IEEE1588在智能变电站中的应用与研究

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IEEE1588在广域设备保护通信系统中的应用研究

IEEE1588在广域设备保护通信系统中的应用研究摘要：本文根据广域设备保护系统的状况，分析gps在广域设备保护系统时钟同步中的缺点，提出了ieee 1588在广域设备保护系统中应用研究，依据广域设备保护系统采用的sdh光纤自愈环网，根据其特性，分析ieee1588实现原理，提出两种不同的ieee1588实现方式，并根据广域设备保护系统的特点分析可行性，同时分析广域设备保护系统中延时测量机制，选择p2p延时测量机制。

为ieee1588在广域设备保护系统中的应用做了可行性研究。

关键词：广域设备保护 ieee1588 sdh 测量机制中图分类号：tm734 文献标识码：a 文章编号：1007-9416（2013）01-0046-031 引言广域保护的概念是由国际大电网会议提出和定义的，它指依赖电力系统多点信息，对故障进行快速、可靠、精确的切除，同时分析故障切除对系统安全稳定运行的影响，并采取相应的控制措施，提高输电线可用容量或系统可靠性。

同时实现自动控制功能的系统，成为广域保护系统[1]。

而随着计算机技术和网络通信技术的高速发展，以及数字化、智能化变电站的推出，为广域继电保护的实现提供有利的技术条件与支持[2]。

其能在传统广域保护系统的基础上，实现快速的设备继电保护，加快系统的反应速度，有利于故障的定位与处理，因此，广域设备保护系统有更大的应用空间和前景。

电网广域信息是广域设备保护系统保护策略制定的依据，实时、快速的收集并处理整个电网的同步信息是实现广域设备保护的基础。

对于目前广域设备保护系统来说，时间同步主要由gps对时装置组成，采用分立结构。

对需要时间同步的系统、装置，设置gps 对时装置。

由于gps对时装置是离散的，因此对时装置只受gps控制，它们之间是相互独立的。

目前电网中采用的时间同步方式就是离散型组网方式。

实践证明，由于各调度中心、厂站二次系统采用的对时方式有问题、采用的gps装置差异很大，也没有有效的手段来对系统、装置的时间进行统一维护、监控，该方式完全不适用于电网，且目前的时间同步情况已经给电网故障分析带来了一定的困难。

智能变电站IEEE1588时钟同步方案对比研究

ｃｏｋｓｃｏｉａｉｎｍｅｈｄａｏｈｍｅｔｙｃｏｉａｉｎａｃａｙｒｑｉｅｎｓｏｔｌｇｎｂｔｔｎｌｃｙｈｎｚｔｔｏｓｎｂｔｅｎｈｎｚｔｃｕｃｕｒｍｅｔｆｎｅｌｅｔｕｓａｉ．ｎｒｏｃｓｒｏｒｅｉｉｓｏＫｅｒｓｉｔｌｇｎｕｓｔｎＩＥ１８；ｉｙｃｏｉａｉｎｓｔｈｙｗｏｄ：ｎｅｌｅｔｂｔｉ；ＥＥ５８ｔｉｓａｏｍｅｓｈｎｚｔ；ｗｉｎｒｏｃ
第２卷４
华中电力
２１年第６０１期
智能变电站ＩＥ１８时钟同步方案对比研究ＥＥ５８
谢俊，李昀照，李锋，冯维纲，王正齐，赵银风
（．华中电网有限公司，湖北武汉４０７：２１３０７．武汉中元华电科技股份有限公司，湖北武汉４０２）３２３
关键词：智能变电站；ＩＥ５８源自ＥＥ１８；时钟同步；交换机
中图分类号：Ｔ６Ｍ７文献标志码：Ａ文章编号：１０ —５９２１）６０４５０６６１（０１０．０９０
ＲｅｅｒｈｏＥＥＥ８ｍｅＳｎｈｏｉａｉｎＭｅｈｄｓａｃｎＩ１８Ｔｉｙｃｒｎｚｔｏｔｏ５
ＡｂｔａｔＴｅｄｖｌｐｎｆｎｅｌｅｔｕｓａｉｎａｄｉｔｌｇｎｏｒｇｉｅｎｉｈｒｅｆｒａｃｆｓｒｃ：ｈｅｅｏｍｅｔｏｔｌｇｎｂｔｔｎｅｌｅｔｗｅｒｄｄｍａｄａｈｇｅｒｏｍｎｅｏｉｉｓｏｎｉｐｐｔｙｃｒｎｚｔｎｉｌｃｒｃｐｗｅｙｔｍ，ｎｔｉｐｐｒａｂｓｃｍｅｏｆｅｗｏｋｔｙｃｏｉａｉｎｉｉｓｎｈｏｉａｉｎｅｅｔｉｏｒｓｓｅｉｓａｅ，ａｉｔｄｏｔｒｉｓｈｎｚｔｍｅｏｈｈｎｍｅｎｒｏｓｅｐａｎｄａｄｔｅｍａｎｐｉｃｐｅｏＥ１８ ’ ｒａｉａｉｎａｉｈａｃｒｃｌｃｙｃｏｉａｉｎｉａｙｅ．ｘｌｉｅ，ｎｉｒｎｉｌｆＩｈＥＥ８Ｓｅｌｔｔｇｃｕａｙｃｏｋｓｎｈｎｚｔｓａｌｚｄ５ｚｏｈｒｏｎＴｙｃｏｉａｉｎｍｅｈｄ，ｎｍｅｙｐｉｔｏｐｉｔＩＥ１８ｎｅｏｋＩＥＥ１８ｒｘｅｍｅｔｌｗｏｓｈｎｚｔｔｏｓａｌｏｎ — －ｏｎＥＥ８ａｄｎｔｒＥ８ａｅｅｐｒｎａｌｎｒｏｔ５ｗ５ｉｙｖｒｆｄｂｓｄｏｅｓｕｙｏＥＥ１８ｓｒｃｏｋｓａｅｃｏｋａｄｓｔｈＴｈｅｕｔｈｗａｂｖｏｅｉａｅｎｔｔｄｆＩｉｅｈＥ８ｍａｔｌｃ，ｌｖｌｃｎｗｉ．ｅｒｓｌｓｏｔｔａｏｅｔ５ｅｃｓｈｗ

