淺述電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸方式及時(shí)間同步技術(shù)

倪翠蘭

（四川省電力公司眉山公司，四川 眉山 620010）

1 時(shí)間同步技術(shù)簡(jiǎn)介

傳統(tǒng)的數(shù)字同步網(wǎng)是由時(shí)鐘基準(zhǔn)源、同步信號(hào)傳輸鏈路及需要接受時(shí)鐘同步信號(hào)的網(wǎng)元以一定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成，通過同步技術(shù)可以保證網(wǎng)內(nèi)各網(wǎng)元在同一頻率下穩(wěn)定工作，為各業(yè)務(wù)網(wǎng)中的網(wǎng)元提供頻率精準(zhǔn)而穩(wěn)定的同步時(shí)鐘信號(hào)，使各網(wǎng)元相互之間能夠穩(wěn)定地關(guān)聯(lián)工作。

時(shí)間同步與傳統(tǒng)的數(shù)字同步略有不同，傳統(tǒng)數(shù)字同步一般是指頻率的同步，沒有時(shí)、分、秒等這種詳細(xì)的時(shí)間信息，而時(shí)間同步技術(shù)則是具有詳細(xì)時(shí)間概念的一種同步技術(shù)。時(shí)間同步系統(tǒng)是一種能接受外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，并按照要求的時(shí)間精度向外輸出時(shí)間同步信號(hào)和時(shí)間信息，同步校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他時(shí)鐘的支撐系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)中引入時(shí)間同步系統(tǒng)的目的是要將時(shí)間基準(zhǔn)信息能夠準(zhǔn)確地傳遞到各個(gè)控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)眾多對(duì)時(shí)裝置的時(shí)間精確度、工作狀態(tài)進(jìn)行校準(zhǔn)和控制，保證自動(dòng)化裝置接收到精確的時(shí)間同步信號(hào)，以便對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)管。

2 時(shí)間同步的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 時(shí)鐘源

GPS全球定位系統(tǒng)（Global Positioning Sys-tem）是美國(guó)于1994年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。具有全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等顯著特點(diǎn)，并向全球范圍內(nèi)提供定時(shí)和定位的功能，全球任何地點(diǎn)的GPS用戶使用低成本的GPS接收機(jī)接受衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)，通過經(jīng)度、緯度、高度和用戶時(shí)鐘與GPS主鐘標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的時(shí)刻偏差，獲取準(zhǔn)確的空間位置信息、同步時(shí)標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。目前已經(jīng)成功地應(yīng)用于導(dǎo)航、授時(shí)、高精度測(cè)量等領(lǐng)域。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)﹝BeiDou（COMPASS）Navi-gation Satellite System﹞是中國(guó)正在實(shí)施的自主發(fā)展、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分組成，空間段包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星，地面段包括主控站、注入站和監(jiān)測(cè)站等若干個(gè)地面站，用戶段包括北斗用戶終端以及與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端。

2.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸方式

電力通信網(wǎng)基本上是以有線通信方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組建和數(shù)據(jù)信息的傳送，如SDH/MSTP、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)等，目前通信行業(yè)內(nèi)廣泛被用于有線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行時(shí)間同步信息傳輸?shù)姆绞街饕蠦碼、NTP（Network Time Protocol，網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議）、PTP（Precision Time Protocol，精密時(shí)鐘同步協(xié)議）等方式。

B 碼方式傳輸：IRIG（Inter-Range Instrumen-tation Group，跨范圍儀器組）標(biāo)準(zhǔn)的串行時(shí)間碼共有六種格式，即IRIG-A、B、D、E、G、H。它們的主要差別是時(shí)間碼的幀速率不同，從最慢的每小時(shí)1幀的D格式到最快的每10毫秒1幀的G格式。由于IRIG-B格式時(shí)間碼（以下簡(jiǎn)稱B碼）是每秒1幀的時(shí)間碼，最適合使用的習(xí)慣，而且傳輸也較容易。因此，在IRIG六種串行時(shí)間碼格式中，應(yīng)用最為廣泛的是B碼。

為了便于同步信息傳遞，用頻率為1kHz的標(biāo)準(zhǔn)正弦波載頻進(jìn)行幅度調(diào)制，調(diào)制后的通常稱 IRIG-B（AC）碼，IRIG-B（AC）碼的接口采用平衡接口，同步精度在數(shù)十微秒量級(jí)；未經(jīng)幅度調(diào)制的通常稱IRIG-B（DC）碼，IRIG-B（DC）碼的接口通常采用TTL接口和RS-422接口傳輸，同步精度在亞微秒量級(jí)。

