專利名稱：基于精確時(shí)間協(xié)議的電力系統(tǒng)時(shí)間同步裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步裝置，具體涉及基于精確時(shí)間協(xié)議的電力系統(tǒng)時(shí)間同步裝置。
技術(shù)背景在電力系統(tǒng)中，電力通信調(diào)度網(wǎng)、電廠和變電站等場(chǎng)所都需要非常精確的時(shí)間同步控制。毫秒或微秒級(jí)的時(shí)間同步偏差會(huì)造成系統(tǒng)的中斷，甚至電網(wǎng)的癱瘓，給客戶和電力公司帶來巨大的損失。因此，高精度的時(shí)間同步系統(tǒng)是保障電廠、變電站和電力通信暢通的必備條件。目前世界上普遍使用的方法是通過時(shí)間同步系統(tǒng)接收GPS、北斗或格洛納斯GL0NASS的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的UTC (世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間)并應(yīng)用到每個(gè)需要精確時(shí)鐘信號(hào)的通訊設(shè)備，來實(shí)現(xiàn)各種通訊設(shè)備的時(shí)間同步。盡管GPS授時(shí)系統(tǒng)是目前最普遍使用的技術(shù)，但是衛(wèi)星接收的時(shí)鐘有以下缺點(diǎn)(I)由于GPS是美國軍方控制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，受美國軍方控制，沒有保障；(2)天饋線維護(hù)費(fèi)用高，需要防雷防水措施，在無線信號(hào)比較紛雜的城市和電力設(shè)備周邊，也容易受到無線的干擾；(3)城市里高樓林立，衛(wèi)星接收視野受到限制，很難保證持續(xù)接收到足夠的衛(wèi)星信號(hào)。另外，電力系統(tǒng)的通信骨干網(wǎng)主要采用SDH網(wǎng)絡(luò)，但SDH網(wǎng)絡(luò)固有的不對(duì)稱切換延遲并不在PTP協(xié)議設(shè)計(jì)的考慮之內(nèi)，嚴(yán)重影響了 PTP時(shí)鐘的傳輸精度。有鑒于此，電力系統(tǒng)急需一種精度高、費(fèi)用低、安全性高的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是解決電力系統(tǒng)的時(shí)間同步裝置精度低、費(fèi)用高、安全性差的問題。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是提供一種基于精確時(shí)間協(xié)議的電力系統(tǒng)時(shí)間同步裝置，包括El/Ethernet網(wǎng)橋、1588時(shí)鐘信號(hào)接收單元、報(bào)文解析模塊、嵌入式微處理器、本地時(shí)鐘信號(hào)生成單元和輸出接口單元，所述El/Ethernet網(wǎng)橋?qū)⒎蟂DH El協(xié)議的1588主時(shí)鐘時(shí)間報(bào)文轉(zhuǎn)換為符合TCP/IP協(xié)議的1588主時(shí)鐘時(shí)間報(bào)文；所述1588時(shí)鐘信號(hào)接收單元接收所述符合TCP/IP協(xié)議的1588主時(shí)鐘時(shí)間報(bào)文；所述報(bào)文解析模塊解析所述1588主時(shí)鐘時(shí)間報(bào)文并獲得1588時(shí)鐘信號(hào)；所述嵌入式微處理器上設(shè)有時(shí)延補(bǔ)償模塊，所述時(shí)延補(bǔ)償模塊計(jì)算出SDH網(wǎng)絡(luò)的不對(duì)稱切換延遲；所述本地時(shí)鐘信號(hào)生成單元鎖定所述1588時(shí)鐘信號(hào)，并根據(jù)所述SDH網(wǎng)絡(luò)不對(duì)稱切換延遲對(duì)所述1588時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行時(shí)延補(bǔ)償，生成本地時(shí)鐘信號(hào)；所述輸出接口單元包括10MHz、lPPS、PPS +串行和IRIG-B接口，輸出基于本地時(shí)鐘的各種同步信號(hào)。在上述方案中，所述本地時(shí)鐘信號(hào)生成單元包括FPGA和時(shí)鐘振蕩鎖相單元，所述FPGA上設(shè)有相位及時(shí)標(biāo)處理模塊、頻率合成模塊、IPPS信號(hào)產(chǎn)生模塊、串行信號(hào)產(chǎn)生模塊和IRIG-B信號(hào)產(chǎn)生模塊，所述時(shí)鐘振蕩鎖相單元和相位及時(shí)標(biāo)處理模塊跟蹤并鎖定所述1588時(shí)鐘信號(hào)，并對(duì)所述1588時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行SDH網(wǎng)絡(luò)不對(duì)稱切換延遲時(shí)延補(bǔ)償后生成所述本地時(shí)鐘信號(hào)分別輸送給所述頻率合成模塊、IPPS信號(hào)產(chǎn)生模塊、串行信號(hào)產(chǎn)生模塊和IRIG-B信號(hào)產(chǎn)生模塊，所述頻率合成模塊將所述本地時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