[发明专利]基于电力业网络测量和控制系统时钟同步协议的测试方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统的IEEE1588协议测试技术，电力系统各类设备可通过IEEE1588协议实现设备网络时间同步，通过基于IEEE1588协议配置集（IEEE PC37.238）测试方法开展的IEEE1588协议测试，能规范IEEE1588协议在电力系统的应用。本发明尤其涉及一种基于电力业网络测量和控制系统时钟同步协议的测试方法。

背景技术

IEEEl588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”（Precision Time Protocol，PTP），主要参考以太网来编制，目的为使分布式通信网络能够具有严格的定时同步，IEEE 1588 的典型应用领域是实验室或产品测量和控制系统、工业自动化、电力系统或远程通信系统以及包含多个传感器、执行器、仪器仪表和控制器的分布式运动控制系统。IEEE 1588 v2标准于2008年6月公布，增加了PTP在电信、网络、航空以及电力系统中的应用。

IEEE1588协议在第二版标准中定义了针对电力系统的配置集IEEE PC37.238。IEEE C37.238标准阐述了在电力系统保护、控制、自动化和数据传输应用中，利用以太网通信框架，使用IEEE 1588-2008精确时间协议（PTP）的公共配置集。配置集详细描述了IEEE 1588-2008机制及设置的完整子集，其目标是保证装置的互换性，应对网络失败鲁棒响应，以及传输的时间质量的确定性控制，详细说明了首选的物理层（以太网），及相关PTP报文交换和PTP协议设置参数更高层协议层，特别注重在变电站内，变电站与变电站间，以及广泛的地理区域范围中保证时间传输的一致性和可靠性。该配置集的目的是帮助IEEE1588-2008标准在电力系统高精度时间同步应用中得到采用。

传统的电力系统时间同步测试技术是通过将时间同步装置的输出信号1PPS（秒脉冲）、1PPM（分脉冲）、IRIG－B（B码）信号等信号经示波器与标准时钟的1PPS、1PPM等进行同一时刻的相位比较，如图1所示。

PTP协议具有亚微秒级同步精度，在电力系统的应用主要集中在数字化变电站过程层设备合并单元（MU）、同步相量测量装置（PMU）等对时间同步要求极高的设备，目前在开展应用于间隔层设备的研究。

MU、PMU等基于时间同步信号采样原理的设备对PTP的稳定性、精确性以及可靠性有很高的要求，PTP协议产生的波动或偏差会造成与MU相关的保护装置的误动以及PMU装置的采样偏差，给电力系统稳定带来影响。

目前对PTP协议的检测方法仍参考了传统的检测方法，如图2所示。将PTP协议输出装置（主时钟）的1PPS信号以及PTP协议接受装置（MU或从时钟）的1PPS信号与标准时钟的1PPS信号进行相位比较，PTP协议接受装置的1PPS为装置的时钟单元经PTP协议同步后的输出。

上述检测方法能较为直观地检测PTP协议的时间同步准确度，但有如下主要缺陷：

对于利用基于秒脉冲的采样原理的MU以及PMU装置，秒脉冲的稳定性至关重要，目前测试方法利用标准时钟的输出作为基准信号，本身也有抖动的问题，所以无法很好地评价PTP协议的稳定性。

IEEE1588电力系统配置集IEEE PC37.238的应用在电力系统尚处于起步阶段，对该配置集理解能力的差异决定了装置性能的差异，目前的测试方法只能通过1PPS脉冲间接地检测协议的时间同步准确度，协议的细节无从把握。

PTP协议最大的特点是通过物理层的时标生成器标定时标，实现硬件“打时标”功能，消除了协议堆栈和操作系统等ms级延时，提高了时间精度，如图3所示，也正是基于此，硬件打时标的功能决定了PTP协议的性能，目前的测试方法无法对这一功能进行评价。

有鉴于此，寻求一种电力系统IEEE1588协议测试方法成为该领域技术人员的追求目标。

发明内容

本发明的任务是提供一种基于电力业网络测量和控制系统时钟同步协议的测试方法，通过对传统时间同步测试方法以及IEEE1588协议测试方法的改进，实现对满足电力系统应用要求的IEEE1588协议配置集（IEEE PC37.238）的一致性检测以及IEEE1588协议硬件时标标定准确度的检测，最终实现对IEEE1588协议性能、功能的评价，规范电力系统应用IEEE1588协议。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于电力业网络测量和控制系统时钟同步协议的测试方法，它包括以下步骤：IEEE1588协议一致性测试，IEEE1588协议硬件时标准确度测试以及IEEE1588协议时间同步准确度测试；