CN201226521Y - 时间同步监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种时间同步监测系统，包括NTP服务器端和NTP客户端：被监测时钟支持NTP标准的直接设定为NTP服务器模式，不支持NTP标准的，通过时间同步监测装置作为服务器端实时采集时间；在调度中心设立NTP客户端，与NTP服务器端通过以太网按照NTP通信模式连接；当NTP客户端询问被监测时钟时间时，各个NTP服务器端实时通过NTP协议传给NTP客户端，NTP客户端与设定的基准源时间比较出时间偏差。本实用新型用于电力系统同时监测电网中多个时钟设备，判断电网时钟同步情况，将被监测时钟时间与基准源时间进行比较，并记录时间偏差曲线，用以评估时钟设备的稳定性与精度，进而了解电网时钟是否处于同步状态。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电网时钟设备时间同步监测系统，适用于广域网内对多个时钟精度、稳定性及同步情况进行实时监测。属于电力系统设备实时监测领域。
背景技术
电网各节点时钟的同步性在当今大规模电网中显得日益重要。当电网发生事故涉及多个电厂、变电站时，需要综合全网的保护动作和故障录波信息进行事故分析，如果各厂站所记录时间及数据的时标不同步，无法相互参考，将给事故分析带来极大困难。
目前，有些是通过人工巡视、电话联系等方法来保证多个时钟设备的同步，此种方法比较困难，一般仅仅只是简单判断时钟设备锁星，并不能知晓时钟设备所输出的时间的精确性，而时间精确性又与设备稳定性有关。或者采用一个时钟作为标准时钟，定时给其它时钟进行授时。目前的时间同步方法只是一种简单的对时，对时钟输出的精确性和稳定性不能进行监测，无法实现统计分析，当失步时也不能告警，不方便统一管理，而且费时费力，工作效率低，成本较高。
实用新型内容
为解决现有技术中的不足，本实用新型的目的在于提供一种可以同时实时监测多个时钟设备的时间同步监测系统，可用于电力系统监测全网时钟是否同步，时间偏差状况如何，并可实现统计分析、统一管理。
为实现上述目的，本实用新型是采取以下的技术方案来实现的：
一种时间同步监测系统，其特征在于包括NTP服务器端和NTP客户端：对于支持NTP标准的被监测时钟，直接将其设定为NTP服务器模式，作为NTP服务器端，对于不支持NTP标准的被监测时钟，通过时间同步监测装置实时采集被监测时钟的时间，并作为服务器端；在调度中心设立NTP客户端，NTP服务器端和NTP客户端之间通过以太网按照NTP通信模式连接；当NTP客户端询问被监测时钟时间时，各个NTP服务器端实时将被监测时钟的时间通过NTP协议传给NTP客户端，NTP客户端获得被监测时钟的时间信息后，与NTP客户端设定的基准源时间比较出时间偏差。
前述的时间同步监测系统，其特征在于所述的调度中心与其他调度中心并列，将辖区范围内的被监测时钟信息向上一级调度中心传送，组成大系统。
前述的时间同步监测系统，其特征在于所述的时间同步监测装置具有4个串口加脉冲方式接口和2个IRIG-B接口。
前述的时间同步监测系统，其特征在于在所述的NTP客户端安装监测软件，在监测软件中配置多个基准源时间NTP服务器地址，每次以最接近多个基准源时间平均值的源作为唯一最优基准源时间；每隔5s判断出一次最优基准源时间，5s中内靠计算机时间晶振维持守时精度。
前述的时间同步监测系统，其特征在于所述的NTP客户端向时间同步监测装置周期性发出NTP请求，时间同步监测装置实时将被测时钟设备时间通过NTP协议上送，经监测软件计算基准源时间与被测时钟时间偏差，绘制出时间偏差图，并统计分析。
前述的时间同步监测系统，其特征在于当时间偏差连续超出一定次数的时候，NTP客户端发出告警。
前述的时间同步监测系统，其特征在于所述的时间同步监测装置在实时采集被监测时钟设备时间时，进行内部守时处理，方法是：当经过去抖的秒脉冲、分脉冲发生电平翻转的时候，锁存当前硬件时钟计数器的计数值，同时发主CPU的中断请求；主CPU响应中断，利用当前的时钟计数器值和锁存的计数器值及串口得到的时间得到当前精确的时间；其后，在下一个脉冲再次到来之前的间隔内，靠时钟监测装置内部晶振保持守时，确保NTP服务器端在任意时间获得被监测时钟的精确时间。
前述的时间设备精度和稳定性监测方法，其特征在于所述的当前精确的时间的精度误差为2us。
本实用新型的有益效果是：本实用新型可用于电力系统同时监测电网中多个时钟设备，判断电网时钟同步情况，将被监测时钟时间与基准源时间进行比较，并记录时间偏差曲线，用以评估时钟设备的稳定性与精度，进而了解电网时钟是否处于同步状态。
附图说明
图1是本实用新型实施例的应用例示意图；
图2是本实用新型实施例的监测软件单线程逻辑图。
图中：1为省调度中心，2、6、8为GPS装置，3、5为以太网，4为某地区调度中心，7、9为时间同步监测装置。
具体实施方式
本实用新型通过建立时钟设备同步监测系统，监测全省时钟设备运行情况以及与基准源时间偏差情况，以提高对二次设备时间同步性的生产运行管理水平，全网统一时钟，为电网事故分析等建立可靠的时间基础。
