CN105490797A - 基于goose机制的信号同步系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于GOOSE机制的信号同步系统及方法。其中系统包括同步信号源和同步信号使用者；同步信号源与同步信号使用者通过以太网实现数据通信；同步信号源包括同步信号产生模块和同步信号发送模块；同步信号产生模块，用于产生同步信号；同步信号发送模块，用于以GOOSE机制编码并发送同步信号；同步信号使用者包括同步信号接收模块和同步信号应用模块；同步信号接收模块，用于接收并解析出以GOOSE机制发送的同步信号；同步信号应用模块，用于使用解析出的同步信号完成同步处理。其使用GOOSE机制传输同步信号可保证同步信号传输的快速性及可靠性，且以太网及装置硬件公用，无需增添装置硬件，节约设备成本。

Description

基于GOOSE机制的信号同步系统及方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，特别是涉及一种基于GOOSE机制的信号同步系统及方法。

背景技术

GOOSE(GenericObjectOrientedSubstationEvents，面向通用对象的变电站事件)，是IEC61850标准中用于满足变电站自动化系统快速报文需求的机制。

SOE(SequenceofEvent，事件顺序记录系统)作为变电站自动化的重要组成部分，负责记录变电站中各种电力设备发生遥信变位(如断路器变位)时的变位时间、变位原因、开关跳闸时相应的遥测量值(如相应的三相电流、有功功率等)，并形成SOE记录，以便于事后分析。

在变电站中存在着许多分布式装置，装置的数据采集需要采样数据的同步，装置记录SOE需要系统时钟的同步，因而，怎样高效、可靠、低成本的实现采样数据和系统时钟的同步变得十分重要。而传统的IRIG-B(InterRangeInstrumentationGroup-B，每秒一帧的时间码)时钟同步系统，需要有授时服务器，授时服务器与被授时装置间需要大量的专用线缆，被授时装置需要专门设计的编码和译码电路，其系统造价高且设计维护麻烦。现有的一种IEEE1588时钟同步系统不但需要授时服务器及专用线缆，还需要支持IEEE1588的交互机，而这些设备的造价都非常高昂。而另一种SNTP(SimpleNetworkTimeProtocol，简单网路时间协议)时钟同步方法的精度太低，一般只能精确到秒级。

