CN110768830B - 一种时间同步管理的角色切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种时间同步管理的角色切换方法，属于时间同步管理自动化技术领域。本发明能够根据主备角色状态的变化将时间同步状态管理进程执行任务进行智能切换，实现了在主备状态切换后，无需人工干预即可实现原备机的同一个时间同步状态管理进程中执行被监测任务自动切换为监测任务，而将主机的同一个时间同步状态管理进程中执行监测任务自动切换为被监测任务，避免了主备切换后的时间同步管理进程执行监测任务与被监测任务反转的人工操作环节，便于运行维护，提高了自动化水平。

Description

一种时间同步管理的角色切换方法

技术领域

本发明涉及一种时间同步管理的角色切换方法，属于时间同步管理自动化技术领域。

背景技术

随着网络和装机容量的日益扩大，电力系统运行方式日趋复杂，电网运行状态瞬息万变，系统内线路或主变发生故障时，将引起系统内相关的主设备保护、后备保护或相邻保护等多个保护的相继动作跳闸，电力系统设备发生状态变化后特别是发生事故后必须及时掌握实时信息，才能对其进行及时处理，将其影响控制在一定范围内，确保系统安全、稳定、经济运行；及时掌握实时信息，也便于事后进行分析，分析各类事件特别是系统故障的发生、发展过程，为优化保护和控制、防止灾难性事故发生提供依据。而统一的时间基准是进行处理和分析的基础，因此时间同步对于电力系统的故障分析、监视控制及运行管理具有重要意义。

为了分析整个事故的发生及演变过程，自动化系统记录的事件时标起着关键作用，为此各变电站内系统各个设备时间同步的正确性非常重要。变电站中通过配置时钟同步系统来保证事件时标的正确性。而当前自动化系统时间同步缺乏整体性反馈从而无法获知整个系统工作状态，为了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，在变电站内建立了时间同步状态监测管理网络，系统在变电站监控主机上部署时间同步状态管理监测服务程序，对其它站控层设备(包括监控备机、操作员站、远动网关机等)和间隔层设备(保护装置、测控装置等)进行时间同步运行状况进行实时在线监测，以此实现了变电站内时间同步状态的闭环管理。

由于时间同步状态管理监测服务程序部署于变电站监控主机上，而当变电站内监控后台主机异常时，监控双机系统将自动进行主备切换，主机切换为热备用状态，变为备机，备机切换为运行状态，变为主机，而时间同步状态管理服务程序又必需在主机上运行才能进行业务数据实时计算，因此处于原监控主机和监控备机的时间同步状态管理的监测管理端与被监测端的角色必需进行反转，即先前的时间同步状态管理的被监测端需要变为监测管理端，停止执行被监测的业务功能，同时转而进行管理端监测与数据计算服务，先前的监控主机自动切换为备机后，之前的时间同步在线监测管理端需要变为被监测端，停止执行监测管理端的业务功能，同时转而响应监测端发来的监测指令并主动上送自身对时状态信号。而对于监控主机和备机间的时间同步管理角色反转过程，通常由人工手动关闭切换后备机上的监测服务进程，同时开启被监测进程，关闭切换后主机上的被监测进程并开启监测服务进程。该操作方法较为繁琐，且现行变电站通常为无人值守，不便于运行维护操作，而如果不进行角色切换，变电站监控系统和远方调度系统将无法获知变电站内二次设备实时的时间同步状态，影响到变电站的安全运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种时间同步管理的角色切换方法，以解决目前采用手动切换导致的操作繁琐、不便于运行维护的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种时间同步管理的角色切换方法，该角色切换方法包括以下步骤：

1)处于热备状态下的主机和备机均运行时间同步状态管理进程，其中主机的时间同步状态管理进程执行时间同步状态管理的监测任务，备机的时间同步状态管理进程执行时间同步状态管理的被监测任务；

2)当发生主备切换时，向主机和备机上运行的时间同步状态管理进程发送主备切换消息，原主机上运行的时间同步状态管理进程根据主备切换消息将执行的监测任务切换为被监测任务，原备机上运行时间同步状态管理进程根据主备切换消息将执行的被监测任务切换为监测任务，实现时间同步管理的角色切换。

本发明能够根据主备角色状态的变化将时间同步状态管理进程执行任务进行智能切换，实现了在主备状态切换后，无需人工干预即可实现原备机的同一个时间同步状态管理进程中执行被监测任务自动切换为监测任务，而将主机的同一个时间同步状态管理进程中执行监测任务自动切换为被监测任务，避免了主备切换后的时间同步管理进程执行监测任务与被监测任务反转的人工操作环节，便于运行维护，提高了自动化水平。

