數字同步網和時間同步網在電力系統的兩網合一

劉豪+楊萬錦+黃群丹+袁亮+許文+葉泂濤

摘 要：數字同步網與時間同步網都是相當重要的支撐網，其中數字同步網可以準確地將同步信息從基準時鐘向同步網絡的改革節點傳遞，時間同步網則是建立起了具有時間標志的新型同步網。兩者的合一可以有效地改善通信效果，為電力系統的發展提供支持。長期以來，數字同步網與時間同步網應用于電力系統的兩個層面，它們分別構成了通信承載網與變電站通信系統的支撐網絡，本文報告了電力系統數字同步網與時間同步網的現狀，對融合后的時率同步網的技術和應用做了探討。

關鍵詞： 數字同步 時間同步 同步網技術和應用

中圖分類號：X799 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（c）-0106-02

電網系統中，通信傳輸網與變電站、電廠和控制中心往往共址設置，使同步網即傳遞時間同步信號又傳遞頻率同步信號不僅可以節約網絡資源。IEEE 1588 V2標準定義的PTP（Precision Time Protocol）可以實現高精度的時間同步地面傳遞，使跨地域的廠站時間同步系統達到了亞微秒級的同步精度，它提出的包同步技術將同步信息封裝進數據報文中，在數據流中傳遞，解決了分布式系統的實時性問題。

PTP技術成為同步網向時頻合一漸進式發展的關鍵技術支撐。

1 時間同步系統的需求

1.1 通信傳輸網的現狀

目前通信傳輸網的主要體制以SDH與OTN技術為主，隨著OTN承載低速率、細顆粒業務能力的增強，OTN將成為今后通信承載發展的主要方向。

1.2 凱里供電局時間同步網的需求

凱里供電局目前還沒有建設統一的時間同步網，各個電廠和變電站依然采用獨立的GPS衛星接收系統作為各個電廠和變電站的唯一時間源，時間源沒有做到天地互備和組成主從同步的時間同步網。導致各個電廠和變電站之間存在時間不同步的故障和隱患，白午變電站（智能化）與翁郎變電站（傳統）就發生了兩個變電站時間不統一，直接導致線路光差保護閉鎖、告警，從而退出運行線路的光差保護，而僅保留后備保護。所以形成天地互備的時間同步網成為時間同步網發展的方向。

基于以上要求，建設既滿足頻率同步又能滿足時間同步技術標準的時頻合一的同步網變的十分必要。

2 數字同步網與時間同步網兩網合一的實現

電力通信傳輸網目前在網設備以SDH網元為主，SDH的時鐘特性使得其設備本身只支持E1信號實現的頻率同步，要實現數字同步網與時間同步網兩網合一的漸進式演進，使用E1頻率同步與PTP時間同步相結合，以實現數字同步網與時間同步網兩網合一[1]。

SDH網元接收時鐘同步設備的E1信號直接用于SDH網絡的頻率同步，使全網設備工作在同一基準頻率下，時鐘同步設備還提供PTP信號，將PTP信號轉換為可在SDH網元承載的E1業務信號，傳遞至各變電站與電廠時間同步設備或支持IEEE 1588協議的一次、二次設備上，可以實現全網的建設目標，即時間頻率兩網合一，站內時間同步系統天地互備，保證時間同步的可靠性。

3 兩網合一對通信網發展的前瞻性

光傳輸網的發展趨勢是向全IP化的網絡結構發展，不僅實現承載業務的IP化，更要實現全網設備的IP化，目前以PTN[2]、IPRAN，乃至更高層面的OTN均實現了分組交換、全業務接口IP化的能力，PTP技術提出的包同步技術將同步信息封裝進數據報文中，在數據流中傳遞，適應了全業務IP化的要求，而且它還具有既能傳遞時間同步也能傳遞頻率同步的特性為時間同步網與頻率同步網在電力系統的兩網合一提供了有力支撐。

未來，電力系統通信承載網將建成全IP化的網絡結構，網絡的全IP化適應了未來業務的發展要求，同時使的使用PTP這一關鍵技術實現時頻合一成為可能。

4 IEEE 1588時鐘同步原理

IEEE 1588時鐘同步系統是由同步時鐘設備和系統設備組成的分布式授時系統。

IEEE 1588協議是通過主-從時鐘進行同步報文數據交換來實現時間統一的[3].主時鐘在tm1時刻向從時鐘發送Sync同步報文，如圖1所示，從時鐘在tn1時刻接收并記錄接收時間，緊接著主時鐘通過Follow_up跟隨報文發送之前記錄的精確時間信息tm1，從時鐘收到tm1后則有

tdelay+toff-delay=tn1-tm1 （1）

式中tdelay為主-從設備的時間偏移量；toff-dalay為路徑延時量。從時鐘接收跟隨報文后在tn2時刻發送一個Delay_Req延時請求報文，主時鐘接收并記錄精確接收時間tm2，然后把接收時間通過Delay_Resp延時響應報文發送給從時鐘，可得

tdelay-toff-delay=tm2-tn2 （2）

將式（2）代入式（1），得

toff-delay=1/2（tn1-tm1+tn2-tm2） （3）

基于式（3）計算出tdelay，對主-從設備的時鐘偏移量進行修正，這樣就完成了主-從時鐘的同步.各個時鐘節點的PTP時鐘信號通過E1/Ethernet協議轉換裝置進行協議轉換，是的PTP信號可以在SDH網絡中進行傳遞，從而實現時間同步系統的全網統一。

5 IEEE 1588時鐘同步系統的應用

5.1 PTP over SDH組網方式

凱里供電局的通信傳輸網以SDH系統為主，在SDH系統中，同步信號必須從STM-N線路信號中傳遞和提取，而PTP協議基于以太網組播通信的要求使得在SDH網絡中傳遞PTP信號必須借助協議轉換設備，將PTP信號轉化為E1信號進行傳遞，E1信號在終端通過支持PTP信號的從設備進行恢復，達到全網的同步要求。

5.2 PTP over SDH精度實現

凱里供電局在舟溪變、鴨塘變以及翁郎變進行了PTP over SDH的實驗組網，設置一臺SM2000 GMC和兩臺Slaver，通過SDH節點五跳和十跳恢復出來的延遲均在1us以內，滿足了IEC61850對于智能變電站采樣值同步精度T5級別的1us的要求。

6 結語

在現階段，IEEE 1588同步時鐘技術可以通過SDH網絡為變電站提供高精度的網絡同步方案，未來，隨著通信承載網絡的IP化進程，IEEE 1588將更好的適應于時頻合一的同步網，本文分析了基于IEEE1588這一關鍵技術實現數字同步網與時間同步網在電力系統兩網合一的實現。

參考文獻

[1] 麥伯強.在E1接口上實現電力系統全網時鐘同步的研究與應用[J].通訊世界，2015（22）：76-78.

[2] 陳浩.基于PTN傳送PTP的技術方案分析[J].電信網技術，2010（10）：11-19.

[3] 曾祥君，黎銳烽，等.基于IEEE1588的智能變電站時鐘同步網絡[J].電力科學與技術學報，2011（03）：3-8.