时间同步监测系统的应用提高了电网对时钟设备运行管理水平，解决了时钟设备运行管理的难题，节约了人力成本，提高了工作效率，及时发现并解决了现场时钟设备运行中的一些问题。
1)时间同步监测系统采用有效技术手段实现了对时钟设备工况的实时监测，可对时钟设备的失步等情况主动及时报警，实现了对时钟设备的高效管理，节约了人力成本与生产运行管理成本。
2)时间同步监测系统为时钟设备的常态化精度监测提供了技术手段。系统可以同时监测全省站内时钟设备，定时将现场时钟与基准源时钟时间进行比较，并使用时间偏差历史曲线记录时钟设备运行情况，提供了方便运行管理人员直观判断时钟设备时间精度的技术评估手段。
3)时间同步监测系统为时钟设备日常管理积累了大量基础数据，为时钟设备的设备评价管理提供了验证，为进一步完善技术标准提供了重要的技术支持。
在电力II区网络中，网络负荷比较均匀，经测试来回延迟稳定一致。采用NTP协议实现“一客户-多服务器”模式的时间同步监测系统，对现场不支持NTP功能的时钟设备安装时间同步监测装置，通过时间同步监测装置采集被监测时钟时间，并作为NTP的服务器端。由调度中心监测软件作为NTP客户端发起NTP请求，通过将现场被监测时钟与调度中心基准源时钟时间进行相互比较，评估出被测时钟设备的稳定性与精度，并实时监测电网时钟是否处于同步状态。
考虑到被监测时钟设备厂家众多、型号各异，应综合考虑现场各类情况，时间同步监测装置具有通用接口，主要有三种类型接入系统方式：1)串口加脉冲方式(分、秒脉冲)、2)IRIG-B(DC)接口方式、3)NTP接入方式。同时考虑到一个站内可能有多个时钟设备的情况，因此，实现了一个装置最大同时支持监测六个时钟设备。
各时钟设备采用的串口通信协议也各有不同，目前遇到规约有十余种，因此在时间同步监测装置软件设计时候考虑了规约接口的可扩充性，可以根据现场的需求及时的扩展添加配置规约。
时间同步监测装置采用高性能ARM9工业级处理器，具有16MRAM，具有完善的外设功能(双以太网接口、4串口、FLASH电子盘)，运行实时操作系统，使NTP有足够高的时间精度。
装置内部时间处理主要机制是：当经过去抖的秒脉冲、分脉冲等脉冲发生电平翻转的时候，锁存当前硬件时钟计数器的计数值，同时发主CPU的中断请求，主CPU响应中断，利用当前的时钟计数器值和锁存的计数器值及串口得到的时间可以得到当前精确的时间，时间精度误差为2us。
其后在下一个脉冲再次到来之前的间隔内靠时钟监测装置内部晶振保持守时，这样可以使NTP服务器在任意时间获得被监视时钟设备的精确时间。时间同步监测装置可以同时监视4个串口+脉冲方式接入的时钟设备和两个IRIG_B码输出的时钟设备。
时间同步监测装置判断守时时间超过一定时间后，即认为脉冲已丢失，设置相应的状态位，如脉冲丢失。其它时钟设备的状态通过串口报文或IRIG_B码中获得，如锁星。
在监测软件中可以配置多个时间基准源NTP服务器地址，每次以最接近多个基准源时间的平均值的源作为唯一最优基准源时间。后台每隔5s判断出一次最优基准源时间，5s中内靠计算机时间晶振维持守时精度。这5s内计算机本身引起的基准源时间偏移在us级别，对整个系统时间偏差计算影响较小。
以下结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
图1显示了本实用新型实施例的一个应用例示意图，整个系统运行于电力系统II区网络，时间同步监测装置通过串口规约加分/秒脉冲方式或IRIG-B(DC)码通信接口获得被监测时钟设备的时间与运行状态信息，时间同步监测装置最多可同时监测六个时钟，各地调度中心监测软件作为NTP协议的客户端，周期性询问时间同步监测装置所监测变电站内时钟的时间，时间同步监测装置作为一个NTP服务器端，通过NTP协议将现场时钟设备的时间发给NTP客户端。后台获得被监视时钟设备的当前时间后与调度基准源时间进行比较，得出被监测时钟设备的相对时间偏差，并从时间同步监测装置获得时钟设备运行信息。对时钟设备信息进行分层管理，在各个地区调度中心监控本地区时钟设备运行信息，省调度中心对全省各个地区时钟设备信息进行统一管理
在本实施例的时钟同步监测装置CPU及以太网A口电路中，ARM处理器采用频率为180MHz的ARM9200，外围的动态RAM存储空间为16M，NAND FLASH存储空间为16M。CPU完成NTP时间协议的转换。共提供六个NTP时间服务器。ARM处理器内核自带MAC，与外围的物理层芯片LXT971构成以太网接口A，通过该以太网口可以输出NTP时间。
在本实施例的时钟同步以太网接口B及电源电路中，ARM只提供一个MAC，因此本装置外扩了一个以太网，以满足双独立网口的需求。以太网控制器采用LAN91C111。CPU板输入电压为5V，工作电压为3.3V，处理器的内核电压为1.8V，电源之间转换采用功耗低、线性特性较好的低压差稳压电源转换电路来实现的。