智能变电站过程层网络性能测试技术研究

智能变电站过程层网络性能测试技术研究摘要：对于目前智能变电站而言，其技术核心在于具有过程层，而过程层也成为了智能变电站区别于不同变电站的重要特征。

为了保证智能变电站过程层的有效性，通常我们要对过程层的网络性能进行测试，而网络性能测试技术成为了保证测试过程实现的关键。

所以，我们要对智能变电站过程层的网络性能测试技术进行深入研究，并以三网合一作为实际案例，对智能变电站过程层的网络性能测试技术进行探讨。

关键词：智能变电站；过程层；网络性能测试技术1 引言从目前智能变电站的建设来看，智能变电站已经成为了未来变电站的重要发展趋势。

通过了解发现，智能变电站的核心技术主要是过程层具有较大的技术优势，这一技术优势决定了智能变电站比普通变电站具有更强的应用特性。

所以，我们在针对智能变电站的研究中，要积极展开过程层的研究与分析，要将过程层的网络性能测试技术作为主要的技术要点进行研究，把握过程层网络性能测试技术的要点，保证过程层的网络性能测试技术能够发挥积极作用。

因此，我们有必要对智能变电站过程层的概念及组成进行分析，明确智能变电站过程层的组成要求，对过程层网络性能测试技术进行积极的试验和测试，保证该技术能够发挥积极的作用，提高智能变电站过程层网络性能测试技术研究的最终效果。

2 智能变电站过程层概念及组成分析对于智能变电站而言，过程层是其重要组成部分，也是智能变电站与传统变电站的重要区别，所以我们要对智能变电站过程层的概念有准确的了解。

就智能变电站来说，主要采用了分层网络系统、分布网络系统、开放式网络系统实现系统连接，其中过程层是最底层的系统，属于一次设备和二次设备相结合的层面，其任务主要是对设备的状态进行监测，并执行系统的操作和控制命令，同时对运行的电气量进行采集，并完成系统基本状态变量的输入和输出，保证信号数字化。

智能变电站的过程层组成主要包含以下几个部分：变压器、断路器、隔离开关、电流/电压互感器等一次设备及其所属的智能组件以及独立的智能电子装置。

智能变电站中网络对时的优化设计

智能变电站中网络对时的优化设计摘要：随着通信和自动化技术的不断发展，智能变电站取代常规变电站已逐渐成为一种技术趋势。

广域信息同步实时采集技术是实现智能变电站各项应用功能的基础，它要求电子式互感器对电网电流和电压的数据一经采样便可被多个智能变电站中各个智能电子设备共享。

然而，无论控制和保护，还是监测和计量的计算处理都要求采样数据应在同一个时间点上采集，以免相位和幅值产生误差。

智能变电站中IEEE1588(IEC61588)网络对时信息与采样值共网传输时，由于IEEE1588对时信息网络传输的往返延时不一致，从而造成同步精度降低。

本文通过构建多次对时信息交换的时钟模型，并对本地时钟相偏进行最优推导，显著减小了网络传输延时不对称对智能电子设备的对时影响。

关键词：智能变电站;网络对时;信息延时;相偏估计;极大似然估计引言电力系统发展过程中，无论是建设智能变电站，还是投入应用，都赢得了许多技术人员的支持。

在智能化变电站技术应用中，工程调试技术和自动化系统结构，都是重要的组成部分，作为电力系统的工作人员必须要深入地认识和理解，才能够使自动化系统的结构和革新工程调试技术优化和发展，从而使智能变电站不断地创新和发展。

