一种基于IEEE 1588的配电网校时方法的研究

科技创新与应用｝２０１７年第５期　科技创新　一种基于ＩＥＥＥ　１５８８的配电网校时方法的研究　

邓大为　卢双　（南京工程学院，江苏南京２１００００）　

摘　要：研究了以ＩＥＥＥ１５８８为基础的配电网同步技术。分析了配电网通信系统典型的拓扑结构，构建了骨干层、接入层通信模　型。重点研究了精确时间同步协议（ＰＴＰ）下时钟校正的时域分割方法，对配电网络通信节点进行了合理的时钟类型设置，同时为　兼顾对时可靠性提出了骨干层与接入层的校时冗余方案的设计，将实现配电网络微秒级别的时间同步精度。　关键词：配电网；精确时间同步ＹＳ４￣；时域分割方法；校时冗余　

引言　电网时间同步系统是标准时钟源传输时标的重要系统，将通过　通信网络中的每一个节点，同步它们的时间，使电网的各种功能能　够在统一的时间基准上进行。电网的各项服务功能对电网的时间同　步精度有不同程度的要求，例如对电力信息采集、负荷控制和用电　精确管理等功能的精度要求为ｌｓ，对测量控制系统ＳＣＡＤＡ的精度　要求为ｌ０ｍｓ，事件顺序记录ＳＯＥ的精度要求为１ｍｓ，线路行波故障　定位、相量测量单元ＰＭＵ等的精度要求为１微秒。目前输电网络中　各节点时间同步的精度已经达到了很高的标准。　配电网广域测控技术对于配电自动化的建设是关键的技术支　撑，为了实现配电自动化安全测控与分析平台建立，配电网广泛保　护与事件分管功能的完善，配电网无缝自愈等功能，配电网的时间　同步精度必须要达到微秒级别，但是，目前可以知道的是配电网络　覆盖节点的实际的时间同步精度很低，不能满足配电自动化测控技　术的要求。因此，我们研究的构建配电网精确时间同步系统对配电　自动化系统的建立具有重要意义。　ＩＥＥＥ１５８８也称为精确时间同步协议（ＰＴｅ）的分布式测量与控　制系统，由校正时间信息包和在底层打时间戳的方式实现微秒级的　以太网网络时间同步精度。该协议可以实现多路以太网通信网络，　资源利用率低，无需铺设额外的线路，可以降低系统的建设成本。目　前，在ＩＥＥＥ１５８８的在电力系统中的应用研究主要集中在变电站自　动化系统，在配电网的应用仍处于起步阶段。对于有大量的成熟的　国内和国外厂商支持的ＩＥＥＥ１５８８协议，其具有带宽大、抗干扰能力　强、成本相对较低、误码率低等特点，有高传输速率和良好的安全　性，成为光纤通信配送的首选网络通信系统技术。以千兆工业以太　网建设配电自动化骨干网，用百兆工业以太网构建配电网自动化接　入网的方案已成为构建配电网自动化通信系统的典型方案。基于这　

一典型方案，文章将在配电网通信系统中采用ＩＥＥＥ１５８８复用光纤　以太网的技术来研究校时系统。　１基于工业以太网的配电网通信模型　工业以太网的通信组网方式具有灵活多变特点，可分为单、双　纤型、链式、星式、树型、环网型、多分支环式等。未来通信网络的发　

图１基于以太网的配电网通信模型　展变革趋势是从线到环，再从环到网，而远方的站点需要冗余的双　链链接。根据通信网络应与主馈线相邻，覆盖主节点的原则，同时，　考虑到许多因素，如节约成本，明确网络拓扑层次结构，以及是否能　满足一定的线路冗余等。图１是基于工业以太网的典型的配电网通　信系统拓扑结构。配电网通信系统分为骨干层和接入层。骨干层时　间戳覆盖城市区域调度中心和每个变电站。在图１的典型方案中，　通过干兆工业以太网动态路由协议，实现数据路由动态过渡。接入　层主要用于１０ｋＶ配电网各层终端接人，覆盖各开闭站、环网柜、配　

