基于組網(wǎng)的智能變電站采樣同步問(wèn)題探討

高紅亮+陶文偉+劉東超+付艷蘭+陳志剛

摘 要：智能變電站中，為了減少投資，提高數(shù)據(jù)共享，會(huì)采用網(wǎng)絡(luò)采樣方式，但是網(wǎng)絡(luò)中的電壓電流信息需要保持同步，以便實(shí)現(xiàn)類(lèi)似差動(dòng)和距離保護(hù)的功能。在智能站過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)化后，各種差動(dòng)保護(hù)（如不出站的母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)、主變差動(dòng)保護(hù)，出站的線(xiàn)路差動(dòng)保護(hù)）、單端量的距離保護(hù)與功率測(cè)量、合并單元、PMU、故障錄波器等二次設(shè)備對(duì)采樣同步提出了更新、更高的要求。所以在網(wǎng)絡(luò)采樣方式下，保護(hù)的性能依賴(lài)于對(duì)時(shí)系統(tǒng)。分析了目前的同步采樣技術(shù)的機(jī)制，研究了由于同步信號(hào)異常可能導(dǎo)致的問(wèn)題，最后提出了幾種解決方案。

關(guān)鍵詞：合并單元；同步；對(duì)時(shí)；延時(shí)可測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM769 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Sampling Synchronization Strategy in Intelligent Substation Based on Network Sampling

GAO Hong-liang1，TAO Wen-wei1，LIU Dong-chao2，F(xiàn)U Yan-lan3，CHEN Zhi-gang2

（1.Power Dispatching and Control Center of China Southern Power Grid，Guangzhou，Guangdong 510663，China；

2.NR Electric Co.，Ltd，Nanjing，Jiangsu 211100，China；

3.Power Dispatching and Control Center of Hainan Power Grid，Haikou，Hainan 570203，China）

Abstract：

In smart substations， in order to reduce investment and improve data sharing， network sampling is adopted， but the voltage and current information in the network needs to be synchronized in order to achieve functions like differential and distance protection.After the intelligent station process layer networking， various differential protection （such as not out of the substation differential protection， differential protection of the main transformer， outbound line differential protection）， single-ended distance protection and power measurement， merging secondary devices such as PMU and fault recorder are newer and higher in sampling synchronization， so the performance of protection depends on time synchronization system in network sampling mode.This paper analyzes the current mechanism of synchronous sampling， Analyzed the problem that may be caused by the abnormality of the synchronization signal， and finally proposed several solutions.

Key words：merging unit；sampling synchronization；measured time delay

1 引 言

智能變電站在過(guò)程層上與傳統(tǒng)變電站的差別很大。通常來(lái)說(shuō)，智能變電站包括合并單元、智能終端和交換機(jī)，保護(hù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)采集合并單元的數(shù)字采樣值。常規(guī)變電站則只有常規(guī)互感器和控保設(shè)備，常規(guī)互感器和控保之間，以及控保設(shè)備之間的電纜在智能站被取消，采用數(shù)字化信號(hào)傳輸，所以采用光纖代替電纜。保護(hù)測(cè)控等設(shè)備由常規(guī)的模擬量采樣，變成了數(shù)字化采樣，原來(lái)保護(hù)內(nèi)部的采樣環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)楹喜卧獙?shí)現(xiàn)[1-2]。

智能變電站中，保護(hù)和控制設(shè)備需要采集多個(gè)交流量信息，所有這些信息都需要嚴(yán)格同步以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能[3]。因此智能站過(guò)程層數(shù)字化后，各種差動(dòng)保護(hù)（如不出站的母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)、主變差動(dòng)保護(hù)，出站的線(xiàn)路差動(dòng)保護(hù)）、距離保護(hù)與功率測(cè)量、合并單元、PMU、故障錄波器等二次設(shè)備對(duì)采樣同步提出了更新、更高的要求。

