CN104363083A - 一种智能变电站ieee1588时钟同步冗余系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能变电站IEEE1588时钟同步冗余系统及方法，该系统包括用于接收外部基准时间源GPS和外部备用B码源的基准时间的主用时钟装置和备用时钟装置，所述主用时钟装置和备用时钟装置之间通讯连接，且主用时钟装置和备用时钟装置均与A网、B网连接，用于通过A、B双网接入的应用装置接收来自双网上的Master发送的A、B双网PTP同步报文。该方法采用双网模式下的双钟互备方法，主时钟装置故障时，备用时钟装置切换保持系统时钟同步正常运行，主时钟装置输出断线时，不会影响从钟装置与主时钟的同步；在单钟、单网故障时，能保证从钟装置与主时钟的同步。该方法提高了现有变电站时钟系统的可靠性，保障了保护控制系统的安全实施。
Description
技术领域
本发明属于电力系统自动化领域，具体涉及一种智能变电站IEEE1588时钟同步冗余系统及方法。
背景技术
智能变电站设计和建设过程中，可靠性方面的要求极为重要。冗余配置作为提高可靠性的主要措施之一，在变电站中得到广泛应用，诸如：保护装置冗余和通信网络冗余。然而时钟系统作为变电站控制系统的决策前提，其重要性不言而喻。但是，时钟系统的冗余设计一直停留在较浅的层面，对时钟信号的传输以及处理过程中的冗余研究，很少有文献加以研究。
目前，智能变电站时钟同步系统采用多种方式实现，如NTP、IRIG-B、GPS等。网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准IEEE1588适用于以太网、CAN总线和PROFIBUS等。IEEE1588的基本功能是使分布式网络内所有从时钟与主时钟保持同步，该标准定义一种精确时间协议PTP(Precision Time Protocol)，用于对标准以太网或其他采用多播技术的分布式总线系统中的传感器、执行器以及其他终端设备中的时钟进行微秒级同步。IEEE 1588时钟同步的原理是通过交换报文来确定主时钟(Master)和从时钟(Slave)之间的时间偏移及报文传输的网络延迟。Master表明本端口是某一时间路径的源，Slave表明本端口同步于一个Master，Passive表明本端口不参加同步消息交互以防止时间成环。
早期的网络时间协议(NTP)只有软件，而PTP协议同时使用硬件和软件， 从而获得更精确的定时同步。PTP针对相对本地化、网络化的系统，子网或内部组件相对稳定的环境，特别适合于分布式系统在工业自动化方面的应用。IEEE1588时钟同步与上述方式相比，其不仅能以标准的方式实现亚微妙的时钟同步，还能实现不同系统的兼容和互操作。这些特质适合很多电力业务的拓展，能很好的满足电力系统的需求。
因此，基于IEEE1588的时钟同步方式在智能变电站中具有较好的应用前景，而如何做好智能变电站IEEE1588时钟同步系统的冗余亟待研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种智能变电站IEEE1588时钟同步冗余系统，对时钟同步系统可靠性进行提升，同时提供一种使用该冗余系统的冗余方法。
为了实现以上目的，本发明智能变电站IEEE1588时钟同步冗余系统所采用的技术方案是：包括用于接收外部基准时间源GPS和外部备用B码源的基准时间的主用时钟装置和备用时钟装置，所述主用时钟装置和备用时钟装置之间通讯连接，且主用时钟装置和备用时钟装置均与A网、B网连接，用于通过A、B双网接入的应用装置接收来自双网上的Master发送的A、B双网PTP同步报文；当主用时钟装置失去GPS信号、备用时钟装置的GPS信号正常时，主用时钟装置通过外部备用B码源得到基准时间，主用时钟装置仍为双网上的Master；当主用时钟装置的外部基准时间源GPS和外部备用B码源均失去或者主用时钟装置的双网中任意一个PTP输出断线时，备用时钟装置切换为双网上的Master。
