【文章內(nèi)容簡介】 ， 以便及時(shí)檢測斷線 ， 或在接收到其他交換機(jī)傳來的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓淖儓?bào)文時(shí)即時(shí)改變端口狀態(tài)。 在 RSTP 中 ， 交換機(jī)必須首先檢測到網(wǎng)絡(luò)斷線 ， 然后再逐級發(fā)送網(wǎng)絡(luò)配置報(bào)文 ， 直到所有交換機(jī)都作出相應(yīng)改變才能實(shí)現(xiàn)完全的網(wǎng)絡(luò)自愈 ， 無法滿足零自愈時(shí) 間要求。 D 組網(wǎng)對時(shí)技術(shù) 在目前可利用的時(shí)鐘基準(zhǔn)源中， GPS 有其獨(dú)具的優(yōu)越性，是最佳的候選同步時(shí)鐘源。其輸出的秒脈沖統(tǒng)計(jì)誤差為 1μ s，且沒有累積誤差，能夠滿足許多應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ν綍r(shí)鐘的要求。變電站接收 GPS 發(fā)出的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)秒脈沖信號（ Pulse per Second， PPS），在每個(gè)秒脈沖信號到來后，通過專門的電纜向全站所有 IED 發(fā)送同步脈沖。各個(gè) IED在接收到同步脈沖后，通過軟件解碼出系統(tǒng)的同步計(jì)時(shí)點(diǎn)，并通過該值校正裝置自身的計(jì)時(shí)時(shí)鐘。這種方案能實(shí)現(xiàn)同時(shí)與多個(gè) IED對時(shí)，并且簡單易行。但是，變電站數(shù)字化的 發(fā)展趨勢使得站內(nèi)二次硬接線被串行通信線所取代 。 GPS 脈沖直接對時(shí)系統(tǒng)已表現(xiàn)出了一定的局限性 。 針對變電站這種一體化的通信網(wǎng)絡(luò)和更高的同步精度要求，IEC61850引入了簡單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議（ Simple Network Time Protocol，SNTP）。 SNTP是網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議 (Network Time Protocol， NTP)的簡化，應(yīng)用于簡單網(wǎng)絡(luò)中。作為使用最為普遍的國際互聯(lián)網(wǎng)時(shí)間傳輸協(xié)議，SNTP 的應(yīng)用已較為成熟，在一定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下， SNTP 的對時(shí)精度可在大多數(shù)情況下保持在 1 ms 以內(nèi)。但是 實(shí)現(xiàn) 25μ s 的對時(shí)精度還是很困難。而 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)對 IED 最高等級的同步精度要求達(dá)到177。 1μ s。 IEEE1588 是應(yīng)用于工業(yè)控制和測量領(lǐng)域的具有亞微秒級同步功能的精確時(shí)鐘同步協(xié)議（ Precise Time Protocol, PTP）。一個(gè) IEEE1588精確時(shí)鐘系統(tǒng)包括普通時(shí)鐘（僅有一個(gè) PTP 端口）、透明時(shí)鐘和邊界時(shí)鐘（具有多個(gè) PTP 端口），系統(tǒng)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)均被認(rèn)為是一個(gè)時(shí)鐘，通過以太網(wǎng)將整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)鐘相連。系統(tǒng)中的時(shí)鐘工作在主時(shí)鐘（ Master Clock）、從時(shí)鐘（ Slave Clock）和無源時(shí)鐘（ Passive Clock）三種狀態(tài)。系統(tǒng)中的源時(shí)鐘稱為超主時(shí)鐘（ Grandmaster Clock）。具體的時(shí)鐘狀態(tài)則是由最佳主時(shí)鐘（ Best Master Clock， BMC）算法所確定 。 E 采樣值同步要求 ECT、 EVT 采樣值信息在數(shù)字化變電站共享 ， 為了避免幅值與相位的誤差 ， 母線保護(hù)設(shè)備 、 變壓器保護(hù)設(shè)備要求同一間隔 ECT、 EVT 采樣值數(shù)據(jù)之間保證時(shí)間同步 ， 不同間隔 ECT、 EVT 采樣值數(shù)據(jù)之間也要保證時(shí)間同步 。 