提前布局-數(shù)字化變電站PTP對時

1、主講人：邱祖雄上海泰坦通信工程有限公司 PTP是什么 變電站對時方式的演變 如何將PTP應(yīng)用于數(shù)字化變電站 測試數(shù)據(jù)支持PTP的應(yīng)用 趨勢-PTP實現(xiàn)全網(wǎng)時間同步互聯(lián)網(wǎng)改變了人類的生活方式、工作方式.PTP-必將給全人類帶來翻天覆地的歷史變革！PTP，一種網(wǎng)絡(luò)對時協(xié)議，又稱IEEE 1588協(xié)議通過TCP/IP實現(xiàn)100ns量級的同步精度PTP推動了通信、自動化、工業(yè)控制等技術(shù)步入一個全新的發(fā)展空間！自動修正 Delay = (TS2-TM2) - (TM3-TS3)/2 Offset= (TS4 TM4) - Delay 網(wǎng)絡(luò)中可以有一個或多個PTP主時鐘有多個PTP主時鐘時，主用的主時鐘將

2、根據(jù)最優(yōu)化的算法決定，其余的處于備用狀態(tài)IEEE1588已發(fā)展為v2版本，適用面更廣、同步精度更高多路由時，可以通過增加透明時鐘來實現(xiàn) 不同廠商的PTP主時鐘處理能力不同 主要取決于PTP從鐘Request的請求速率，通常16s M612測試結(jié)果，每秒處理100個請求 理論上，M612可以帶1600個PTP從鐘，但考慮到PTP還要處理比NTP更多的數(shù)據(jù)量，因此，我們預(yù)估從鐘數(shù)量為500個。在以太網(wǎng)硬件層打時標(biāo)，精度取決于GPS的1PPS的精度，以及本地振蕩器的穩(wěn)定度IPMAC802.3UDPlow SW driverTCPTimeserverHW timestampPTP1588 time s

3、erverIPMAC802.3TCPSW driverUDPTime clientHW timestampPTP1588 time clientT0T1T2T3T4GPS各成員國的天文臺各成員國的天文臺 中國：陜西天文臺（BPL） 美國：NIST（銫鐘組、氫原子鐘組） 英國：格林威治天文臺（銫鐘組、氫原子鐘組） 德國：DCF 法國：TDF國際時間局（巴黎）：國際時間局（巴黎）：UTC時間時間 GPS-目前乃至未來很長一段時間內(nèi)最主要的標(biāo)準(zhǔn)時間獲得方式 GLONASS去年上半年僅8顆星在役，接收很不正常，現(xiàn)在20顆 伽利略遇特殊困難，推遲民用 中國北斗第一代僅三顆星，二代即將建設(shè)原子鐘原子鐘：原

4、子時原子時 銫鐘手工搬鐘、廣播授時、網(wǎng)絡(luò)對時、電話對時等都是基于上述時間來源！ 每個裝置自帶GPS 每個GPS只提供個別對時類型 對時方式多采用1PPS+TOD 其它對時方式有IRIG-B(AC)，DCLS，存在的問題：GPS與GPS之間性能參差不齊，造成同一個站內(nèi)的裝置時間偏差較大；采用1PPS方式對時，傳輸距離有限； 每個變電站只配一套GPS，所以裝置都同步到一個時間源 GPS主鐘提供DCLS，各保護(hù)小室利用擴(kuò)展時鐘提供各種輸出 對時方式多采用DCLS 其它對時方式有1PPS+TOD等，存在的問題：GPS與GPS之間性能參差不齊，造成不同站間的裝置時間偏差較大；GPS接收異常，導(dǎo)致不同變電

5、站之間的時間偏差較大； DCLS: 直流B碼，精度1微秒 IRIG-B(AC):交流B碼，精度30微秒 1PPS、1PPM、1PPH:脈沖對時，精度1微秒 ASCII(RS232，RS422，RS485):時間報文，精度100msASCII數(shù)據(jù)，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)傳輸方法：RS232通訊口，波特一般為9600傳輸距離：15米準(zhǔn)確度：10-100毫秒STX : Start textDW : Day of Week10D : Days tens10M : Months tens10Y : Years Tens10H : Hours Tens10M : Minutes Tens10S : Second T

6、ensSP : SpaceCR : Carriage return 無論是DCLS還是1PPS，都是非總線方式 單向傳輸，無自主時延補(bǔ)償功能 非嚴(yán)格意義上的“數(shù)字化” 傳輸距離有限，不及網(wǎng)絡(luò)延伸來得方便 不同保護(hù)小室之間需要增加擴(kuò)展時鐘，產(chǎn)生“管理空洞” 但是，不管怎樣，采用DCLS相比1PPS+TOD已經(jīng)是一大飛躍 IEC61850最初推薦的網(wǎng)絡(luò)對時方式是SNTP協(xié)議 NTP(SNTP) :網(wǎng)絡(luò)對時，精度約1000微秒 SNTP是NTP的一個子集，減少了一些不必要的內(nèi)部算法 SNTP不支持冗余 SNTP客戶端不能同時作為SERVERSNTP應(yīng)用層時間戳T1T3T4T2clientserver