进一步地，为了便于信息的传输和获取，所述的时间同步状态管理进程在启动时向消息总线注册，并接收消息总线上的消息数据。

进一步地，当发生主备切换时主备切换的消息被发送至消息总线，并由消息总线发送给注册到消息总线上的时间同步状态管理进程。

进一步地，监测任务执行的监测管理功能如下：

a.获取所有被监测设备IP地址，执行监测业务启动并组发监测用SNTP指令，接收和解析被监测设备响应的SNTP报文；

b.根据被监测设备的IP地址和响应的SNTP报文的时标确定被监测设备的时钟偏差，并根据设定的故障逻辑判断被监测设备的异常状态。

进一步地，所述的被监测任务执行的功能包括：

A.接收时间同步监测用的SNTP报文，并返回响应的SNTP结果报文；

B.记录自身对时用的自检状态并进行显示，自检状态包括对时接口状态、对时服务状态和时间跳变状态。

附图说明

图1是本发明实施例中基SNTP原理的时间偏差测试原理图；

图2是本发明实施例中变电站时间状态同步在线监测网络结构图；

图3是本发明实施例中智能变电站时间同步状态管理架构示意图；

图4是本发明实施例中监控主机展示计算后的实时信息图；

图5是本发明实施例中的时间同步管理的角色切换流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。

本发明的时间同步管理的角色切换方法的实施例

本发明针对的是处于热备状态下的主机和备机上时间同步管理的角色切换，主机和备机均运行时间同步状态管理进程，其中主机的时间同步状态管理进程执行时间同步状态管理的监测任务，备机的时间同步状态管理进程执行时间同步状态管理的被监测任务；当发生主备切换时，向主机和备机上运行的时间同步状态管理进程发送主备切换消息，原主机上运行的时间同步状态管理进程根据主备切换消息将执行的监测任务切换为被监测任务，原备机上运行时间同步状态管理进程根据主备切换消息将执行的被监测任务切换任务，实现时间同步管理的角色切换。

下面以将该方法应用于智能变电站监控系统为例，对该方法进行详细说明，除了智能变电站监控系统外，也可根据需要应用到其他包括有主备切换和时间同步的系统中去。智能变电站监控系统如图3所示，包括监控主机、监控备机、测控装置、对时设备(又叫时钟装置)、远动网关机和调度主站，监控主机和监控备机处于热备状态，监控主机和监控备机上均运行有运行时间同步状态管理进程，监控主机作为时间同步监测管理端，其上运行的时间同步状态管理进程执行时间同步状态管理的监测任务，对全站设备的时间同步状态进行监测；监控备机作为时间同步监测端，其上运行的时间同步状态管理进程执行时间同步状态管理的被监测任务，对本实例而言，除了监控备机外，其他站控层设备(远动网关机、调度主站等)和间隔层设备(测控装置、保护装置等)也作为时间同步监测端，执行被监测任务。

传统变电站或智能站的站控层通常采用NTP(网络对时协议)或SNTP(简单网络对时协议)进行时间偏差测量的方法作为对时状态测量的手段。SNTP测量时间偏差的原理是基于网络对时协议的对时过程，首先测量两地时钟偏差再做逐次修正，所以通过该协议可以获取到两个装置的相对时间差，跟正确的时间比较即可获得被监测对象的对时偏差，同时SNTP网络对时协议可在一定程度上减少网络延迟造成的误差。

具体的时间偏差测量算法(乒乓算法)如图1所示。

T0,T1,T2,T3为装置时标，△t为钟差，即要要测量的对象，NTP网络对时建立在网络链路延迟对称的假设上，因此：

(T1+△t)-T0＝T3-(T2+△t)

可推出△t＝[(T3-T2)+(T0-T1)]/2

而本发明则将△t作为时间同步管理的被监测设备与监控主机监测设备之间的偏差，统计全站的设备偏差以实现变电站内全部设备时间同步状态的监测管理，为了区分站内网络上正常的NTP对时报文，本发明的报文格式中对NTP协议中的Reference Identifier(参考时间源)字段填写了特殊标识，即在本测量用途中的服务器和客户端应统一填充“TSSM”(Time Synchronization Status Monitoring)，标识自身为时间同步状态监测源，以便与正常对时用途的NTP服务区分，测量软件不响应“TSSM”标识以外的请求，整体的变电站内时间同步状态在线监测网络结构如图2所示。

监控主机、监控备机和其他站控层设备连接对时装置通过SNTP协议周期性对本机进行校时，作为时间同步管理的被监测端执行时间同步状态被监测功能，响应监测端发来的监测指令，由监测端自动计算其与监控主机的时间偏差，同时，被监测端还向监控主机主动发送自身的对时状态，由监控主机实时展示出各被监测设备的时间偏差和对时状态信息，监控主机展示计算后的某被监测设备实时信息如图4所示。

作为监测管理端的监控主机可能会因为某些异常原因导致监控业务不刷新等问题时，监控系统会自动进行主备切换，而主备切换后监控主机将变为备机，备机则不进行业务处理，将无法进行业务数据的更新与计算，也就无法进行变电站内业务报警消息的发送，但变电站又不能停止对时间同步状态的监测与被监测业务计算，因此需要主备切换后的监控主机与备机时间同步管理角色的切换。本发明的时间同步管理的角色切换方法实现了在时间同步服务进程内部智能感知主备切换状态，自主进行管理者与被管理者角色反转和业务数据处理功能的切换，其实现流程如图5所示，具体过程如下。