发明内容

针对传统的变电站信号同步系统造价高，可靠性低的问题，本发明提供了一种高效、可靠、造价低廉的基于GOOSE机制的信号同步系统及方法。

为达到发明目的，本发明提供一种基于GOOSE机制的信号同步系统，包括同步信号源和同步信号使用者，

所述同步信号源与所述同步信号使用者通过以太网实现数据通信；

其中：

所述同步信号源包括同步信号产生模块和同步信号发送模块；

所述同步信号产生模块，用于产生同步信号；

所述同步信号发送模块，用于以GOOSE机制编码并发送所述同步信号；

所述同步信号使用者包括同步信号接收模块和同步信号应用模块；

所述同步信号接收模块，用于接收并解析出以GOOSE机制发送的所述同步信号；

所述同步信号应用模块，用于使用所述同步信号接收模块解析出的所述同步信号完成同步处理。

作为一种可实施例，所述同步信号发送模块包括发布单元和第一以太网卡；

所述发布单元，用于对所述同步信号产生模块产生的所述同步信号按GOOSE机制进行编码，得到GOOSE报文，并发送所述GOOSE报文；

所述第一以太网卡，用于连接所述同步信号使用者；

所述同步信号接收模块包括订阅单元和第二以太网卡；

所述第二以太网卡，用于连接所述同步信号源；

所述订阅单元，用于接收并解析所述GOOSE报文，恢复出所述同步信号。

作为一种可实施例，所述第一以太网卡和所述第二以太网卡通过双绞线或者光纤连接。

作为一种可实施例，所述同步信号源还包括本地应用模块，用于直接使用所述同步信号产生模块产生的所述同步信号在所述同步信号源内部完成所述同步处理。

作为一种可实施例，所述同步信号包括秒脉冲信号，分脉冲信号和绝对时间信号。

作为一种可实施例，所述同步处理包括时钟同步处理和采样同步处理。

本发明还提供一种基于GOOSE机制的信号同步方法，包括以下步骤：

同步信号源产生同步信号；

按GOOSE机制对所述同步信号进行编码，得到GOOSE报文，并通过以太网将所述GOOSE报文传输给同步信号使用者；

所述同步信号使用者接收所述GOOSE报文，并对所述GOOSE报文进行解析，恢复出所述同步信号；

使用所述同步信号完成同步处理。

作为一种可实施例，还包括以下步骤：

同步信号源直接使用所述同步信号在所述同步信号源内部完成所述同步处理。

作为一种可实施例，所述同步信号源的第一以太网卡和所述同步信号使用者的第二以太网卡通过双绞线或者光纤连接。

作为一种可实施例，所述同步信号包括秒脉冲信号，分脉冲信号和绝对时间信号；

所述同步处理包括时钟同步处理和采样同步处理。

本发明的有益效果包括：

本发明的基于GOOSE机制的信号同步系统及方法，同步信号源产生同步信号后，采用GOOSE机制对同步信号进行编码并发送，同步信号使用者接收通过以太网传输的以GOOSE机制编码的同步信号，并使用解析出的同步信号完成同步处理。其使用GOOSE机制编码同步信号并通过以太网传输，利用GOOSE机制的特性，有效降低了同步信号的传输延时，使同步信号快速、可靠地传输至同步信号使用者，完成同步处理，保证同步信号传输的快速性及可靠性，且在变电站中使用GOOSE机制传输该同步信号，可以公用以太网及装置硬件，无需购置和增加专用的设备，节约了设备成本及设备维护成本。

附图说明

图1为本发明的基于GOOSE机制的信号同步系统的一实施例的结构示意图；

图2为本发明的基于GOOSE机制的信号同步系统的另一实施例的结构示意图；

图3为本发明的基于GOOSE机制的信号同步系统的又一实施例的结构示意图；

图4为本发明的基于GOOSE机制的信号同步方法的一实施例的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明基于GOOSE机制的信号同步系统及方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，本发明实施例提供一种基于GOOSE机制的信号同步系统，包括同步信号源100和同步信号使用者200，同步信号源100与同步信号使用者200通过以太网实现数据通信。同步信号源100包括同步信号产生模块110和同步信号发送模块120。同步信号产生模块110，用于产生同步信号；同步信号发送模块120，用于以GOOSE机制编码并发送同步信号。同步信号使用者200包括同步信号接收模块210和同步信号应用模块220。同步信号接收模块210，用于接收并解析出以GOOSE机制发送的同步信号；同步信号应用模块220，用于使用同步信号接收模块210解析出的同步信号完成同步处理。

本发明的基于GOOSE机制的信号同步系统，包括同步信号源100和同步信号使用者200，且同步信号源100和同步信号使用者200通过以太网实现相互之间的通信，当然，两者之间也可以通过其他网络实现数据通信。以太网由于费用低廉、组建方便、网速较高等特点在本发明实施例中使用。同步信号源100包括产生同步信号的同步信号产生模块110，同步信号的产生可由同步信号源100自身的时钟产生，也可依靠外部的GPS(GlobalPositioningSystem，全球定位系统)信号数据产生；同步信号源100还包括用于以GOOSE机制编码并发送同步信号的同步信号发送模块120，将编码后的同步信号通过以太网发送给同步信号使用者200。同步信号使用者200的同步信号接收模块210接收并解析出以GOOSE机制发送的同步信号，并进一步发送给同步信号应用模块220使用，以完成同步处理。其利用GOOSE机制的多路广播快速可靠的将同步信号同时传输给多个同步信号使用者使用，完成相应的同步处理。

GOOSE机制的基于4层通信协议栈的特性(即只用了国际标准化组织开放系统互联中的4层)提高了其可靠性，降低其传输延时。GOOSE机制的应用IEEE802.1Q的特性保证GOOSE报文的优先传送并提高了GOOSE机制的安全性。且GOOSE机制的基于P2P(peer-to-peer，点对点)通信方式的特性实现网络化连接的同时降低了设备维护成本。同时，GOOSE机制的有效性检查和GOOSE消息的丢失、检查、重发机制保证接收智能装置能够收到消息并执行预期的操作。由于GOOSE机制的上述特性，该系统使用GOOSE机制传输同步信号可以保证同步信号传输的快速性和可靠性，并且在变电站中该同步信号的传输可公用以太网及装置硬件，无需购置专用的设备也无需对装置增加相应的对时硬件，节约了设备及其维护成本。