本发明智能变电站IEEE1588时钟同步冗余方法包括如下控制方式：
当主用时钟装置与外部基准时间源GPS同步时，主用时钟装置为双网上 的Master；
当主用时钟装置失去GPS信号、备用时钟装置的GPS信号正常时，主用时钟装置通过外部备用B码源得到基准时间，主用时钟装置仍为双网上的Master；
当主用时钟装置的外部基准时间源GPS和外部备用B码源均失去或者主用时钟装置的双网中任意一个PTP输出断线时，备用时钟装置切换为双网上的Master；
当备用时钟装置的双网中一个或两个PTP输出断线时，主用时钟装置为双网上的Master。
根据权利要求2所述的智能变电站IEEE1588时钟同步冗余方法，其特征在于：当主用时钟装置的外部基准时间源GPS和外部备用B码源均失去时，主用时钟装置处于守时状态，并输出失步告警信号，备用时钟装置接收到失步告警信号，并切换为双网上的Master。
在备用时钟装置为双网上的Master时，若主用时钟装置恢复同步，则仍将主用时钟装置切换为双网上的Master。
当主用时钟装置的双网中任意一个PTP输出断线时，备用时钟装置对应的网口持续设定时间接收不到原来master的announce报文，将引起备用时钟装置PTP端口的Announce报文接收超时事件，此事件触发PTP端口状态将本装置从Passive状态切换到Master状态，备用时钟装置切换为双网上的Master。
本发明的智能变电站IEEE1588时钟同步冗余系统及方法，采用双网模式下的双钟互备方法，主时钟装置故障时，备用时钟装置切换保持系统时钟同 步正常运行，主时钟装置输出断线时，不会影响从钟装置与主时钟的同步；在单钟、单网故障时，能保证从钟装置与主时钟的同步。该方法提高了现有变电站时钟系统的可靠性，保障了保护控制系统的安全实施。
附图说明
图1为双网模式下的双钟互备系统示意图；
图2为主用时钟装置输出断线示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
如图1所示为本发明双网模式下的双钟互备系统示意图，由图可知，该系统包括用于接收外部基准时间源GPS和外部备用B码源的基准时间的主用时钟装置和备用时钟装置，主用时钟装置和备用时钟装置之间通讯连接，且主用时钟装置和备用时钟装置均与A网、B网连接，用于通过A、B双网接入的应用装置接收来自双网上的Master发送的A、B双网PTP同步报文。
本发明还提供了一种智能变电站IEEE1588时钟同步冗余方法，该方法包括如下控制方式：
当主用时钟装置与外部基准时间源GPS同步时，主用时钟装置clockClass＝6，备用时钟装置clockClass＝8，因此主用时钟装置的A网口是A网上的Master，主时钟装置的B网口是B网上的Master，对于通过A、B双网接入的应用装置，A、B双网PTP同步报文均来自主用时钟装置。
当主用时钟装置失去GPS信号、备用时钟装置的GPS信号正常时，主用时钟装置与GPS失步，但通过外部备用B码源得到基准时间，主用时钟装置clockClass仍为6，因此各个端口的状态不变，主用时钟装置为双网上的 Master。
当主用时钟装置的外部基准时间源GPS和外部备用B码源均失去时，主用时钟装置处于守时状态，clockClass切换为7，并输出失步告警信号；备用时钟装置接收到失步告警信号，clockClass切换为6，因此备用时钟装置的A网口是A网上的Master，备用时钟装置的B网口是B网上的Master。对于通过A、B双网接入的应用装置，A、B双网PTP同步报文均来自备用时钟装置。
在备用时钟装置为双网上的Master时，若主用时钟装置恢复同步，clockClass切为6，失步告警信号返回，备用时钟装置的clockClass切回到8，则仍将主用时钟装置切换为双网上的Master。