在實(shí)際工程應(yīng)用中，保護(hù)控制所要求的同步一般要求同步精度小于4 μs，而作為自動(dòng)化的SOE時(shí)間的對(duì)時(shí)精度要求一般小于1 ms[4]。對(duì)于保護(hù)要求的同步精度小于4 μs，一般指合并單元輸出的組網(wǎng)的數(shù)據(jù)，時(shí)標(biāo)精度與PPS的精度要小于4 μs。而自動(dòng)化要求的SOE精度小于1 ms，指的是報(bào)文的記錄時(shí)間，這個(gè)指標(biāo)指的是裝置的報(bào)文要能夠區(qū)分1 ms的事件。本文主要討論的是同步，指的是采樣同步的技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)方法，而不是SOE的對(duì)時(shí)精度。當(dāng)然，為簡(jiǎn)化二次回路的接線(xiàn)復(fù)雜度，實(shí)際的智能變電站，往往將采樣同步信號(hào)和對(duì)時(shí)信號(hào)合并，作為統(tǒng)一的一個(gè)時(shí)鐘源。比如電力系統(tǒng)二次控保設(shè)備常用的IRIG-B碼實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)和同步，B碼以編碼的方式提供時(shí)間信息，碼流里面包含了整秒絕對(duì)時(shí)間信息和秒起始時(shí)刻，其時(shí)間同步準(zhǔn)確度優(yōu)于1 μs[5]，只要被對(duì)時(shí)設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)解碼，完全能夠滿(mǎn)足智能變電站過(guò)程層設(shè)備的同步與對(duì)時(shí)要求。然而，由于采樣同步是一個(gè)相對(duì)的時(shí)間概念，而這種以對(duì)時(shí)信號(hào)作為基準(zhǔn)的同步方式依賴(lài)于時(shí)鐘源的穩(wěn)定輸出，因此需要智能站過(guò)程層設(shè)備在時(shí)鐘源異常的情況下做嚴(yán)密的措施，以保證既不會(huì)因失步導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)，也不會(huì)閉鎖無(wú)關(guān)的保護(hù)功能。endprint

2 同步技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 裝置內(nèi)部同步技術(shù)

1）圖1是傳統(tǒng)微機(jī)型裝置的采樣示意圖。在傳統(tǒng)微機(jī)型保護(hù)裝置中，DSP系統(tǒng)通過(guò)定時(shí)中斷，觸發(fā)AD芯片的轉(zhuǎn)換信號(hào)，開(kāi)始同一時(shí)刻的采樣，一般AD芯片內(nèi)會(huì)有采樣保持回路的。觸發(fā)保持后，由DSP以此讀取各個(gè)AD的轉(zhuǎn)換后的采樣數(shù)據(jù)。通過(guò)同一個(gè)轉(zhuǎn)換信號(hào)，保證裝置中的采樣數(shù)據(jù)是同一時(shí)刻的數(shù)據(jù)。

2）此外，采樣數(shù)據(jù)的同步不僅僅由DSP發(fā)出的同一鎖存脈沖決定[6]，采樣回路中CT、PT模塊自身也會(huì)產(chǎn)生相移。但CT、PT相移差值不大，所以可以認(rèn)為傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的采樣數(shù)據(jù)是同步的。

3）線(xiàn)路縱差保護(hù)、分布式母線(xiàn)保護(hù)（多IED）也采用內(nèi)同步的技術(shù)，其實(shí)現(xiàn)機(jī)制與傳統(tǒng)保護(hù)裝置的采樣有相似性。以多IED主從同步方式為例，由于主從IED間中斷存在一定的偏差，從IED可以通過(guò)調(diào)節(jié)采樣中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)與主IED的同步，如圖2。

2.2 裝置外部同步技術(shù)

隨著智能化變電站發(fā)展，內(nèi)同步方式已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足智能站內(nèi)多類(lèi)型、跨系統(tǒng)設(shè)備之間的采樣同步需要，出現(xiàn)了以時(shí)鐘同步裝置為基準(zhǔn)的外同步方式，時(shí)鐘同步設(shè)備同時(shí)提供同步與對(duì)時(shí)功能。