1智能变电站自动化系统的结构结构技术。

智能变电站自动化系统结构，将传统变电站综合自动化系统的结构技术继承并发展了，相对于传统变电站的结构技术，智能变电站自动化系统的结构技术不但数字连贯性更好和更加成熟，而且连接的速度也加快了，工程应用方式也能够满足高程度标准化的要求。

智能变电站自动化系统性结构技术完善，能够使智能变电站，既可以系统地维护和扩展工作，又能够更新工作，使变电站智能化进程进一步促进。

结构功能。

在智能变电站自动化系统的结构中，具有许多功能，运用变电站的一次设备作为对象的功能为最主要功能。

从功能性质上，智能变电站结构功能包括两个方面：基础功能和系统功能。

（1）基础功能，就是工程人员保护和排查以及监视自动化系统的基本工作；（2）系统性功能，就是运用自动化系统，工程人员将监控管理、控制站域、远程操作以及综合决策等相关变电站运行的活动实施。

IEEE 1588精确时间协议在智能变电站中应用的关键技术

IEEE 1588精确时间协议在智能变电站中应用的关键技术【摘要】IEEE 1588精确时间同步协议（PTP）解决了通用以太网延迟时间和同步能力差的瓶颈，在自动化、通信等工业领域具有重要意义，本文介绍了IEEE 1588标准在智能变电站建设中应用的关键技术，包括PTP时钟同步模型以及同步过程，分析了PTP网络结构中的设备类型以及主从时钟的偏移和网络延时的修正，最后分析了PTP时钟设备冗余配置的必要性，给出了时钟设备冗余配置的方法。

【关键词】IEEE 1588 PTP 智能变电站时钟同步目前，在变电站自动化系统中广泛应用的对时方式主要有GPS同步脉冲对时，NTP（Network Time Protocol）网络时间协议，SNTP（Simple Network Time Protocol）简单网络时间协议对时等对时方式。

随着数字化变电站的发展使得站内二次硬接线逐渐被串行通信线所取代，GPS对时技术已不适用于新兴的数字化智能变电站网络系统，而NTP/SNTP时间同步协议的时间同步精度仅能到到ms 级，不能满足具有高精度和稳定性要求的电力自动化设备的需求，因此最终提出了IEEE 1588标准，它定义了一种用于分布式测量和控制系统的精密时间协议（Precision Time Protocol，PTP），其网络对时精度可达亚μs级，满足电力系统自动化设备对时间精度的要求，并且所占用网络和硬件资源较少，因此IEEE 1588网络对时方式是应用于智能变电站的理想对时方式[3]。

1 PTP时钟同步模型PTP系统是分布式网络系统，由PTP设备和非PTP设备组成。

下图1为一个典型的PTP分布式系统。

其中，OC（Ordinary Clock）为普通时钟，普通时钟可能是一个系统的最高级主时钟（Grandmaster Clock，GC），也可能是主、从时钟体系中的从时钟（Slave）。

