一種智能變電站ieee1588時鐘同步冗余系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能變電站IEEE1588時鐘同步冗余系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括用于接收外部基準(zhǔn)時間源GPS和外部備用B碼源的基準(zhǔn)時間的主用時鐘裝置和備用時鐘裝置，所述主用時鐘裝置和備用時鐘裝置之間通訊連接，且主用時鐘裝置和備用時鐘裝置均與A網(wǎng)、B網(wǎng)連接，用于通過A、B雙網(wǎng)接入的應(yīng)用裝置接收來自雙網(wǎng)上的Master發(fā)送的A、B雙網(wǎng)PTP同步報文。該方法采用雙網(wǎng)模式下的雙鐘互備方法，主時鐘裝置故障時，備用時鐘裝置切換保持系統(tǒng)時鐘同步正常運(yùn)行，主時鐘裝置輸出斷線時，不會影響從鐘裝置與主時鐘的同步；在單鐘、單網(wǎng)故障時，能保證從鐘裝置與主時鐘的同步。該方法提高了現(xiàn)有變電站時鐘系統(tǒng)的可靠性，保障了保護(hù)控制系統(tǒng)的安全實施。
【專利說明】—種智能變電站IEEE1588時鐘同步冗余系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域，具體涉及一種智能變電站IEEE1588時鐘同步冗余系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]智能變電站設(shè)計和建設(shè)過程中，可靠性方面的要求極為重要。冗余配置作為提高可靠性的主要措施之一，在變電站中得到廣泛應(yīng)用，諸如:保護(hù)裝置冗余和通信網(wǎng)絡(luò)冗余。然而時鐘系統(tǒng)作為變電站控制系統(tǒng)的決策前提，其重要性不言而喻。但是，時鐘系統(tǒng)的冗余設(shè)計一直停留在較淺的層面，對時鐘信號的傳輸以及處理過程中的冗余研究，很少有文獻(xiàn)加以研究。
[0003]目前，智能變電站時鐘同步系統(tǒng)采用多種方式實現(xiàn)，如NTP、IRIG_B、GPS等。網(wǎng)絡(luò)測量和控制系統(tǒng)的精密時鐘同步協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)IEEE1588適用于以太網(wǎng)、CAN總線和PR0FIBUS等。IEEE1588的基本功能是使分布式網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有從時鐘與主時鐘保持同步，該標(biāo)準(zhǔn)定義一種精確時間協(xié)議PTP (Precis1n Time Protocol),用于對標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)或其他采用多播技術(shù)的分布式總線系統(tǒng)中的傳感器、執(zhí)行器以及其他終端設(shè)備中的時鐘進(jìn)行微秒級同步。IEEE1588時鐘同步的原理是通過交換報文來確定主時鐘(Master)和從時鐘(Slave)之間的時間偏移及報文傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)延遲。Master表明本端口是某一時間路徑的源，Slave表明本端口同步于一個Master, Passive表明本端口不參加同步消息交互以防止時間成環(huán)。
[0004]早期的網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議(NTP)只有軟件，而PTP協(xié)議同時使用硬件和軟件，從而獲得更精確的定時同步。PTP針對相對本地化、網(wǎng)絡(luò)化的系統(tǒng)，子網(wǎng)或內(nèi)部組件相對穩(wěn)定的環(huán)境，特別適合于分布式系統(tǒng)在工業(yè)自動化方面的應(yīng)用。IEEE1588時鐘同步與上述方式相比，其不僅能以標(biāo)準(zhǔn)的方式實現(xiàn)亞微妙的時鐘同步，還能實現(xiàn)不同系統(tǒng)的兼容和互操作。這些特質(zhì)適合很多電力業(yè)務(wù)的拓展，能很好的滿足電力系統(tǒng)的需求。
