基于工業(yè)以太網(wǎng)直連接入環(huán)的智能配電網(wǎng)ieee1588校時同步系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種配電網(wǎng)校時同步系統(tǒng)，特別涉及一種基于工業(yè)以太網(wǎng)直連接入環(huán)的智能配電網(wǎng)IEEE1588校時同步系統(tǒng)。包括骨干層和接入層，骨干層的主站關(guān)口交換機(jī)連接上級網(wǎng)傳精確時鐘裝置，主站關(guān)口交換機(jī)和子站交換機(jī)連接形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，接入層第一關(guān)口交換機(jī)和第二關(guān)口交換機(jī)連接在子站交換機(jī)兩側(cè)后再與接入層交換機(jī)相連接形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，主站關(guān)口交換機(jī)、第一關(guān)口交換機(jī)和第二關(guān)口交換機(jī)設(shè)置為邊界時鐘，子站交換機(jī)和接入層交換機(jī)設(shè)置為透明時鐘，配電終端裝置設(shè)置為普通時鐘。本發(fā)明技術(shù)簡單、時間精度高、對GPS依賴性小、既節(jié)省費(fèi)用擴(kuò)展度又好、覆蓋地域廣闊、很好的適應(yīng)接入層是直連接入環(huán)、能夠滿足智能配電網(wǎng)時間同步要求。
【專利說明】基于工業(yè)以太網(wǎng)直連接入環(huán)的智能配電網(wǎng)IEEE1588校時同步系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種配電網(wǎng)校時同步系統(tǒng)，特別涉及一種基于工業(yè)以太網(wǎng)直連接入環(huán)的智能配電網(wǎng)IEEE1588校時同步系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前輸電網(wǎng)的各個骨干節(jié)點(diǎn)時間同步精度已經(jīng)達(dá)到了較高標(biāo)準(zhǔn)，配網(wǎng)自動化覆蓋的中壓節(jié)點(diǎn)時間同步精度仍然比較低。在智能配電網(wǎng)的建設(shè)中，具有同步相量采集功能的智能配電網(wǎng)廣域測控體系是智能配電網(wǎng)的關(guān)鍵支撐技術(shù)，要實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)安全分析和測控平臺建設(shè)、智能配電網(wǎng)廣域保護(hù)和事件管理、智能配電網(wǎng)無縫自愈等技術(shù)必需讓配電網(wǎng)的校時精度達(dá)到微秒級，所以對智能配電網(wǎng)精確時間同步體系建設(shè)研究具有重要的實(shí)際意義。
[0003]當(dāng)前電力系統(tǒng)的時間同步研究以變電站自動化為主，主要采用的技術(shù)有:GPS對時、秒脈沖對時、IRIG-B碼、簡單網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議SNTP、精確時間同步協(xié)議PTP等。其中GPS同步精度高，但成本昂貴不適合在配電網(wǎng)大量節(jié)點(diǎn)中應(yīng)用，且其穩(wěn)定性安全性也不十分可靠；秒脈沖和IRIG-B編碼同步也能達(dá)到較高精度，但需要額外對時專用線路，無法應(yīng)用在配電網(wǎng)這種跨度距離比較大的分布式系統(tǒng)中；SNTP網(wǎng)絡(luò)報(bào)文同步對時精度只能達(dá)到ms級。IEEE1588又叫分布式控制與測量系統(tǒng)的精確時間同步協(xié)議PTP，它在以太網(wǎng)中通過校時包并在底層打時間戳來同步網(wǎng)絡(luò)達(dá)到亞微秒級的時間精度，該協(xié)議可以復(fù)用以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，對資源占用低，無需鋪設(shè)額外線路，能降低系統(tǒng)建設(shè)成本。目前IEEE1588在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究大多集中在變電站自動化領(lǐng)域，配電網(wǎng)中的應(yīng)用處于起步階段。且已有大量國內(nèi)外廠家成熟的支持IEEE1588協(xié)議的交換機(jī)產(chǎn)品。
