的時(shí)間同步系統(tǒng)在數(shù)字化變電站中占有重要的地位，根據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)對(duì)智能電子設(shè)備（IED）的時(shí)鐘精度功能要求，用于計(jì)量的T5等級(jí)精度達(dá)到±lμs。
目前，有2種重要的時(shí)間同步技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議（NTP）和直接連接時(shí)間傳輸。其中，NTP的時(shí)間同步準(zhǔn)確度一般只能達(dá)到毫秒級(jí)；而直接連接時(shí)間傳輸，zui有代表性的就是基于定位系統(tǒng)（GPS）接收模塊，但其實(shí)現(xiàn)需要依靠單獨(dú)的硬接線，故其在分布式網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用有局限性。
2002年底發(fā)布的IEEE1588是用于測(cè)量和自動(dòng)化系統(tǒng)的高精度網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步協(xié)議（PrecisionTimeProtocol，PTP），IEEE1588采用軟硬件結(jié)合的方式，能夠達(dá)到亞微秒級(jí)的同步精度，協(xié)議中定義的各類同步報(bào)文均是基于用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（UDP/IP）多播報(bào)文發(fā)送的，因此尤其適合于在以太網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)。
2IEEE1588協(xié)議原理
IEEE1588系統(tǒng)中的時(shí)鐘在結(jié)構(gòu)上分為普通時(shí)鐘（OrdinaryClock，OC）、邊界時(shí)鐘（BoundaryClock，BC）和透明時(shí)鐘（TransparentClock，TC），功能上解釋為主時(shí)鐘與從時(shí)鐘。普通時(shí)鐘為只有一個(gè)PTP端口的對(duì)時(shí)源端或終端設(shè)備，邊界時(shí)鐘和透明時(shí)鐘為有多個(gè)PTP端口的交換機(jī)或路由器。系統(tǒng)中的源時(shí)鐘稱為根時(shí)鐘（GrandmasterClock，GC）。
IEEE1588采用分層的主從模式進(jìn)行時(shí)鐘同步，主要定義了4種多點(diǎn)傳送的時(shí)鐘報(bào)文類型：①同步報(bào)文，簡(jiǎn)稱Sync，②跟隨報(bào)文，簡(jiǎn)稱Follow_Up，③延時(shí)請(qǐng)求報(bào)文，簡(jiǎn)稱Delay_Req，④延時(shí)響應(yīng)報(bào)文，簡(jiǎn)稱Delay_Resp。
采用標(biāo)準(zhǔn)定義的*主時(shí)鐘（BestMasterClock，BMC）算法，從網(wǎng)絡(luò)中選擇一個(gè)準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度*的時(shí)鐘作為主時(shí)鐘，其他時(shí)鐘均為從時(shí)鐘，并被主時(shí)鐘同步。
同步過(guò)程分兩步執(zhí)行，如圖1所示：
（1）偏移測(cè)量，即修正主時(shí)鐘與從時(shí)鐘之間的時(shí)間偏差。主時(shí)鐘按照所設(shè)定的時(shí)間間隔周期性地發(fā)出同步報(bào)文Sync，在報(bào)文中包含了報(bào)文發(fā)出的估計(jì)時(shí)間，從時(shí)鐘記錄收到同步報(bào)文的時(shí)間T2，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的延時(shí)，主時(shí)鐘接著發(fā)出跟隨報(bào)文Follow_up，在報(bào)文中有Sync發(fā)出的時(shí)間T1，這樣，從時(shí)鐘使用Follow_up報(bào)文中的Sync實(shí)際發(fā)出時(shí)間和Sync的接收時(shí)間，可以計(jì)算出從時(shí)鐘與主時(shí)鐘之間的偏移（Offset），根據(jù)偏移量來(lái)修正時(shí)間偏差。
但是由于主時(shí)鐘與從時(shí)鐘之間的傳輸延遲（Delay）在初始化階段是未知的，因此，此時(shí)從時(shí)鐘計(jì)算出的時(shí)間偏差包含了網(wǎng)絡(luò)的傳輸延遲。