[0005]因此，基于IEEE1588的時鐘同步方式在智能變電站中具有較好的應(yīng)用前景，而如何做好智能變電站IEEE1588時鐘同步系統(tǒng)的冗余亟待研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種智能變電站IEEE1588時鐘同步冗余系統(tǒng)，對時鐘同步系統(tǒng)可靠性進(jìn)行提升，同時提供一種使用該冗余系統(tǒng)的冗余方法。
[0007]為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明智能變電站IEEE1588時鐘同步冗余系統(tǒng)所采用的技術(shù)方案是:包括用于接收外部基準(zhǔn)時間源GPS和外部備用B碼源的基準(zhǔn)時間的主用時鐘裝置和備用時鐘裝置，所述主用時鐘裝置和備用時鐘裝置之間通訊連接，且主用時鐘裝置和備用時鐘裝置均與A網(wǎng)、B網(wǎng)連接，用于通過A、B雙網(wǎng)接入的應(yīng)用裝置接收來自雙網(wǎng)上的Master發(fā)送的A、B雙網(wǎng)PTP同步報文；當(dāng)主用時鐘裝置失去GPS信號、備用時鐘裝置的GPS信號正常時，主用時鐘裝置通過外部備用B碼源得到基準(zhǔn)時間，主用時鐘裝置仍為雙網(wǎng)上的Master ;當(dāng)主用時鐘裝置的外部基準(zhǔn)時間源GPS和外部備用B碼源均失去或者主用時鐘裝置的雙網(wǎng)中任意一個PTP輸出斷線時，備用時鐘裝置切換為雙網(wǎng)上的Master。
[0008]本發(fā)明智能變電站IEEE1588時鐘同步冗余方法包括如下控制方式:
[0009]當(dāng)主用時鐘裝置與外部基準(zhǔn)時間源GPS同步時，主用時鐘裝置為雙網(wǎng)上的Master ；
[0010]當(dāng)主用時鐘裝置失去GPS信號、備用時鐘裝置的GPS信號正常時，主用時鐘裝置通過外部備用B碼源得到基準(zhǔn)時間，主用時鐘裝置仍為雙網(wǎng)上的Master ；
[0011]當(dāng)主用時鐘裝置的外部基準(zhǔn)時間源GPS和外部備用B碼源均失去或者主用時鐘裝置的雙網(wǎng)中任意一個PTP輸出斷線時，備用時鐘裝置切換為雙網(wǎng)上的Master ；
[0012]當(dāng)備用時鐘裝置的雙網(wǎng)中一個或兩個PTP輸出斷線時，主用時鐘裝置為雙網(wǎng)上的Master。
[0013]根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能變電站IEEE1588時鐘同步冗余方法，其特征在于:當(dāng)主用時鐘裝置的外部基準(zhǔn)時間源GPS和外部備用B碼源均失去時，主用時鐘裝置處于守時狀態(tài)，并輸出失步告警信號，備用時鐘裝置接收到失步告警信號，并切換為雙網(wǎng)上的Master。
[0014]在備用時鐘裝置為雙網(wǎng)上的Master時,若主用時鐘裝置恢復(fù)同步,則仍將主用時鐘裝置切換為雙網(wǎng)上的Master。
[0015]當(dāng)主用時鐘裝置的雙網(wǎng)中任意一個PTP輸出斷線時，備用時鐘裝置對應(yīng)的網(wǎng)口持續(xù)設(shè)定時間接收不到原來master的announce報文，將引起備用時鐘裝置PTP端口的Announce報文接收超時事件，此事件觸發(fā)PTP端口狀態(tài)將本裝置從Passive狀態(tài)切換到Master狀態(tài)，備用時鐘裝置切換為雙網(wǎng)上的Master。
[0016]本發(fā)明的智能變電站IEEE1588時鐘同步冗余系統(tǒng)及方法，采用雙網(wǎng)模式下的雙鐘互備方法，主時鐘裝置故障時，備用時鐘裝置切換保持系統(tǒng)時鐘同步正常運(yùn)行，主時鐘裝置輸出斷線時，不會影響從鐘裝置與主時鐘的同步；在單鐘、單網(wǎng)故障時，能保證從鐘裝置與主時鐘的同步。該方法提高了現(xiàn)有變電站時鐘系統(tǒng)的可靠性，保障了保護(hù)控制系統(tǒng)的安全實施。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為雙網(wǎng)模式下的雙鐘互備系統(tǒng)示意圖；
[0018]圖2為主用時鐘裝置輸出斷線示意圖。

