数字同步网和时间同步网在电力系统的两网合一

刘豪+杨万锦+黄群丹+袁亮+许文+叶泂涛

摘 要：数字同步网与时间同步网都是相当重要的支撑网，其中数字同步网可以准确地将同步信息从基准时钟向同步网络的改革节点传递，时间同步网则是建立起了具有时间标志的新型同步网。两者的合一可以有效地改善通信效果，为电力系统的发展提供支持。长期以来，数字同步网与时间同步网应用于电力系统的两个层面，它们分别构成了通信承载网与变电站通信系统的支撑网络，本文报告了电力系统数字同步网与时间同步网的现状，对融合后的时率同步网的技术和应用做了探讨。

关键词： 数字同步 时间同步 同步网技术和应用

中图分类号：X799 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（c）-0106-02

电网系统中，通信传输网与变电站、电厂和控制中心往往共址设置，使同步网即传递时间同步信号又传递频率同步信号不仅可以节约网络资源。IEEE 1588 V2标准定义的PTP（Precision Time Protocol）可以实现高精度的时间同步地面传递，使跨地域的厂站时间同步系统达到了亚微秒级的同步精度，它提出的包同步技术将同步信息封装进数据报文中，在数据流中传递，解决了分布式系统的实时性问题。

PTP技术成为同步网向时频合一渐进式发展的关键技术支撑。

1 时间同步系统的需求

1.1 通信传输网的现状

目前通信传输网的主要体制以SDH与OTN技术为主，随着OTN承载低速率、细颗粒业务能力的增强，OTN将成为今后通信承载发展的主要方向。

1.2 凯里供电局时间同步网的需求

凯里供电局目前还没有建设统一的时间同步网，各个电厂和变电站依然采用独立的GPS卫星接收系统作为各个电厂和变电站的唯一时间源，时间源没有做到天地互备和组成主从同步的时间同步网。导致各个电厂和变电站之间存在时间不同步的故障和隐患，白午变电站（智能化）与翁郎变电站（传统）就发生了两个变电站时间不统一，直接导致线路光差保护闭锁、告警，从而退出运行线路的光差保护，而仅保留后备保护。所以形成天地互备的时间同步网成为时间同步网发展的方向。

基于以上要求，建设既满足频率同步又能满足时间同步技术标准的时频合一的同步网变的十分必要。

2 数字同步网与时间同步网两网合一的实现

电力通信传输网目前在网设备以SDH网元为主，SDH的时钟特性使得其设备本身只支持E1信号实现的频率同步，要实现数字同步网与时间同步网两网合一的渐进式演进，使用E1频率同步与PTP时间同步相结合，以实现数字同步网与时间同步网两网合一[1]。

SDH网元接收时钟同步设备的E1信号直接用于SDH网络的频率同步，使全网设备工作在同一基准频率下，时钟同步设备还提供PTP信号，将PTP信号转换为可在SDH网元承载的E1业务信号，传递至各变电站与电厂时间同步设备或支持IEEE 1588协议的一次、二次设备上，可以实现全网的建设目标，即时间频率两网合一，站内时间同步系统天地互备，保证时间同步的可靠性。

3 两网合一对通信网发展的前瞻性

光传输网的发展趋势是向全IP化的网络结构发展，不仅实现承载业务的IP化，更要实现全网设备的IP化，目前以PTN[2]、IPRAN，乃至更高层面的OTN均实现了分组交换、全业务接口IP化的能力，PTP技术提出的包同步技术将同步信息封装进数据报文中，在數据流中传递，适应了全业务IP化的要求，而且它还具有既能传递时间同步也能传递频率同步的特性为时间同步网与频率同步网在电力系统的两网合一提供了有力支撑。

未来，电力系统通信承载网将建成全IP化的网络结构，网络的全IP化适应了未来业务的发展要求，同时使的使用PTP这一关键技术实现时频合一成为可能。

4 IEEE 1588时钟同步原理

IEEE 1588时钟同步系统是由同步时钟设备和系统设备组成的分布式授时系统。

IEEE 1588协议是通过主-从时钟进行同步报文数据交换来实现时间统一的[3].主时钟在tm1时刻向从时钟发送Sync同步报文，如图1所示，从时钟在tn1时刻接收并记录接收时间，紧接着主时钟通过Follow_up跟随报文发送之前记录的精确时间信息tm1，从时钟收到tm1后则有

tdelay+toff-delay=tn1-tm1 （1）

式中tdelay为主-从设备的时间偏移量；toff-dalay为路径延时量。从时钟接收跟随报文后在tn2时刻发送一个Delay_Req延时请求报文，主时钟接收并记录精确接收时间tm2，然后把接收时间通过Delay_Resp延时响应报文发送给从时钟，可得

tdelay-toff-delay=tm2-tn2 （2）

将式（2）代入式（1），得

toff-delay=1/2（tn1-tm1+tn2-tm2） （3）

基于式（3）计算出tdelay，对主-从设备的时钟偏移量进行修正，这样就完成了主-从时钟的同步.各个时钟节点的PTP时钟信号通过E1/Ethernet协议转换装置进行协议转换，是的PTP信号可以在SDH网络中进行传递，从而实现时间同步系统的全网统一。

5 IEEE 1588时钟同步系统的应用

5.1 PTP over SDH组网方式

凯里供电局的通信传输网以SDH系统为主，在SDH系统中，同步信号必须从STM-N线路信号中传递和提取，而PTP协议基于以太网组播通信的要求使得在SDH网络中传递PTP信号必须借助协议转换设备，将PTP信号转化为E1信号进行传递，E1信号在终端通过支持PTP信号的从设备进行恢复，达到全网的同步要求。

5.2 PTP over SDH精度实现

凯里供电局在舟溪变、鸭塘变以及翁郎变进行了PTP over SDH的实验组网，设置一台SM2000 GMC和两台Slaver，通过SDH节点五跳和十跳恢复出来的延迟均在1us以内，满足了IEC61850对于智能变电站采样值同步精度T5级别的1us的要求。

6 结语

在现阶段，IEEE 1588同步时钟技术可以通过SDH网络为变电站提供高精度的网络同步方案，未来，随着通信承载网络的IP化进程，IEEE 1588将更好的适应于时频合一的同步网，本文分析了基于IEEE1588这一关键技术实现数字同步网与时间同步网在电力系统两网合一的实现。

参考文献

[1] 麦伯强.在E1接口上实现电力系统全网时钟同步的研究与应用[J].通讯世界，2015（22）：76-78.

[2] 陈浩.基于PTN传送PTP的技术方案分析[J].电信网技术，2010（10）：11-19.

[3] 曾祥君，黎锐烽，等.基于IEEE1588的智能变电站时钟同步网络[J].电力科学与技术学报，2011（03）：3-8.