BC（Boundary Clock）为边界时钟，PTP设备通过网络彼此通信，PTP协议在一个叫做域的逻辑范围内运行。

基于IEEE1588的变电站网络时钟同步的研究与应用

ｏｓｔｎｄｅａｗｅｅｌｏｉｃｓｅｉｈｓｙｔｍｄｓｇｆｅａｄｌｙｒａｓｄｓｕｓｄｎｔｉｓｓｅｅｉｎ．Ｔｈｓｎｈｏｉａｉｎｅｗｏｋｃｅｅｅｙｃｒｎｚｔｏｎｔｒｓｈｍ
ｔｍｅｓｎｈｏｉｍｒｃｓｏｎｍａｙｉｔｌｇｎｅｉｅｒｅｔｎｉｈｅｎｉｈｒｉｙｃｒｎｓｐｅｉｉｎｉｎｎｅｌｅｔｄｖｃｓａｅｇｔｉｇｈｇｒａｄｈｇｅ．Ｔｈｗｏｋｎｉｅｒｉｇ
第３Ｏ卷第５期
２１００年１Ｏ月
பைடு நூலகம்辽宁工业大学学报（自然科学版）
ＪｕｎｌｆｉｏｉｇＵｎｖｒｉｆｅｈｏｏｙＮａｕａＳｉｎｅＥｉｏ）ｏｒａａｎｎｉｅｓｔｏｃｎｌｇ（ｔｒｌｃｅｃｄｔｎｏＬｙＴｉ
ｉＳｕｂｓａｉｎｓｄｏＥＥＥ１８ｎｔｔｏＢａｅｎＩ５８
ＪＡＨｏｇｇＧＮｉｕＺＵｅｊｎ，Ｉｉｇ，ＨＮｎＩｎ —ｅ，ＵＡＷｅ— ｏ，ＯＤ－ＬｎＣＥＹｏｇｇｕＮ
（，ｌｃｒｎ＆ＩｆｒｔｎＥｇｎｅｉｇＣｏｌｇ，ｉｏｉｇＵｎｖｒｉｆｅｈｏｏｙＪｎｈｕ１０ｉａ１ＥｅｔｏｎｏｍａｉｎｉｅｒｌｅｅＬａｎｎｉｅｓｔｏＴｃｎｌｇ。ｉｚｏ２１０１Ｃｈｎ；ｏｎｙ
Ｖ＿＿Ｏ．ｏ３Ｎｏ．ｌ５Ｏｃ．０１ｔ２０

IEEE1588PTP协议在数字化变电站中的应用

目前，应用于变电站内的对时方式有IRIG-B格式时间码，SNTP（Simple Network Time Protocol）等方式。

IRIG-B码对时在实际变电站应用中需要专门的对时网，传输距离有限，而且传输距离越长则精度越差，能够精确到毫秒级。

报文同步对时将是未来变电站的发展趋势。

SNTP对时可以利用变电站内通信网络给各通信单元对时，无需再另建对时网，但是对时的精度在局域网中也只能达到毫秒级。

对于要求对时精度更高的数字化变电站来说，IEEE1588标准精确时间协议顺应了报文同步的趋势。

1NTP协议的基本原理从时钟向主时钟发送一个消息包（SNTP（NTP）协议），记录发出消息包时的时间戳T1（以从时钟时间为基准），主时钟收到消息包立即记录时间戳T2（以主时钟时间为基准），主时钟向从时钟返回一个消息包，返回消息包时记录时间戳T3（以主时钟时间为基准），从时钟收到主时钟返回的消息包，此时记录时间戳T4（以从主时钟时间为基准）。

T1和T4是以从时钟的时间标准记录的时间戳，其差T4－T1表示整个消息传递过程所需要的时间间隔；T2和T3是以主时钟的时间标准记录的时间戳，其差T3－T2表明消息传递过程在主时钟内逗留的时间，那么(T4－T1)－(T3－T2)应该就是信息包由从到主，再从主时钟传回从时钟的时间（中间去除了在主时钟内的逗留时间），如果假定信息包由主时钟到从时钟和从时钟到主时钟所用的时间一样，那么，从到主或者主到从信息包的传送时间（RoundTripDelay）为：RoundTripDelay=（（T4－T1）－（T3－T2））/2假定客户端机相对于服务器机的时间误差是△t，则有下列等式：T2=T1+△t+RoundTripDelayT4=T3－△t+RoundTripDelay从以上三个等式可以解出客户端机的时间误差△t为：△t=（（T2－T1）+（T3－T4））/2Ts：客户端当前时间。

客户端系统时间修改为：Ts+△t。

130、IEEE 1588协议在数字化变电站中的应用

IEEE 1588协议在数字化变电站中的应用刘双，刘桂敏（国网电力科学研究院南京中德保护控制系统有限公司，南京210003）摘要：介绍了IEEE 1588标准定义的高精度时钟的同步原理，针对IEC 61850标准的变电站通信网络结构，提出了IEEE 1588在数字化变电站内的应用方案，讨论了各方案的优缺点。

关键词：IEEE 1588；时钟同步；数字化变电站作者简介：刘双(1977－)，男，硕士，工程师，从事电力系统自动化方面的工作。

刘桂敏(1978－)，女，助理工程师，从事电力系统自动化方面的工作。

Application of IEEE 1588 protocol in digital substationAbstract: This paper introduces the principle of time synchronization for high precision clock defined in IEEE 1588 standard．According to structure of substation communication network conforming to IEC 6l 850 standard, application schemes of IEEE 1588 in digital substation proposed and their advantages and disadvantages are also discussed．Key words: IEEE 1588; time synchronization; digital substation1 引言精确的时间同步系统在数字化变电站中占有重要的地位，根据IEC 61850标准对智能电子设备(IED)的时钟精度功能要求，用于计量的T5等级精度达到±lμs。

