CN203423769U - 基于ptn+epon通信系统的智能配电网时间同步系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种配电网时间同步系统，特别涉及一种基于PTN+EPON通信系统的智能配电网时间同步系统。包括精确时钟源装置，精确时钟源装置的主时钟端口通过IEC61588协议连接局端PTN设备的从时钟端口，局端PTN设备的主时钟端口依次与多个变电站中的PTN设备级联形成一个环形结构，所述的变电站中的PTN设备的主时钟端口连接路由器，路由器通过交换机连接OLT设备的从时钟端口，OLT设备通过光纤连接ONU设备，ONU设备的主时钟端口与配电终端相连接。本实用新型只将GPS用作时钟源，应用IEC61588技术，通过通信系统将精确时间逐级传递，使整个智能配电网实现时间同步，时间精度理论上优于1微秒，对GPS的依赖性小，能够满足智能配电网对时间同步的要求，结构简单，实用性高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种配电网时间同步系统，特别涉及一种基于PTN+EPON通信系统的智能配电网时间同步系统。
背景技术
随着智能配电网的快速发展，同步测量和基于通信网络的纵联保护等智能配电网关键支撑技术都对时间同步系统提出了很高的要求，因此时间同步技术在智能配电网中的地位也越来越高。
现有的电力系统同步技术应用最广泛的就是全球定位系统（Global Positioning System，GPS）。GPS输出的统计误差为1μs，可以满足电力系统自动化的时钟同步要求，在变电站自动化和调度自动化中应用广泛。
IEC61588协议全称为网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准，简称PTP(Precision Time Protocol)。IEC61588标准主要为满足测量仪器和工业控制所需要的测量准确度而产生，在2008年形成了IEEE1588V2，并很快被国际电工委员会(InternationalElectrotechnical Commission，IEC)和国家标准采用，形成IEC61588-2009和GB/T25931-2010标准。它是一种精确的时钟同步协议，具有亚微秒级的同步性能。
配电网通信系统从结构上可以分为两层，骨干层和接入层。骨干层实现变电站间的通信，主要采用SDH/MSTP（Synchronous Digital Hierarchy/Multi-Service Transfer Platform，同步数字体系/多业务传输平台）技术、分组传输网（Packet Transport Network，PTN）技术等。PTN技术凭借其以分组业务为核心，支持多业务提供，有高可用性和可靠性、可扩展及较高的安全性等特性成为了现阶段电力通信骨干网最主要的通信技术。接入层实现馈线终端信息向变电站的汇集功能，主要技术有无源光网络PON技术和工业以太网技术等。无源光网络中的以太网无源光网络（Ethernet Passive Optical Network，EPON）凭借其高带宽、建设成本低、分配灵活、具有多业务支持能力、易于扩展和升级等优势，现已成为了智能配电网通信系统接入层建设的首选技术。
现有的智能配电网时间同步系统对GPS高度依赖对于安全性非常不利，而且智能配电网具有网点多而分散，分布范围广，环境复杂等特点，若在每个配电终端处都装设GPS装置，在经济性和可行性方面具有很大挑战。
实用新型内容
根据以上现有技术中的不足，本实用新型要解决的问题是：提供一种技术简单，运行成本低，时间精度高，对GPS依赖性小，能够满足智能配电网时间同步的基于PTN+EPON通信系统的智能配电网时间同步系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
所述的基于PTN+EPON通信系统的智能配电网时间同步系统，包括精确时钟源装置，精确时钟源装置的主时钟端口通过IEC61588协议连接局端PTN设备的从时钟端口，局端PTN设备的主时钟端口依次与多个变电站中的PTN设备级联形成一个环形结构，所述的变电站中的PTN设备的主时钟端口连接路由器，路由器通过交换机连接OLT设备的从时钟端口，OLT设备通过光纤连接ONU设备，ONU设备的主时钟端口与配电终端相连接。