?。?）延遲測(cè)量。從時(shí)鐘發(fā)出延遲請(qǐng)求報(bào)文Delay_Req，并記錄發(fā)送時(shí)間T3，當(dāng)Delay_Req到達(dá)主時(shí)鐘時(shí)，主時(shí)鐘記錄其到達(dá)時(shí)間T4，再用延遲響應(yīng)報(bào)文Delay_resp將T4發(fā)送給從屬時(shí)鐘。這樣，從時(shí)鐘使用Delay_Req報(bào)文的實(shí)際發(fā)出時(shí)間和Delay_resp報(bào)文的實(shí)際接收時(shí)間，可計(jì)算出從時(shí)鐘和主時(shí)鐘之間的傳輸延遲并調(diào)整它的時(shí)鐘漂移誤差。
圖1時(shí)鐘同步原理
假設(shè)傳輸介質(zhì)是對(duì)稱均勻的，主從時(shí)鐘間的偏移量TOffset以及傳輸延遲TDelay計(jì)算公式為：
（1）
（2）
3IEEE1588協(xié)議在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用方案
數(shù)字化變電站中的IED僅作為對(duì)時(shí)網(wǎng)絡(luò)末節(jié)點(diǎn)，扮演從時(shí)鐘角色。設(shè)置GC作為整個(gè)對(duì)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘參考源，該GC可以有多個(gè)網(wǎng)口，但不是交換機(jī)或路由器。
對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)或路由器，由于他們自身存在緩存，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重時(shí)，時(shí)鐘同步報(bào)文在經(jīng)過(guò)交換機(jī)時(shí)，由于排隊(duì)等待和網(wǎng)絡(luò)堵塞等原因，將使得傳輸延遲抖動(dòng)較大。下面以變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中常見(jiàn)的雙星型以太網(wǎng)為例，給出以下2種解決方案：
第1種解決方案如圖2（a）所示，圖中交換機(jī)需要硬件支持，且與IEEE1588時(shí)間同步系統(tǒng)同步，把這些連接設(shè)備作為IEEE1588協(xié)議中的邊界時(shí)鐘來(lái)處理，讓這些連接設(shè)備也與整個(gè)系統(tǒng)同步。主、從時(shí)鐘通過(guò)BMC算法配置各個(gè)設(shè)備終端端口的屬性，建立IEEE1588時(shí)間同步系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后，主、從時(shí)鐘通過(guò)本地時(shí)鐘同步算法進(jìn)行校時(shí)。
該方案對(duì)于主、從時(shí)鐘間鏈路上有很少的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備（如交換機(jī)）的情況，可以達(dá)到較好的精度，但是，如果主、從時(shí)鐘間鏈路上的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備（如交換機(jī)）很多，會(huì)造成累計(jì)誤差，影響IEEE1588協(xié)議的精度效果。
第2種解決方案如圖2（b）所示，圖中交換機(jī)對(duì)于IEEE1588時(shí)間同步系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是透明的，即把這些連接設(shè)備作為IEEE1588協(xié)議中的透明時(shí)鐘來(lái)處理，記錄IEEE1588協(xié)議報(bào)文進(jìn)出這些設(shè)備的時(shí)間，從時(shí)鐘校準(zhǔn)時(shí)將其剔除。該方案不改變?cè)凶詣?dòng)化網(wǎng)絡(luò)中連接設(shè)備主、從時(shí)鐘間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。同時(shí)，像第1種解決方案一樣，建立IEEE1588時(shí)間同步系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后校時(shí)。