若主用时钟装置的A网PTP输出断线，主用时钟B网口将接受到从钟装置的时钟响应报文，若主用时钟A网口在持续设定时间后未能收到任何从钟装置的响应报文，则认为主用时钟A网口PTP输出断开，如图2所示。此时，应用装置的A网口接收到不到的PTP信号，应用装置的B网口接收到来自主用时钟装置的B网口的PTP信号，则即应用装置的B网口发送时钟同步响应报文，而A网口将不再发送同步报文。
同时，备用时钟装置的A网口将接收不到master的announce报文。当持续设定时间后时间仍接收不到原来master的announce报文，将引起备用时钟装置PTP端口的Announce报文接收超时事件，此事件触发PTP端口状态将本装置从Passive状态切换到Master状态。Announce报文接收超时时间可以与主用时钟A网口未能收到任何响应报文的时间相配合。
因此，主用时钟装置只要检测有一个PTP输出断开，则所有其他的PTP输 出端口均不再发出PTP同步报文，这样，备用时钟装置的两个端口在A网B网上都是Master，确保应用装置无论从哪个网段接收PTP报文，均来自同一个时钟源。
当主用时钟装置的A网PTP输出和B网PTP输出同时断线，则应用装置的A网口，B网口的同步报文均来自备用时钟装置。
当备用时钟装置的一个或两个PTP输出断线时，主用时钟装置的A端口在A网上是Master，主用时钟装置的B端口在B网上是Master。对于应用装置来说，与没有断线时一样。
以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种智能变电站IEEE1588时钟同步冗余系统，其特征在于：包括用于接收外部基准时间源GPS和外部备用B码源的基准时间的主用时钟装置和备用时钟装置，所述主用时钟装置和备用时钟装置之间通讯连接，且主用时钟装置和备用时钟装置均与A网、B网连接，用于通过A、B双网接入的应用装置接收来自双网上的Master发送的A、B双网PTP同步报文；当主用时钟装置失去GPS信号、备用时钟装置的GPS信号正常时，主用时钟装置通过外部备用B码源得到基准时间，主用时钟装置仍为双网上的Master；当主用时钟装置的外部基准时间源GPS和外部备用B码源均失去或者主用时钟装置的双网中任意一个PTP输出断线时，备用时钟装置切换为双网上的Master。
2.一种智能变电站IEEE1588时钟同步冗余方法，其特征在于，该方法包括如下控制方式：
当主用时钟装置与外部基准时间源GPS同步时，主用时钟装置为双网上的Master；
当主用时钟装置失去GPS信号、备用时钟装置的GPS信号正常时，主用时钟装置通过外部备用B码源得到基准时间，主用时钟装置仍为双网上的Master；
当主用时钟装置的外部基准时间源GPS和外部备用B码源均失去或者主用时钟装置的双网中任意一个PTP输出断线时，备用时钟装置切换为双网上的Master；
当备用时钟装置的双网中一个或两个PTP输出断线时，主用时钟装置为双网上的Master。
3.根据权利要求2所述的智能变电站IEEE1588时钟同步冗余方法，其特征在于：当主用时钟装置的外部基准时间源GPS和外部备用B码源均失去时，主用时钟装置处于守时状态，并输出失步告警信号，备用时钟装置接收到失步告警信号，并切换为双网上的Master。
4.根据权利要求3所述的智能变电站IEEE1588时钟同步冗余方法，其特征在于：在备用时钟装置为双网上的Master时，若主用时钟装置恢复同步，则仍将主用时钟装置切换为双网上的Master。
5.根据权利要求2所述的智能变电站IEEE1588时钟同步冗余方法，其特征在于：当主用时钟装置的双网中任意一个PTP输出断线时，备用时钟装置对应的网口持续设定时间接收不到原来master的announce报文，将引起备用时钟装置PTP端口的Announce报文接收超时事件，此事件触发PTP端口状态将本装置从Passive状态切换到Master状态，备用时钟装置切换为双网上的Master。
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