CN110505034A - 一种用于电力系统内相邻装置间时间同步的方法和装置 - Google Patents

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吴汪兵
瞿亮
文继锋
周强
赵天恩
李广华
王自成
陶士全
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Abstract

本发明公开一种用于电力系统内相邻装置间高精度时间同步的方法和装置，方法包括接收并解析外部IEEE 1588报文和同步以太网报文，使接收端的时钟同步外部时钟源时钟频率和相位；调节发送端时钟使其与接收端的时钟频率以及相位保持同步，并将发送端时钟作为下一级装置的主时钟同时输出IEEE 1588报文和同步以太网报文。本发明实现相邻装置间高精度时间同步要求，并解决软件实现时钟相位同步和频率同步的算法复杂性等问题。

Description

一种用于电力系统内相邻装置间时间同步的方法和装置
技术领域
本发明属于电力系统自动化变电站系统内部通信领域，特别涉及一种用于电力系统内相邻装置间时间同步的方法和装置。
背景技术
IEEE 1588由于时间同步精度高、结构简单等优点，在电力系统中得到广泛的应用。但是电力系统的IEEE 1588网络，通常采用一个主时钟，通过多级交换机，连接多个从时钟装置的组网模式。这种方法所有从时钟都跟踪同一个主时钟，但相邻装置间的时间同步精度无法保证，尤其是多级交换机时间同步误差的引入。例如电力系统中高压电缆局部放电的监测和定位系统，涉及到相邻两个装置间故障点测距的准确性，更加关注相邻装置间的时间同步精度。
IEEE 1588的时间同步采用时钟相位同步和时钟频率同步，但是用软件来同时调节时钟的相位和频率，算法复杂且软件调频无法保证较高的同步精度，在调节过程中也会额外引入抖动和误差。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例期望提供一种用于电力系统内相邻装置间高精度时间同步的方法和装置，以实现相邻装置间高精度时间同步要求，并解决软件实现时钟相位同步和时钟频率同步的算法复杂性等问题。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一方面，本发明提供一种用于电力系统内相邻装置间时间同步的方法，其特征在于：
接收并解析外部IEEE 1588报文和同步以太网报文，使接收端的时钟同步外部时钟源时钟频率和相位；
调节发送端时钟使其与接收端的时钟频率以及相位保持同步，并将发送端时钟作为下一级装置的主时钟同时输出IEEE 1588报文和同步以太网报文。
进一步地，调节发送端时钟使其与接收端的时钟相位保持同步的方法为：
读取接收端和发送端的时钟信息，根据两者时间偏差，调整发送端时钟，使其与接收端的时钟相位保持同步。
进一步地，通过硬件连线的方式，将接收端的时钟直接输出给发送端，使发送端的时钟和接收端的时钟频率保持同步。
在另一方面，本发明提供一种用于电力系统内相邻装置间时间同步装置，其特征在于：所述同步装置包括一个时钟接收模块、时钟同步模块和至少一个时钟发送模块；
所述时钟接收模块，用于接收并解析外部IEEE 1588报文和同步以太网报文，使接收端同步外部时钟源时钟频率和相位；
所述时钟同步模块，用于调节时钟发送端的时钟使其与接收端的时钟频率和相位保持同步；
所述时钟发送模块，用于将发送端时钟作为下一级装置的主时钟同时输出IEEE1588报文和同步以太网报文。
进一步地，所述时钟接收模块和时钟发送模块，均采用支持同步以太网和IEEE1588标准的PHY芯片。
进一步地，通过硬件连线的方式，直接输出给时钟发送模块，使时钟发送模块和时钟接收模块的时钟频率保持同步。
本发明的有益效果在于，本发明输入是1588+同步以太网报文，分别调频和调相，实现接收端和外部时钟源的同步；
本发明实现内部发送端和接收端两个时钟的同步，实现了相邻装置间高精度时间同步要求，并且实现了时钟相位和频率调节的解耦，具有算法简单、时间同步精度高等优点。
附图说明
图1是本发明在同步网络中的一种组网示意图；
图2是本发明的时间同步方法的结构框图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。
图1是本发明在同步网络中的组网方式示意图。