[0004]光纖通信以其大容量帶寬、強(qiáng)抗干擾能力、相對低廉的成本、低誤碼率、高速率、保密性好等可靠穩(wěn)定的通信品質(zhì)成為配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的首選技術(shù)。隨著IP業(yè)務(wù)的大量增加，光纖以太網(wǎng)技術(shù)在配電網(wǎng)通信系統(tǒng)骨干層和接入層中逐漸成為首選技術(shù)。以千兆以太環(huán)網(wǎng)構(gòu)建配電自動化骨干網(wǎng)，以百兆工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)構(gòu)建配電自動化接入網(wǎng)的方案成為配電網(wǎng)自動化通信系統(tǒng)建設(shè)的典型方案。本發(fā)明就此典型方案為基礎(chǔ)，研究一種采用IEEE1588復(fù)用基于光纖以太網(wǎng)技術(shù)配電網(wǎng)通信系統(tǒng)的校時體系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明要解決的問題是:提供一種技術(shù)簡單、時間精度高、對GPS依賴性小、既節(jié)省費(fèi)用擴(kuò)展度又好、覆蓋地域廣闊、尤其適應(yīng)接入層是直連接入環(huán)結(jié)構(gòu)、能夠滿足智能配電網(wǎng)時間同步要求的基于工業(yè)以太網(wǎng)直連接入環(huán)的智能配電網(wǎng)IEEE1588校時同步系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0007]所述的基于工業(yè)以太網(wǎng)直連接入環(huán)的智能配電網(wǎng)IEEE1588校時同步系統(tǒng)，包括骨干層和接入層，骨干層包括一個主站關(guān)口交換機(jī)和多個子站交換機(jī)，主站關(guān)口交換機(jī)連接上級網(wǎng)傳精確時鐘裝置，主站關(guān)口交換機(jī)和子站交換機(jī)通過千兆光纖接口連接形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，接入層包括第一關(guān)口交換機(jī)、第二關(guān)口交換機(jī)和多個接入層交換機(jī)，第一關(guān)口交換機(jī)和第二關(guān)口交換機(jī)通過百兆光纖接口分別連接在子站交換機(jī)兩側(cè)后再與接入層交換機(jī)相連接形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，第一關(guān)口交換機(jī)、第二關(guān)口交換機(jī)和接入層交換機(jī)均連接配電終端裝置，主站關(guān)口交換機(jī)、第一關(guān)口交換機(jī)和第二關(guān)口交換機(jī)設(shè)置為邊界時鐘，子站交換機(jī)和接入層交換機(jī)設(shè)置為透明時鐘，配電終端裝置設(shè)置為普通時鐘；
[0008]基于工業(yè)以太網(wǎng)直連接入環(huán)的智能配電網(wǎng)IEEE1588校時同步方法步驟如下:
[0009]I)骨干層的主站關(guān)口交換機(jī)接收來自上級網(wǎng)傳精確時鐘裝置的時鐘源報(bào)文，通過將主站關(guān)口交換機(jī)設(shè)置為邊界時鐘，主站關(guān)口交換機(jī)接收到上級時間報(bào)文后將此報(bào)文終結(jié)，然后主站關(guān)口交換機(jī)根據(jù)所接收到的信息更新本地時鐘；
[0010]2)骨干層的主站關(guān)口交換機(jī)將更新后的本地時鐘作為主時鐘，通過主時鐘端口將報(bào)文信息發(fā)送給連接在骨干層上的其他的子站交換機(jī)，子站交換機(jī)均設(shè)置為透明時鐘，在接收到報(bào)文信息后不更新自身的時鐘，相當(dāng)于直接將報(bào)文信息轉(zhuǎn)發(fā)至其它子站交換機(jī)；
[0011]3)主站關(guān)口交換機(jī)在將報(bào)文信息傳達(dá)到子站交換機(jī)的同時，主站關(guān)口交換機(jī)的校時時鐘穿過子站交換機(jī)發(fā)送給接入層內(nèi)的交換機(jī)，若環(huán)阻斷出現(xiàn)在相連接的兩個接入層交換機(jī)之間，則主站關(guān)口交換機(jī)的校時時鐘同時發(fā)送到第一關(guān)口交換機(jī)和第二關(guān)口交換機(jī)，第一關(guān)口交換機(jī)和第二關(guān)口交換機(jī)均設(shè)置為邊界時鐘，第一關(guān)口交換機(jī)和第二關(guān)口交換機(jī)接收到報(bào)文信息后分別更新本地時鐘，將更新后的本地時鐘分別作為主時鐘發(fā)送給與其相連接的接入層交換機(jī)以及與第一關(guān)口交換機(jī)、第二關(guān)口交換機(jī)和接入層交換機(jī)相連接的配電終端裝置進(jìn)行校時；若第二關(guān)口交換機(jī)與子站交換機(jī)之前出現(xiàn)環(huán)阻斷，則主站關(guān)口交換機(jī)的校時時鐘穿透過子站交換機(jī)發(fā)送到接入層的第一關(guān)口交換機(jī)，第一關(guān)口交換機(jī)完成時間同步后本身作為主時鐘，將報(bào)文信息發(fā)送給與其連接的其他接入層交換機(jī)、第二關(guān)口交換機(jī)以及與接入層交換機(jī)、第一關(guān)口交換機(jī)和第二關(guān)口交換機(jī)連接的配電終端裝置，接入層交換機(jī)均設(shè)置為透明時鐘。
