IEEE1588时钟同步技术在数字化变电站中的应用

第38卷 第19期 电力系统保护与控制 Vol.38 No.19 2010年10月1日 Power System Protection and Control Oct. 1, 2010

IEEE1588时钟同步技术在数字化变电站中的应用

汪祺航1,2，吴在军1,2，赵上林1,2，黄 伟3

（1. 东南大学电气工程学院，江苏 南京 210096；2.伺服控制技术教育部工程研究中心，江苏 南京 210096；

3.江苏省电力试验研究院有限公司，江苏 南京 211102）

摘要：介绍了国内现阶段数字化变电站时钟同步技术的应用，比较了现阶段变电站时钟同步技术的技术特点。针对基于IEC61850标准的新型数字化变电站高精度时钟同步指标要求，引入能达到亚微秒级对时精度的IEEE1588时钟同步对时技术，阐述了IEEE1588时钟同步技术原理。重点讨论基于IEEE1588时钟同步技术的两种变电站配置方案——基于边界时钟的对时网络和基于透明时钟的对时网络，论述了基于透明时钟的对时网络的优越性。提出了对时装置的设计方案，并分析了影响IEEE1588对时性能的重要因素和补偿手段。 关键词：时钟同步；IEEE1588；数字化变电站

Application of IEEE1588 time synchronization in digital substation

WANG Qi-hang1,2，WU Zai-jun1,2，ZHAO Shang-lin1,2，HUANG Wei3

（1. School of Electrical Engineering, Southeast University，Nanjing 210096，China； 2. Motion Control Engineering Research Center of MOE，Nanjing 210096，China； 3. Jiangsu Electric Power Experiment and Research Institute Company，Nanjing 211102，China）

Abstract：This paper introduces the application of time synchronization schemes in digital substation and compares the technical characteristics of these schemes．Then for the high accuracy synchronization requirement of IEC61850 based digital substation，a time synchronization system based on IEEE1588 which can support sub-microsecond level of accuracy is put forward and the theory of IEEE1588 is expatiated. Based on IEEE1588，two application schemes on time synchronization network in substation are expounded. One is based on boundary clock and the other is based on transparent clock．The advantage of the scheme based on transparent clock is discussed．At last this paper presents a design scheme of the time synchronization device，and analyzes the important factors which impact the IEEE1588 time synchronization function, as well as the compensation methods． Key words：time synchronization；IEEE1588；digital substation

中图分类号： TM76 文献标识码：A 文章编号： 1674-3415(2010)19-0137-05

0 引言

现阶段，随着基于IEC61850标准建设的数字化变电站的陆续投运，电子式电压电流互感器和智能电子设备IED（Intelligent Electronic Device）广泛应用于变电站中。作为全数字化的变电站，数字信号的采集和传输必须基于统一的时序和时钟标准，才能保证数据的准确性、可靠性和有效性。时钟同步技术在数字化变电站中发挥着重要的作用。

1）基于IEC61850标准的数字化变电站大多数的二次设备都需要采集多个信号量（如IEC61850的9-1报文需要传送12个通道的信号量）。这就要求对应同一个合并单元的电子互感器采样同步，不

同间隔之间的合并单元采样同步，甚至不同变电站间的采样都需要采用时钟同步技术保持同步[1]。特别是像母差保护和变压器纵差保护这类需要远端数据配合的保护设备，更需要精确的时钟同步，以防止误动作。

2）时钟同步为电力系统中事件顺序（SOE）记录、故障录波，以及事后数据分析等方面提供精确的实时数据，不仅能够实现相量测量、故障快速定位，更能给变电站控制中心提供准确的操作判据。为电力系统安全、稳定、经济的运行提供坚实的保障[2]。

目前在我国电力系统中广泛应用的时钟同步技术是采用全球定位系统（GPS）作为同步时钟源。

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在目前可利用的时钟基准源中，GPS有其独具的优越性，是最佳的候选同步时钟源。其输出的秒脉冲统计误差为1 μs，且没有累积误差，能够满足许多应用领域对同步时钟的要求[3]。变电站接收GPS发出的标准时秒脉冲信号（Pulse per Second，PPS），在每个秒脉冲信号到来后，通过专门的电缆向全站所有IED发送同步脉冲。各个IED在接收到同步脉冲后，通过软件解码出系统的同步计时点，并通过该值校正装置自身的计时时钟。这种方案能实现同时与多个IED对时，并且简单易行。但是，变电站数字化的发展趋势使得站内二次硬接线被串行通信线所取代[4]。GPS脉冲直接对时系统已表现出了一定的局限性。

针对变电站这种一体化的通信网络和更高的同步精度要求，IEC61850引入了简单网络时间协议（Simple Network Time Protocol，SNTP）。SNTP是网络时间协议 (Network Time Protocol，NTP)的简化，应用于简单网络中。作为使用最为普遍的国际互联网时间传输协议，SNTP的应用已较为成熟，在一定的网络结构下，SNTP的对时精度可在大多数情况下保持在1 ms以内。但是实现25 μs的对时精度还是很困难。而IEC61850标准对IED最高等级的同步精度要求达到±1 μs [1-2,4]。

1 IEEE1588时钟同步机理

IEEE1588是应用于工业控制和测量领域的具有亚微秒级同步功能的精确时钟同步协议（Precise Time Protocol, PTP）。一个IEEE1588精确时钟系统包括普通时钟（仅有一个PTP端口）、透明时钟和边界时钟（具 …… 此处隐藏：10727字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……