奇微IEEE 1588v2时钟电力综合应用案例
作者：上海奇微通讯技术有限公司时间：2010-06-23 我要发布
1588发展历程
为解决以太网 定时同步 能力的不足，计算机和网络业界开发出一种软件方式的网络时间协议（NTP），以提高各网络设备之间的定时同步能力。后续NTP版本的同步准确度可以达到μs 级，但是仍然不能满足测量仪器和工业控制所需的准确度。为了解决测量和控制应用的分布网络定时 同步的需要， IEEE1588标准诞生。
IEEE1588协议的全称是“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准”，是通用的提升网络系统定时同步能力的规范，使分布式通信网络能够具有严格的定时同步，并且应用于工业自动化系统。基本构思是通过硬件和软件将网络设备（客户机）的内时钟与主控机的主时钟实现同步，提供同步建立时间小于10μs的运用，与未执行IEEE1588协议的以太网延迟时间1，000μs相比，整个网络的定时同步指标有显著的改善。
IEEE1588的特点：
1. 早期的网络时间协议（NTP）只有软件，而IEEE1588既使用软件，亦同时使用硬件和软件配合，获得更精确的定时同步；
2. GPIB总线没有同步时钟传送，依靠并行电缆和限制电缆长度（每器件距离）不超过5m来保证延迟小于30μs；
3. GPIB的数据线与控制线是分开的，VXI和PXI两种总线分别在VME和PCI计算机总线上扩展，都要增加时钟线。IEEE1588无需额外的时钟线，仍然使用原来以太网的数据线传送时钟信号，使组网连接简化和降低成本
4. IEEE1588采用时间分布机制和时间调度概念，客户机可使用普通振荡器，通过软件调度与主控机的主时钟保持同步，过程简单可靠，节约大量时钟电缆
IEEE1588协议目前已发展到v2版本。1588v2对v1进行了完善，提高了同步的精度；引入透明时钟TC模式，包括E2E透明时钟和P2P透明时钟，计算中间网络设备引入的驻留时间，从而实现主从间精确时间同步，并新增端口间延时测量机制等，通过非对称校正减少了大型网络拓扑中的积聚错误
1588v2实现原理与思想
IEEE 1588v2作为一种主从同步系统，在系统的同步过程中，主时钟周期性发布PTP时间同步协议及时间信息，从时钟端口接收主时钟端口发来的时间戳信息，系统据此计算出主从线路时间延迟及主从时间差，并利用该时间差调整本地时间，使从设备时间保持与主设备时间一致的频率与相位。IEEE1588可以同时实现频率同步和时间同步，时间传递的精度保证主要依赖于两个条件计数器频率准确和链路的对称性。
图1 IEEE 1588V2工作方式
第一章 不同授时技术对比
传统的地面时间同步链路是采用NTP(Network Time Protocol)传送方式实现，目前已发展到v4版本，SNTP为NTP的简化版，标准为RFC 2030（SNTPv4）。该协议最大的缺点只能满足ms级别的时间传递精度，这对于高精度时间同步所需ns级 时间精度是远远不够的。
而采用单向信道的GPS时间同步系统，虽然同步信号的获得稳定可靠，精度高，但价格高（设备、安装、维护成本）、施工难度大（基站放在地下室）、失效率也高，同时存在政治和安全风险。
与传统授时技术相比，IEEE158v2有着明显的优势。其采用双向信道，精度为ns级，费用低，能适应不同的接入环境等等。在对精度不断要求提高的行业背景下，1588已成为一种发展的必然趋势。
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GPS |
NTP |
北斗 |
原子钟 |
IEEE1588V2 |
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典型授时精度 |
20ns |
10ms |
100ns |
10ns |
100ns |
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需要卫星覆盖 |
需要 |
不需要 |
需要 |
不需要 |
不需要 |
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锁定时间 |
40s |
30ns |
60s |
10ns |
60ns |
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支持以太网端口 |
不支持 |
支持 |
不支持 |
不支持 |
支持 |
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可控性 |
低 |
高 |
中 |
高 |
高 |
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安全性 |
低 |
低 |
高 |
高 |
中 |
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可靠性 |
中 |
高 |
中 |
高 |
高 |
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综合成本 |
中 |
低 |
高 |
高 |
低 |
第二章 电力行业应用案例
电力系统对统一时间的要求愈来愈迫切，高精度、高可靠的时间同步网已经成为现代化电力系统稳定运行的重要基础。
1.应用需求
现有电力系统大都是通过在变电站等机房内部配置GPS卫星接收机的方式来获得时间信息。其不具备各分散GPS接收机的网管能力，因此由于时间同步不良而可能导致的各种问题无法预防，且GPS接收机广泛使用，各站点不能共享，资源浪费严重；GPS信号一旦发生故障，则守时性能低，同步质量下降。
只有具备了统一精确的时间源，才可以更好的实现各系统的运行监控和故障分析，可以通过各种电力系统自动化控制设备的开关动作、调整的先后顺序及准确时间来分析事故的原因及过程。
1588v2时钟产品无疑成为首选！
2.应用场景
电力行业迅速发展，与其相关的自动化产品亦不断增长，在电力系统的许多领域，诸如时间顺序记录、继电保护、故障测距、电能计费、实时信息采集等等都需要有一个统一的、高精度的时间基准。如 “线路行波故障测距装置”、“雷电定位系统”等时间同步精度需要达到μs级的要求；“变电站监控系统”、“配电网自动化系统”等自动化控制和监测类设备时间同步精度需要达到ms级的要求。 1588技术可广泛应用于电力设备。
3 .项目实施
《电力系统同步国标DLT 1100-1》对电力时间同步系统做出了明确的技术规范：
1． 多参考源输入，能跟踪GPS，也能跟踪地面参考源和北斗卫星，互为备份
2．可以跟踪上级时间同步节点的时间源，也可以向下级时间同步节点分发时间
3． 支持时间延时的自动补偿功能
4．具有丰富的时间同步接口和输出端口类型，包括串口、IRIG-B接口、以太网接口等，以便适应与各种自动化设备的时间信号连接需求
1588v2完全实现以上技术要求，组网实施：
1． 采用主备份方式。调度中心放置一级时间同步设备，可以跟踪GPS或者北斗卫星；通过1588v2协议将时间承载到传输网上，电厂和变电站可以从传输网上获得调度中心的时间作为地面备份；时间在传输网上的延时在接收端自动补偿。
2． 电厂和变电站的通信机房可以采取与调度中心相同配置，同时引入调度中心通过传输送过来的地面备用时间源。在卫星不可用的情况下，将主用时间源GPS或者北斗卫星切换到备用时间源上，避免进入守时状态，保证精度。
3． 在变电站的保护小室放置二级时间同步设备，不配置卫星接收卡，通过光纤接收通信机房的时间，并自动做延时补偿，使之精度能够达到跟踪卫星的精度。