[0012]在精確時鐘源的統(tǒng)一校時下，骨干層通信環(huán)網(wǎng)覆蓋配網(wǎng)主站(地市調(diào)度中心)和配網(wǎng)子站(各個變電站)，接入層環(huán)網(wǎng)由該層兩個關(guān)口交換機(jī)即第一關(guān)口交換機(jī)和第二關(guān)口交換機(jī)從兩邊直接接入本地通信匯聚點(diǎn)骨干層網(wǎng)的子站交換機(jī)上，兩個關(guān)口交換機(jī)通過連接其它所有接入層交換機(jī)再加上骨干層的子站交換機(jī)形成一個完整的接入環(huán)，覆蓋通信匯聚點(diǎn)的各個開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、配電所、柱上開關(guān)，最后形成了 IEEE1588協(xié)議在骨干層的大環(huán)與多個接入層小環(huán)直連接入的結(jié)構(gòu)中逐層傳遞的機(jī)制。在骨干層的大環(huán)中，選擇位于主站的交換機(jī)節(jié)點(diǎn)定義為該層的關(guān)口交換機(jī)，即主站關(guān)口交換機(jī)，時鐘類型選擇為邊界時鐘BC，其他節(jié)點(diǎn)為子站交換機(jī)，時鐘類型選擇為透明時鐘TC (P2P模式)。在接入層的小環(huán)中，選擇第一關(guān)口交換機(jī)和第二關(guān)口交換機(jī)(每個直連接入環(huán)有兩個關(guān)口交換機(jī))，時鐘類型選擇為邊界時鐘BC，其他接入層交換機(jī)節(jié)點(diǎn)時鐘類型選擇為透明時鐘TC (P2P模式)，配電終端裝置設(shè)置為普通時鐘0C。邊界時鐘BC節(jié)點(diǎn)是分割PTP校時子域的邊界，它能形成結(jié)構(gòu)清晰、多個層次分明、相對獨(dú)立、對時過程簡便的PTP子域，通過上一層為下一層來一級一級的校時，最終形成一個時鐘校時樹體系。每個PTP子域的Sync報(bào)文發(fā)送周期一般為2秒，這兩秒中本地的時鐘誤差會逐漸積累，直到下一次更新。而下一層會在本地2秒積累的誤差加上上一層2秒累積的誤差，層級越多誤差積累必然越多。關(guān)口交換機(jī)相當(dāng)于一個時鐘信息流的關(guān)口，在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)與上下級網(wǎng)絡(luò)的連接處都由關(guān)口交換機(jī)把守，將其設(shè)置為邊界時鐘BC，使本層與它上下層的校時體系隔開，形成相對獨(dú)立的PTP子域，每一層級的通信網(wǎng)作為一個大的校時整體，由本層的關(guān)口交換機(jī)邊界時鐘BC開始廣播發(fā)送校時包，該層中所有的校時信息都能通過透明時鐘TC無誤差積累地傳送到本層所有時間節(jié)點(diǎn)上。將關(guān)口交換機(jī)設(shè)置為邊界時鐘BC還可以阻斷不同層級間校時信息的流動，減輕了線路和設(shè)備的通信負(fù)擔(dān)，增強(qiáng)校時系統(tǒng)的穩(wěn)定性。按這種方法分割時鐘校時區(qū)域，校時信息在區(qū)縣級骨干層傳遞到它的IOKV配網(wǎng)接入層的終端設(shè)備上只需要經(jīng)過兩層PTP校時域。這樣既保證了將校時誤差控制在最小范圍內(nèi)，又能形成一個規(guī)?？扇我鈹U(kuò)展的廣域多層統(tǒng)一校時網(wǎng)絡(luò)。
[0013]進(jìn)一步地優(yōu)選，骨干層的主站關(guān)口交換機(jī)上設(shè)置GPS裝置，子站交換機(jī)上設(shè)置北斗裝置。當(dāng)主站關(guān)口交換機(jī)無法正常接收上級網(wǎng)傳精確時鐘裝置的報(bào)文信息時，可以根據(jù)主站關(guān)口交換機(jī)上設(shè)置的GPS裝置進(jìn)行校時，不需要每個站點(diǎn)都配備GPS裝置，只需要在每層的關(guān)口交換機(jī)上設(shè)置即可，不但能保證校時系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還能降低校時系統(tǒng)的成本；在無法正常接收上級網(wǎng)傳精確時鐘裝置的報(bào)文信息，主站關(guān)口交換機(jī)的GPS裝置也發(fā)生故障時，可以通過子站交換機(jī)上設(shè)置的北斗裝置進(jìn)行校時，并不是所有的子站交換機(jī)都設(shè)置有北斗裝置，我們可以根據(jù)需要選擇性的設(shè)置，降低校時系統(tǒng)的成本。
