[发明专利]一种变电站设备时钟同步的改进方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种变电站设备时钟同步的改进方法，属于变电站网络对时技术领域。

背景技术

现代化变电站以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、监测和计量等基本功能。但无论测控装置、保护保护装置，还是计量装置的计算处理都要求采样数据应在同一个时间点上采集，以免相位和幅值产生误差。对于过电流保护等保护，因为微机保护的本地晶振时钟的短期稳定性非常高，不会对保护的动作精度造成影响。但对于差动保护和计量，由于微机保护本地晶振时钟并不十分准确，经过长时间的误差累积，会造成跨间隔间不同采样数据的相位误差和幅值误差的逐渐扩大，导致差动保护的误动作和计量的严重误差，因此需要对时技术对本地时钟进行校正。

IEEE1588定义了一个能在测量和控制系统中实现高精度时钟同步的协议——精确时钟同步协议(Precision Time Protocol，PTP)。PTP协议的基本原理是主时钟与本地时钟之间进行同步信息包的发送，对信息包的发出时间和接收时间信息进行记录，并且在每一条信息包上打上时间戳标签。PTP协议为了使用和描述时间信息，定义了四种多点传送的信息包，即同步信息包Sync、同步信息包之后的跟随信息包Follow_Up、延时测量信息包Delay_Req和延时测量应答信息包Delay_Resp。

同步信息包传递的机制成为“延时—请求响应机制”，如图1所示，主时钟周期性发送包含时钟质量的Sync信息包，紧接着发送Follow_up信息包告知本地时钟上个信息包的实际发送时间T_m1；本地时钟记录Sync信息包的到达时间T_s1，随后在T_s3时刻发送Delay_Req信息包；主时钟记录Delay_Req信息包的到达时间T_m3，并发送信息包Delay_Resp把T_m3告知本地时钟。本地时钟根据这四个时间信息计算出时钟的偏移和传输延迟。假设在时钟的信息通信中认为信息包的往返延迟是相等的，则图1中T_m1、T_s1、T_s3、T_m3四个点的连线是一个等腰梯形。

本地时钟便可计算出自身与主时钟之间的信息交换延时T_delay为

T_delay＝[(T_m3﹣T_m1)﹣(T_s3﹣T_s1)]/2 (1.1)

本地时钟与主时钟的时钟相位偏移T_offset为

T_offset＝[(T_s1﹣T_m1)+(T_s3﹣T_m3)]/2 (1.2)

本地时钟根据计算出来的相位偏移修改本地时间，从而达到与主时钟同步。

PTP协议通过这种“延时—请求响应机制”消除了物理层处理延时的影响，从而进一步提高了对时精度。虽然IEEE1588通过PTP协议消除了上层处理延时与物理层处理延时造成的影响，但它与所有网络对时算法一样存在局限性，PTP协议为计算时钟相偏所进行的四次测量都以对时信息的传输延迟在传输方向上相同为基础，但在实际使用中，不可能绝对满足这个前提。虽然IEEE1588协议引入了透明时钟和边界时钟，但需要交换机支持IEEE 1588时钟机制，同时网络传输延时测量的随机性和较低频率，但当网络负载突发性变化时，造成信息包在传输方向上的延时差异变大，因此公式(1.1)与公式(1.2)成立前提的假设——信息包交换的往返延迟相等便不成立，图1中T_m1、T_s1、T_s3、T_m3四个点的连线将是一个不等腰梯形，若简单地通过公式(1.2)对本地时钟相偏进行计算，便会对本地时钟的校正带来较大误差。

该方法只对本地时钟的相位偏移进行了补偿，并未对本地时钟的频率偏移进行补偿。而造成相位偏移的根本原因是本地晶振时钟频率并不十分准确，与主时钟频率相比存在误差，经过长时间的误差累积而造成相位偏差。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种变电站设备时钟同步的改进方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：