精密时钟同步系统两种设计方案

智能变电站的精密时钟同步系统针对过程层网络与站控层网络相互独立的变电站时钟同步网络结构来构建智能变电站的精密时钟同步系统。

主要包括两种构建方案:

方案一，为全站通过IEEE1588V2时钟进行网络对时来实现精密时钟同步系统的设计;

方案二，站控层网络采用SNTP来进行同步对时，对精度要求高的过程层网络采用IEEE1588V2时钟来实现精密时钟同步系统的设计。

下面对两种精密时钟同步系统设计详细阐述

方案一，通过冗余结构的根时钟GC来实现智能变电站的全站IEEE1588对时。图中的交换机1～8在该方案中承载着透明时钟TC的作用，PTP同步报文从GC时钟开始经过那8个透明时钟来完成与变电站其余IED设备的内部从时钟同步任务。

图1   1588时钟同步系统

该方案能够提供全站纳秒级的同步精度，但是每个主时钟、从时钟和透明时钟都必须具有IEEE1588时间戳的产生与识别功能，实际工程的应用成本比较高。

方案二:通过双冗余的GC与SNTP时间服务器结构实现变电站的精密时钟同步系统。其中，站控层网络采用SNTP对时方式，过程层网络采用IEEE1588对时方式(如图所示)。

图2   SNTP和1588精密时钟同步系统

该方案中使用的SNTP服务器具备两个网口，其中一个网口支持IEEE1588同步对时方式，另一个网口仅支持SNTP同步对时方式。

IEEE1588网口用于实现对时时间性能要求比较高的过程层网络，而SNTP网口却承担着站控层网络的时钟服务器功能。

该方案不仅能够省去对同步精度要求不高的站控层网络设备中IEEE1588时间戳的发生与识别硬件，还能够保证系统的同步功能需求，提高了对时系统的性价比。图1与图2的同步对时系统相比过程层网络中看起来更加简明，但是该单一过程总线网络拓扑结构对透明时钟交换机TC的性能要求非常高，因为只有这样才能保证这个变电站关键信息的高实时性，尤其是GOOSE跳闸报文的实时性。采用优先级设置、虚拟局域网VLAN设置都可以减少网络延时对同步系统的影响，保证全站IED设备的时钟同步精度。