為IOMHz信號(hào)并輸出至所述IOMHz接口，所述IPPS產(chǎn)生模塊將所述本地時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為IPPS信號(hào)并輸出至所述IPPS接口，所述串行信號(hào)產(chǎn)生模塊將所述本地時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為串行信號(hào)并與IPPS信號(hào)一同輸出至所述PPS+串行時(shí)間接口，所述IRIG-B產(chǎn)生模塊將所述本地時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為IRIG-B信號(hào)并輸出至所述IRIG-B接口。在上述方案中，還包括監(jiān)測(cè)單元，所述嵌入式微處理器上設(shè)有時(shí)鐘歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和備用時(shí)鐘生成模塊，所述時(shí)鐘歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)近期的時(shí)鐘歷史數(shù)據(jù)，所述監(jiān)測(cè)單元監(jiān)測(cè)主時(shí)鐘時(shí)間報(bào)文丟失信號(hào)并發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，所述備用時(shí)鐘生成單元根據(jù)所述控制信號(hào)，從所述時(shí)鐘歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)的時(shí)鐘歷史數(shù)據(jù)中恢復(fù)得到所述本地時(shí)鐘信號(hào)并輸出至所述輸出接口單元。在上述方案中，所述嵌入式微處理器連接系統(tǒng)管理端口，所述系統(tǒng)管理端口包括RS232 接口和 IOM/1OOM 網(wǎng)絡(luò)接口。本實(shí)用新型，采用PTP(IEEE1588)主時(shí)鐘時(shí)間報(bào)文信號(hào)作為輸入源，在必須經(jīng)過電力系統(tǒng)既有的SDH網(wǎng)絡(luò)連接到PTP(IEEE1588)主時(shí)鐘的條件下，通過El/Ethernet網(wǎng)橋進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并通過嵌入式微處理器上的時(shí)延補(bǔ)償模塊消除SDH網(wǎng)絡(luò)不對(duì)稱切換延遲，使同步時(shí)間精度與協(xié)調(diào)世界時(shí)(UTC)相比優(yōu)于Ws，滿足了電力系統(tǒng)同步精度的要求。

圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提供了一種基于精確時(shí)間協(xié)議的電力系統(tǒng)時(shí)間同步裝置，采用ΡΤΡ(ΙΕΕΕ1588)主時(shí)鐘時(shí)間報(bào)文信號(hào)作為輸入源，在必須經(jīng)過電力系統(tǒng)既有的SDH網(wǎng)絡(luò)連接到ΡΤΡ(ΙΕΕΕ1588)主時(shí)鐘的條件下，同步時(shí)間精度與協(xié)調(diào)世界時(shí)(UTC)相比優(yōu)于 μ 滿足了電力系統(tǒng)同步精度的要求。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作出詳細(xì)的說明。如圖I所示，本實(shí)用新型提供的基于精確時(shí)間協(xié)議的電力系統(tǒng)時(shí)間同步裝置，包括El/Ethernet網(wǎng)橋、1588時(shí)鐘信號(hào)接收單元、報(bào)文解析模塊、嵌入式微處理器、本地時(shí)鐘信號(hào)生成單元和輸出接口單元。El/Ethernet網(wǎng)橋?qū)⒎蟂DH El協(xié)議的1588主時(shí)鐘時(shí)間報(bào)文轉(zhuǎn)換為符合TCP/IP協(xié)議的1588主時(shí)鐘時(shí)間報(bào)文，從而實(shí)現(xiàn)了與電力系統(tǒng)既有的SDH網(wǎng)絡(luò)的互通。1588時(shí)鐘信號(hào)接收單元接收符合TCP/IP協(xié)議的1588主時(shí)鐘時(shí)間報(bào)文并輸出至報(bào)文解析模塊。報(bào)文解析模塊，解析所述1588主時(shí)鐘時(shí)間報(bào)文獲得1588時(shí)鐘信號(hào)，并輸出至本地時(shí)鐘信號(hào)生成單元，同時(shí)將報(bào)文傳遞給嵌入式微處理器，用于嵌入式微處理器回應(yīng)來自PTP主時(shí)鐘的報(bào)文；嵌入式微處理器上設(shè)有時(shí)延補(bǔ)償模塊，時(shí)延補(bǔ)償模塊計(jì)算得出SDH網(wǎng)絡(luò)的不對(duì)稱切換延遲。[0019]本地時(shí)鐘信號(hào)生成單元包括FPGA和時(shí)鐘振蕩鎖相單元，F(xiàn)PGA上設(shè)有相位及時(shí)標(biāo)處理模塊、頻率合成模塊、IPPS信號(hào)產(chǎn)生模塊、串行信號(hào)產(chǎn)生模塊和IRIG-B信號(hào)產(chǎn)生模塊。