CN202475441U - 基于精确时间协议的电力系统时间同步装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于精确时间协议的电力系统时间同步装置，包括E1/Ethernet网桥、1588时钟信号接收单元、报文解析模块、嵌入式微处理器、本地时钟信号生成单元和输出接口单元，E1/Ethernet网桥将符合SDHE1协议的1588主时钟时间报文转换为TCP/IP协议，再经报文解析模块解析获得1588时钟信号；嵌入式微处理器上设有时延补偿模块，计算得出SDH网络的不对称切换延迟；本地时钟信号生成单元锁定1588时钟信号，并对1588时钟信号进行时延补偿，生成本地时钟信号经输出接口单元输出。本实用新型，采用IEEE1588主时钟时间报文信号作为输入源，并消除了SDH网络不对称切换延迟，与协调世界时相比优于1μs，满足电力系统同步精度要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及网络时间同步装置，具体涉及基于精确时间协议的电力系统时间同步装置。
背景技术
在电力系统中，电力通信调度网、电厂和变电站等场所都需要非常精确的时间同步控制。毫秒或微秒级的时间同步偏差会造成系统的中断，甚至电网的瘫痪，给客户和电力公司带来巨大的损失。因此，高精度的时间同步系统是保障电厂、变电站和电力通信畅通的必备条件。
目前世界上普遍使用的方法是通过时间同步系统接收GPS、北斗或格洛纳斯GLONASS的卫星导航系统的UTC（世界标准时间）并应用到每个需要精确时钟信号的通讯设备，来实现各种通讯设备的时间同步。尽管GPS授时系统是目前最普遍使用的技术，但是卫星接收的时钟有以下缺点：（1）由于GPS是美国军方控制的全球卫星导航系统，受美国军方控制,没有保障；（2）天馈线维护费用高，需要防雷防水措施，在无线信号比较纷杂的城市和电力设备周边,也容易受到无线的干扰; (3)城市里高楼林立，卫星接收视野受到限制，很难保证持续接收到足够的卫星信号。
另外，电力系统的通信骨干网主要采用SDH网络，但SDH网络固有的不对称切换延迟并不在PTP协议设计的考虑之内，严重影响了PTP时钟的传输精度。
有鉴于此，电力系统急需一种精度高、费用低、安全性高的网络时间同步装置。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是解决电力系统的时间同步装置精度低、费用高、安全性差的问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是提供一种基于精确时间协议的电力系统时间同步装置，包括E1/Ethernet网桥、1588时钟信号接收单元、报文解析模块、嵌入式微处理器、本地时钟信号生成单元和输出接口单元，所述E1/Ethernet网桥将符合SDH E1协议的1588主时钟时间报文转换为符合TCP/IP协议的1588主时钟时间报文；所述1588时钟信号接收单元接收所述符合TCP/IP协议的1588主时钟时间报文；所述报文解析模块解析所述1588主时钟时间报文并获得1588时钟信号；所述嵌入式微处理器上设有时延补偿模块，所述时延补偿模块计算出SDH网络的不对称切换延迟；所述本地时钟信号生成单元锁定所述1588时钟信号，并根据所述SDH网络不对称切换延迟对所述1588时钟信号进行时延补偿，生成本地时钟信号；所述输出接口单元包括10MHz、1PPS、PPS＋串行和IRIG-B接口，输出基于本地时钟的各种同步信号。