[0014]進(jìn)一步地優(yōu)選，接入層的第一關(guān)口交換機(jī)設(shè)置為邊界時鐘作為第一本地時鐘，第二關(guān)口交換機(jī)設(shè)置為邊界時鐘作為第二本地時鐘。在無法正常接收上級精確時鐘裝置的報(bào)文信息時，通過第一關(guān)口交換機(jī)和第二關(guān)口交換機(jī)上設(shè)置的本地時鐘進(jìn)行校時。
[0015]進(jìn)一步地優(yōu)選，主站關(guān)口交換機(jī)和子站交換機(jī)均采用三層工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。第一關(guān)口交換機(jī)、第二關(guān)口交換機(jī)和接入層交換機(jī)均采用二層工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。
[0016]進(jìn)一步地優(yōu)選，子站交換機(jī)和接入層交換機(jī)設(shè)置為點(diǎn)對點(diǎn)透傳模式。將子站交換機(jī)和接入層交換機(jī)的透明時鐘TC都設(shè)置為點(diǎn)到點(diǎn)(P2P)透明時鐘是為了更進(jìn)一步減輕線路和設(shè)備通信負(fù)擔(dān)。點(diǎn)到點(diǎn)(P2P)時，相鄰設(shè)備間的路徑延時抖動都通過固定周期的定時測量記錄在節(jié)點(diǎn)中，當(dāng)主時鐘發(fā)送的時間戳信息傳遞到從時鐘時，整個路徑延時抖動和交換機(jī)協(xié)議棧抖動都累加到這個主時鐘信息中，從時鐘只需要根據(jù)自己接收到的Sync報(bào)文的本地時間，就可以精確算出與主時鐘的時間誤差來調(diào)整自己，不需要再發(fā)送Delay-Request、Delay-Response之類后續(xù)報(bào)文,相當(dāng)于主時鐘單向?qū)臅r鐘發(fā)送校時信息，不再用乒乓法。E2E透明時鐘仍然相當(dāng)于用乒乓法來測量整個路徑延時抖動，并且在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘯r(保護(hù)倒換)，E2E透明時鐘同步精度可能出現(xiàn)短暫的較大偏差，會導(dǎo)致保護(hù)裝置的誤動。
[0017]進(jìn)一步地優(yōu)選，骨干層的時鐘源優(yōu)先級從高到底依次為上級網(wǎng)傳精確時鐘裝置、主站關(guān)口交換機(jī)上的GPS裝置和子站交換機(jī)上的北斗裝置。接入層的時鐘源優(yōu)先級從高到底依次為上級網(wǎng)傳精確時鐘裝置、第一關(guān)口交換機(jī)上的第一本地時鐘，第二關(guān)口交換機(jī)上的第二本地時鐘。
[0018]本發(fā)明所具有的有益效果是:
[0019]所述的基于工業(yè)以太網(wǎng)直連接入環(huán)的智能配電網(wǎng)IEEE1588校時同步系統(tǒng)通過合理的校時體系分層，達(dá)到校時網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)展度高的效果，合理選擇的時間節(jié)點(diǎn)類型，達(dá)到校時層級數(shù)量少、積累誤差小、線路和節(jié)點(diǎn)負(fù)荷適當(dāng)、很好的適應(yīng)接入層是直連接入環(huán)結(jié)構(gòu)的效果。使用多種時鐘源備用，增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性，在恰當(dāng)?shù)攸c(diǎn)注入時間源，使骨干層能節(jié)省大量GPS校時裝置。通過對不同時鐘源進(jìn)行優(yōu)先級排序，上級通信節(jié)點(diǎn)時鐘信號為一級，主站時鐘源為二級，子站時鐘源設(shè)為三級，使系統(tǒng)可以通過BMC算法按照時間源質(zhì)量始終確定一個時間源作為主時鐘校時，選擇合適的時鐘源注入點(diǎn)，減少區(qū)縣級骨干層時鐘源數(shù)量。通過設(shè)置接入層關(guān)口交換機(jī)為BC，如果接入層出現(xiàn)時間孤島，可以確立一個時間孤島的統(tǒng)一時鐘，盡可能減小影響。
[0020]本發(fā)明采用IEEE1588技術(shù)、復(fù)用工業(yè)以太網(wǎng)通信系統(tǒng)、通過合理的校時體系分層，選擇合適的時鐘節(jié)點(diǎn)類型，最終形成一個覆蓋所有的配網(wǎng)自動化終端節(jié)點(diǎn)、以上級或本地主站精確時鐘源為主時鐘、多種時鐘源備用、能夠逐級傳遞精確時鐘、網(wǎng)絡(luò)冗余切換時自動形成新時鐘樹、精度優(yōu)于I微秒、擴(kuò)展度好、很好的適應(yīng)接入層是直連接入環(huán)的廣域多層統(tǒng)一配電網(wǎng)校時網(wǎng)絡(luò)，為智能配電網(wǎng)廣域測控系統(tǒng)建設(shè)服務(wù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D；