輸出接口單元包括10MHz、lPPS、PPS +串行和IRIG-B接口。時(shí)鐘振蕩鎖相單元和相位及時(shí)標(biāo)處理模塊跟蹤并鎖定1588時(shí)鐘信號(hào)，并根據(jù)時(shí)延補(bǔ)償模塊計(jì)算出的SDH網(wǎng)絡(luò)的不對(duì)稱切換延遲對(duì)1588時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行時(shí)延補(bǔ)償后生成本地時(shí)鐘信號(hào)，并分別輸送給頻率合成模塊、IPPS信號(hào)產(chǎn)生模塊、串行信號(hào)產(chǎn)生模塊和IRIG-B信號(hào)產(chǎn)生模塊。頻率合成模塊將本地時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為IOMHz信號(hào)并輸出至IOMHz接口，IPPS產(chǎn)生模塊將本地時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為IPPS信號(hào)并輸出至IPPS接口，串行信號(hào)產(chǎn)生模塊將本地時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為串行信號(hào)并與IPPS信號(hào)一同輸出至PPS+串行時(shí)間接口，IRIG-B產(chǎn)生模塊將本地時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為IRIG-B信號(hào)并輸出至IRIG-B接口。本實(shí)用新型還包括監(jiān)測(cè)單元，嵌入式微處理器上還設(shè)有時(shí)鐘歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和備用時(shí)鐘生成模塊，時(shí)鐘歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)近期的時(shí)鐘歷史數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)單元監(jiān)測(cè)主時(shí) 鐘時(shí)間報(bào)文丟失信號(hào)并發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，備用時(shí)鐘生成單元根據(jù)所述控制信號(hào)，從時(shí)鐘歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)的時(shí)鐘歷史數(shù)據(jù)中恢復(fù)得到本地時(shí)鐘信號(hào)并輸出至輸出接口單元，可以維持產(chǎn)品提供原有精度的同步輸出信號(hào)長達(dá)24小時(shí)，為工程人員排查、搶修故障贏得時(shí)間。另外，嵌入式微處理器連接系統(tǒng)管理端口，系統(tǒng)管理端口包括RS232接口和IOM/1OOM網(wǎng)絡(luò)接口，具有控制、管理功能，實(shí)現(xiàn)用戶接口及網(wǎng)絡(luò)通信功能。綜上所述，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)、維護(hù)費(fèi)用大大降低，全網(wǎng)可實(shí)時(shí)監(jiān)控，沒有衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)可能存在的系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)，并可以實(shí)現(xiàn)與衛(wèi)星授時(shí)近似的精度；(2)、在現(xiàn)有的電力系統(tǒng)中各個(gè)電廠、調(diào)度中心和變電站之間的SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)，通過Ethernet/El協(xié)議轉(zhuǎn)換建立專用的PTP定時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)，這樣的網(wǎng)絡(luò)傳輸跳數(shù)可控制，只要PTP網(wǎng)絡(luò)從鐘設(shè)計(jì)巧妙，算法科學(xué)就可以保證PTP傳輸?shù)木?，?shí)現(xiàn)優(yōu)于Ius的時(shí)間同步，為在電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自主的時(shí)間同步提供了一個(gè)實(shí)用的解決方案。本實(shí)用新型不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人應(yīng)該得知在本實(shí)用新型的啟示下作出的結(jié)構(gòu)變化，凡是與本實(shí)用新型具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.