智能变电站网络时钟同步应用优化措施研究

针对智能变电站业务同步精度影响业务服务质量问题，本文开展智能变电站网络时钟同步应用优化措施研究。首先对当前网络时钟同步技术进行分析比较；结合智能变电站对时钟同步精度的实际要求以及变电站业务实际业务应用的同步需求，从冗余组网、独立网络拓扑和分层对时等方面，通过典型实例阐述同步优化措施，从而实现智能变电站网络时钟同步应用优化的目的。

时钟同步系统是智能变电站的重要组成部分，是实现智能变电站设备测量、控制和保护的重要技术支撑[1] [2]；其中时钟同步精度是影响智能变电站的控制精度和性能的主要因素[3]。

按照IEC61850 标准，智能变电站设备的时钟精度要求从T1 到T5 划分为5 级[1]。为保证时间同步精度，变电站同步机制采用简单网络时间协议(SNTP)和IEEE1588 协议实现(以下简称1588 协议)。SNTP协议对时精度为ms 级，能够保证数字化变电站中间隔层设备的对时精度需求[3]；但不能满足智能变电站IEC61850 标准T5 级计量设备时钟精度1us 要求[4]。与之SNTP 相比，1588 协议时钟精度可达到亚微秒级，能够满足智能变电站T1 到T5 级时间精度要求[5] [6] [7]。在智能变电站中，1588 协议可以在站控层网络和过程层网络中直接运行，因此不需要专门对时网络而具有简化系统结构的优点[8] [9] [10] [11]。

典型变电站同步结构如图1 所示：电力时间同步系统常用的结构为主时钟设备接收卫星(北斗BD 和GPS)无线时间基准信号，分散部署的从时钟跟踪主时钟为具体的保护和自动化装置授时。电力现使用的同步技术有卫星同步技术、NTP/SNTP 网络同步技术和1588 协议网络同步技术，其中卫星同步技术主要包括全球卫星定位系统以及我国自主研发的北斗卫星导航系统。

而1588 协议应用于智能变电站IEC61850框架下即为IEC61588 协议[12]。

在IEC61850 标准中，将简单网络时间协议(SNTP)纳入目的是为数字化变电站提供基于以太网的高精度对时。但是，SNTP 的同步精度仅能达到毫秒级，在一些要求同步精度较低的环境能够适用，却无法满足过程层微秒甚至亚微秒级的同步精度。为解决SNTP 的以上不足，2002 年，IEEE 标准委员会确立了IEEE1588 精确时间协议(PTP)规范，其基本构思是结合软、硬件，将网络设备的时间同步于主控机， 提供同步建立时间小于10 毫秒的运用，显著地改善了整个网络的定时同步指标。在智能变电站中，1588可以在站控层网络和过程层网络中直接运行，不需要专门的对时网络，因此简化了整个系统的结构[10] [11]。

即便如此， 在智能变电站建设实际工程实践中，在变电站时间同步方面仍然存在诸多有待解决的问题，具体表现如下：1) 在可靠性方面更多考虑单台设备可靠性，如电磁兼容、散热、电源冗余等，对设备外部异常考虑较少，造成系统处理外部时间源异常能力较弱，系统可靠性存在较大隐患；2) 不支持IEC61850 标准或IEEE1588 标准，变电站监控系统无法直接获取时间同步系统的状态信息，各厂商设备