通信系统同步时钟对时装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的通信网络技术领域，特别是涉及一种通信系统同步时钟对时装置。
【背景技术】
[0002] 相对于传统的陆上风电场来说，海上风电场的规模容量和发电量更大、运行环境 更恶劣、设备故障率更高、巡视检修更困难、事故造成的影响更大、自动化水平要求更高，因 此，海上风电场对于计算机监控系统和智能设备的配置要求更高，除了陆上风电场需要具 有的风机监控和升压站监控外，还需要配置多套监控设备，主要包括风电功率预测系统、风 电场有功/无功控制系统、视频监控系统、风机升压变监控系统、风机振动状态监测系统、海 缆状态检测系统、主变状态监测系统、GIS状态监测系统、风机火灾自动报警系统等。
[0003] 通信网络是海上风电场的重要组成部分，是实现海上风电场远程监控不可或缺的 核心环节。海上风电场对于通信网络的可靠性、实时性、经济性和扩展性具有很高的要求， 通常采用网络化通信平台，应用光纤通信和以太网技术，使通信网络具有更高速率、满足更 多节点通信要求，不仅提高和完善了海上风电场监控系统的性能，也很大程度地丰富了网 络结构的多样性。
[0004] 海上风电场在通信网络布局上类似于分布式发电系统，IEEE1588协议中各类同步 报文均是基于用户数据报协议与网络协议多播报文发送的，因此，适合于在目前成熟的以 太网上实现。通过实现IEEE1588协议在海上风电场中的应用，可以充分发挥海上风电场分 布式通信系统和分布式网络契合的优点。将IEEE1588协议应用到通信系统中去可在现有通 信环境下大幅度提高通信的同步精确度。目前的海上风电场通信、保护多采用网络信息交 互，通过综合各个节点对本地保护采样值比较后产生的逻辑结果来实现保护算法的策略。 因此研究IEEE1588协议用于海上风电场通信、保护系统是非常有意义的。
[0005] 目前，海上风电场的通信网络主要采用两种时间同步技术，即网络时间协议 (Network Time Protocol，NTP)和直接连接时间传输。
[0006] 1、网络时间协议
[0007] 网络时间协议是用来使计算机时间同步化的一种协议，它可以使计算机对其服务 器或时钟源(如石英钟、全球定位系统(Global Positioning System，GPS)等)做同步化，它 可以提供高精准度的时间校正。例如，在局域网（Local Area Network，LAN)上与标准间差 小于1_秒，在广域网(Wide Area Network，WAN)上与标准间差小于几十晕秒。
[0008] 如图1所示，图1为分布式通信系统网络时间协议传输模型图，其中：δ1为请求信息 在网上传播需要的时间，S2为回复信息在网上传播需要的时间。最终的结果与服务器处理 请求所需的时间无关。据此，客户方Α可通过Τ1、Τ2、Τ3、Τ4计算出时间差Θ，来调整本地时钟。 采用GPS作为时钟源之后，可以大幅度提高对时精度。
[0009] 网络时间协议中的T1-T4四个时刻的时间标签信息均在客户机/服务器的应用层 "加盖"的，实现的前提是客户机和服务器之间报文往返传输延迟相等。由于传输延迟不仅 包括数据帧在网络上的传输时延，还包括数据帧被计算机处理的时间。当上下行帧等长时， 网络传输时延可以认为相等，但计算机处理时间既包括对数据打包和解包时间，又包括系 统中断响应时间和进程（即在运行中的多道程序)调度时间，由于客户机和服务器处理能力 不同，客户机和服务器之间报文往返传输延迟并不严格相等，不可避免的会有因网络协议 堆栈处理和操作系统多任务处理所带来的时间误差，误差为毫秒级。也正是因为这个原因， 网络时间协议中客户机与服务器的同步校准不能仅仅依赖于单个网络时间协议的收、发报 文的时标进行计算，而是必须采用统计的方法，这无疑增加了网络时间协议实现的复杂程 度。
[0010] 如图2所示，图2为IEC61850协议中定义的4种可用的总线式网络结构，在图2中定 义了3个等级的采样值同步准确度:T3、T4和T5;其中，T3的等级要求为25ys，用于配电线路 保护;T4的等级要求为4ys，用于输电线路保护中；T5的等级要求为Uis，用于计量。如果直接 将网络时间协议用于符合IEC61850协议的分布式系统通信，显然是无法满足要求的。
[0011] 采用GPS作为时钟源之后，可以大幅度提高海上风电场同步时钟对时装置的对时 精度，但是需要额外增加硬接线。在分布式系统中，专门增加硬接线来实现对时功能，无论 从经济性和实际实现上都有难度，具有一定的局限性。
[0012] 2、直接连接时间传输
[0013] IEEE 1588协议的出发点是将点对点的算法扩展到具有广播通信功能的通信网络 上，充分利用广播通信特点来尽量减少用于时间同步的通信量，从而达到满足工业自动化 测量和控制系统的高同步精度、低成本和易实现等要求。
[0014]下面介绍一种基于IEEE1588协议的局域网内时间同步方法，具体如下：
[0015] IEEE 1588协议采用分层的主从式模式进行时间同步，主要定义了 4种时钟报文类 型：同步报文、跟随报文、延时要求报文和回应报文。采用标准定义的最佳主时钟算法选择 出准确度和稳定度最高的时钟作为主时钟，其他时钟作为从时钟被主时钟同步，同步的步 骤主要有两步:偏移量测量和延迟量测量。
[0016] 时钟同步的第一阶段是偏移测量，即修正主时钟与从时钟之间的时间偏差。如图3 所示，图3为IE1588协议时钟同步原理图；主时钟控制器节点(Master)向总线上所有节点广 播带主时钟TMi的"同步报文"（Sync)，同时为了提高发送时标的精确性，主时钟控制器还监 视上述同步报文在网络接口上实际发送的时刻作为同步报文的精确时标，并在随后的"跟 随报文"（Follow up)中传送该精确时标ΤΜι。总线上所有其他节点作为从时钟(Slave)在收 到上述报文后记下同步报文的接收时刻TS1，各自分别计算其时钟与主时钟的偏差 (offest)，并对本地的时钟脉冲计数做相应的调整。根据公式（1)对主时钟和从时钟的时间 偏差进行调整：
[0017] Toffest = Tsi-TMl-TDelay (l)
[0018] 式中，Toffest表不从时钟与主时钟的时间偏差，TDelay表不报文的实际传输时延。 [0019]同理，当主时钟控制器节点(Master)向总线上所有节点广播带主时钟TM2的"同步 报文"（Sync)时，从时钟（Slave)在收到上述报文后记下同步报文的接收时刻Ts 2,各自分别 计算其时钟与主时钟的偏差(offest)，并对本地的时钟脉冲计数做相应的调整。根据公式 (2)对主时钟和从时钟的时间偏差进行调整：
[0020] Toffest = TS2-TM2-TDelay (2)
[0021 ] 式中，Toffest表不从时钟与主时钟的时间偏差，TDelay表不报文的实际传输时延。
[0022] 同步过程的