以MU同步為例，時(shí)鐘同步設(shè)備給所有MU提供硬件同步脈沖，脈沖上升沿的時(shí)刻為MU的采樣時(shí)刻[7]。互感器及其他硬件電路的固定延時(shí)由MU通過(guò)插值的方法補(bǔ)償，如圖3。

2.3 插值同步

為了滿(mǎn)足測(cè)量等應(yīng)用要求，合并單元輸出的數(shù)據(jù)采樣率一般設(shè)置為4 kHz[8]，而傳統(tǒng)微機(jī)保護(hù)裝置的采樣頻率一般為1.2 kHz。因此，數(shù)字化保護(hù)設(shè)備需要通過(guò)插值同步方式將采樣率由4 kHz變換為1.2 kHz。插值同步方式廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)同步及采樣率轉(zhuǎn)換。

當(dāng)采用采樣點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式時(shí)，由于光纖傳輸延時(shí)可以忽略，所以在控保設(shè)備接收合并單元數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間就不會(huì)發(fā)生變化，為某一確定的固定延時(shí)。控保設(shè)備通過(guò)FPGA芯片可以準(zhǔn)確的標(biāo)記采樣數(shù)據(jù)的到達(dá)時(shí)刻。通過(guò)硬件標(biāo)記的報(bào)文到達(dá)時(shí)刻和互感器傳過(guò)來(lái)的報(bào)文額定延時(shí)，就可以計(jì)算出報(bào)文的真正采樣時(shí)刻。這樣就完成了標(biāo)記所有報(bào)文的真實(shí)采樣時(shí)刻，在通過(guò)插值算法，可以插值到任意時(shí)刻的數(shù)據(jù)，插值后的數(shù)據(jù)，完成了數(shù)據(jù)的同步。數(shù)據(jù)同步方法如圖4所示。

采用此種數(shù)據(jù)同步方式時(shí)，通過(guò)物理點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，硬件標(biāo)記到達(dá)時(shí)刻，進(jìn)而得到報(bào)文真實(shí)采樣時(shí)刻，通過(guò)插值完成數(shù)據(jù)的同步。整個(gè)分析過(guò)程，不依賴(lài)于外部時(shí)鐘源，因而其可靠性很高。

當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸采用組網(wǎng)模式，多了一個(gè)交換機(jī)環(huán)節(jié)，交換機(jī)為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，其報(bào)文的駐留時(shí)間是變化的，所以控保設(shè)備和合并單元之間的數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)是實(shí)時(shí)變化的，即使控保設(shè)備可以準(zhǔn)確標(biāo)記報(bào)文的到達(dá)時(shí)刻，也無(wú)法準(zhǔn)確的計(jì)算出數(shù)據(jù)的采集時(shí)刻[9]。所以在這種數(shù)據(jù)傳輸方式下，必須在發(fā)送端即合并單元中完成采樣數(shù)據(jù)的同步。

此時(shí)，組網(wǎng)方式下，只能通過(guò)外部時(shí)鐘源的方式，對(duì)合并單元中的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行編號(hào)（樣本計(jì)數(shù)器），當(dāng)同一時(shí)鐘源正常工作時(shí)，同一樣本計(jì)數(shù)器所對(duì)應(yīng)的采樣數(shù)據(jù)是同一時(shí)刻采樣的。控保設(shè)備在接收到不同合并單元的數(shù)據(jù)后，忽略數(shù)據(jù)到達(dá)的真實(shí)時(shí)刻，將所有樣本計(jì)數(shù)器相同的數(shù)據(jù)放在同一時(shí)刻進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)同步方法如圖5所示。

通過(guò)以上的分析，采用組網(wǎng)交換機(jī)后，雖然提高了數(shù)據(jù)的共享，但是也造成了數(shù)據(jù)的失步，必須依賴(lài)外部時(shí)鐘源完成源端的采樣控制。但由于采樣同步需要依賴(lài)外部的同一同步源，可靠性下降，當(dāng)外部同步脈沖丟失后，全站合并單元之間的采樣數(shù)據(jù)將失去同步從而造成很大影響。