7、u T1：客戶方發(fā)送查詢請求時間(以客戶方時間系統(tǒng)為參照) u T2：服務(wù)器收到查詢請求時間(以服務(wù)器時間系統(tǒng)為參照)u T3：服務(wù)器回復(fù)時間信息包時間(以服務(wù)器時間系統(tǒng)為參照)u T4：客戶方收到時間信息包時間(以客戶方時間系統(tǒng)為參照) u t：服務(wù)器和客戶端之間的時間偏差u d：兩者之間的往返時間t=(T2-T1)+(T3-T4)/2d=(T4-T1)-(T3-T2) 符合61850總線工作模式 符合“數(shù)字化”特性 對時精度低，已不能滿足PMU等對時需要 軟件時標(biāo)，質(zhì)量得不到保證 eNTP:加強(qiáng)型網(wǎng)絡(luò)對時，物理層打時標(biāo)，局域網(wǎng)內(nèi)對時精度1微秒 PTP:即IEEE1588，物理層打時標(biāo)，局域

8、網(wǎng)內(nèi)精度可達(dá)300nsPTP物理層時間戳1588 時鐘 TimeCenter M612完全總線方式利用站內(nèi)局域網(wǎng)傳輸，無需重新布線基于TCP/IP協(xié)議，管理方便.網(wǎng)絡(luò)授時精度優(yōu)于1s數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備如路由器、交換機(jī)等將適應(yīng)PTP對時 數(shù)字化變電站配置一臺PTP主時鐘 各種裝置的網(wǎng)絡(luò)端口要求支持PTP協(xié)議 對于不支持PTP的裝置，可配置PTP對時卡板 計算機(jī)設(shè)備可通過插入支持PTP的PCI插卡實現(xiàn)對時 eNTP未必不是一個很好的選擇！PTP卡板(OEM)帶小機(jī)箱PCI插卡帶B碼輸出卡特殊接口 實驗結(jié)果表明，優(yōu)秀的PTP從鐘可以適應(yīng)傳統(tǒng)交換機(jī) 為達(dá)到理想的同步精度，建議采用支持PTP的交換機(jī)Transp

9、arent ClockMulticast支持E2E，P2P最大8000個MAC最多11個VLAN交換能力1.6Gbps支持光口和電口最大8端口（光口2）信號類型測量精度解析度1PPS50ns0.2ns1PPM50ns0.2ns1PPH50ns0.2nsIRIG-B AC & 1KHz carrier based codes 1s 100nsIRIG B & DC Timecodes 50ns0.2nsASCII Serial time message RS232 1s 0.2nsASCII Serial time message RS422 100ns 0.2nsPTP/NTP

10、70ns20nsDCF-77 Timecode50ns0.2nsp直接測PTP主時鐘的輸出PTP的精度；p測量網(wǎng)絡(luò)任一節(jié)點PTP的精度；p測量傳輸設(shè)備提供給PTP從鐘的PTP精度；p測量PTP從鐘同步到主時鐘后恢復(fù)出1PPS和TOD的精度 用TimeAcc-007直接測量PTP主鐘M612的輸出端口 測量時長17小時，PTP精度優(yōu)于140ns PTP主鐘采用M612 交換機(jī)為CISCO 2950 PTP從鐘通過交換機(jī)與主鐘同步，測量1PPS輸出14小時，精度400ns 廣域網(wǎng)的架構(gòu):31臺SDH組成3個環(huán)，利用2M通道搭建IP網(wǎng) PTP從鐘通過2M專線與主鐘同步，測量1PPS輸出63小時，精度400ns 移動PTN網(wǎng)，18個網(wǎng)元，支持PTP TC模式 PTP從鐘通過IP網(wǎng)與主鐘同步，測量1PPS輸出8小時，精度150ns 移動PTN網(wǎng)，10個網(wǎng)元，不支持PTP；加PDV PTP從鐘通過IP網(wǎng)與主鐘同步，測量1PPS輸出9小時，精度300ns 說明PDV對PTP性能無明顯影響全省一個時鐘源通過專用2M通道下傳時間數(shù)據(jù)網(wǎng)不能承載PTP同步省公司可以有不同的源為減輕省公司2M壓力，可實施分級同步SDH的RJ45口不適合PTP同步PTP時鐘可直接提供2M接口每個變電站都跟蹤衛(wèi)星，造成太多的“源”一個變電站一個時鐘每個變電站都追蹤到全省時鐘變電站的GPS可