[0022]圖2為本發(fā)明的精確時鐘逐層傳遞不意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例做進(jìn)一步描述:
[0024]如圖1、圖2所示，本發(fā)明所述的基于工業(yè)以太網(wǎng)直連接入環(huán)的智能配電網(wǎng)IEEE1588校時同步系統(tǒng)，包括骨干層和接入層，其特征在于:骨干層包括一個主站關(guān)口交換機(jī)和多個子站交換機(jī)，主站關(guān)口交換機(jī)連接上級網(wǎng)傳精確時鐘裝置，主站關(guān)口交換機(jī)和子站交換機(jī)通過千兆光纖接口連接形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，接入層包括第一關(guān)口交換機(jī)、第二關(guān)口交換機(jī)和多個接入層交換機(jī)，第一關(guān)口交換機(jī)和第二關(guān)口交換機(jī)通過百兆光纖接口分別連接在子站交換機(jī)兩側(cè)后再與接入層交換機(jī)相連接形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，第一關(guān)口交換機(jī)、第二關(guān)口交換機(jī)和接入層交換機(jī)均連接配電終端裝置，主站關(guān)口交換機(jī)、第一關(guān)口交換機(jī)和第二關(guān)口交換機(jī)設(shè)置為邊界時鐘，子站交換機(jī)和接入層交換機(jī)設(shè)置為透明時鐘，配電終端裝置設(shè)置為普通時鐘；
[0025]基于工業(yè)以太網(wǎng)直連接入環(huán)的智能配電網(wǎng)IEEE1588校時同步方法步驟如下:
[0026]I)骨干層的主站關(guān)口交換機(jī)接收來自上級網(wǎng)傳精確時鐘裝置的時鐘源報(bào)文，通過將主站關(guān)口交換機(jī)設(shè)置為邊界時鐘，主站關(guān)口交換機(jī)接收到上級時間報(bào)文后將此報(bào)文終結(jié)，然后主站關(guān)口交換機(jī)根據(jù)所接收到的信息更新本地時鐘；
[0027]2)骨干層的主站關(guān)口交換機(jī)將更新后的本地時鐘作為主時鐘，通過主時鐘端口將報(bào)文信息發(fā)送給連接在骨干層上的其他的子站交換機(jī)，子站交換機(jī)均設(shè)置為透明時鐘，在接收到報(bào)文信息后不更新自身的時鐘，相當(dāng)于直接將報(bào)文信息轉(zhuǎn)發(fā)至其它子站交換機(jī)；
[0028]3)主站關(guān)口交換機(jī)在將報(bào)文信息傳達(dá)到子站交換機(jī)的同時，主站關(guān)口交換機(jī)的校時時鐘穿過子站交換機(jī)發(fā)送給接入層內(nèi)的交換機(jī)，若環(huán)阻斷出現(xiàn)在相連接的兩個接入層交換機(jī)之間，則主站關(guān)口交換機(jī)的校時時鐘同時發(fā)送到第一關(guān)口交換機(jī)和第二關(guān)口交換機(jī)，第一關(guān)口交換機(jī)和第二關(guān)口交換機(jī)均設(shè)置為邊界時鐘，第一關(guān)口交換機(jī)和第二關(guān)口交換機(jī)接收到報(bào)文信息后分別更新本地時鐘，將更新后的本地時鐘分別作為主時鐘發(fā)送給與其相連接的接入層交換機(jī)以及與第一關(guān)口交換機(jī)、第二關(guān)口交換機(jī)和接入層交換機(jī)相連接的配電終端裝置進(jìn)行校時；若第二關(guān)口交換機(jī)與子站交換機(jī)之前出現(xiàn)環(huán)阻斷，則主站關(guān)口交換機(jī)的校時時鐘穿透過子站交換機(jī)發(fā)送到接入層的第一關(guān)口交換機(jī)，第一關(guān)口交換機(jī)完成時間同步后本身作為主時鐘，將報(bào)文信息發(fā)送給與其連接的其他接入層交換機(jī)、第二關(guān)口交換機(jī)以及與接入層交換機(jī)、第一關(guān)口交換機(jī)和第二關(guān)口交換機(jī)連接的配電終端裝置，接入層交換機(jī)均設(shè)置為透明時鐘。