在本实施例的时钟同步监测装置接口电路中，本装置共提供六个时间接入接口。其中，四个串口加秒脉冲接口，2个IRIG-B接口。串口与脉冲是一一对应关系。串口可以通过跳线来选择232模式或485模式。所有接入信号均通过光耦隔离回路接至CPU，提高了抗干扰能力。现场工程应用表明时间同步监测装置完全适用于现场各种接入情况，该装置的主要特点有：
1、采用32位高性能ARM9处理器；
2、可同时接入4组串口+秒脉冲时钟设备和2个IRIG-B码时钟设备信号；
3、输入信号经光电隔离，抗干扰能力强。
图2显示了本实用新型实施例的监测软件单线程逻辑图。系统采用多线程设计，以提高系统运行效率。每个地区作为一个线程与终端进行通讯。
本实用新型实施例的监测软件的主要功能特点有：
1、分层树状分组显示各个地区变电站时钟设备情况。；
2、支持时间同步监测装置配置导入与导出，配置具有权限管理；
3、告警输出，导出偏差过大变电站时钟设备信息等功能；
4、各种时间偏差统计图表、历史数据检索功能；
5、WEB发布功能。
可以将本实用新型应用于电力系统中监测各个变电站内时钟设备，也可应用于其他场合。
上述实施例不以任何形式限定本实用新型，凡采取等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1、时间同步监测系统，其特征在于包括NTP服务器端和NTP客户端：对于支持NTP标准的被监测时钟，直接将其设定为NTP服务器模式，作为NTP服务器端，对于不支持NTP标准的被监测时钟，通过时间同步监测装置实时采集被监测时钟的时间，并作为服务器端；在调度中心设立NTP客户端，NTP服务器端和NTP客户端之间通过以太网按照NTP通信模式连接；当NTP客户端询问被监测时钟时间时，各个NTP服务器端实时将被监测时钟的时间通过NTP协议传给NTP客户端，NTP客户端获得被监测时钟的时间信息后，与NTP客户端设定的基准源时间比较出时间偏差。
2、根据权利要求1所述的时间同步监测系统，其特征在于所述的调度中心与其他调度中心并列，将辖区范围内的被监测时钟信息向上一级调度中心传送，组成大系统。
3、根据权利要求1所述的时间同步监测系统，其特征在于所述的时间同步监测装置具有4个串口加脉冲方式接口和2个IRIG-B接口。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: JIANGSU FRONTIER ELECTRIC TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: JIANGSU ELECTRIC POWER PLANT COMMUNICATION CENTRE Effective date: 20121115 Owner name: JIANGSU ELECTRIC POWER COMPANY STATE GRID CORPORAT Free format text: FORMER OWNER: JIANGSU FRONTIER ELECTRIC TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20121115 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 210003 NANJING, JIANGSU PROVINCE TO: 211102 NANJING, JIANGSU PROVINCE |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20121115 Address after: 211102 Su mansion, No. 58 Su Fang Avenue, Jiangning District, Jiangsu, Nanjing Patentee after: Jiangsu Fangtian Power Technology Co., Ltd. Patentee after: Jiangsu Electric Power Company Patentee after: State Grid Corporation of China Address before: 210003 No. 215, Shanghai Road, Nanjing, Jiangsu Patentee before: Jiangsu Electric Power Plant Communication Centre Patentee before: Jiangsu Fangtian Power Technology Co., Ltd. |
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| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20090422 |
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| CX01 | Expiry of patent term |