3 時(shí)間同步網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)模型

考慮到目前電網(wǎng)通信基本以SDH/MSTP光傳輸通信網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)為主,時(shí)間同步組網(wǎng)應(yīng)考慮在充分利用現(xiàn)有通信方式和資源的基礎(chǔ)上進(jìn)行時(shí)間同步組網(wǎng)。

方案一：如圖1所示。通過SDH/MSTP光傳輸網(wǎng)上進(jìn)行組網(wǎng)。一種方式是在主時(shí)鐘所在位置采用具有POS模塊或E1接口的路由器，與光傳輸設(shè)備現(xiàn)有的光口及E1進(jìn)行連接，通過SDH/MSTP光傳輸網(wǎng)傳送時(shí)間信號(hào)；另一種方式是主時(shí)鐘所在位置采用協(xié)議轉(zhuǎn)換的方式，通過SDH/MSTP光傳輸通信網(wǎng)傳送時(shí)間信號(hào)。

無論是采用協(xié)議轉(zhuǎn)換器、帶POS模塊的路由器或者具有E1接口的路由器，其關(guān)鍵都是為了實(shí)現(xiàn)E1/ETH的轉(zhuǎn)換，并通過SDH網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行時(shí)間同步信息的傳輸。此方案可實(shí)現(xiàn)NTP和PTP組網(wǎng)，當(dāng)然在具體組網(wǎng)時(shí)，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備的選擇。

方案二：如圖2所示。當(dāng)時(shí)間同步網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)均有SDH/MSTP資源，并且以太板卡端口充足時(shí)，可考慮采用IP over SDH的方式傳輸時(shí)間信號(hào)；當(dāng)同步各節(jié)點(diǎn)均處于電力數(shù)據(jù)網(wǎng)內(nèi)，同步網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)可全部采用電力數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行時(shí)間信號(hào)傳輸。

圖1 時(shí)間同步系統(tǒng)解決方案一

4 時(shí)間同步網(wǎng)的引入及注意事項(xiàng)

電力系統(tǒng)通信作為電網(wǎng)安全生產(chǎn)，穩(wěn)定運(yùn)行，高效管理的必要手段，近年來得到飛速發(fā)展，隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，時(shí)間同步系統(tǒng)將為電網(wǎng)生產(chǎn)業(yè)務(wù)及內(nèi)部管理中發(fā)揮重要作用。在進(jìn)行時(shí)間同步網(wǎng)的建設(shè)中要充分因地制宜地考慮需求，時(shí)間同步網(wǎng)既要符合通信技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，又要符合時(shí)間同步技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，從安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)型多角度進(jìn)行考慮。組網(wǎng)結(jié)構(gòu)宜采用空中和地面同步技術(shù)相結(jié)合的體制，空中采用GPS、北斗等衛(wèi)星信號(hào)作為基準(zhǔn)。根據(jù)需求采用NTP/PTP技術(shù)進(jìn)行地面鏈路時(shí)間同步信號(hào)的傳送。

圖2 時(shí)間同步系統(tǒng)解決方案二

隨著電力系統(tǒng)建設(shè)的規(guī)模化和擴(kuò)大化，自動(dòng)化水平的不斷提高，為滿足生產(chǎn)業(yè)務(wù)及管理的需要，時(shí)間同步技術(shù)的引入倍現(xiàn)重要。組建時(shí)間同步網(wǎng)時(shí)，可根據(jù)電力網(wǎng)實(shí)際現(xiàn)狀，靈活選擇組網(wǎng)方式。

5 結(jié)語

同步操作是電網(wǎng)可靠性的關(guān)鍵，為了應(yīng)對(duì)電網(wǎng)中眾多自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行變量的瞬變，精準(zhǔn)的時(shí)間信息在保證電網(wǎng)穩(wěn)定工作中起著重要的基礎(chǔ)作用，總而言之，伴隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，電網(wǎng)中的時(shí)間因素已經(jīng)越發(fā)重要，為了能夠體現(xiàn)數(shù)字化電網(wǎng)高質(zhì)量、現(xiàn)代化的穩(wěn)定運(yùn)行，充分完善時(shí)間同步機(jī)制對(duì)智能電網(wǎng)的未來發(fā)展有著重大的實(shí)際意義。

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