[0029]其中，骨干層的主站關(guān)口交換機(jī)上設(shè)置GPS裝置，子站交換機(jī)上設(shè)置北斗裝置，接入層的第一關(guān)口交換機(jī)設(shè)置為邊界時鐘作為第一本地時鐘，第二關(guān)口交換機(jī)設(shè)置為邊界時鐘作為第二本地時鐘。主站關(guān)口交換機(jī)和子站交換機(jī)均采用三層工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，第一關(guān)口交換機(jī)、第二關(guān)口交換機(jī)和接入層交換機(jī)均采用二層工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。子站交換機(jī)和接入層交換機(jī)設(shè)置為點(diǎn)對點(diǎn)透傳模式。
[0030]骨干層的時鐘源優(yōu)先級從高到底依次為上級網(wǎng)傳精確時鐘裝置、主站關(guān)口交換機(jī)上的GPS裝置和子站交換機(jī)上的北斗裝置，接入層的時鐘源優(yōu)先級從高到底依次為上級網(wǎng)傳精確時鐘裝置、第一關(guān)口交換機(jī)上的第一本地時鐘，第二關(guān)口交換機(jī)上的第二本地時鐘。
[0031]工作原理:
[0032]配電網(wǎng)通信系統(tǒng)分為骨干層和接入層這兩層。骨干層通信網(wǎng)覆蓋配網(wǎng)主站(地市調(diào)度中心)和配網(wǎng)子站(各個變電站)，主站和變電站職的交換機(jī)之間的連接均采用IEEE1588協(xié)議。如圖1所示，作為骨干層，主干網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)采用三層工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，通過千兆光纖接口形成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中啟用動態(tài)路由協(xié)議，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)路由動態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)。接入層主要用于IOKV配電網(wǎng)各級終端的接入，覆蓋各個開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、配電所、柱上開關(guān)等。接入層由各通信匯聚點(diǎn)所覆蓋區(qū)域內(nèi)的二層工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)組成，根據(jù)覆蓋的區(qū)域范圍劃分不同相應(yīng)的子環(huán)，這種環(huán)是直連接入環(huán)，該環(huán)兩端分別由兩個關(guān)口交換機(jī)接入本地通信匯聚點(diǎn)的主干網(wǎng)三層交換機(jī)上，兩個關(guān)口交換機(jī)通過連接其它所有該層交換機(jī)再加上骨干層交換機(jī)，形成一個完整的接入環(huán)。
[0033]在骨干層的大環(huán)中，選擇位于主站的交換機(jī)節(jié)點(diǎn)定義為該層的關(guān)口交換機(jī)，時鐘類型選擇為邊界時鐘BC，其他節(jié)點(diǎn)作為透明時鐘TC (P2P模式)。在接入層的小環(huán)中，選擇關(guān)口交換機(jī)作為邊界時鐘BC，其他交換機(jī)節(jié)點(diǎn)作為透明時鐘TC(P2P模式)。主站交換機(jī)接收上級網(wǎng)傳精確時鐘或GPS精確時鐘源信號對本節(jié)點(diǎn)的本地時鐘校時，主站骨干層交換機(jī)把本地時鐘作為主時鐘，把報(bào)文發(fā)送給連接在骨干網(wǎng)上的其它子站交換機(jī)。由于子站交換機(jī)設(shè)置為透明時鐘TC，自身的時鐘不進(jìn)行更新，相當(dāng)于此時主時鐘端口發(fā)送的校時報(bào)文穿過透明時鐘TC到達(dá)下一個透明時鐘TC或者與其相連的接入層的關(guān)口交換機(jī)上，在該層一個校時周期結(jié)束時可以對所有接入層的關(guān)口交換機(jī)完成一次校時。所有接入層的關(guān)口交換機(jī)完成了時間同步后，本身再作為主時鐘將校時報(bào)文發(fā)送給連接的其它交換機(jī)或本身的配電終端設(shè)備，該校時報(bào)文穿過相連的透明時鐘TC到達(dá)下一個透明時鐘TC或者與其相連的配電終端裝置上。時鐘校時區(qū)域分割和節(jié)點(diǎn)配置如圖2所示，按照此分割和配置模式可以形成一個廣域多層統(tǒng)一校時網(wǎng)絡(luò)。
