劉豪+楊萬錦+黃群丹+袁亮+許文+葉泂濤

摘 要：數(shù)字同步網(wǎng)與時間同步網(wǎng)都是相當(dāng)重要的支撐網(wǎng)，其中數(shù)字同步網(wǎng)可以準確地將同步信息從基準時鐘向同步網(wǎng)絡(luò)的改革節(jié)點傳遞，時間同步網(wǎng)則是建立起了具有時間標志的新型同步網(wǎng)。兩者的合一可以有效地改善通信效果，為電力系統(tǒng)的發(fā)展提供支持。長期以來，數(shù)字同步網(wǎng)與時間同步網(wǎng)應(yīng)用于電力系統(tǒng)的兩個層面，它們分別構(gòu)成了通信承載網(wǎng)與變電站通信系統(tǒng)的支撐網(wǎng)絡(luò)，本文報告了電力系統(tǒng)數(shù)字同步網(wǎng)與時間同步網(wǎng)的現(xiàn)狀，對融合后的時率同步網(wǎng)的技術(shù)和應(yīng)用做了探討。

關(guān)鍵詞： 數(shù)字同步 時間同步 同步網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用

中圖分類號：X799 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（c）-0106-02

電網(wǎng)系統(tǒng)中，通信傳輸網(wǎng)與變電站、電廠和控制中心往往共址設(shè)置，使同步網(wǎng)即傳遞時間同步信號又傳遞頻率同步信號不僅可以節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源。IEEE 1588 V2標準定義的PTP（Precision Time Protocol）可以實現(xiàn)高精度的時間同步地面?zhèn)鬟f，使跨地域的廠站時間同步系統(tǒng)達到了亞微秒級的同步精度，它提出的包同步技術(shù)將同步信息封裝進數(shù)據(jù)報文中，在數(shù)據(jù)流中傳遞，解決了分布式系統(tǒng)的實時性問題。

PTP技術(shù)成為同步網(wǎng)向時頻合一漸進式發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)支撐。

1 時間同步系統(tǒng)的需求

1.1 通信傳輸網(wǎng)的現(xiàn)狀

目前通信傳輸網(wǎng)的主要體制以SDH與OTN技術(shù)為主，隨著OTN承載低速率、細顆粒業(yè)務(wù)能力的增強，OTN將成為今后通信承載發(fā)展的主要方向。

1.2 凱里供電局時間同步網(wǎng)的需求

凱里供電局目前還沒有建設(shè)統(tǒng)一的時間同步網(wǎng)，各個電廠和變電站依然采用獨立的GPS衛(wèi)星接收系統(tǒng)作為各個電廠和變電站的唯一時間源，時間源沒有做到天地互備和組成主從同步的時間同步網(wǎng)。導(dǎo)致各個電廠和變電站之間存在時間不同步的故障和隱患，白午變電站（智能化）與翁郎變電站（傳統(tǒng)）就發(fā)生了兩個變電站時間不統(tǒng)一，直接導(dǎo)致線路光差保護閉鎖、告警，從而退出運行線路的光差保護，而僅保留后備保護。所以形成天地互備的時間同步網(wǎng)成為時間同步網(wǎng)發(fā)展的方向。

基于以上要求，建設(shè)既滿足頻率同步又能滿足時間同步技術(shù)標準的時頻合一的同步網(wǎng)變的十分必要。

2 數(shù)字同步網(wǎng)與時間同步網(wǎng)兩網(wǎng)合一的實現(xiàn)

電力通信傳輸網(wǎng)目前在網(wǎng)設(shè)備以SDH網(wǎng)元為主，SDH的時鐘特性使得其設(shè)備本身只支持E1信號實現(xiàn)的頻率同步，要實現(xiàn)數(shù)字同步網(wǎng)與時間同步網(wǎng)兩網(wǎng)合一的漸進式演進，使用E1頻率同步與PTP時間同步相結(jié)合，以實現(xiàn)數(shù)字同步網(wǎng)與時間同步網(wǎng)兩網(wǎng)合一[1]。

SDH網(wǎng)元接收時鐘同步設(shè)備的E1信號直接用于SDH網(wǎng)絡(luò)的頻率同步，使全網(wǎng)設(shè)備工作在同一基準頻率下，時鐘同步設(shè)備還提供PTP信號，將PTP信號轉(zhuǎn)換為可在SDH網(wǎng)元承載的E1業(yè)務(wù)信號，傳遞至各變電站與電廠時間同步設(shè)備或支持IEEE 1588協(xié)議的一次、二次設(shè)備上，可以實現(xiàn)全網(wǎng)的建設(shè)目標，即時間頻率兩網(wǎng)合一，站內(nèi)時間同步系統(tǒng)天地互備，保證時間同步的可靠性。