作为一种可实施方式，同步信号发送模块120包括发布单元121和第一以太网卡122。发布单元121，用于对同步信号产生模块110产生的同步信号按GOOSE机制进行编码，得到GOOSE报文，并发送GOOSE报文；第一以太网卡122，用于连接同步信号使用者200。同步信号接收模块210包括订阅单元212和第二以太网卡211。第二以太网卡211，用于连接同步信号源100；订阅单元212，用于接收并解析GOOSE报文，并恢复出同步信号源发送的同步信号。

作为一种可实施方式，第一以太网卡122和第二以太网卡211通过双绞线或者光纤连接。

同步信号发送模块120包括发布单元121和第一以太网卡122，同步信号接收模块210包括订阅单元212和第二以太网卡211，第一以太网卡122和第二以太网卡211之间通过双绞线或者光纤连接，构成同步信号源100和同步信号使用者200之间的数据通道，实现两者的数据通信。其中，发布单元121与同步信号产生模块110连接，且与第一以太网卡122连接，用于将同步信号产生模块110产生的同步信号按GOOSE机制进行编码，得到GOOSE报文，并将GOOSE报文传送至第一以太网卡122，GOOSE报文通过第一以太网卡122发送给同步信号使用者200的第二以太网卡211；订阅单元212与第二以太网卡211连接，且与同步信号应用模块220连接，GOOSE报文通过第二以太网卡211传送至订阅单元212，订阅单元212接收并解析该GOOSE报文，恢复出同步信号，发送给同步信号应用模块220使用，以完成相应的同步处理。

作为一种可实施方式，同步信号源100还包括本地应用模块120’，用于直接使用同步信号产生模块110产生的同步信号在同步信号源100内部完成同步处理。

在其中一个实施例中，同步信号源100还包括本地应用模块120’，直接采用同步信号产生模块110产生的同步信号在同步信号源100内部完成与同步信号使用者200内部相同的同步处理，保证系统中所需的同步处理都完成。

作为一种可实施方式，同步信号包括秒脉冲信号，分脉冲信号和绝对时间信号。

作为一种可实施方式，同步处理包括时钟同步处理和采样同步处理。

值得说明的是，同步信号不限于上述的信号，同步处理不限于上述的处理。以下结合两个具体的例子对本发明的基于GOOSE机制的信号同步系统进行说明：

例一

图2所示的基于GOOSE机制的信号同步系统为时钟同步系统，其包括一个时钟同步服务模块300和多个时钟同步模块400，时钟同步服务模块300用于作为时钟源以GOOSE报文格式输出UTC(UniversalTimeCoordinated，协调世界时)格式的绝对时间信号，时钟同步模块400用于接收以太网上的GOOSE报文实现与时钟同步服务模块的对时，即相当于上述中的同步信号源100和同步信号使用者200。需要说明的是，时钟同步服务模块和时钟同步模块均为功能模块，都可以集成于变电站内的各种智能电子设备，为智能电子设备提供时钟同步功能。

其中：时钟同步服务模块300包括GPS信号处理单元310，发布单元320和第一以太网卡330。GPS信号处理单元310用于接收GPS信号并对GPS信号进行解码以产生UTC格式的绝对时间信号，并以预设时钟同步间隔定时将绝对时间信号发送给发布单元320，其相当于上述的同步信号产生模块110；发布单元320与上述发布单元121起到相同的功能，用于在接收到绝对时间信号(同步信号)时使用预设组播地址(按GOOSE机制)对绝对时间信号进行编码，得到GOOSE报文，并发送给第一以太网卡330；第一以太网卡330作为信号发送接口，GOOSE报文通过第一以太网330发送出去。

其中：时钟同步模块400包括第二以太网卡410，订阅单元420和本地时钟管理单元430。第一以太网卡330与第二以太网卡410连接，构成GOOSE报文传输的数据通道，以使GOOSE报文从时钟同步服务模块300传输到时钟同步模块400。第二以太网卡410作为信号接收接口，GOOSE报文通过第二以太网卡传输至订阅单元420；订阅单元420用于接收以预设组播地址编码的GOOSE报文并将GOOSE报文进行解析，恢复出绝对时间信号后发送给本地时间管理单元430；本地时钟管理单元430相当于同步信号应用模块220，用于使用订阅单元420提供的绝对时间信号设置本地系统时间，完成本地时钟的校正。

例一的时钟同步系统使用GOOSE机制传输绝对时间信号，保证绝对时间信号传输的快速性和可靠性，可实现本地时间的校准，保证本地时间的一致性。其可应用在智能变电站的防误系统中，保证智能变电站的安全性，且其无需购置和增加专用设备，节约了工程成本。