3 外部信號(hào)同步存在的風(fēng)險(xiǎn)

3.1 時(shí)鐘信號(hào)跳變

變電站內(nèi)時(shí)鐘同步設(shè)備一般有多個(gè)時(shí)鐘源，比如北斗和GPS。由于受到電磁干擾、天氣等因素影響，變電站中的主時(shí)鐘衛(wèi)星信號(hào)在某些情況下存在短時(shí)丟失的可能性，此時(shí)會(huì)發(fā)生時(shí)鐘源切換，如果對(duì)時(shí)裝置處理不合理可能會(huì)出現(xiàn)時(shí)鐘源跳變或時(shí)鐘源相移的情況，如圖6所示。采用獨(dú)立于衛(wèi)星信號(hào)的站內(nèi)統(tǒng)一時(shí)鐘時(shí)，時(shí)鐘源復(fù)位也會(huì)造成同步信號(hào)相移。

時(shí)鐘源發(fā)生跳變或相移時(shí)，合并單元或保護(hù)裝置如果不針對(duì)采樣同步脈沖做處理，會(huì)使最終保護(hù)計(jì)算收到錯(cuò)誤的采樣數(shù)據(jù)，從而可能導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)作。因此在時(shí)鐘同步信號(hào)異常的情況下，一方面在條件允許的前提下，合并單元需要更長(zhǎng)時(shí)間的等間隔的同步采樣數(shù)據(jù)，以減少對(duì)保護(hù)等設(shè)備的影響，為保證MU輸出數(shù)據(jù)的等間隔性，失步到同步的瞬間，允許采樣數(shù)據(jù)的樣本計(jì)數(shù)器不連續(xù)；而另一方面必須防止所謂的“假同步”，即因各MU同步信號(hào)跟蹤策略的差別導(dǎo)致“各MU發(fā)出的采樣數(shù)據(jù)均置同步品質(zhì)，但各MU的采樣數(shù)據(jù)實(shí)際上處于不同步狀態(tài)”，下文將對(duì)此做細(xì)致分析。

3.2 假同步

3.2.1 MU失步到同步過(guò)程

對(duì)于MU裝置，時(shí)鐘信號(hào)異常主要分兩種情況：一是從無(wú)到有，即合并單元由于時(shí)鐘信號(hào)擴(kuò)展設(shè)備重新上電或是同步光纖連接恢復(fù)導(dǎo)致時(shí)鐘脈沖從無(wú)到有；另一種情況是時(shí)鐘跳變，即時(shí)鐘裝置跟蹤衛(wèi)星信號(hào)，導(dǎo)致合并單元接收到的時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生了跳變，即相位變化。在這些情況下，MU必須合理處理同步信號(hào)，以保證輸出的采樣數(shù)據(jù)的等間隔性，盡可能減少對(duì)保護(hù)的影響。

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式下保護(hù)設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)的要求是等間隔。需要保證合并單元在同步脈沖從無(wú)到有或發(fā)生跳變，即相位變化時(shí)，采樣數(shù)據(jù)需要等間隔采樣和發(fā)送，其發(fā)送的離散不超過(guò)10μs。同時(shí)為保證合并單元盡快的與主時(shí)鐘同步，需要調(diào)整采樣中斷，逐步逼近真實(shí)的秒脈沖，在完成同步后，允許調(diào)整完畢瞬間（即從失步到同步瞬間）樣本計(jì)數(shù)器跳到0值。

合并單元需按照以下步驟，保證快速跟蹤主時(shí)鐘信號(hào)的同時(shí)，保證數(shù)據(jù)的等間隔采樣和發(fā)送（如圖7所示）：

1）判斷收到同步信號(hào)（比如IRIG-B信號(hào)）的有效性，即確定收到的時(shí)鐘信號(hào)確實(shí)是精確等間隔秒的有效信號(hào)；