該方案可以減少網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)的影響，排除交換網(wǎng)造成的非對(duì)稱延遲的影響，減少大型拓?fù)渲械睦塾?jì)誤差。
DNPTP-8M是一款支持IEEE1588-2008，PTPV2的主時(shí)鐘（GrandmasterClock），使用GPS作為時(shí)鐘參考源時(shí)，DNPTP-8M跟蹤UTC的精度優(yōu)于20ns，可通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)提供高精度的時(shí)間信號(hào)源。
IEEE1588-2008精密時(shí)鐘服務(wù)器DNPTP-8M采用專業(yè)的IEEE1588-2008處理芯片加上中新創(chuàng)科的時(shí)間調(diào)整技術(shù)和軟件，DNPTP-8M可同時(shí)為多臺(tái)IEEE1588-2008從時(shí)鐘提供時(shí)鐘基準(zhǔn)。
PTPV2精密時(shí)鐘服務(wù)器DNPTP-8M內(nèi)置高穩(wěn)恒溫晶振（OCXO），低日老化率，即使丟失了GPS衛(wèi)星信號(hào)，PTPV2精密同步時(shí)鐘DNPTP-8M也有的保持性能。
除了使用GPS作為外部基準(zhǔn)時(shí)鐘，PTPV2精密同步時(shí)鐘服務(wù)器DNPTP-8M還可以使用北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)。除此之外，IEEE1588-2008精密時(shí)鐘服務(wù)器DNPTP-8M還有1路1PPS輸入和1路IRIG-B或1路2MHz（G.703）作為輔助參考源。
通過(guò)以太網(wǎng)來(lái)獲得納秒級(jí)時(shí)間精度，采用PTPV2精密時(shí)鐘服務(wù)器DNPTP-8M是你的。相對(duì)于獨(dú)立式的時(shí)鐘同步系統(tǒng)，IEEE1588精密時(shí)鐘服務(wù)器DNPTP-8M可降低整個(gè)時(shí)間同步系統(tǒng)的造價(jià)，獲得更高的性價(jià)比。
PTPV2精密時(shí)鐘服務(wù)器DNPTP-8M應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，航天航空系統(tǒng)，2.5G/3G/4G基站，數(shù)字化變電站，CMMB基站，數(shù)字電視數(shù)字廣播，電信機(jī)房等需要精密時(shí)鐘服務(wù)的場(chǎng)所。
●IEEE1588精密時(shí)鐘服務(wù)器DNPTP-8M的特點(diǎn)●硬件時(shí)間戳，優(yōu)于20ns的時(shí)間精度●內(nèi)置50通道GPS接收裝置，可使用GPS/北斗雙系統(tǒng)●頻率準(zhǔn)確度優(yōu)于1E-12,24小時(shí)保持精度優(yōu)于1E-10●支持端到端（endtoend）或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（peertopeer）模式●支持1step或2steps●傳輸協(xié)議支持UDP或Ethernet協(xié)議●每秒512次延時(shí)服務(wù)能力●支持Pre-Master模式，主時(shí)鐘熱備份，熱切換功能●10/100M以太網(wǎng)口●遠(yuǎn)程軟件升級(jí)，SNMP,Syslog管理監(jiān)控●多種接口輸出
詳細(xì)參數(shù)
支持協(xié)議
PTPV2,IEEE1588-2008,NTP,SNTP,IP,TCP,UDP,ent,DHCP,Syslog
精度
PTP優(yōu)于20ns,頻率輸出優(yōu)于1E-12
硬件時(shí)間戳
1層時(shí)間源
輸出接口
1-8路10/100MPTP網(wǎng)口
輸出接口
RS232TOD輸出,本地干接點(diǎn)告警輸出
輸出接口
選配1-4路10/100MNTP網(wǎng)口,選配1PPS,10M,IRIG-B
輔助時(shí)間源
選配1PPS,2MHz,IRIG-B
產(chǎn)品尺寸
19英寸1U,無(wú)風(fēng)扇
顯示
20X2LCD+led（電源,鎖定,保持,主要告警,次要告警
電源
110-220VAC,-48VDC,24VDC可選,支持雙電源
：彭理根
www.bjzxck.com
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