【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖及具體的實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步介紹。
[0020]如圖1所示為本發(fā)明雙網(wǎng)模式下的雙鐘互備系統(tǒng)示意圖，由圖可知，該系統(tǒng)包括用于接收外部基準(zhǔn)時間源GPS和外部備用B碼源的基準(zhǔn)時間的主用時鐘裝置和備用時鐘裝置，主用時鐘裝置和備用時鐘裝置之間通訊連接，且主用時鐘裝置和備用時鐘裝置均與A網(wǎng)、B網(wǎng)連接，用于通過A、B雙網(wǎng)接入的應(yīng)用裝置接收來自雙網(wǎng)上的Master發(fā)送的A、B雙網(wǎng)PTP同步報文。
[0021]本發(fā)明還提供了一種智能變電站IEEE1588時鐘同步冗余方法，該方法包括如下控制方式:
[0022]當(dāng)主用時鐘裝置與外部基準(zhǔn)時間源GPS同步時，主用時鐘裝置clockClass = 6，備用時鐘裝置clockClass = 8，因此主用時鐘裝置的A網(wǎng)口是A網(wǎng)上的Master，主時鐘裝置的B網(wǎng)口是B網(wǎng)上的Master，對于通過A、B雙網(wǎng)接入的應(yīng)用裝置，A、B雙網(wǎng)PTP同步報文均來自主用時鐘裝置。
[0023]當(dāng)主用時鐘裝置失去GPS信號、備用時鐘裝置的GPS信號正常時，主用時鐘裝置與GPS失步，但通過外部備用B碼源得到基準(zhǔn)時間，主用時鐘裝置clockClass仍為6，因此各個端口的狀態(tài)不變，主用時鐘裝置為雙網(wǎng)上的Master。
[0024]當(dāng)主用時鐘裝置的外部基準(zhǔn)時間源GPS和外部備用B碼源均失去時，主用時鐘裝置處于守時狀態(tài)，clockClass切換為7，并輸出失步告警信號；備用時鐘裝置接收到失步告警信號，clockClass切換為6，因此備用時鐘裝置的A網(wǎng)口是A網(wǎng)上的Master，備用時鐘裝置的B網(wǎng)口是B網(wǎng)上的Master。對于通過A、B雙網(wǎng)接入的應(yīng)用裝置，A、B雙網(wǎng)PTP同步報文均來自備用時鐘裝置。
[0025]在備用時鐘裝置為雙網(wǎng)上的Master時，若主用時鐘裝置恢復(fù)同步，clockClass切為6，失步告警信號返回，備用時鐘裝置的clockClass切回到8，則仍將主用時鐘裝置切換為雙網(wǎng)上的Master。
[0026]若主用時鐘裝置的A網(wǎng)PTP輸出斷線，主用時鐘B網(wǎng)口將接受到從鐘裝置的時鐘響應(yīng)報文，若主用時鐘A網(wǎng)口在持續(xù)設(shè)定時間后未能收到任何從鐘裝置的響應(yīng)報文，則認(rèn)為主用時鐘A網(wǎng)口 PTP輸出斷開，如圖2所示。此時，應(yīng)用裝置的A網(wǎng)口接收到不到的PTP信號，應(yīng)用裝置的B網(wǎng)口接收到來自主用時鐘裝置的B網(wǎng)口的PTP信號，則即應(yīng)用裝置的B網(wǎng)口發(fā)送時鐘同步響應(yīng)報文，而A網(wǎng)口將不再發(fā)送同步報文。
[0027]同時，備用時鐘裝置的A網(wǎng)口將接收不到master的announce報文。當(dāng)持續(xù)設(shè)定時間后時間仍接收不到原來master的announce報文，將引起備用時鐘裝置PTP端口的Announce報文接收超時事件，此事件觸發(fā)PTP端口狀態(tài)將本裝置從Passive狀態(tài)切換到Master狀態(tài)。Announce報文接收超時時間可以與主用時鐘A網(wǎng)口未能收到任何響應(yīng)報文的時間相配合。
[0028]因此，主用時鐘裝置只要檢測有一個PTP輸出斷開，則所有其他的PTP輸出端口均不再發(fā)出PTP同步報文，這樣，備用時鐘裝置的兩個端口在A網(wǎng)B網(wǎng)上都是Master，確保應(yīng)用裝置無論從哪個網(wǎng)段接收PTP報文，均來自同一個時鐘源。
[0029]當(dāng)主用時鐘裝置的A網(wǎng)PTP輸出和B網(wǎng)PTP輸出同時斷線，則應(yīng)用裝置的A網(wǎng)口，B網(wǎng)口的同步報文均來自備用時鐘裝置。