所述的基于PTN+EPON通信系统的智能配电网时间同步系统的特征在于整个配电网通过通信系统将精确时间逐级传递，使整个智能配电网实现时间同步。配电网通信系统从结构上分为骨干层和接入层，本实用新型将IEC61588技术引入到了配电网自动化对时系统中，在骨干层复用PTN网络，在接入层复用EPON网络，IEC61588技术保证了网络时间同步精度，并减低配电网络对GPS系统的依赖，提高了安全性和可靠性。在骨干层和接入层的连接处，通过交换机和路由器将报文传递给接入层的EPON设备，交换机和路由器设备只起到汇聚和路由的作用，为了减少边界时钟级数过多产生的累积误差，将这两个设备都配置成透明时钟，实现时钟报文的透传。骨干层上主站局端PTN设备和变电站分别配置PTN设备来构成环形网，骨干环网使用线性1+1冗余保护，采用双发选收机制，信息源向主用通道和备用通道同时发送业务信息，网络正常时，接收端PTN设备接收工作通道上的信息，当网络故障时，接收端设备接收保护通道上的信息。
其中优选方案为：
所述的精确时钟源装置为GPS装置或北斗装置或GPS/北斗装置，精确时钟源装置上设置高稳恒温晶体振荡器和GPS与北斗接收天线。以GPS/北斗系统互为备用作为系统的时钟源，采用高稳恒温晶体振荡器（OCXO）作为本地时钟，运用GPS和北斗系统对高稳晶振进行校频实现同步。如果GPS和北斗系统都被干扰不能正常使用，高稳晶振自动进入保持状态，继续提供高精度频率和时间信号输出，以维持系统的正常工作。
所述的OLT设备通过分光器连接多个ONU设备。可以根据需要通过ONU设备接入多个配电终端。
所述的配电终端的接口采用单网口或双网口。配电终端配（Feeder Terminal Unit，FTU）有主备用两个网口，正常运行时FTU接受来自主用网口的同步信息，当主用网口发生故障不能接收同步信息时，FTU自动切换到备用网口，继续接收来自ONU的同步信息。
所述的ONU设备设置主用和备用两个PON接口。每个ONU上都有主备用两个PON接口，分别接收来自于两条光缆上的同步报文，系统正常运行时ONU接收来自主用PON口的同步信息，当发生光缆断线等故障时，主用PON口接收不到来自于OLT的信息，则在50ms内切换至备用PON口，接收来自备用OLT的同步信息。如此，就能完成IEC61588在接入层通信通道的切换，保证了对时系统的可靠性。
所述的OLT设备连接ONU设备所形成的EPON系统拓扑结构采用总线型或手拉手型或OLT双PON口型。手拉手型冗余组网的主备用OLT分别配置在两个变电站中，这种方式适用于地理位置位于两个变电站之间的配电装置；OLT双PON口型冗余组网的主备用OLT配置在同一个变电站中，可以是两台PTN设备，也可以是一台设备的两个PON接口，这种方式可以通过2芯光纤来实现，普遍适用于各种位置的配电终端装置上。
所述的PTN设备采用边界时钟，路由器和交换机采用透明时钟，OLT设备和ONU设备共同配置为边界时钟。PTN设备采用边界时钟模型，边界时钟可以将时间信息逐级传递，起到分隔PTP子域的作用。骨干层和接入层连接处的路由器和交换机采用透明时钟模型，透明时钟可以减小时钟节点对PTP报文的累积误差，提高时间同步精度。EPON设备采用OLT（optical lineterminal，光线路终端）和ONU（Optical Network Unit，光网络单元）共同配置成边界时钟模型，主从时间同步精度可以达到100ns，满足智能配电网对同步精度的要求。
所述的变电站中的PTN设备连接GPS/北斗精确时钟源装置。在有条件的变电站处设置备用时钟源，每个时钟节点通过各自运行IEC61588中的最佳主时钟算法来实现对时钟源的自动选择。
本实用新型所具有的有益效果是：
所述的基于PTN+EPON通信系统的智能配电网时间同步系统解决了现有智能配电网对时系统对GPS的高度依赖等问题。只将GPS用作时钟源，应用IEC61588技术，在骨干层复用PTN技术，接入层复用EPON技术，通过通信系统将精确时间逐级传递，从而使整个智能配电网实现时间同步，提高了网络时间同步精度，减低了配电网对GPS系统的依赖，提高了安全性和可靠性。将系统主时钟源设置在配电自动化主站处，另外在有条件的变电站处设置备用时钟源，由各时间节点自动选择其所用以同步的时钟源。对于骨干层应用PTN技术和接入层应用EPON技术的智能配电网通信系统，将骨干层PTN设备设置为边界时钟模式，将接入层EPON系统的OLT和ONU共同配置为边界时钟模式，将骨干层与接入层连接处的路由器和交换机设置为透明时钟模式，实现PTP域的合理划分。本实用新型提供了一种时间精度理论上优于1微秒，对GPS的依赖性小，能够满足智能配电网对时间同步的要求，结构简单，实用性高的智能配电网时间同步系统。
附图说明
图1为本实用新型的精确时钟逐级传递示意图；
图2为本实用新型的系统结构拓扑图；
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例做进一步描述：
如图1、图2所示，本实用新型所述的基于PTN+EPON通信系统的智能配电网时间同步系统，包括精确时钟源装置，精确时钟源装置为GPS装置或北斗装置或GPS/北斗装置，精确时钟源装置上设置高稳恒温晶体振荡器和GPS与北斗接收天线，精确时钟源装置的主时钟端口通过IEC61588协议连接局端PTN设备的从时钟端口，局端PTN设备的主时钟端口依次与多个变电站中的PTN设备级联形成一个环形结构，所述的变电站中的PTN设备的主时钟端口连接路由器，路由器通过交换机连接OLT设备的从时钟端口，OLT设备通过光纤连接ONU设备，ONU设备的主时钟端口与配电终端相连接。
