浅析IEEE 1588 PTP在智能电网中的应用

吕保强+温金宝

摘 要：IEEE 1588PTP（Precision Time Protocol，PTP）具有良好的时间同步精度，在自現代工业控制、电力系统等领域获得了越来越多的应用。研究了IEEE 1588在智能电网中的应用，探讨了PTP在智能电网中的应用方案，分别给出了基于PTP协议的主站和子站系统同步方案。

关键词：IEEE 1588 PTP；电力系统；智能电网；时钟同步

中图分类号：TP393 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.161

智能电网依赖于时间同步进行电网调度、故障分析以及进行新型的实时监测控制系统，比如电网的实时监测系统（OPS）、电网的分析和控制系统（WARMAP）等。目前，在电网中广泛应用的时间同步协议主要有GPS同步脉冲对时、NTP、SNTP等协议。随着电网的迅速发展，使得电力系统内二次硬接线逐渐被串行通信线所取代，GPS同步技术已不适用于智能化的电网系统，而NTP/SNTP协议的时间同步精度仅为ms级，不能满足具有高精度和高稳定性要求的电力自动化设备的需求。

IEEE 1588 PTP协议于2002年被提出，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。该协议是针对工控和测量等领域的精密时钟同步协议，能提供亚微秒级的时间同步精度，满足电力系统自动化设备对时间精度的要求，且所占用网络和硬件资源较少。因此，研究将PTP应用于智能电网中的方法具有十分重要的意义。

1 PTP同步时钟

PTP系统是分布式网络系统， PTP同步时钟包括普通时钟OC（Ordinary Clock）、边界时钟 BC（Boundary Clock）和透明时钟 TC（Transparent Clock）。其中，普通时钟OC可能是系统的最高级主时钟，也可能是主从时钟体系中的从时钟；边界时钟BC被PTP设备用来网络间彼此的通信，PTP协议运行于域的逻辑范围内；透明时钟TC由端到端透明时钟（E2E TC）与对等透明时钟（P2P TC）组成。

2 PTP时钟同步过程

IEEE1588定义了四种同步报文Sync、Follow_up、Delay_Request、Delay_Response和一组管理报文。为了简化问题，首先考虑主时钟（Master）与从时钟（Slave）间的同步过程：①Master向Slave发送Sync报文，并记录发送时间t1，Slave记录接收Sync的时间t2；②Master发送Sync报文之后，立即向Master发送携带有t1的Follow_Up报文，计算接收Sync报文的本地时间t2与Follow_Up报文中的时间t1的差异，作为主从时钟的偏移量；③为了修正传输延时，Slave向主时钟发送Delay_Req报文，并记录发送时间t3；④Master接收到该报文后，记录接收时间t4，并回复Slave含有t4的Delay_Resp报文。此时，Slave便拥有了t1～t4这四个时间，由此便可计算出主、从时钟之间的传输延时。

3 PTP时钟同步在智能电网中的应用方案

智能电网系统是一种典型的大型分布式应用系统，可准确监控系统的各种事件状态，依赖于系统内的时间同步和各个电力设备之间的高精度时间同步。因此，在智能电网内部，设计了基于IEEE 1588PTP时间同步应用方案，从而提高整个系统的时间同步精度。

3.1 主站系统的PTP时钟同步方案

主站系统是以网络作为系统的信息交换媒介，采用PTP可以获得高精度授时，可实现全网的时间同步。目前，电力系统通信广域网采用SDH和ATM接入可以确保信道的带宽，实现延迟的可预估，便于PTP时间同步系统计算出时钟偏移（offset），从而校正时钟。

电力广域网构成的主站授时系统作为备用系统，可保证整个主站系统的可靠运行。设计主站的PTP时间同步系统至少配置2种不同的时钟源。在PTP时间同步系统中，采用双时钟源和主、备方式运行，从而提高系统的时间同步精度，且PTP可自动校正线路的距离，极大地简化了站点内部各个设备之间时间的分配和同步。

3.2 子站系统的PTP时钟同步方案

子站系统具有时间同步精度高、性能可靠等特点，且可直接控制智能电网的运行。因此，在子站系统中应选择PTP进行时间同步，可以使用多种方式为电力自动化设备提供时间同步，实现子站系统的高精度时间同步和良好的稳定性。

根据子站系统运行的特点，给出了子站系统的PTP时间同步设计方案：①最简单的配置方案。该方案适合用于时钟与被授时装置距离比较近的子站系统中。其中，Master的时间信号接收器能够根据子站的重要性进行配置，将较重要的子站配置成双时钟源的模式。②主从时钟配置方案。该方案适合用于许多电力设备进行时间同步的子站系统中。其中，采用二级时钟作为从时钟，从而为授时装置提供多路时间同步输出端口。

4 结束语

IEEE 1588PTP作为一种时钟同步精度达?s级的精密时间协议标准，在智能化电网的建设中具有重要意义。本文介绍了PTP在智能电网中的应用方案。在综合理论研究的基础上，分析并指出了在智能电网中采用PTP协议作为时间同步方案是可行的。

参考文献

[1]赵村，岳万强.IEEE1588网络对时方式在智能化变电站中的应用[J].信息技术与信息化，2011（03）.

[2]陈希等.NTP和PTP协议的时间同步误差分析[J].宇航计测技术，2016（03）.

[3]肖彤.浅谈时间同步系统在电力系统中的应用[J].科技与创新，2015（23）.

〔编辑：张思楠〕