[0030]當(dāng)備用時鐘裝置的一個或兩個PTP輸出斷線時，主用時鐘裝置的A端口在A網(wǎng)上是Master，主用時鐘裝置的B端口在B網(wǎng)上是Master。對于應(yīng)用裝置來說，與沒有斷線時一樣。
[0031]以上實施例僅用于幫助理解本發(fā)明的核心思想，不能以此限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，凡是依據(jù)本發(fā)明的思想，對本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，在【具體實施方式】及應(yīng)用范圍上所做的任何改動，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種智能變電站IEEE1588時鐘同步冗余系統(tǒng)，其特征在于:包括用于接收外部基準(zhǔn)時間源GPS和外部備用B碼源的基準(zhǔn)時間的主用時鐘裝置和備用時鐘裝置，所述主用時鐘裝置和備用時鐘裝置之間通訊連接，且主用時鐘裝置和備用時鐘裝置均與A網(wǎng)、B網(wǎng)連接，用于通過A、B雙網(wǎng)接入的應(yīng)用裝置接收來自雙網(wǎng)上的Master發(fā)送的A、B雙網(wǎng)PTP同步報文；當(dāng)主用時鐘裝置失去GPS信號、備用時鐘裝置的GPS信號正常時，主用時鐘裝置通過外部備用B碼源得到基準(zhǔn)時間，主用時鐘裝置仍為雙網(wǎng)上的Master ;當(dāng)主用時鐘裝置的外部基準(zhǔn)時間源GPS和外部備用B碼源均失去或者主用時鐘裝置的雙網(wǎng)中任意一個PTP輸出斷線時，備用時鐘裝置切換為雙網(wǎng)上的Master。
2.一種智能變電站IEEE1588時鐘同步冗余方法，其特征在于，該方法包括如下控制方式: 當(dāng)主用時鐘裝置與外部基準(zhǔn)時間源GPS同步時，主用時鐘裝置為雙網(wǎng)上的Master ； 當(dāng)主用時鐘裝置失去GPS信號、備用時鐘裝置的GPS信號正常時，主用時鐘裝置通過外部備用B碼源得到基準(zhǔn)時間，主用時鐘裝置仍為雙網(wǎng)上的Master ； 當(dāng)主用時鐘裝置的外部基準(zhǔn)時間源GPS和外部備用B碼源均失去或者主用時鐘裝置的雙網(wǎng)中任意一個PTP輸出斷線時，備用時鐘裝置切換為雙網(wǎng)上的Master ； 當(dāng)備用時鐘裝置的雙網(wǎng)中一個或兩個PTP輸出斷線時，主用時鐘裝置為雙網(wǎng)上的Master。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能變電站IEEE1588時鐘同步冗余方法,其特征在于:當(dāng)主用時鐘裝置的外部基準(zhǔn)時間源GPS和外部備用B碼源均失去時，主用時鐘裝置處于守時狀態(tài)，并輸出失步告警信號，備用時鐘裝置接收到失步告警信號，并切換為雙網(wǎng)上的Master。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能變電站IEEE1588時鐘同步冗余方法，其特征在于:在備用時鐘裝置為雙網(wǎng)上的Master時，若主用時鐘裝置恢復(fù)同步，則仍將主用時鐘裝置切換為雙網(wǎng)上的Master。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能變電站IEEE1588時鐘同步冗余方法,其特征在于:當(dāng)主用時鐘裝置的雙網(wǎng)中任意一個PTP輸出斷線時，備用時鐘裝置對應(yīng)的網(wǎng)口持續(xù)設(shè)定時間接收不到原來master的announce報文,將引起備用時鐘裝置PTP端口的Announce報文接收超時事件，此事件觸發(fā)PTP端口狀態(tài)將本裝置從Passive狀態(tài)切換到Master狀態(tài)，備用時鐘裝置切換為雙網(wǎng)上的Master。
【文檔編號】H04L1/22GK104363083SQ201410618227
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】李俊剛, 劉星, 魏勇, 史宏光, 李國斌, 姜睿智 申請人:許繼電氣股份有限公司, 許昌許繼軟件技術(shù)有限公司