例二

图3所示的基于GOOSE机制的信号同步系统为光纤纵差保护系统，其包括第一光纤纵差装置500和第二光纤纵差装置600，相当于同步信号源100和同步信号使用者200。

其中：第一光纤纵差装置包括秒定时器510，发布单元520，第一以太网卡530，第一采样单元520’，第一采样数据发送单元521’，第一采样数据接收单元540，第一保护逻辑运算单元550和第一跳闸出口单元560。秒定时器510相当于同步信号产生模块110，用于产生秒脉冲信号(采样同步信号)，并发送给发布单元520和第一采样单元520’；发布单元520，用于对秒脉冲信号按GOOSE机制进行编码，得到GOOSE报文，并将GOOSE报文传送至第一以太网卡530，通过第一以太网530发送出去；第一采样单元520’相当于本地应用模块120’，用于使用秒定时器510产生的秒脉冲信号在第一光纤纵差装置500内部进行采样，得到采样数据(完成采样同步)；第一采样数据发送单元521’，用于将第一采样单元520’采样的采样数据进行组织并发送至第一以太网卡530，通过第一以太网卡530发送出去；第一以太网卡530作为以太网接口，用于与第二光纤纵差装置600的第二以太网卡610连接，实现第一光纤纵差装置500与第二光纤纵差装置联通；第一采样数据接收单元540，用于接收通过以太网传输的第二光纤纵差装置600采样的采样数据；第一保护逻辑运算单元550，用于使用第一采样单元520’的采样数据和第一采样数据接收单元540的采样数据进行保护逻辑运算产生跳闸逻辑；第一跳闸出口单元560，用于根据第一保护逻辑运算单元550产生的跳闸逻辑结果执行跳闸命令。

其中：第二光纤纵差装置600包括第二以太网卡610，订阅单元620，第二采样单元630，第二采样数据发送单元631，第二采样数据接收单元640，第二保护逻辑运算单元650和第二跳闸出口单元660。第二以太网卡610作为以太网接口，用于与第一光纤纵差装置500的第一以太网卡530连接，实现两者之间的联通；订阅单元620，用于接收通过第二以太网卡610的GOOSE报文，并解码GOOSE报文，恢复出秒脉冲信号；第二采样单元630相当于同步信号应用模块220，用于使用秒脉冲信号在第二光纤纵差装置600内部进行采样，得到采样数据(完成采样同步)；第二采样数据发送单元631，用于将第二采样单元630采样的采样数据进行组织并发送至第二以太网卡610，通过第二以太网卡610发送出去；第二采样数据接收单元640，用于接收通过以太网传输的第一光纤纵差装置500采样的采样数据；第二保护逻辑运算单元650，用于使用第二采样单元630的采样数据和第二采样数据接收单元640的采样数据进行保护逻辑运算产生跳闸逻辑；第二跳闸出口单元660，用于根据第二保护逻辑运算单元650产生的跳闸逻辑结果执行跳闸命令。

例二的光纤纵差保护系统采用GOOSE机制传输秒定时器510产生的秒脉冲信号(同步信号)，秒脉冲信号传输快且可靠性高，保证第一光纤纵差装置和第二光纤纵差装置采样同一时刻的采样数据，以使第一保护逻辑运算单元550和第二保护路基运算单元650能够进行有意义的逻辑运算，进而执行相应的跳闸命令。值得说明的是：第一以太网卡530和第二以太网卡610之间通过光纤连接，有效提高了装置的抗干扰能力。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种基于GOOSE机制的信号同步方法，由于此方法解决问题的原理与前述一种基于GOOSE机制的信号同步系统相似，因此该方法的实施可以参见前述系统的实施，重复之处不再赘述。