2）補(bǔ)償原主時(shí)鐘信號(hào)與衛(wèi)星時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)間差。把這個(gè)插值平均到每個(gè)采樣間隔的上，保證某一個(gè)采樣間隔與主時(shí)鐘的秒脈沖沿為同一時(shí)刻。；endprint

3）在下一個(gè)秒脈沖時(shí)刻，即采樣間隔與秒脈沖對(duì)齊的時(shí)刻，將樣本計(jì)數(shù)器清零，同時(shí)置同步位。

合并單元按照上述步驟處理，可以完成時(shí)鐘發(fā)生跳變時(shí)的同步輸出，采樣數(shù)據(jù)的等間隔輸出。在時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生跳變即相位偏移時(shí)，合并單元逐步調(diào)整采樣時(shí)刻，逐步逼近秒脈沖，由于調(diào)整的采樣間隔變化非常小，一般小于1 μs，所以輸出的采樣數(shù)據(jù)為等間隔輸出，在調(diào)整過(guò)程中，數(shù)據(jù)同步時(shí)鐘有效。在下一個(gè)秒脈沖時(shí)刻（即步驟3），通過(guò)樣本計(jì)數(shù)器清零表征此時(shí)完成了同步的切換。

不同廠家在上述環(huán)節(jié)的處理細(xì)節(jié)上的不同，可能會(huì)導(dǎo)致誤同步狀態(tài)。比如A廠家的合并單元檢測(cè)秒脈沖的有效性的門(mén)檻為2 s時(shí)間，用了3 s完成了時(shí)鐘同步，即整個(gè)跟蹤用了5 s的時(shí)間；而B(niǎo)廠家的合并單元檢測(cè)秒脈沖的有效性的門(mén)檻為3 s時(shí)間，用了4 s完成了時(shí)鐘同步，即整個(gè)跟蹤用了6 s時(shí)間；那么當(dāng)時(shí)鐘跳變后的第5秒A廠家合并單元輸出同步信號(hào)，而B(niǎo)廠家MU仍按原主時(shí)鐘信號(hào)提供樣本計(jì)數(shù)器，導(dǎo)致各MU輸出數(shù)據(jù)事實(shí)上的不同步。

3.2.2 跟蹤時(shí)鐘信號(hào)

合并單元發(fā)送的數(shù)據(jù)要保證秒脈沖時(shí)刻采樣序號(hào)為0，所以需要快速跟蹤時(shí)鐘信號(hào)。合并單元內(nèi)部虛擬的時(shí)鐘信號(hào)要時(shí)刻與真實(shí)的時(shí)鐘信號(hào)重合，但實(shí)際上由于時(shí)序關(guān)系，不能完全重合，所以合并單元需要補(bǔ)充這個(gè)差值，通過(guò)逐步調(diào)整采樣中斷，使得下一秒的秒脈沖正好對(duì)應(yīng)到采樣間隔上，如圖9所示。

對(duì)于采樣率為4 K的MU，由于需要調(diào)整采樣中斷，所以最多只需要半個(gè)間隔就可以找到秒脈沖的對(duì)應(yīng)時(shí)刻，即需要調(diào)整125 μs的采樣間隔。假設(shè)每個(gè)采樣點(diǎn)補(bǔ)償0.5 μs只需250個(gè)采樣點(diǎn)即可保證在采樣間隔級(jí)別與衛(wèi)星時(shí)鐘信號(hào)拉入同步。因此采樣時(shí)刻跟蹤最大時(shí)間為62.5 ms（250*250 μs）。