图７顶盖蒙皮分块图　４顶盖蒙皮的制作工艺　顶盖蒙皮是覆盖并固定在车身顶盖骨架表面的薄板件，顶盖蒙　皮的线条须连续光滑，清晰明了。客车顶盖蒙皮的薄板材料镀锌钢　板，顶盖蒙皮可采用分块制作方法，将其分三块，其左右两块对称，　其分块图如图７。　顶盖蒙皮制作工艺过程中，为防止雨滴渗入车身内部，须对顶　盖蒙皮施行密封工艺，同时蒙皮与骨架的焊接方式采用滚焊，滚焊　完成后再在搭接处涂上密封胶，以加强焊缝的水密性和气密性。　５结束语　客车车身蒙皮的制作和工艺过程直接影响着客车的性能和外　观。文章分析了客车车身的前后、侧、顶等蒙皮的制作方法和工艺过　程，这为客车的制造和装配提供了参考。　

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参考文献　【１】李翔宇，王林照．自动点焊机在客车顶盖蒙皮焊接中的应用［ＪＩ＿汽　车工艺与材料，２０１６（１１）：６７—６９．　［２］宋永立．浅谈粘接技术在豪华大客车车身涨拉蒙皮装配工艺中的　应用ｆＪ］．城市车辆，２０００（４）：１１—１２．　［３］王艳辉，孙庆鸿，等．汽车车身蒙皮对汽车车身动态性能的影响ＩＪＩ．　东南大学学报（自然科学版），２００２（４）：５９８～６００．　［４］唐学帮，王曙道．客车车身侧边蒙皮制造工艺浅谈ｆＪＩ－科技视界，　２０１２（４）：１３—１４．　【５１席玉强．整车车身蒙皮的制作工艺ｌ　Ｊ１．汽车实用技术，２０１０（６）：３０—　３５　【６】吉国光．大型客车车身张拉蒙皮的点焊要点【Ｊ１．重型汽车，２００７　（２）：３９—４０．　［７］Ｙ－明庆．某电动客车铆接铝车身蒙皮开裂问题的研究【ＪＪ．汽车工　程，２０１６（３）：３８５—３８９．　ｆ８１赵扬．大客车车身蒙皮及骨架检测修复要点分析　中国新技术新　产品，２０１６（８）：８６—８７．　作者简介：梁荣飞（１９９４一），男，本科生，研究方向：机械设计制　造及其自动化。　通讯作者：秦建华（１９７９一），男，博士后，讲师，研究方向：机械　设计、智能控制与模式识别。　科技创新　２０１７年第５期ｌ科技创新与应用　电站、杆顶单元等。接入层为根据工业以太网交换机覆盖的通信汇　聚区域范围不同所划定的子环。　２时钟校正的时域分割方法　基于工业以太网的配电网通信系统的典型拓扑结构可抽象为　骨干层结构和接人层结构。考虑每一个通信结构环作为时钟校正时　间区域，并将配电主站的交换机节点时钟类型配置为边界时钟　（ＢＣ），而其他节点被设置为透明时钟（ＴＣ）。　