本发明实施例提供的基于GOOSE机制的信号同步方法，参见图4，包括以下步骤：

S100，同步信号源产生同步信号。

S200，按GOOSE机制对同步信号进行编码，得到GOOSE报文，并通过以太网将GOOSE报文传输给同步信号使用者。

S300，同步信号使用者接收GOOSE报文，并对GOOSE报文进行解析，恢复出同步信号。

S400，使用同步信号完成同步处理。

本发明的基于GOOSE机制的信号同步方法，同步信号源依靠自带的时钟或外部的GPS信号数据产生所需的同步信号，将同步信号使用GOOSE机制进行编码，以得到GOOSE报文，通过以太网数据通道传输GOOSE报文，同步信号使用者接收并解析GOOSE报文，恢复出同步信号，使用该同步信号完成相应的同步处理。其使用GOOSE机制编码同步信号并通过以太网传输，有效降低了同步信号的传输延时，保证GOOSE报文的优先传送及GOOSE报文传输的安全性，使同步信号快速、可靠地传输至相应的同步信号使用者，完成同步处理。在使用GOOSE机制进行传输时，GOOSE网(传输GOOSE报文的以太网)及相应的以太网卡可公用，无需购置和增加专用的设备，节约了设备成本和设备维护成本。

作为一种可实施方式，还包括以下步骤：

S200’，同步信号源直接使用其产生的同步信号在同步信号源内部完成同步处理。

作为一种可实施方式，同步信号源的第一以太网卡和同步信号使用者的第二以太网卡通过双绞线或者光纤连接。

同步信号源和同步信号使用者之间通过以太网传输同步信号，两者之间需通过双绞线或者光纤进行连接，形成数据通道。其中，采用光纤连接可有效提高传输的抗干扰能力。

作为一种可实施方式，所述同步信号包括秒脉冲信号，分脉冲信号和绝对时间信号。同步处理包括时钟同步处理和采样同步处理。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于GOOSE机制的信号同步系统，其特征在于，包括同步信号源和同步信号使用者，

所述同步信号源与所述同步信号使用者通过以太网实现数据通信；

其中：

所述同步信号源包括同步信号产生模块和同步信号发送模块；

所述同步信号产生模块，用于产生同步信号；

所述同步信号发送模块，用于以GOOSE机制编码并发送所述同步信号；

所述同步信号使用者包括同步信号接收模块和同步信号应用模块；

所述同步信号接收模块，用于接收并解析出以GOOSE机制发送的所述同步信号；

所述同步信号应用模块，用于使用所述同步信号接收模块解析出的所述同步信号完成同步处理。

2.根据权利要求1所述的基于GOOSE机制的信号同步系统，其特征在于，所述同步信号发送模块包括发布单元和第一以太网卡；

所述发布单元，用于对所述同步信号产生模块产生的所述同步信号按GOOSE机制进行编码，得到GOOSE报文，并发送所述GOOSE报文；

所述第一以太网卡，用于连接所述同步信号使用者；

所述同步信号接收模块包括订阅单元和第二以太网卡；

所述第二以太网卡，用于连接所述同步信号源；

所述订阅单元，用于接收并解析所述GOOSE报文，恢复出所述同步信号。

3.根据权利要求2所述的基于GOOSE机制的信号同步系统，其特征在于，所述第一以太网卡和所述第二以太网卡通过双绞线或者光纤连接。

4.根据权利要求1所述的基于GOOSE机制的信号同步系统，其特征在于，所述同步信号源还包括本地应用模块，用于直接使用所述同步信号产生模块产生的所述同步信号在所述同步信号源内部完成所述同步处理。

5.根据权利要求1至4任一项所述的基于GOOSE机制的信号同步系统，其特征在于，所述同步信号包括秒脉冲信号，分脉冲信号和绝对时间信号。

6.根据权利要求1至4任一项所述的基于GOOSE机制的信号同步系统，其特征在于，所述同步处理包括时钟同步处理和采样同步处理。

7.一种基于GOOSE机制的信号同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

同步信号源产生同步信号；

按GOOSE机制对所述同步信号进行编码，得到GOOSE报文，并通过以太网将所述GOOSE报文传输给同步信号使用者；

所述同步信号使用者接收所述GOOSE报文，并对所述GOOSE报文进行解析，恢复出所述同步信号；

使用所述同步信号完成同步处理。

8.根据权利要求7所述的基于GOOSE机制的信号同步方法，其特征在于，还包括以下步骤：

同步信号源直接使用所述同步信号在所述同步信号源内部完成所述同步处理。

9.根据权利要求7所述的基于GOOSE机制的信号同步方法，其特征在于，所述同步信号源的第一以太网卡和所述同步信号使用者的第二以太网卡通过双绞线或者光纤连接。

10.根据权利要求7至9任一项所述的基于GOOSE机制的信号同步方法，其特征在于，所述同步信号包括秒脉冲信号，分脉冲信号和绝对时间信号；

所述同步处理包括时钟同步处理和采样同步处理。