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智能变电站设计和建设过程中,可靠性方面的要求极为重要。冗余配置作为提高可靠性的主要措施之一,在变电站中得到广泛应用,诸如:保护装置冗余和通信网络冗余。然而时钟系统作为变电站控制系统的决策前提,其重要性不言而喻。但是,时钟系统的冗余设计一直停留在较浅的层面,对时钟信号的传输以及处理过程中的冗余研究,很少有文献加以研究。
目前,智能变电站时钟同步系统采用多种方式实现,如 NTP、IRIG-B、GPS等。IEEE1588时钟同步与这些方式相比,其不仅能以标准的方式实现亚微妙的时钟同步,还能实现不同系统的兼容和互操作。这些特质适合很多电力业务的拓展,能很好地满足电力系统的需求。因此,基于IEEE1588的时钟同步方式在智能变电站中具有较好的应用前景,而如何做好智能变电站IEEE1588时钟同步系统的冗余亟待研究。
IEEE1588时钟冗余系统
智能变电站中IEEE1588时钟同步系统冗余设计中,其方案大致有三种:单钟方案、双钟互备方案、双钟双扩展方案。虽然,其时钟同步系统有多种冗余方式,但是从设计难度和可靠性程度而言,如图1所示,最适合智能变电站需求的即为双钟互备方案。
双钟互备方案分析
切换原理分析
智能变电站外部基准时间源多采用GPS信号、上游B码等。外部基准时间源的优先级由时钟装置确定。图1所示为时钟装置外部时间源仅包括GPS信号和备用B码。GPS信号存在则首先选取GPS信号,GPS信号失去后选择备用B码(另一时钟装置送来)。如果GPS信号源,备用B码源均失去,时钟装置输出失步告警信号。
此双钟互备方案中,(1) 主时钟装置、备用时钟装置事先确定;(2) 主用时钟装置的失步告警信号要接入备用时钟装置。假设开始运行时,主用时钟装置为主,发送PTP同步报文,当主用时钟装置失步时,输出失步告警信号给备用时钟装置,改由备用时钟装置发送PTP同步报文。主用时钟装置与外部基准时间源同步时,时钟质量参数clockClass 为6。主用时钟装置与外部基准时间源失步时,时钟质量参数clockClass 为7 ,并且输出失步告警信号。
切换时间分析
两个互备的时钟和装置1均接入一个网络。如图2所示,根据BMC竞争机制,主时钟装置的PTP端口为Master状态,发出PTP同步报文,装置1接收同步报文,与主用时钟装置保持同步。备用时钟装置处于Passive状态,虽然不发出同步报文,但一直在监听主用时钟装置发出的报文。
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