3.2.3 時(shí)鐘同步裝置的失步再同步

主鐘衛(wèi)星信號(hào)從無(wú)到有情況下，如果主鐘與衛(wèi)星信號(hào)的時(shí)間誤差小于1 ms，主鐘的輸出信號(hào)應(yīng)平滑過(guò)渡到衛(wèi)星信號(hào)，每秒時(shí)間間隔調(diào)整范圍小于10 μs；如果時(shí)間誤差大于或等于1 ms，主鐘輸出應(yīng)快速跟蹤到衛(wèi)星信號(hào)[2]。之所以提出1 ms邊界的不同處理方法原因在于，一方面主時(shí)鐘的守時(shí)能力應(yīng)該較強(qiáng)，電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求主時(shí)鐘的守時(shí)能力應(yīng)優(yōu)于55 μs /h[3]，誤差累計(jì)到1 ms需要近20小時(shí)，所以采用這個(gè)策略可以保證衛(wèi)星信號(hào)不好的變電站也不會(huì)因主時(shí)鐘信號(hào)的頻繁跳變影響保護(hù)設(shè)備。最?lèi)郝缘那闆r下出現(xiàn)小于1 ms的時(shí)間誤差，也可在1-2分鐘內(nèi)快速地從原主時(shí)鐘信號(hào)平滑調(diào)整到衛(wèi)星時(shí)鐘信號(hào)。假設(shè)輸出秒脈沖最大調(diào)整10 μs，主時(shí)鐘與衛(wèi)星時(shí)間偏差500 ms情況下，樣本計(jì)數(shù)器跟蹤最大時(shí)間達(dá)到13 h，因此，此時(shí)需要通過(guò)樣本計(jì)數(shù)器重置來(lái)迅速完成樣本計(jì)數(shù)的同步。

4 解決思路

因?yàn)檎緝?nèi)過(guò)程層同步僅需要有一個(gè)站的基準(zhǔn)就行，不需要衛(wèi)星的絕對(duì)時(shí)鐘信號(hào)，而對(duì)于站內(nèi)的同步系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，衛(wèi)星時(shí)鐘信號(hào)跳變反而是個(gè)壞事。理論上來(lái)說(shuō)，過(guò)程層同步系統(tǒng)的時(shí)鐘源采用就地時(shí)鐘（不接衛(wèi)星天線(xiàn)）可以消除衛(wèi)星信號(hào)不穩(wěn)定性對(duì)同步的影響[8]，但帶來(lái)的問(wèn)題是：

1）智能變電站需要設(shè)置兩套時(shí)間系統(tǒng)，一套系統(tǒng)用于接收衛(wèi)星信號(hào)，用于對(duì)時(shí)；而另外一套僅采用地面鐘，用戶(hù)站內(nèi)設(shè)備的同步；

2）同步時(shí)鐘源復(fù)位仍將產(chǎn)生信號(hào)源的相移等問(wèn)題；

3）間隔層設(shè)備需要兩個(gè)接口，一個(gè)為SOE提供時(shí)標(biāo)的對(duì)時(shí)接口，一個(gè)用于過(guò)程層同步的同步接口；

4）IEEE1588對(duì)時(shí)方式解決了站間時(shí)間同步信號(hào)傳輸鏈路的問(wèn)題，但不能解決時(shí)鐘源問(wèn)題。

因此要根本解決組網(wǎng)方式下的同步問(wèn)題，根本思路是要開(kāi)發(fā)不依賴(lài)于外部同步時(shí)鐘的采樣同步技術(shù)。

為解決數(shù)據(jù)共享的問(wèn)題，各廠家提出了用交換機(jī)解決此問(wèn)題的方案。下面分析比較近兩年提出的幾種具有代表性的解決思路的優(yōu)缺點(diǎn)和存在的問(wèn)題。

4.1 千兆交換機(jī)方案探討

智能變電站的過(guò)程層交換機(jī)均為百兆交換機(jī)，只有站控層的級(jí)聯(lián)口采用千兆口。過(guò)程層交換機(jī)由于傳輸延時(shí)太長(zhǎng)且延時(shí)不固定，因此其無(wú)法滿(mǎn)足點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式下SV數(shù)據(jù)的傳輸要求。采用千兆以太網(wǎng)交換機(jī)后傳輸延時(shí)基本可以忽略，SV獨(dú)立組網(wǎng)的情況下，一幀大小為260 byte的24通道SV數(shù)據(jù)包傳輸延時(shí)約為2 μs。