[0034]骨干層時鐘源注入和冗余的實(shí)現(xiàn):骨干層校時網(wǎng)絡(luò)的主時鐘是主站關(guān)口交換機(jī)連接上級骨干網(wǎng)絡(luò)的通信接口，通過該口接收上級網(wǎng)傳精確時鐘,對該交換機(jī)的本地時鐘同步，然后再向連接該層校時網(wǎng)絡(luò)的所有BC廣播校時。備用時鐘源是連接在主站關(guān)口交換機(jī)上的GPS衛(wèi)星同步對時裝置和連接在骨干層其它子站交換機(jī)上的北斗衛(wèi)星同步對時裝置。時鐘源優(yōu)先級分別依次設(shè)置為:上級網(wǎng)傳精確時鐘、關(guān)口交換機(jī)上的GPS裝置、子站骨干交換機(jī)上的北斗裝置和本地時鐘。當(dāng)主時鐘失效時，節(jié)點(diǎn)通過BMC算法，自動更新切換到次級備用時鐘源，使它成為新的主時鐘，從而形成新的校時樹。骨干環(huán)路通過網(wǎng)管系統(tǒng)使它在圖示邏輯鏈接處斷開，形成一個樹狀校時體系。
[0035]接入層時鐘源注入和冗余的實(shí)現(xiàn):通信網(wǎng)直連接入環(huán)時，把兩個關(guān)口交換機(jī)設(shè)置為邊界時鐘BC，其中第一關(guān)口交換機(jī)的優(yōu)先級要高于第二關(guān)口交換機(jī)，這樣時間同步樹的形成會比較方便，避免校時沖突。正常狀態(tài)時，由上級網(wǎng)傳精確時鐘給其中一個關(guān)口交換機(jī)校時，再由它向所有的配電終端裝置和第二關(guān)口交換機(jī)校時。線路發(fā)生環(huán)保護(hù)時，由上級網(wǎng)傳精確時鐘分別給兩邊的關(guān)口交換機(jī)校時，再由它們給各自相連PTP子域校時。時間孤島時，由一邊的關(guān)口交換機(jī)作為主時鐘源向所有的配電終端裝置和另一個的關(guān)口交換機(jī)校時。同時發(fā)生時間孤島和線路環(huán)保護(hù)時，相當(dāng)于形成了兩個時間孤島，每一個由它的關(guān)口交換機(jī)作為主時鐘源校時。
[0036]本發(fā)明采用分層原則，把每一個通信環(huán)(包括骨干層的大環(huán)與接入層的小環(huán))看做成一個時鐘校時區(qū)域，在每個時鐘校時區(qū)域內(nèi)選擇少量交換機(jī)節(jié)點(diǎn)時鐘類型設(shè)置為BC，作為本時鐘校時區(qū)域內(nèi)的主時鐘；其他節(jié)點(diǎn)設(shè)置為TC。這樣可以達(dá)到系統(tǒng)校時層級數(shù)量少、誤差積累小、線路和節(jié)點(diǎn)負(fù)荷適當(dāng)?shù)男Ч?，技術(shù)簡單、時間精度高、對GPS依賴性小、既節(jié)省費(fèi)用擴(kuò)展度又好、覆蓋地域廣闊、很好的適應(yīng)接入層是直連接入環(huán)、能夠滿足智能配電網(wǎng)時間同步要求。
【權(quán)利要求】
1.一種基于工業(yè)以太網(wǎng)直連接入環(huán)的智能配電網(wǎng)IEEE1588校時同步系統(tǒng)，包括骨干層和接入層，其特征在于:骨干層包括一個主站關(guān)口交換機(jī)和多個子站交換機(jī)，主站關(guān)口交換機(jī)連接上級網(wǎng)傳精確時鐘裝置，主站關(guān)口交換機(jī)和子站交換機(jī)通過千兆光纖接口連接形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，接入層包括第一關(guān)口交換機(jī)、第二關(guān)口交換機(jī)和多個接入層交換機(jī)，第一關(guān)口交換機(jī)和第二關(guān)口交換機(jī)通過百兆光纖接口分別連接在子站交換機(jī)兩側(cè)后再與接入層交換機(jī)相連接形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，第一關(guān)口交換機(jī)、第二關(guān)口交換機(jī)和接入層交換機(jī)均連接配電終端裝置，主站關(guān)口交換機(jī)、第一關(guān)口交換機(jī)和第二關(guān)口交換機(jī)設(shè)置為邊界時鐘，子站交換機(jī)和接入層交換機(jī)設(shè)置為透明時鐘，配電終端裝置設(shè)置為普通時鐘； 基于工業(yè)以太網(wǎng)直連接入環(huán)的智能配電網(wǎng)IEEE1588校時同步方法步驟如下: 1)骨干層的主站關(guān)口交換機(jī)接收來自上級網(wǎng)傳精確時鐘裝置的時鐘源報(bào)文，通過將主站關(guān)口交換機(jī)設(shè)置為邊界時鐘，主站關(guān)口交換機(jī)接收到上級時間報(bào)文后將此報(bào)文終結(jié)，然后主站關(guān)口交換機(jī)根據(jù)所接收到的信息更新本地時鐘； 2)骨干層的主站關(guān)口交換機(jī)將更新后的本地時鐘作為主時鐘，通過主時鐘端口將報(bào)文信息發(fā)送給連接在骨干層上的其他的子站交換機(jī)，子站交換機(jī)均設(shè)置為透明時鐘，在接收到報(bào)文信息后不更新自 身的時鐘，相當(dāng)于直接將報(bào)文信息轉(zhuǎn)發(fā)至其它子站交換機(jī)； 