3 兩網(wǎng)合一對通信網(wǎng)發(fā)展的前瞻性

光傳輸網(wǎng)的發(fā)展趨勢是向全IP化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展，不僅實現(xiàn)承載業(yè)務(wù)的IP化，更要實現(xiàn)全網(wǎng)設(shè)備的IP化，目前以PTN[2]、IPRAN，乃至更高層面的OTN均實現(xiàn)了分組交換、全業(yè)務(wù)接口IP化的能力，PTP技術(shù)提出的包同步技術(shù)將同步信息封裝進數(shù)據(jù)報文中，在數(shù)據(jù)流中傳遞，適應(yīng)了全業(yè)務(wù)IP化的要求，而且它還具有既能傳遞時間同步也能傳遞頻率同步的特性為時間同步網(wǎng)與頻率同步網(wǎng)在電力系統(tǒng)的兩網(wǎng)合一提供了有力支撐。

未來，電力系統(tǒng)通信承載網(wǎng)將建成全IP化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)的全IP化適應(yīng)了未來業(yè)務(wù)的發(fā)展要求，同時使的使用PTP這一關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)時頻合一成為可能。

4 IEEE 1588時鐘同步原理

IEEE 1588時鐘同步系統(tǒng)是由同步時鐘設(shè)備和系統(tǒng)設(shè)備組成的分布式授時系統(tǒng)。

IEEE 1588協(xié)議是通過主-從時鐘進行同步報文數(shù)據(jù)交換來實現(xiàn)時間統(tǒng)一的[3].主時鐘在tm1時刻向從時鐘發(fā)送Sync同步報文，如圖1所示，從時鐘在tn1時刻接收并記錄接收時間，緊接著主時鐘通過Follow_up跟隨報文發(fā)送之前記錄的精確時間信息tm1，從時鐘收到tm1后則有

tdelay+toff-delay=tn1-tm1 （1）

式中tdelay為主-從設(shè)備的時間偏移量；toff-dalay為路徑延時量。從時鐘接收跟隨報文后在tn2時刻發(fā)送一個Delay_Req延時請求報文，主時鐘接收并記錄精確接收時間tm2，然后把接收時間通過Delay_Resp延時響應(yīng)報文發(fā)送給從時鐘，可得

tdelay-toff-delay=tm2-tn2 （2）

將式（2）代入式（1），得

toff-delay=1/2（tn1-tm1+tn2-tm2） （3）

基于式（3）計算出tdelay，對主-從設(shè)備的時鐘偏移量進行修正，這樣就完成了主-從時鐘的同步.各個時鐘節(jié)點的PTP時鐘信號通過E1/Ethernet協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，是的PTP信號可以在SDH網(wǎng)絡(luò)中進行傳遞，從而實現(xiàn)時間同步系統(tǒng)的全網(wǎng)統(tǒng)一。

5 IEEE 1588時鐘同步系統(tǒng)的應(yīng)用

5.1 PTP over SDH組網(wǎng)方式

凱里供電局的通信傳輸網(wǎng)以SDH系統(tǒng)為主，在SDH系統(tǒng)中，同步信號必須從STM-N線路信號中傳遞和提取，而PTP協(xié)議基于以太網(wǎng)組播通信的要求使得在SDH網(wǎng)絡(luò)中傳遞PTP信號必須借助協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備，將PTP信號轉(zhuǎn)化為E1信號進行傳遞，E1信號在終端通過支持PTP信號的從設(shè)備進行恢復(fù)，達到全網(wǎng)的同步要求。

5.2 PTP over SDH精度實現(xiàn)

凱里供電局在舟溪變、鴨塘變以及翁郎變進行了PTP over SDH的實驗組網(wǎng)，設(shè)置一臺SM2000 GMC和兩臺Slaver，通過SDH節(jié)點五跳和十跳恢復(fù)出來的延遲均在1us以內(nèi)，滿足了IEC61850對于智能變電站采樣值同步精度T5級別的1us的要求。

6 結(jié)語

在現(xiàn)階段，IEEE 1588同步時鐘技術(shù)可以通過SDH網(wǎng)絡(luò)為變電站提供高精度的網(wǎng)絡(luò)同步方案，未來，隨著通信承載網(wǎng)絡(luò)的IP化進程，IEEE 1588將更好的適應(yīng)于時頻合一的同步網(wǎng)，本文分析了基于IEEE1588這一關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)數(shù)字同步網(wǎng)與時間同步網(wǎng)在電力系統(tǒng)兩網(wǎng)合一的實現(xiàn)。

參考文獻

[1] 麥伯強.在E1接口上實現(xiàn)電力系統(tǒng)全網(wǎng)時鐘同步的研究與應(yīng)用[J].通訊世界，2015（22）：76-78.

[2] 陳浩.基于PTN傳送PTP的技術(shù)方案分析[J].電信網(wǎng)技術(shù)，2010（10）：11-19.

[3] 曾祥君，黎銳烽，等.基于IEEE1588的智能變電站時鐘同步網(wǎng)絡(luò)[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報，2011（03）：3-8.