電力自動化設備時鐘同步中的網絡時間協議研究

林賀祺

摘 要：電力設備故障與時間記錄的準確性密切相關，為降低故障發生率，必須重視設備時鐘的同步。文章以網絡時間協議為重點，先簡單介紹了其工作原理和優勢，然后就其在電力自動化設備時鐘同步中的應用進行了分析。

關鍵詞：電力自動化設備；時鐘同步；網絡時間協議

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）27-0102-02

1 電力自動化設備

電力自動化設備在電力系統中占據著重要地位，發電、輸配電、電壓調節等工作都要依靠電力自動化設備完成。如今用電量驟增，對電力設備的穩定性和持久性提出了更高要求。受諸多方面因素影響，電力自動化設備在運行時極易出現各種故障，導致整個系統不能正常工作。而判斷電網事故經常需要參考時鐘同步記錄，如果記錄時間與實際時間存在較大誤差，極易影響到對故障判斷的準確性，增加維護困難。因此，必須重視電力自動化設備時鐘同步，確保其時鐘能夠真正實現同步化。

2 網絡時間協議簡介和工作原理分析

2.1 網絡時間協議簡介

這一概念最早是在1985年被提出，是用來在網絡內發布精確時間的TCP/IP協議，具有獨立估算計算機時鐘偏差、估算封包在網絡以上的延遲等功能。網絡時間協議（NTP）的傳輸基于UDP，可實現計算機時間同步化，精準度極高，WAN上精準到幾十毫秒，LAN上可精確到不超過1 ms，而且該協議能夠進行加密，有效防止其他協議攻擊。

該協議提供時間的來源主要是國際標準時間UTC，可以互聯網上獲取，也可從衛星、天文臺上獲取。計算機通常會連接多個時間服務器，對來自各個服務器的時間進行過濾，最終選擇出最準確的時間。即便與其中一個服務器長時間無法聯系，但NTP依舊能正常運轉。另外，NTP還采用了識別機制，可對所受到的信息進行檢查驗證，以免有其他協議惡意破壞。

2.2 工作原理

有路由器1和路由器2，各有獨立的系統時鐘，將兩個路由器通過串口連在一起，怎樣才能實現各自時鐘的同步？此時我們不妨做個假設：①在還未進行系統時鐘同步時，路由器1的時間設為上午10：00，路由器2的時間設為上午11：00；②假設路由器2作為時間服務器，那么路由器1的系統時鐘將與路由器2同步；③數據包從路由器1傳至路由器2需要1 s；④路由器2對數據包的處理時延為1 s。

我們可得出系統時鐘同步的原理：首先，路由器1會向路由器2發送一個網絡時間協議數據包，其中包含了數據包從路由器1發出時的時間戳，為10：00：00 a.m；但路由器2接收到來自路由器1的數據包后，會加上自己的時間戳，為11：00：01 a.m；在此數據包離開路由器2時，同樣會帶走路由器2的時間戳，為11：00：02 a.m；路由器1接受到來自路由器2的數據包并予以響應，此時又會加上一個時間戳，為10：00：03 a.m。要想實現系統時鐘的同步，需要計算兩個關鍵的參數：一是兩個路由器的時鐘差；二是網絡協議數據包往返一次的時延。

而到了這一步可發現，路由器1其實已經擁有足夠的信息求得這兩個關鍵的參數。通過計算，路由器1便能將自己的系統時鐘設置的與路由器2的系統時鐘保持同步。當然，這種分析只是一個大致過程，因為考慮到系統時鐘同步的精確性，其計算方法尤為復雜，在此不做過多的分析。

3 網絡時間協議的實現方式和優勢

3.1 實現方式

常見的網絡時間協議實現方式有以下三種：①利用時間服務器，主要是實現網絡系統時間和網絡內部時間協議服務器的時間；②利用局域網，選取局域網內的某一個節點時間，網絡時間協議的準確時間即來源于此，實現系統時鐘時間的同步；③利用無限時鐘，該方式需要用到串口，當串口與無限時鐘連接后，后者可接受GPS衛星信號，以此來確定當下時間。

3.2 優 勢

從上面分析中可知，網絡時間的主要優勢在于高分辨率、高精確度、應用范圍廣。隨著用電需求的增長，電力自動化設備的穩定性和安全性受到高度重視，對其時鐘同步分辨率和精準度提出了更高要求。以往多采用主站向遠動設備軟對時，或站內GPS時鐘向站內設備對時的方式，不是精確度低，就是距離不夠，而網絡時間協議則很好地解決了這些問題。

4 網絡時間協議在電力自動化設備時鐘同步中的應用

變電站是電力系統的重要組成部分，以其自動化設備為例，監控層和站控層要想應用網絡時間協議，需連接局域網。將客戶端設備與安裝有GPS時鐘的網絡時間協議服務器相連接，使客戶端能夠在Windows、Linux等標準系統平臺中穩定運行。若平臺達不到標準要求，則客戶端的NTP功能只能靠廠家來實現。每一個變電站都能有一臺服務器，因連接的是局域網，以GPS為準確時間，如此才能滿足NTP的要求。為使NTP更加安全穩定，可同時安置多臺此類服務器，根據各個服務器的性能和時間精確度進行網絡時間同步。

受內外多種因素影響，電力自動化設備在運行中可能會出現各種故障，若應用了網絡時間協議，可以采取手動方式將NTP服務器啟動，在系統平臺圖形界面下點擊Action菜單下的Start Ntp，另外還可以直接在圖形界面輸入命令，這兩種方式都可以實現NTP對時服務操作。在操作過程中若發現GPS參考時鐘與實際時鐘的對時相差較大，此時不應進行 NTP 服務器重啟操作，這樣極有可能會引起對時信號中斷，從而影響NTP服務器對時的準確性與可靠性。當電力自動化系統設備在運行中出現對時故障，可利用手動對時的方式實現GPS時鐘與NTP服務器對時，保證整個電力自動化系統設備的時鐘同步。

5 結 語

電力自動化設備在電力系統中占據著重要地位，發電、輸配電、電壓調節等工作都要依靠電力自動化設備完成。如今用電量驟增，對電力設備的穩定性和持久性提出了更高要求。受諸多方面因素影響，電力自動化設備在運行時極易出現各種故障，導致整個系統不能正常工作。而判斷電網事故經常需要參考時鐘同步記錄，如果記錄時間與實際時間存在較大誤差，極易影響到對故障判斷的準確性，增加維護困難。因此，必須重視電力自動化設備時鐘同步，確保其時鐘能夠真正實現同步化。

網絡時間協議可實現計算機系統時間的同步化，作為一個跨越廣域和局域的復雜同步時間協議，網絡時間協議精確度和分辨度極高，應用于電力自動化設備，可確保設備系統時間的準確性。如此，在發生故障或進行日志檢查時，可避免因時間誤差帶來的各種麻煩。

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