主时钟向网络提供IEEE 1588对时报文，并输出同步以太网报文；装置N1同步主时钟装置的时钟，作为下一级网络的主时钟，输出同步的时钟信息。装置N2和N3跟踪装置N1的时钟，同时N3作为下一级网络的主时钟，输出同步的时钟信息。装置N4和N5跟踪装置N3的时钟。其中组网中的相邻装置是指(N1,N2)、(N1,N3)、(N3,N4)、(N3,N5)。
图2是本发明的时间同步方法的结构框图，一种用于电力系统内相邻装置间高精度时间同步的方法，该方法包含：接收并解析外部IEEE 1588报文和同步以太网报文，使接收端的时钟同步外部时钟源时钟频率和相位；
调节发送端时钟使其与接收端的时钟频率以及相位保持同步，并将发送端时钟作为下一级装置的主时钟同时输出IEEE 1588报文和同步以太网报文。
在以上实施例的基础上，读取接收端和发送端的时钟信息，根据两者时间偏差，调整发送端时钟，使其与接收端的时钟相位保持同步。
在以上实施例的基础上，通过硬件连线的方式，将接收端的时钟直接输出给发送端，使发送端的时钟和接收端的时钟频率保持同步。
另一个实施例提供了一种用于电力系统内相邻装置间时间同步装置(参考图2)，包括：时钟接收模块、时钟同步模块和时钟发送模块；
时钟接收模块接收并解析外部IEEE 1588报文和同步以太网报文，跟踪外部时钟的频率和相位；
时钟同步模块调节时钟发送模块的时钟，使其跟踪上时钟接收模块的时钟的频率和相位；
时钟发送模块作为下一级网络的主时钟，输出IEEE 1588报文和同步以太网报文；
在具体实施例中，采用软件调相和硬件调频的方法，调节时钟接收模块和时钟发送模块的时钟。
软件调相是指时钟接收模块采用硬件打时标的方法，在PHY芯片内部识别IEEE1588报文并记录时间戳，根据IEEE 1588标准，调节时钟接收模块的时钟，跟踪外部时钟；时钟同步模块，读取时钟接收模块和时钟发送模块的时钟信息，计算两者时间偏差(包含正负信息)，调用PHY提供的接口，调整发送模块的时钟，使其跟踪上时钟接收模块的时钟。
硬件调频是时钟接收模块接收并解析同步以太网报文，同步外部时钟源时钟频率。具体实施例为了简化实现方式，时钟同步模块将时钟接收模块的时钟频率信号，通过硬件连线的方式，直接输出给时钟发送模块，使时钟发送模块和时钟接收模块的时钟频率保持同步。
时钟接收模块和时钟发送模块，均采用支持同步以太网和IEEE1588标准的PHY芯片。该方法包含一个时钟接收模块和一个或多个时钟发送模块，每个模块维护各自的时钟。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种用于电力系统内相邻装置间时间同步的方法，其特征在于，
接收并解析外部IEEE 1588报文和同步以太网报文，使接收端的时钟同步外部时钟源时钟频率和相位；
调节发送端时钟使其与接收端的时钟频率以及相位保持同步，并将发送端时钟作为下一级装置的主时钟同时输出IEEE 1588报文和同步以太网报文。
2.如权利要求1所述的一种用于电力系统内相邻装置间时间同步的方法，其特征在于：调节发送端时钟使其与接收端的时钟相位保持同步的方法为：
读取接收端和发送端的时钟信息，根据两者时间偏差，调整发送端时钟，使其与接收端的时钟相位保持同步。
3.如权利要求1所述的一种用于电力系统内相邻装置间时间同步的方法，其特征在于：通过硬件连线的方式，将接收端的时钟直接输出给发送端，使发送端的时钟和接收端的时钟频率保持同步。
4.一种用于电力系统内相邻装置间时间同步装置，其特征在于：所述同步装置包括一个时钟接收模块、时钟同步模块和至少一个时钟发送模块；
所述时钟接收模块，用于接收并解析外部IEEE 1588报文和同步以太网报文，使接收端同步外部时钟源时钟频率和相位；
所述时钟同步模块，用于调节时钟发送端的时钟使其与接收端的时钟频率和相位保持同步；
所述时钟发送模块，用于将发送端时钟作为下一级装置的主时钟同时输出IEEE 1588报文和同步以太网报文。
5.如权利要求4所述的一种用于电力系统内相邻装置间时间同步装置，其特征在于：所述时钟接收模块和时钟发送模块，均采用支持同步以太网和IEEE 1588标准的PHY芯片。
6.如权利要求4所述的一种用于电力系统内相邻装置间时间同步装置，其特征在于：其特征在于：时钟同步模块将时钟接收模块的时钟频率信号，通过硬件连线的方式，直接输出给时钟发送模块，使时钟发送模块和时钟接收模块的时钟频率保持同步。
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