3)主站關(guān)口交換機(jī)在將報(bào)文信息傳達(dá)到子站交換機(jī)的同時，主站關(guān)口交換機(jī)的校時時鐘穿過子站交換機(jī)發(fā)送給接入層內(nèi)的交換機(jī)，若環(huán)阻斷出現(xiàn)在相連接的兩個接入層交換機(jī)之間，則主站關(guān)口交換機(jī)的校時時鐘同時發(fā)送到第一關(guān)口交換機(jī)和第二關(guān)口交換機(jī)，第一關(guān)口交換機(jī)和第二關(guān)口交換機(jī)均設(shè)置為邊界時鐘，第一關(guān)口交換機(jī)和第二關(guān)口交換機(jī)接收到報(bào)文信息后分別更新本地時鐘，將更新后的本地時鐘分別作為主時鐘發(fā)送給與其相連接的接入層交換機(jī)以及與第一關(guān)口交換機(jī)、第二關(guān)口交換機(jī)和接入層交換機(jī)相連接的配電終端裝置進(jìn)行校時；若第二關(guān)口交換機(jī)與子站交換機(jī)之前出現(xiàn)環(huán)阻斷，則主站關(guān)口交換機(jī)的校時時鐘穿透過子站交換機(jī)發(fā)送到接入層的第一關(guān)口交換機(jī)，第一關(guān)口交換機(jī)完成時間同步后本身作為主時鐘，將報(bào)文信息發(fā)送給與其連接的其他接入層交換機(jī)、第二關(guān)口交換機(jī)以及與接入層交換機(jī)、第一關(guān)口交換機(jī)和第二關(guān)口交換機(jī)連接的配電終端裝置，接入層交換機(jī)均設(shè)置為透明時鐘。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于工業(yè)以太網(wǎng)直連接入環(huán)的智能配電網(wǎng)IEEE1588校時同步系統(tǒng)，其特征在于:所述的骨干層的主站關(guān)口交換機(jī)上設(shè)置GPS裝置，子站交換機(jī)上設(shè)置北斗裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于工業(yè)以太網(wǎng)直連接入環(huán)的智能配電網(wǎng)IEEE1588校時同步系統(tǒng)，其特征在于:所述的接入層的第一關(guān)口交換機(jī)設(shè)置為邊界時鐘作為第一本地時鐘，第二關(guān)口交換機(jī)設(shè)置為邊界時鐘作為第二本地時鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于工業(yè)以太網(wǎng)直連接入環(huán)的智能配電網(wǎng)IEEE1588校時同步系統(tǒng)，其特征在于:所述的主站關(guān)口交換機(jī)和子站交換機(jī)均采用三層工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于工業(yè)以太網(wǎng)直連接入環(huán)的智能配電網(wǎng)IEEE1588校時同步系統(tǒng)，其特征在于:所述的第一關(guān)口交換機(jī)、第二關(guān)口交換機(jī)和接入層交換機(jī)均采用二層工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于工業(yè)以太網(wǎng)直連接入環(huán)的智能配電網(wǎng)IEEE1588校時同步系統(tǒng)，其特征在于:所述的子站交換機(jī)和接入層交換機(jī)設(shè)置為點(diǎn)對點(diǎn)透傳模式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于工業(yè)以太網(wǎng)直連接入環(huán)的智能配電網(wǎng)IEEE1588校時同步系統(tǒng)，其特征在于:所述的骨干層的時鐘源優(yōu)先級從高到底依次為上級網(wǎng)傳精確時鐘裝置、主站關(guān)口交換機(jī)上的GPS裝置和子站交換機(jī)上的北斗裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于工業(yè)以太網(wǎng)直連接入環(huán)的智能配電網(wǎng)IEEE1588校時同步系統(tǒng)，其特征在于:所述的接入層的時鐘源優(yōu)先級從高到底依次為上級網(wǎng)傳精確時鐘裝置、第一關(guān)口交換機(jī)上的第一本地時鐘，第二關(guān)口交換機(jī)上的第二本地時鐘。
【文檔編號】H02J13/00GK103532231SQ201310462036
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】高曉東, 侯梅毅, 咸日常, 蔣濤, 郭東升, 孫銘, 夏鼎, 常建, 魏建莉, 王軍, 李思毛, 朱國防, 馮書瑋 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)山東省電力公司淄博供電公司, 山東大學(xué)