在上述方案中，所述本地时钟信号生成单元包括FPGA和时钟振荡锁相单元，所述FPGA上设有相位及时标处理模块、频率合成模块、1PPS信号产生模块、串行信号产生模块和IRIG-B信号产生模块，所述时钟振荡锁相单元和相位及时标处理模块跟踪并锁定所述1588时钟信号，并对所述1588时钟信号进行SDH网络不对称切换延迟时延补偿后生成所述本地时钟信号分别输送给所述频率合成模块、1PPS信号产生模块、串行信号产生模块和IRIG-B信号产生模块，所述频率合成模块将所述本地时钟信号转换为10MHz信号并输出至所述10MHz接口，所述1PPS产生模块将所述本地时钟信号转换为1PPS信号并输出至所述1PPS接口，所述串行信号产生模块将所述本地时钟信号转换为串行信号并与1PPS信号一同输出至所述PPS+串行时间接口，所述IRIG-B产生模块将所述本地时钟信号转换为IRIG-B信号并输出至所述IRIG-B接口。
在上述方案中，还包括监测单元，所述嵌入式微处理器上设有时钟历史数据存储模块和备用时钟生成模块，所述时钟历史数据存储模块存储近期的时钟历史数据，所述监测单元监测主时钟时间报文丢失信号并发出相应的控制信号，所述备用时钟生成单元根据所述控制信号，从所述时钟历史数据存储模块中存储的时钟历史数据中恢复得到所述本地时钟信号并输出至所述输出接口单元。
在上述方案中，所述嵌入式微处理器连接系统管理端口，所述系统管理端口包括RS232接口和10M/100M 网络接口。
本实用新型，采用PTP(IEEE1588)主时钟时间报文信号作为输入源，在必须经过电力系统既有的SDH网络连接到PTP(IEEE1588)主时钟的条件下，通过E1/Ethernet网桥进行转换，并通过嵌入式微处理器上的时延补偿模块消除SDH网络不对称切换延迟，使同步时间精度与协调世界时(UTC)相比优于1μs，满足了电力系统同步精度的要求。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型提供了一种基于精确时间协议的电力系统时间同步装置，采用PTP(IEEE1588)主时钟时间报文信号作为输入源，在必须经过电力系统既有的SDH网络连接到PTP(IEEE1588)主时钟的条件下，同步时间精度与协调世界时(UTC)相比优于1μs，满足了电力系统同步精度的要求。下面结合附图对本实用新型作出详细的说明。
如图1所示，本实用新型提供的基于精确时间协议的电力系统时间同步装置，包括E1/Ethernet网桥、1588时钟信号接收单元、报文解析模块、嵌入式微处理器、本地时钟信号生成单元和输出接口单元。
E1/Ethernet网桥将符合SDH E1协议的1588主时钟时间报文转换为符合TCP/IP协议的1588主时钟时间报文，从而实现了与电力系统既有的SDH网络的互通。
1588时钟信号接收单元接收符合TCP/IP协议的1588主时钟时间报文并输出至报文解析模块。
报文解析模块，解析所述1588主时钟时间报文获得1588时钟信号，并输出至本地时钟信号生成单元，同时将报文传递给嵌入式微处理器，用于嵌入式微处理器回应来自PTP主时钟的报文；
嵌入式微处理器上设有时延补偿模块，时延补偿模块计算得出SDH网络的不对称切换延迟。
本地时钟信号生成单元包括FPGA和时钟振荡锁相单元，FPGA上设有相位及时标处理模块、频率合成模块、1PPS信号产生模块、串行信号产生模块和IRIG-B信号产生模块。输出接口单元包括10MHz、1PPS、PPS＋串行和IRIG-B接口。
时钟振荡锁相单元和相位及时标处理模块跟踪并锁定1588时钟信号，并根据时延补偿模块计算出的SDH网络的不对称切换延迟对1588时钟信号进行时延补偿后生成本地时钟信号，并分别输送给频率合成模块、1PPS信号产生模块、串行信号产生模块和IRIG-B信号产生模块。频率合成模块将本地时钟信号转换为10MHz信号并输出至10MHz接口，1PPS产生模块将本地时钟信号转换为1PPS信号并输出至1PPS接口，串行信号产生模块将本地时钟信号转换为串行信号并与1PPS信号一同输出至PPS+串行时间接口，IRIG-B产生模块将本地时钟信号转换为IRIG-B信号并输出至IRIG-B接口。