目前，有2种重要的时间同步技术：网络时间协议(NTP)和直接连接时间传输。

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（１．ＮａｒｉＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｏ．，Ｌｔｄ．，
２．ＺｈｅｉｆａｎｇＪｉａｘｉｎｇＧｒｉｄＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌＣｅｒｔｅｒ，ＪｉａｘｉｎｇＺｈｅｊｉａｎｇ３１４０００，Ｃｈｉｎａ；
ｊ十算机技术及其应用
ＣｏｍｐｕｔｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｑ．ｙ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
皇皇
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ＩＥＥＥ１５８８在智能变电站中的应用与研究
檀永，丁磊明，杜奇伟，江波（１．国电南瑞科技股份有限公司，江苏南京２１０００３；
隔层和站控层 … 。其中，间隔层包含了如继电保护装置、系统测
控装置、监测功能组主ＩＥＤ等二次设备。过程层则包含了断路器等一次设备及与其相关的智能电子装置，如智能终端等。智能终端通过光纤与间隔层的继电保护设备通信采用ＧＯＯＳＥ点对点通
ｓｕｐｐｏｒｔｔｈｅｍｕｌｔｉ－ｐｏｒｔｓＩＥＥＥ１５８８ｆｕｎｃｔｉｏｎｉｎｓｍａｔｒｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＩＥＥＥ１５８８；ＦＰＧＡ；ＳｍａｒｔＳｕｂｓｔａｔｉｏｎ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｉｍｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎａｎｄｄｅｌａｙｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｓａｌｓｏａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｉｓｄｅｓｉｇｎｉｓａｐｒａｃｔｉｃａｌｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｄｅｖｉｃｅｓｗｈｉｃｈ
报文、延时回应报文则用于从时钟测量与主时钟的延迟时间。
动化系统技术发展的一个趋势。它以全站信息数字化、通信平台
网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、
控制、保护、计量和监测等基本功能。智能变电站分为过程层、间
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＩＥＥＥ１５８８ＩｎＳｍａｒｔＳｕｂｓｔａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ
ＴＡＮＹｏｎｇ，ＤＩＮＧＬｅｉ — ｍｉｎｇ２
，
ＤＵＱｉ－ｗｅｉ，ＪＩＡＮＧＢｏｎｇＪｉａｎｇｓｕ２１０００３，Ｃｈｉｎａ；
３．ＺｈｅｊｉａｎｇＧｒｉｄＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，ＨａｎｇｚｈｏｕＺｈｅｊｉａｎｇ３１００００，Ｃｈｉｎａ；）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｔｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓａｄｅｓｉｇｎｏｆＩＥＥＥ１５８８ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｐｒｏｔｏｃｏｌｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈｉｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＦＰＧＡａｎｄＰｏｗｅｒＰＣｈａｒｄｗａｒｅｐｌａｆｔｏｒｍ．Ｔｈｅｋｅｙ
２．浙江嘉兴电力局调控中心，浙江摘
嘉兴
３１４０００；３．浙江省电力公司，浙江
杭州
３１００００）
要：介绍了基于ＦＰＧＡ与ＰｏｗｅｒＰＣ硬件平台的ＩＥＥＥ１５８８对时系统的设计方案，分析了ＩＥＥＥ１５８８的时间补偿及延时测量机制等关键技术原理，为设计智能变电站中支持多端口ＩＥＥＥ１５８８的对时装置提供了一种切实可行的实现方案。
Ｏ引言
智能化变电站是智能电网的一个重要组成部分，是变电站自

５类报文：管理报文（Ａｎｎｏｕｎｃｅ报文）、同步报文（Ｓｙｎｃ报文）、跟随报文（Ｆｏｌｌｏｗ＿ＵＰ报文）、延时请求报文（ＤｅｌａｙＲｅｑ报文）、延时回应报文（ＤｅｌａｙＲｅｓｐｏｎｓｅ报文）。从时钟通过管理报文，使用最佳主时钟算法（ＢＭＣ算法）确定外部最佳主时钟Ｊ。从时钟根据同步报文、同步跟随报文确定于主时钟的时间偏移。而延时请求
关键词：ＩＥＥＥ１５８８；ＦＰＧＡ；智能变电站
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ・ｉｓｓｎ．１０００－３８８６．２０１３．０１．００７
［中图分类号］ＴＭ７６４．２［文献标志码］Ａ［文章编号］１０００— ３８８６（２０１３）０ｌ一００１９— ０２