線路保護(hù)設(shè)備要求不同變電站之間采樣數(shù)據(jù)保持時(shí)間同步 ， 數(shù)字化變電站時(shí) 間同步系統(tǒng)主要由 ECT、 EVT 信號處理中 A/D 采樣時(shí)序和時(shí)標(biāo)參考基準(zhǔn)源組成 ， 并且 IEC61850 沒有給出數(shù)字化變電站采樣值同步的具體實(shí)現(xiàn)方法 。 目前 A/D 采樣時(shí)序普遍采用的是時(shí)鐘分頻 、 倍頻技術(shù) ， 時(shí)標(biāo)參考系統(tǒng)普遍采用的是 GPS Global Positioning System， IEEE1588對時(shí)技術(shù) 。 工程應(yīng)用中所遇到的主要問題是時(shí)間同步系統(tǒng)長期穩(wěn)定性差及各廠家對 ECT、 EVT、 MU 等環(huán)節(jié)的處理方式不一致 ， 導(dǎo)致采樣數(shù)據(jù)時(shí)序不同步 。 a 過程層采樣時(shí)序 由 MU 發(fā)出統(tǒng)一的采樣同步脈沖至同一間隔中的 ECT、 EVT，在 ECT、 EVT 信號處理系統(tǒng)中對本地時(shí)鐘信號進(jìn)行分頻 、 倍頻處理后與采樣同步脈沖信號鎖相 。 發(fā)送 A/D 采樣時(shí)序 ， 確保同一間隔中所有 ECT、 EVT 采樣值同步 。 MU 同步采樣結(jié)構(gòu)如 下 圖所示 。 所對應(yīng)的 12 路 ECT、 EVT 均以 MU 采樣同步脈沖信號為基準(zhǔn)保持同步采樣 。 過程層同步采樣結(jié)構(gòu) 為確保站內(nèi)間隔之間 、 站與站之間所有采樣脈沖同步 ， 所有 MU 發(fā)送至 ECT、 EVT 的基準(zhǔn)信號應(yīng)保持絕對同步 ， 必須引入系統(tǒng)時(shí)標(biāo)參考源作為 MU 的時(shí)鐘基準(zhǔn)參考 。 目前 ， 同步時(shí)鐘參考信號可以選擇GPS、 北斗 、 原子鐘或者 IEEE1588 精密時(shí)鐘源 。 MU 收到外部基準(zhǔn)時(shí)鐘信號后 ， 經(jīng)過處理 、 即刻發(fā)送至 ECT、 EVT 形成 A/D轉(zhuǎn)換芯片的同步轉(zhuǎn)換脈沖 。 整個(gè)時(shí)間同步系統(tǒng)的流程可以描述如下 ： 來自外部基準(zhǔn)源的時(shí)標(biāo)信號經(jīng) MU 同步模塊送入 ECT、 EVT 信號處理單元 ， 在 FPGA 或 EPLD內(nèi)與本地晶振時(shí)鐘的分頻輸出完成鑒相 、 鎖相功能 ， 并輸出同相時(shí)鐘 ， 同相時(shí)鐘經(jīng)過分頻之后形成采樣脈沖送入 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 。由系統(tǒng)時(shí)鐘流程可以看出 ， 時(shí)標(biāo)參考源 、 本地晶振 、 時(shí)序處理 3 個(gè)環(huán)節(jié)均存在誤差因素 ， 時(shí)間同步系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如 下圖 所示 。 時(shí)間同步系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 為確保站內(nèi)間 隔之間 、 站與站之間所有采樣脈沖同步 ， 所有 MU 發(fā)送至 ECT、 EVT 的基準(zhǔn)信號應(yīng)保持絕對同步 ， 必須引入系統(tǒng)時(shí)標(biāo)參考源作為 MU 的時(shí)鐘基準(zhǔn)參考 。 目前 ， 同步時(shí)鐘參考信號可以選擇GPS、 北斗 、 原子鐘或者 IEEE1588 精密時(shí)鐘源 。 MU 收到外部基準(zhǔn)時(shí)鐘信號后 ， 經(jīng)過處理 、 即刻發(fā)送至 ECT、 EVT 形成 A/D轉(zhuǎn)換芯片的同步轉(zhuǎn)換脈沖 。 b 時(shí)標(biāo)參考源誤差 GPS 發(fā)送頻率為 1 Hz 的秒脈沖至 MU 同步模塊作為時(shí)標(biāo)信號 ， 在 ECT、 EVT 中以該時(shí)標(biāo)信號為基準(zhǔn) ， 對本地晶振輸出進(jìn)行分頻 、鑒相 、 鎖相等操作 ， 在實(shí)際使用時(shí) ， 受天氣 、 電磁環(huán)境 、 接收機(jī)可靠性 、 政治等方面的影響 ， GPS 信號存在丟幀 ， 受干擾等異常情況時(shí) ，必須考慮兼容設(shè)計(jì) 。 