持IEEE 1588v2协议，实现变电站自动化精准计时同步

在世界航路快速发展的时代，大英帝国之所以能够取得巨大的海上壮举，得益于一个新发明——航海天文钟，它可确保在大海航行的时候获得精准的时间。在格林威治港口，将天文台表设置为本地时间，然后和当天太阳所在位置的时间进行比较，船长就可以计算出当前位置的经度，精度非常准。天文台表带来了巨大的转变，这种革命性的转变使得英国探险家远胜于当时其他国家的竞争对手。即使现在大英帝国无法占据全球，但英国发明的航海天文钟却带来了持久的影响，格林威治时间(GMT)已经成为其他时区设置时间的标准。

对工业网络而言，精准计时同样也会带来巨大优势。特别是配网，更需要精准计时和网络同步，将分布式设备和常规电力设备都协调一致。高精度级别为电网带来了突破性革命——智能电网可通过自动且智能分配电力，满足用户的按需分配，实现更高水平的效率性、安全性和可靠性。

本文探讨了现代工业体系，尤其是变电站在面对网络同步时所遇到的一些限制。此外，还概述了如今常用的计时技术，如NTP和GPS，并介绍IEEE 1588 v2精准时间同步协议(PTP)将如何改变您的工业网络。

1时间同步技术概述

在工业网络中，时间同步主要指该网络的所有不同设备都使用共同时钟，来协调设备之间的通讯。网络集成商目前有多种不同的时间同步技术可选，每种技术都有各自的优缺点，但都不是工业网络的最佳选择：Inter-range Instrumentation Group (IRIG)、网络时间协议(NTP)和全球定位系统(GPS)。

对工业系统而言，如变电站自动化系统都需要准确的时间同步，来协调多个不同子系统和设备之间的通讯。然而，许多现有的技术无法满足工业自动化测量和控制系统的需求。

精度：工业网络需要纳秒计数，但大多数传统设备根本无法达到这个级别。例如，变电站自动化网络需要纳秒级别来采样，采集如故障记录、远程监控、远程控制等数据，以保证关键应用队员数据精准性的要求。IRIGB和NTP在一个数量级，速度太慢，无法达到纳秒级的精度。即使在理想状态下，NTP的精度也只是百微秒级。

费用：GPS网络通过非常精准的原子钟提供高度精准的时间信息，但为了获得这些信息，网络中必须每个节点都安装GPS接收器。工业网络中每台设备都需要各自的GPS接收器，这对于工业网络来说，成本高昂，不切实际。如果可以减少网络节点的个数，或者更有效使用GPS接收器，那么GPS会变得实际，也可以使整个网络受益于GPS系统来实现精准计时。

2 IEEE 1588v2专为工业系统设计，可以在一个合理的成本内实现高精度。

NTP、GPS和IRIGB不具备变电站运行所需要的技术能力。幸运的是，IEEE 1588v2精准时间协议(PTP)是专为工业测量网络和控制系统而设计的协议。在IEEE 1588v2网络中，主时钟决定了整个变电站自动化系统的参考时间。以太网交换机则作为边界时钟或透明时钟，其他设备(如测量单元、IED、保护设备)都定义为普通时钟。所有这些设备都被主时钟集合在一个主从同步的层级网络架构中。如下图所示，主从设备之间交换PTP包，自动调整普通时钟，从而有效同步整个网络。在这个架构里，只有主时钟需要连接GPS，然后将数据准确的分发到网络上的其他设备。

一个IEEE 1588v2系统只需要一台GPS接收器，可为许多设备提供高度精确的时间信息。支持IEEE 1588v2的以太网交换机可确保时间戳精度在1微妙内，并可配置为主时钟、边界时钟或透明时钟。要实现真正的精确，网络其它设备都需要需要支持IEEE 1588v2：在工业计算网络中，兼容IEEE 1588v2的工业计算机起到了普通时钟从以太网交换机接受同步时间数据的作用。

当整个网络支持IEEE 1588v2，系统可在纳秒级下协调设备，并仍然保持完全同步。这种协调能力尤其适用变电站系统，这就是为什么IEEE 1588v2作为IEC 61850-2标准的一部分，用于电力自动化的通讯需求。国际电工委员会将IEEE 1588v2纳入标准，是因为它能为变电站自动化和电力网络提供更精确的时间同步，优势如下：

事故预防：尽早检测电网问题，尽早确定干扰位置，实时进行电力检测

准确的故障记录和事件记录器：由于事件记录器可精确到纳秒级，故障分析可以更精准。

更有效地利用资产：减缓网络拥塞，随时监测设备状态。

按需响应：可实现按需使用电力计费、虚拟电源发电和自主停电管理。

IEEE 1588v2提供纳秒级的精度，极具成本效益，使变电站及其他电力设施网络像当年的英国航海事业一样，具有极高的竞争优势。作为“智能电网”的一个组成部分，高度同步的变电站可更高效、更经济、更稳定、更灵敏。这些优势使电力供应商增加业务盈利能力，并有效减少对环境的影响。

3 Moxa——让您的变电站系统更同步

3.1 Moxa PTP-7728-PTP IEC 61850-3快速工业以太网交换机支持最新的IEEE 1588v2技术，为变电站自动化和相关应用提供精准时间同步。PT-7728-PTP支持：

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3.1.1最高14个100BaseFO(多模ST接口)或100BaseTX口，1个BNC连接头，每个端口支持IEEE1588 v1和v2硬件时间戳，BNC端口支持脉冲数出(pps)。

3.1.2在终端到终端模式下，透明时钟和边界时钟只需1步和2步即可实现同步精准度为纳秒级。

3.1.3在点对点模式下，透明时钟和边界时钟只需2步即可实现同步精准度为纳秒级。

3.1.4网络时钟同步精准度在纳秒级

3.1.5时钟同步用于较大规模的分布式变电站系统

3.1.6实现低成本组播通讯，例如以太网络

3.1.7系统变化时，可实现快速重新同步

3.1.8安装和维护方便

3.2为完善你的系统，Moxa的DA-683-LX嵌入式计算机同样支持IEEE 1588v2。

3.2.1低功耗，仅40瓦

3.2.2工业一体化电路板设计，无风扇，无飞线，可靠稳定

3.2.3通过IEC61850-3认证，为变电站和电力自动化应用提供更稳定的系统

3.2.4模组化设计，具有两个独立的插槽，便于系统扩展。可选8口RS-232/422/485模块、8口RS-422/485模块、4口10/100 Mbps网口模块、8口10/100 Mbps交换机模块和1个Universal PCI扩展模块。

3.2.5用户友好的Linux-based IEEE 1588v2配置接口，安装过程方便，大大节省安装维护的时间和成本。

3.2.6根据安装向导，只需几步即可在DA-683上完成IEEE 1588v2的配置。

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