文档介绍：2018/4/20
基于IEC61588网络对时协议的变电站同步系统研究
研究生:黄振中
导师:王维庆教授
专业:控制理论与控制工程
研究方向:过程检测、诊断与控制技术
2018/4/20
研究目的及意义
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研究思路
研究内容
研究的后续工作及展望
论文创新点
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目录
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一、研究目的及意义
对智能变电站的建设有重要意义,为建立我国统一的坚强智能电网提供同步支持
通过在变电站自动化系统的智能电子设备(IED)中设置精确的IEC 61588同步时钟,可实现同步时钟的区域“自治化”
为构建一个全网时钟同步打下坚实的基础
实现IEC 61850 T5级时钟同步精度,不必采用单独的硬接线。
IEC61588 (Precision clock synchronization protocol worked measurement and control systems) 协议,简称PTP全称为《用于网络化测量和控制系统的精确时钟同步协议》。是一种亚微秒级精度的分布式网络时钟同步方案。
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二、全文研究思路
智能变电站及
IEC
61850
分析
IEC61588
网络对时
协议同步原理及最佳主时钟算法研究
本地时钟单元的研究与设计(频率补偿算法及电路的设计)
基于QuartusII软件的时钟频率补偿方案的仿真及分析
1、智能变电站概念的精确统一的定义在行业界还有争论。它是以数字化变电站作为基础,既具有对信息测量采集进而控制与保护计量等基本功能,又具有对电网实时自动控制与智能调节、在线分析与协同互动等高级功能的变电站。具有“一次设备智能化、信息采集就地化、全站信息数字化、信息共享网络化、信息应用智能化、高级应用互动、设备检修状态化”等典型特征。
2、IEC61850是变电站网络与通信协议标准,将智能变电站在逻辑上分为站控层(第三层)、间隔层(第二层)、过程层(第一层)三层体系结构。
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三、研究的主要内容
IEC61588同步原理
Ts1 = Tm1+D +O (1)
假定对时网络中传输路径是对称,即报文由主时钟到从时钟所用的时间与报文由从时钟到主时钟所用的时间相同,则:
Tm2 = Ts2+ D –O (2)
D= ((Ts1- Tm1 ) + (Tm2- Ts2)) / 2 (3)
O = ((Ts1- Tm1 )-( Tm2- Ts2)) / 2 (4)
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(1)时钟偏差校正:主时钟周期性向从时钟多播发送 Sync 和跟随报文,从时钟通过解析接收到的报文计算主、从时钟偏差Offset,并按照Offset校主、从时钟的时间直至Offset的值为零时完成时钟偏差校正。
(2)网络延迟校正:从时钟向主时钟发送延迟请求报文,主时钟发送请求响应报文予以响应,结合时钟偏差修正的Sync和跟谁报文信息,从时钟可计算出网络的Delay,利用该值校正从时钟直到Offset的值为零,从而实现时钟同步!
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最佳主时钟(BMC)算法
最佳主时钟(Best Master Clock,BMC)算法由数据集比较算法和状态决定算法两个部分组成。它不依赖于每个 PTP 端口而又能通过计算得出每个时钟端口的状态,最终达到确定出网络中最好主时钟的目的。DSCA决定两个时钟端口哪个更好;状态决定算法SDA是根据被选择出来的主时钟数据集来决定端口的下一个状态。
在 IEC61588V2中,假定时钟默认数据集D0属于一个具有N个端口的 PTP 时钟C0,则BMC算法计算时钟状态所需要的信息具体为:
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数据集比较算法
DSCA是BMC算法的基础,它有两功能:第一通过计算比较两个时钟端口数据集的二进制关系,以此来决定哪个数据集描述的时钟是更好的,第二为状态决定算法提供必要的数据信息。
算法中,首先要比较的就是A和B是否来自同一个最高主时钟GC。
(1)如果A 和B 并非来自同一 GC, 则需要对两个GC 的时钟特性数据进行比较。需要注意的是,当 GC 时钟等级、时钟精度、时钟方差、边界时钟等级等信息仍然不能决定GC时钟的优劣时, 最后要比较的就是时钟身份标识( Identity) ,作为时钟在域内的唯一标识, 该信息也在一定程度上, 反映了时钟源的优劣。这种情况下,只可能出现两种结果: A 优于B 或B 优于A 。
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(2)如果 A 与B 来自同一GM, 此时GM 特性信息无法确定孰优孰劣, 考虑到各时钟节点与 GM 之间的路径并不完全相同,以及链路延时的存在, 就必须从传输路径,接收或发送 A 与B 的时钟