如果晶振精度比較高 ， GPS 時(shí)鐘故障短時(shí)間不會影響系統(tǒng)同步 ， 考慮到晶振的漂移 、 抖動(dòng)等因素 ， 長時(shí)間運(yùn)行必然會導(dǎo)致采樣值失步 。 鑒于 GPS 同步信號故障情況的兼容設(shè)計(jì) ， 建議 MU 具備產(chǎn)生本地同步基準(zhǔn)信號的功能 ， 考慮到高頻晶振存在抖動(dòng) 、 漂移大 、 間歇振蕩 、 可靠性低等不穩(wěn)定因素 ， 建議采用低頻率且高可靠性晶振 ， 并在ECT、 EVT 信號處理中加入故障判別 、 故障報(bào)告功能 。 考慮到 GPS 受軍事 、 政治等因素的影響 ， 可考慮接收國產(chǎn)北斗 衛(wèi)星發(fā)送的協(xié)調(diào)世界時(shí) UTC 信號 。 隨著芯片技術(shù)及高速以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信技術(shù)的發(fā)展 ， IEC6185092 將 IEEE1588 精密時(shí)鐘同步校時(shí)協(xié)議引入數(shù)字化變電站的對時(shí)應(yīng)用中 ， IEEE1588基于 TCP/IP 的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 ， 采用分布式網(wǎng)絡(luò)多播報(bào)文傳送技術(shù)的對時(shí)方式 ， 為抑制分布式系統(tǒng)中各設(shè)備之間的時(shí)鐘誤差提供了有效途徑 。 該協(xié)議根據(jù)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘精度及時(shí)間可溯源性 ， 采用最佳時(shí)鐘算法選擇區(qū)域內(nèi)的主時(shí)鐘 ， 并以主時(shí)鐘為基準(zhǔn) ， 在包括時(shí)間標(biāo)記的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)文中計(jì)算各節(jié)點(diǎn)設(shè)備與主時(shí)鐘的時(shí)間偏移量及傳輸延遲 ， 并及時(shí)反饋調(diào)節(jié)各節(jié)點(diǎn)設(shè)備 的時(shí)間 ， 保證分散節(jié)點(diǎn)設(shè)備上獨(dú)立運(yùn)行的時(shí)鐘與主時(shí)鐘同步對時(shí) ， 對時(shí)精度可達(dá)亞微秒 ， 且具有更高的可靠性 。 為了確保系統(tǒng)所選的主時(shí)鐘為最佳時(shí)鐘 ， 可綜合運(yùn)用數(shù)據(jù)集比較算法 、 狀態(tài)決策算法 ， 根據(jù)本地時(shí)鐘特性的參數(shù)及時(shí)鐘級別 ， 選出網(wǎng)絡(luò)中最優(yōu)時(shí)鐘 。 IEEE1588 協(xié)議算法的前提是傳輸時(shí)間路徑對稱 ， 即假設(shè)同步報(bào)文收到的延遲與延遲請求報(bào)文發(fā)送的延遲相同 ， 主 、 從節(jié)點(diǎn)之間的雙向傳輸時(shí)間延遲恒定且對稱 。 實(shí)際應(yīng)用中 ， 以太網(wǎng)交換機(jī)的路由算法 、 網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴 、 網(wǎng)絡(luò)堵塞等因素均會導(dǎo)致傳輸時(shí)間延遲既不恒定又不對稱 ， 為解決傳輸時(shí)間路徑非對稱問題 ， 介紹 了邊界時(shí)鐘方法 。 交換機(jī)的邊界時(shí)鐘視為從時(shí)鐘 ，而對于交換網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)設(shè)備 ， 交換機(jī)是它們的主時(shí)鐘源 。 邊界時(shí)鐘的從屬時(shí)鐘與所外接主時(shí)鐘保持同步 ， 邊界時(shí)鐘的主時(shí)鐘同步其所在子網(wǎng)的其他從屬時(shí)鐘 。 當(dāng)時(shí)鐘同步報(bào)文經(jīng)過邊界時(shí)鐘的主 、 從端口時(shí) ， 通過在物理層加蓋時(shí)間戳信息 ， 可使主 、 從端口時(shí)鐘校準(zhǔn) 。 由于邊界時(shí)鐘將節(jié)點(diǎn)與交換機(jī)的時(shí)鐘抖動(dòng)相隔離 ， 從而最大程度地減少了傳輸延遲抖動(dòng) 。 數(shù)字化變電站過程層網(wǎng)絡(luò)與站控層網(wǎng)絡(luò)均采用 IEEE1588進(jìn)行高精度對時(shí)之后 ， 可以滿足單個(gè)變電站中母線差動(dòng)保護(hù) 、 變壓器差動(dòng)保