图２时域分割法时钟节点设置　在接人层结构环里，我们选择关口交换机作为边界时钟，而其　他交换机节点设置为ＴＣ。主站交换机接收高精度时钟源消息，以纠　正本地节点的时钟时间。因为其他交换机节点被设置为ＴＣ，不涉及　校正时间本身，在该层中，当主时钟端口通过ＴＣ向下一个ＴＣ或接　入层的网关交换机发送纠错消息时，接入层的所有网关交换机都可　以在纠错结束时完成时间同步。接入层所有网关交换机完成时间同　步后，每一个又作为主时钟本身，向其他连接的交换机或配电终端　发送校正时间消息，校正时间消息通过ＴＣ到达下一个ＴＣ或连配　电终端设备。时钟校正时域分割与节点设置如图２所示。根据分割　配置模式能实现校正时间网络在广域的多层统一。　在接人层中，ＢＣ校时节点是对时协议工作的边界，从而使得对　时的组织严密，多层次，相对独立，具有简单的时间设定过程。关口　交换机相当于＿个网关的时钟消息源，环网的关口交换机，它被设　置为ＢＣ，使校正时间系统上下层分离，形成相对独立的对时系统。　校正时间系统通过关口交换机广播校正时间信息包，所有的校正时　间消息可以发送到每一个定时节点。将关口交换机设置为ＢＣ还可　以阻止不同层之间的校正时间信息流，减轻线路和设备的通信负　荷，提高校正时间系统的稳定性。根据该方法，对时钟校正时间段进　行分段，得到了校正后的时间信息可以转移到其１０千伏配电网终　端设备。这样不仅可以将校正时间误差控制在最小范围，而且还形　成任意外延、广域多层统一的校正时间网络。而且，路径时延抖动在　对时信息通过节点时就被测量，当主时钟发送到从时钟的时间戳消　息时，所有路径时延抖动和关口协议栈抖动都将加入主时钟的信　息，从时钟只需要根据本地接收到的时间同步消息，就能够准确地　计算出主时钟的时间误差，从而调整自己时钟信息。　３校时网络冗余的实现　３．１骨干层冗余的实现　骨干层通信网络的主站节点接收高精度的时钟源信息来同步　本地时钟，通过广播校正所有连接于ＢＣ节点的Ｔｃ时钟信息。时钟　源的优先级顺序：上级高精度网络时钟，ＧＰＳ对时装置。当主时钟发　送时钟信号失败时，节点通过最佳时钟（ＢＭＣ）算法自动更新切换到　二级备用时钟源，使其成为新的主时钟，从而形成一个新校正时间　树。该方案中的校正时间网不需要各站配备ＧＰＳ时间同步设备。只　有一套ＧＰＳ设备就可以在骨干层形成１３—２级冗余的时钟源，大大降　低了校正时间系统的成本。当通信环发生故障时，通过保护倒换机　制，使新的通信线路产生，环形结构使原来的传输方向数据反转，在　这一点上，因为交换机都是Ｔｃ，其节点不参与生成新的同步树。实　现方案的时钟节点如图３所示。　３．２接入层冗余的实现　当通信网络是直连接人环，其中设置两个关口交换机作为ＢＣ，　一个关口交换机的优先级高于另一个，这样，时间同步树的形成将　更加方便，同时避免了校正时间的冲突。在正常状态下，较高的网络　发送精确的时钟到左网关交换机，然后发送精确时钟信息至所有的　普通时钟（ＯＣ）。当有环保护行为发生时，较高的网络分别向网关两　图３骨干层的校时冗余网络　图４时间孤岛和环保护　侧发送精确的时钟信号。当上级通信系统出现故障时会产生一个时　间孤岛，此时左网关将发送时钟信号到所有ＯＣ以及将该关口交换　机作为主时钟。当同时有时问孤岛和环保护行为时，可将其看作为　两个时间孤岛，在每个时问岛的网关交换机将是校时时钟源。此时　应尽快使关口交换机的单项功能恢复，时间孤岛和环保护行为如图　４所示。　４结束语　文章利用ＩＥＥＥ１５８８技术在工业以太网中的应用，通过构建配　电网通信模型，以及合理的讨论和分析选择时钟节点类型，最后构　造了一个强大的广域多层时间校正系统的配电网，覆盖所有配电自　动化终端节点，校正时问尺度具有良好的发散性。　参考文献　［１］时玉娟，赵建，方海燕，等．ＩＥＥＥ１５８８同步时钟的分析与应用　．仪　表技术，２００７，９：１２—１４．　【２Ｊ欧阳家涂，岑宗沿，周健．ＰＴＰ时钟同步协议分析及应用探讨『Ｊ］．华　东电力，２００８，３６（８）：６３—６５　［３］沈峻．ＩＥＥＥ１５８８Ｖ２在电力系统时钟同步方面的应用『Ｊ］．电子世界，　２０１３，１６：８３＋９９．　【４】杨其岚，万全．基于ＧＰＳ的电力系统高精度同步时钟ＩＪＩ＿湖南电力，　２０１０，０１：２３—２６．　［５］郜洪亮，刘遵义．基于ＧＰＳ和ＦＰＧＡ的便携式高精度同步时钟的　研制【ＪＪ．电力系统保护与控制，２００９，３７（２）：８０—８２．　［６】辛红汪，丁巧林，李筱宁．基于ＩＥＥＥ１５８８的配电网同步对时网络　研究ｌＪ１．智能电网，２０１３，１（２）．　［７］潘宏伟．应用ＩＥＥＥ１５８８协议的电力系统对时技术　】．山东大学，　２０１１．　［８］杨亮，马党梅．ＩＥＥＥ１５８８　ＰＴＰ协议在数字化变电站中的应用『Ｊ］．机　电信息，２００９，３０：１０２—１０４．