CN105471572B - 一种基于goose报文的时间同步测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于GOOSE报文的时间同步测量方法，包括以下步骤(1)基于GOOSE报文计算出间隔层设备与过程层设备的时钟差；(2)若发送数据集中任一数据内容发生改变，将立即发送数据集的所有内容，且会连续发送5帧报文，需要将5帧报文压缩为1帧；(3)在设备内的网络报文接收模块中的FPGA内设置一个计数器，当FPGA在接收报文时，会将计数器的实时值加至报文尾部，程序在中断内查询到有报文时，也能读取此时计数器的值，通过报文尾部计数器值与当前计数器值的差值以及装置当前的时间可计算出该报文准确的接收时刻。本发明利用智能变电站内已有的GOOSE协议，可准确地实现间隔层设备与过程层设备的时间同步测量。

Description

一种基于GOOSE报文的时间同步测量方法
技术领域
本发明涉及一种基于GOOSE报文的时间同步测量方法，适用于智能变电站中时间同步的在线监测和管理，属于电力系统自动化技术领域。
背景技术
随着电力系统规模的日益扩大，系统运行变化越来越频繁，电力系统间的时钟同步变得尤为重要。互联网络技术的发展和应用的普及，使网络时间同步技术也得到极大的发展。而对于采用了标准站内统一时间同步系统的厂站或调度中心，如何在原系统上通过某些技术实现系统级的时间同步状态的在线监测也变得尤为重要。
智能变电站系统分为3层：过程层、间隔层、站控层。过程层包含由一次设备和智能组件构成的智能设备、合并单元和智能终端，完成变电站电能分配、变换、传输及其测量、控制、保护、计量、状态监测等相关功能。过程层网络是最直接与一次设备连接的最底层,它的运行稳定性直接关系到全站的安全稳定运行。因此对过程层设备形成闭环监测，减少因对时错误引起的事件顺序记录无效，甚至导致设备死机等运行事故，将有重大意义。如何对过程层设备的时间同步测量，存在以下问题：(1)采用何种低建设成本、低管理成本、低技术风险的手段，是否增加特殊装置或者在现有装置上增加新的通信协议来完成时间的同步测量。(2)如何在最低的成本开销前提下提高测量对象的测量精度。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于GOOSE报文的时间同步测量方法，无需额外增加网络设备和其他特殊装置，利用智能变电站内已有的GOOSE协议，可准确地实现间隔层设备与过程层设备的时间同步测量。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
一种基于GOOSE报文的时间同步测量方法，具体包括以下几个步骤：
(1)基于GOOSE报文，由间隔层设备发起测量命令，同时记录下发起命令时间，过程层设备在收到测试命令后立刻回复，在回复的GOOSE报文内填写接收命令和回复命令的时间，间隔层设备在收到命令回复后可计算出间隔层设备与过程层设备的时钟差，即可得到准备的GOOSE报文接收时刻；
(2)若发送数据集中任一数据内容发生改变，将立即发送该数据集的所有内容至网络上，且会连续发送5帧报文；为了不对计算时钟差过程产生干扰，需要将间隔层设备发起测试命令和过程层设备回复命令时各自产生的5帧报文压缩为1帧报文；
(3)在间隔层设备与过程层设备内的网络报文接收模块中的FPGA内设置一个计数器，当FPGA在接收报文时，会将计数器的实时值加至报文尾部，当GOOSE报文接收处理任务在中断内查询到有报文时，同时读取该计数器的当前值，通过报文尾部计数器值与当前计数器值的差值以及计数器频率可得出接收处理延时时间，再用设备当前的时间减去接收处理延时时间便可计算出该报文准确的接收时刻。
本方法无需额外增加网络设备和特殊装置，利用智能变电站内已有的GOOSE服务协议，实现对站控层设备与间隔层设备时钟差的精确测量，使得在智能变电站内，对时钟和被对时设备的闭环监测成为可能。
附图说明
图1是利用乒乓法测量间隔层设备与过程层设备的时钟差；
图2是GOOSE报文的传输机制；
图3是一种软硬件相结合来准确获取该报文准确的接收时刻。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
(1)如图1所示利用乒乓法测量间隔层设备与过程层设备的时钟差，T0为间隔层设备通过GOOSE报文发送测试命令的时刻，T1为过程层设备收到测试命令时刻，T2为过程层设备回复测试命令的时刻，T1和T2通过GOOSE报文回复给间隔层装置，T3为间隔层设备收到回复命令的时刻，假设△t为两个装置的时钟差,即要测量的对象。建立在网络链路延迟对称的假设上，因此
(T1+△t)-T0＝T3-(T2+△t) (1)
△t＝[(T3-T2)+(T0-T1)]/2 (2)
(2)GOOSE报文发送时间间隔如图2所示。其中TO与T1可通过设置获取，常规做法是T0为5000毫秒，T1为2毫秒，T2为T1的两倍，T3为T2的两倍。为了实现测试命令单帧下发及测试命令的单帧回复，所以必须对T0和T1做特殊配置。本方法中测试命令下发周期一般为24小时，那么将T0设置为24小时，同时将T1也设置为24小时，那么在第二个T1时间点需要发送报文时下一个测试下发命令报文已经发送，这样就很好实现了报文的测试命令的单帧下发，测试回复命令报文同理。
(3)GOOSE报文的查询接收处理任务是在中断服务子程序内实现，如果把报文查收时刻作为报文接收时刻，将会带来较大的误差。本方法提出在装置GOOSE报文接收模块的FPGA内设置一个计数器，如图3所示，当接收模块在接收到报文的同时将计数器的当前值附加至报文尾部，当GOOSE报文查收任务在中断内查询到有报文时，同时读取该计数器的当前值，通过报文尾部计数器值与当前计数器值的差值以及计数器频率可得出接收处理延时时间，再用设备当前的时间减去接收处理延时时间便可计算出该报文准确的接收时刻
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种基于GOOSE报文的时间同步测量方法，其特征在于，具体包括以下几个步骤：
(1)基于GOOSE报文，由间隔层设备发起测量命令，同时记录下发起命令时间，过程层设备在收到测试命令后立刻回复，在回复的GOOSE报文内填写接收命令和回复命令的时间，间隔层设备在收到命令回复后可计算出间隔层设备与过程层设备的时钟差，即可得到准确的GOOSE报文接收时刻；
(2)若发送数据集中任一数据内容发生改变，将立即发送该数据集的所有内容至网络上，且会连续发送5帧报文；为了不对计算时钟差过程产生干扰，需要将间隔层设备发起测试命令和过程层设备回复命令时各自产生的5帧报文压缩为1帧报文；
(3)在间隔层设备与过程层设备内的网络报文接收模块中的FPGA内设置一个计数器，当FPGA在接收报文时，会将计数器的实时值加至报文尾部，当GOOSE报文接收处理任务在中断内查询到有报文时，同时读取该计数器的当前值，通过报文尾部计数器值与当前计数器值的差值以及计数器频率可得出接收处理延时时间，再用设备当前的时间减去接收处理延时时间便可计算出该报文准确的接收时刻。
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