對(duì)于母差保護(hù)等采樣間隔數(shù)較多的保護(hù)裝置，當(dāng)單網(wǎng)口接入的間隔較多時(shí)，會(huì)造成采樣間隔的抖動(dòng)增大，影響保護(hù)計(jì)算精度。另外，由于目前智能站二次設(shè)備均為百兆端口，無(wú)法與千兆交換機(jī)對(duì)接，且千兆交換機(jī)配套的光纖模塊和PHY芯片相對(duì)百兆交換機(jī)較貴，增加了變電站建設(shè)的成本。

4.2 延時(shí)固定交換機(jī)

如圖10所示。固定延時(shí)交換機(jī)是在等待1個(gè)或多個(gè)周期接收到各個(gè)MU數(shù)據(jù)后，再對(duì)接收的SV報(bào)文進(jìn)行排序處理，在下一個(gè)中斷時(shí)刻按固定的順序發(fā)送SV數(shù)據(jù)。先不論此種交換機(jī)與傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)的交換機(jī)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制已大相徑庭，單就同步的可靠性而言，此方案一方面可能造成延時(shí)增加，另一方面，當(dāng)多MU之間相互失步后將造成處理困難，甚至無(wú)法進(jìn)行等間隔地發(fā)送數(shù)據(jù)。此外，固定延時(shí)交換機(jī)也會(huì)造成SV級(jí)聯(lián)困難以及與其他應(yīng)用報(bào)文共網(wǎng)處理困難。

4.3 延時(shí)可測(cè)交換機(jī)

延時(shí)可測(cè)交換機(jī)，就是交換機(jī)能夠準(zhǔn)確記錄報(bào)文的駐留時(shí)間，把報(bào)文駐留時(shí)間，填入SV報(bào)文的兩個(gè)保留字段Reserved1、Reserved2。級(jí)聯(lián)情況下，讀取原有的Reserverd字段，并且加上本交換機(jī)的駐留時(shí)間作為總體的駐留時(shí)間，作為總的延時(shí)，此種方式適合多級(jí)級(jí)聯(lián)。如圖11所示。

此方案要求交換機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸路由延時(shí)測(cè)量，并讀取原有報(bào)文的延時(shí)，加入本次延時(shí)，寫(xiě)入SV報(bào)文中的Reserved字段中，所以交換機(jī)是專(zhuān)用交換機(jī)。從技術(shù)實(shí)現(xiàn)角度看，可以采用FPGA標(biāo)記SV數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)刻，此技術(shù)在控保設(shè)備的中已經(jīng)使用，屬于成熟的技術(shù)。本身交換機(jī)是不需要解包的，延時(shí)可測(cè)交換機(jī)需要解包找到對(duì)應(yīng)的Reserved時(shí)刻。endprint

延時(shí)可測(cè)交換機(jī)依賴(lài)于各個(gè)MU的SV報(bào)文獨(dú)立延時(shí)時(shí)標(biāo)，與MU是否同步無(wú)關(guān)，因此可靠性更高。另外多類(lèi)應(yīng)用報(bào)文共網(wǎng)時(shí)不影響延時(shí)計(jì)算精度且SV級(jí)聯(lián)不受影響。

缺點(diǎn)在于需要修訂SV報(bào)文的以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)，與標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議不兼容；同時(shí)延時(shí)離散，需要SV接收設(shè)備實(shí)時(shí)補(bǔ)償。

5 結(jié) 語(yǔ)

智能變電站采樣同步的可靠性取決于時(shí)間參考系的可靠性，當(dāng)保護(hù)、控制采樣同步算法依賴(lài)GPS等外部信號(hào)進(jìn)行同步時(shí)存在諸多不可靠因素。目前技術(shù)條件下，對(duì)于智能變電站網(wǎng)采條件下的同步方案，采用基于交換機(jī)延時(shí)可測(cè)的方案可以有效的解決鏈路延時(shí)不可測(cè)量的問(wèn)題，不依賴(lài)外部時(shí)鐘，比較可靠。雖然站間采樣同步有需求，但基于傳輸網(wǎng)的采樣同步技術(shù)還需進(jìn)一步研究。

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