1.在监控主机、监控备机均启动tssmmonitor时间同步状态管理进程，该进程可根据自身角色执行时间同步状态管理监测功能或被监测功能，同时将该进程连接并注册到变电站站控层网络的消息总线上，并接收主备状态等全部消息通知。

2.在其它被监测设备上启动tssmsntpc进程，仅执行被监测功能，响应tssmmonitor监测端发送的监测指令，同时上送自身的时间同步实时状态信号。

3.进程tssmmonitor启动并注册到消息总线后，处于监控主机的tssmmonitor时间同步状态管理进程执行以下监测管理功能：

1)获取所有被监测设备的IP的地址，执行监测端业务启动SNTP客户端功能并发送监测用SNTP指令，同时接收和解析被监测设备响应的SNTP报文。

2)通过被监测设备的IP地址区分各个被监测设备的SNTP报文响应，确定各被监测设备的被测对象服务状态(遥信状态)，监测端若接收到被监测端对SNTP监测报文响应则判定为对应被监测设备的被测对象服务状态为正常，否则判定为被测对象服务状态为异常。

3)根据接收到的SNTP报文所获得的时标，采用乒乓算法计各被监测设备的时间偏差，统计全站各被监测设备的时间偏差并进行实时数据展示。

4)根据常见故障逻辑分析计算时间同步被监测设备的异常状态，向监控系统发送异常告警信息。

4.进程tssmmonitor启动并注册到消息总线后，处于监控备机的tssmmonitor进程执行以下被监测响应各状态自检功能：

1)接收时间同步监测管理端发送过来的监测用SNTP报文指令，进行数据判断与处理后向时间同步监测管理端返回响应的SNTP结果报文。

2)记录本机对时用的自检状态，包括对时接口状态、对时服务状态和时间跳变状态，将上述自检状态写到监控主机的实时库，并在监控组态画面中进行实时显示。三个状态信息的业务判断逻辑如下：

对时接口状态：与对时设备网络连接失败时，置位该状态；

对时服务状态：对时设备发送的对时SNTP报文表示时钟未同步时，置位该状态；

时间跳变状态：对时设备返回的当前时刻与本地上一时刻差值大于配置的时间间隔跳变阈值时，置位改状态。

5.其他被监测设备启动tssmsntpc进程后，仅执行被监测功能，与上述监控备机执行业务功能相同，此处不再赘述。

6.当变电站内监控后台主机异常时，监控双机系统将自动进行主备切换，主机切换为热备用状态，变为备机，备机切换为运行状态，变为主机，先前的tssmmomitor进程中时间同步状态管理的被监测端停止执行被监测的业务功能，同时转而进行管理端监测与数据计算服务；先前的监控主机自动切换为备机后，其上运行的tssmmonitor进程中时间同步在线监测管理端停止执行监测管理端的业务功能，同时转而响应监测端发来的监控指令并主动上送自身对时状态信号。

Claims (3)

1.一种时间同步管理的角色切换方法，其特征在于，该角色切换方法包括以下步骤：

1)处于热备状态下的主机和备机均运行时间同步状态管理进程，其中主机的时间同步状态管理进程执行时间同步状态管理的监测任务，备机的时间同步状态管理进程执行时间同步状态管理的被监测任务；

2)当发生主备切换时，向主机和备机上运行的时间同步状态管理进程发送主备切换消息，原主机上运行的时间同步状态管理进程根据主备切换消息将执行的监测任务切换为被监测任务，原备机上运行时间同步状态管理进程根据主备切换消息将执行的被监测任务切换为监测任务，实现时间同步管理的角色切换；

所述的时间同步状态管理进程在启动时向消息总线注册，并接收消息总线上的消息数据；

当发生主备切换时主备切换的消息被发送至消息总线，并由消息总线发送给注册到消息总线上的时间同步状态管理进程。

2.根据权利要求1所述的时间同步管理的角色切换方法，其特征在于，监测任务执行的监测管理功能如下：

a.获取所有被监测设备IP地址，执行监测业务启动并组发监测用SNTP指令，接收和解析被监测设备响应的SNTP报文；

b.根据被监测设备的IP地址和响应的SNTP报文的时标确定被监测设备的时钟偏差，并根据设定的故障逻辑判断被监测设备的异常状态。

3.根据权利要求1或2所述的时间同步管理的角色切换方法，其特征在于，所述的被监测任务执行的功能包括：

A.接收时间同步监测用的SNTP报文，并返回响应的SNTP结果报文；

B.记录自身对时用的自检状态并进行显示，自检状态包括对时接口状态、对时服务状态和时间跳变状态。

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