2、配置文件验证及管理I).交换机与各保护I⑶、S⑶、CID配置文件与保护程序解耦；2).各阶段配置文件易下装、可辨识；3).与改造方案同步输出改造各阶段配置文件；4).系统级动模联调阶段全面测试验证各阶段配置文件并归档；5).现场改造阶段对配置文件的测试验证。本实用新型PTP同步原理介绍。PTP基本原理的同步过程如附图2主时钟与从时钟的报文交互过程图所示:首先主时钟向所有相连的从时钟发送Sync报文，同时产生一个基于主时钟的本地时钟的时间戳TM1，该时间为主时钟发送Sync报文的时间；从时钟接收到Sync报文并产生一个基于从时钟的本地时钟的时间戳TS1，该时间为从时钟接收Sync报文的时间；主时钟把上一个Sync报文的发送时间Tmi加入到Follow_Up报文中并发送给从时钟；从时钟开始发送一个Delay_Req报文给主时钟，同时产生一个基于从时钟的本地时钟的时间戳Ts2,该时间为从时钟发送Delay_Req报文的时间；主时钟接收到Delay_Req报文，产生一个基于主时钟的本地时钟的时间戳TM2，该时间为主时钟接收到Delay_Req报文的时间；主时钟把Tm2时间放入到Delay_Resp报文中并发送给从时钟，完成一个完整的报文交互。在四个时间报文通信以后，从时钟根据所掌握的TmiJsiJm2和Ts2四个时间戳来计算从时钟与主时钟的时间偏差，假设系统链路是对称均匀的，主从时钟间的偏移量Twfsrt以及传输延迟Tllelay计算公式为:
权利要求1.一种基于透明时钟的对时网络系统，其特征在于:包括时钟源，及分别与时钟源相连的第一网络交换机和第二网络交换机；所述第一网络交换机分别连接第三网络交换机和第四网络交换机，所述第二网络交换机分别连接第五网络交换机和第六网络交换机；所述第三网络交换机分别连接保护测控单元、智能终端和MU合并单元；所述第四网络交换机分别连接保护测控单元和MU合并单元；所述第五网络交换机连接保护测控单元；所述第六网络交换机分别连接保护测控单元、智能终端和MU合并单元。
2.根据权利要求1所述的一种基于透明时钟的对时网络系统，其特征在于:时钟源包括分别与GPS天线和BD天线相连的主时钟源和备用时钟源，主时钟源和备用时钟源分别通过光纤B码连接IEEE1588扩展时钟，IEEE1588扩展时钟分别连接第一网络交换机和第二网络交换机。
专利摘要本实用新型公开了一种基于透明时钟的对时网络系统，包括时钟源，及分别与时钟源相连的第一网络交换机和第二网络交换机；所述第一网络交换机分别连接第三网络交换机和第四网络交换机，所述第二网络交换机分别连接第五网络交换机和第六网络交换机；所述第三网络交换机分别连接保护测控单元、智能终端和MU合并单元；所述第四网络交换机分别连接保护测控单元和MU合并单元；所述第五网络交换机连接保护测控单元；所述第六网络交换机分别连接保护测控单元、智能终端和MU合并单元。
文档编号H04J3/06GK202940820SQ20122067302
公开日2013年5月15日 申请日期2012年12月7日 优先权日2012年12月7日
发明者刘英英, 汤安, 庞建岭, 黄鑫, 汪金星, 刘伟, 许靖, 曹伟 申请人:延安供电局, 国家电网公司