本实用新型还包括监测单元，嵌入式微处理器上还设有时钟历史数据存储模块和备用时钟生成模块，时钟历史数据存储模块存储近期的时钟历史数据，监测单元监测主时钟时间报文丢失信号并发出相应的控制信号，备用时钟生成单元根据所述控制信号，从时钟历史数据存储模块中存储的时钟历史数据中恢复得到本地时钟信号并输出至输出接口单元，可以维持产品提供原有精度的同步输出信号长达24小时，为工程人员排查、抢修故障赢得时间。
另外，嵌入式微处理器连接系统管理端口，系统管理端口包括RS232接口和10M/100M 网络接口，具有控制、管理功能，实现用户接口及网络通信功能。
综上所述，本实用新型具有以下优点：
（1）、维护费用大大降低，全网可实时监控，没有卫星授时系统可能存在的系统性风险，并可以实现与卫星授时近似的精度；
（2）、在现有的电力系统中各个电厂、调度中心和变电站之间的SDH传输网络，通过Ethernet/E1协议转换建立专用的PTP定时传输网络，这样的网络传输跳数可控制，只要PTP网络从钟设计巧妙，算法科学就可以保证PTP传输的精度，实现优于1us的时间同步，为在电力系统实现自主的时间同步提供了一个实用的解决方案。
本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本实用新型的启示下作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.基于精确时间协议的电力系统时间同步装置，其特征在于，包括：
E1/Ethernet网桥，将符合SDH E1协议的1588主时钟时间报文转换为符合TCP/IP协议的1588主时钟时间报文；
1588时钟信号接收单元，接收所述符合TCP/IP协议的1588主时钟时间报文；
报文解析模块，解析所述1588主时钟时间报文获得1588时钟信号；
嵌入式微处理器，其上设有时延补偿模块，所述时延补偿模块计算得出SDH网络的不对称切换延迟；
本地时钟信号生成单元，锁定所述1588时钟信号，并根据所述SDH网络不对称切换延迟对所述1588时钟信号进行时延补偿，生成本地时钟信号；
输出接口单元，包括10MHz、1PPS、PPS＋串行和IRIG-B接口，输出基于本地时钟的各种同步信号。
2.如权利要求1所述的基于精确时间协议的电力系统时间同步装置，其特征在于，所述本地时钟信号生成单元包括FPGA和时钟振荡锁相单元，所述FPGA上设有相位及时标处理模块、频率合成模块、1PPS信号产生模块、串行信号产生模块和IRIG-B信号产生模块，所述时钟振荡锁相单元和相位及时标处理模块跟踪并锁定所述1588时钟信号，并对所述1588时钟信号进行SDH网络不对称切换延迟时延补偿后生成所述本地时钟信号分别输送给所述频率合成模块、1PPS信号产生模块、串行信号产生模块和IRIG-B信号产生模块，所述频率合成模块将所述本地时钟信号转换为10MHz信号并输出至所述10MHz接口，所述1PPS产生模块将所述本地时钟信号转换为1PPS信号并输出至所述1PPS接口，所述串行信号产生模块模块将所述本地时钟信号转换为串行信号并与1PPS信号一同输出至所述PPS+串行时间接口，所述IRIG-B产生模块将所述本地时钟信号转换为IRIG-B信号并输出至所述IRIG-B接口。
3.如权利要求1所述的基于精确时间协议的电力系统时间同步装置，其特征在于，还包括监测单元，所述嵌入式微处理器上设有时钟历史数据存储模块和备用时钟生成模块，所述时钟历史数据存储模块存储近期的时钟历史数据，所述监测单元监测主时钟时间报文丢失信号并发出相应的控制信号，所述备用时钟生成单元根据所述控制信号，从所述时钟历史数据存储模块中存储的时钟历史数据中恢复得到所述本地时钟信号并输出至所述输出接口单元。
4.如权利要求1所述的基于精确时间协议的电力系统时间同步装置，其特征在于，所述嵌入式微处理器连接系统管理端口，所述系统管理端口包括RS232接口和10M/100M 网络接口。
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