其中，如图2所示，OLT设备通过分光器POS连接多个ONU设备，ONU设备设置主用和备用两个PON接口，OLT设备连接ONU设备所形成的EPON系统拓扑结构采用总线型或手拉手型或OLT双PON口型。配电终端的接口采用单网口或双网口，PTN设备采用边界时钟，路由器和交换机采用透明时钟，OLT设备和ONU设备共同配置为边界时钟。变电站中的PTN设备连接GPS/北斗精确时钟源装置。
基于PTN+EPON通信系统的智能配电网时间同步方法，其主要步骤为：
1）以GPS/北斗装置作为精确时钟源装置，高稳恒温晶体振荡器作为本地时钟，通过GPS和北斗系统对高稳恒温晶体振荡器进行校频实现同步；
2）精确时钟源装置生成的带有时间信息的精确时钟报文，通过IEC61588端口传递给局端PTN设备，局端PTN设备通过从时钟端口接收精确时钟报文，并提取出报文中的时间信息更新本地时钟，同时终结该报文，局端PTN设备设置为边界时钟模型；
3）局端PTN设备将生成的带有本地时钟的时间信息的精确时钟报文传递给变电站中的PTN设备，变电站中的PTN设备通过从时钟端口接收精确时钟报文，并提取出报文中的时间信息更新本地时钟，同时终结该报文，变电站中的PTN设备设置为边界时钟模型；
4）变电站中的PTN设备生成的带有本地时钟的时间信息的精确时钟报文，一方面将此报文通过下联网口作为主时钟信息传递给下一个变电站中的PTN设备，直至局端PTN设备检测到最后一个变电站传递的报文信息后截止，并且抛弃该报文信息，重新形成新的精确时钟源继续依次传递；另一方面将此报文通过骨干层的路由器和交换机传递给接入层的EPON设备的OLT设备，路由器和交换机设置为透明时钟模型；
5）精确时钟报文传递到接入层EPON设备时，首先通过EPON系统内部的测距功能将OLT设备与所连接的ONU设备实现同步，OLT设备与所连接的ONU设备共同设置为边界时钟模式；
6）实现OLT设备和ONU设备同步后，OLT设备通过从时钟接口接收到从交换机透传过来的精确时钟报文，更新OLT设备的时间信息，然后通过EPON系统的测距功能，同时更新ONU设备的本地时钟；
7）ONU设备此时作为主时钟，ONU设备按照本地时钟生成新的PTP报文，通过下联网口将报文发给配电终端设备。
本实用新型将GPS用作时钟源，应用IEC61588技术，在骨干层复用PTN技术，接入层复用EPON技术，通过通信系统将精确时间逐级传递，使整个智能配电网实现时间同步，提高了网络时间同步精度，减低了配电网对GPS系统的依赖，提高了安全性和可靠性。
Claims (8)
1.一种基于PTN+EPON通信系统的智能配电网时间同步系统，其特征在于：包括精确时钟源装置，精确时钟源装置的主时钟端口通过IEC61588协议连接局端PTN设备的从时钟端口，局端PTN设备的主时钟端口依次与多个变电站中的PTN设备级联形成一个环形结构，所述的变电站中的PTN设备的主时钟端口连接路由器，路由器通过交换机连接OLT设备的从时钟端口，OLT设备通过光纤连接ONU设备，ONU设备的主时钟端口与配电终端相连接。
2.根据权利要求1所述的基于PTN+EPON通信系统的智能配电网时间同步系统，其特征在于：所述的精确时钟源装置为GPS装置或北斗装置或GPS/北斗装置，精确时钟源装置上设置高稳恒温晶体振荡器和GPS与北斗接收天线。
3.根据权利要求1所述的基于PTN+EPON通信系统的智能配电网时间同步系统，其特征在于：所述的OLT设备通过分光器连接多个ONU设备。
4.根据权利要求1所述的基于PTN+EPON通信系统的智能配电网时间同步系统，其特征在于：所述的配电终端的接口采用单网口或双网口。
5.根据权利要求1所述的基于PTN+EPON通信系统的智能配电网时间同步系统，其特征在于：所述的ONU设备设置主用和备用两个PON接口。
6.根据权利要求1所述的基于PTN+EPON通信系统的智能配电网时间同步系统，其特征在于：所述的OLT设备连接ONU设备所形成的EPON系统拓扑结构采用总线型或手拉手型或OLT双PON口型。
7.根据权利要求1所述的基于PTN+EPON通信系统的智能配电网时间同步系统，其特征在于：所述的PTN设备采用边界时钟，路由器和交换机采用透明时钟，OLT设备和ONU设备共同配置为边界时钟。
8.根据权利要求1所述的基于PTN+EPON通信系统的智能配电网时间同步系统，其特征在于：所述的变电站中的PTN设备连接GPS/北斗精确时钟源装置。
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