基于精確時(shí)間協(xié)議的電力系統(tǒng)時(shí)間同步裝置，其特征在于，包括 El/Ethernet網(wǎng)橋，將符合SDH El協(xié)議的1588主時(shí)鐘時(shí)間報(bào)文轉(zhuǎn)換為符合TCP/IP協(xié)議的1588主時(shí)鐘時(shí)間報(bào)文； 1588時(shí)鐘信號(hào)接收單元，接收所述符合TCP/IP協(xié)議的1588主時(shí)鐘時(shí)間報(bào)文； 報(bào)文解析模塊，解析所述1588主時(shí)鐘時(shí)間報(bào)文獲得1588時(shí)鐘信號(hào)； 嵌入式微處理器，其上設(shè)有時(shí)延補(bǔ)償模塊，所述時(shí)延補(bǔ)償模塊計(jì)算得出SDH網(wǎng)絡(luò)的不對(duì)稱切換延遲； 本地時(shí)鐘信號(hào)生成単元，鎖定所述1588時(shí)鐘信號(hào)，井根據(jù)所述SDH網(wǎng)絡(luò)不對(duì)稱切換延遲對(duì)所述1588時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行時(shí)延補(bǔ)償，生成本地時(shí)鐘信號(hào)； 輸出接ロ單元，包括IOMHz、1PPS、PPS +串行和IRIG-B接ロ，輸出基于本地時(shí)鐘的各種同步信號(hào)。
2.如權(quán)利要求I所述的基于精確時(shí)間協(xié)議的電力系統(tǒng)時(shí)間同步裝置，其特征在于，所述本地時(shí)鐘信號(hào)生成單元包括FPGA和時(shí)鐘振蕩鎖相單元,所述FPGA上設(shè)有相位及時(shí)標(biāo)處理模塊、頻率合成模塊、IPPS信號(hào)產(chǎn)生模塊、串行信號(hào)產(chǎn)生模塊和IRIG-B信號(hào)產(chǎn)生模塊，所述時(shí)鐘振蕩鎖相単元和相位及時(shí)標(biāo)處理模塊跟蹤并鎖定所述1588時(shí)鐘信號(hào)，并對(duì)所述.1588時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行SDH網(wǎng)絡(luò)不對(duì)稱切換延遲時(shí)延補(bǔ)償后生成所述本地時(shí)鐘信號(hào)分別輸送給所述頻率合成模塊、IPPS信號(hào)產(chǎn)生模塊、串行信號(hào)產(chǎn)生模塊和IRIG-B信號(hào)產(chǎn)生模塊，所述頻率合成模塊將所述本地時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為IOMHz信號(hào)并輸出至所述IOMHz接ロ，所述IPPS產(chǎn)生模塊將所述本地時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為IPPS信號(hào)并輸出至所述IPPS接ロ，所述串行信號(hào)產(chǎn)生模塊模塊將所述本地時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為串行信號(hào)并與IPPS信號(hào)一同輸出至所述PPS+串行時(shí)間接ロ，所述IRIG-B產(chǎn)生模塊將所述本地時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為IRIG-B信號(hào)并輸出至所述 IRIG-B 接ロ。
3.如權(quán)利要求I所述的基于精確時(shí)間協(xié)議的電力系統(tǒng)時(shí)間同步裝置，其特征在于，還包括監(jiān)測(cè)單元，所述嵌入式微處理器上設(shè)有時(shí)鐘歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和備用時(shí)鐘生成模塊，所述時(shí)鐘歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)近期的時(shí)鐘歷史數(shù)據(jù)，所述監(jiān)測(cè)単元監(jiān)測(cè)主時(shí)鐘時(shí)間報(bào)文丟失信號(hào)并發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，所述備用時(shí)鐘生成単元根據(jù)所述控制信號(hào)，從所述時(shí)鐘歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)的時(shí)鐘歷史數(shù)據(jù)中恢復(fù)得到所述本地時(shí)鐘信號(hào)并輸出至所述輸出接ロ單元。
4.如權(quán)利要求I所述的基于精確時(shí)間協(xié)議的電力系統(tǒng)時(shí)間同步裝置，其特征在于，所述嵌入式微處理器連接系統(tǒng)管理端ロ，所述系統(tǒng)管理端ロ包括RS232接口和10M/100M網(wǎng)絡(luò)接ロ。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于精確時(shí)間協(xié)議的電力系統(tǒng)時(shí)間同步裝置，包括E1/Ethernet網(wǎng)橋、1588時(shí)鐘信號(hào)接收單元、報(bào)文解析模塊、嵌入式微處理器、本地時(shí)鐘信號(hào)生成單元和輸出接口單元，E1/Ethernet網(wǎng)橋?qū)⒎蟂DHE1協(xié)議的1588主時(shí)鐘時(shí)間報(bào)文轉(zhuǎn)換為TCP/IP協(xié)議，再經(jīng)報(bào)文解析模塊解析獲得1588時(shí)鐘信號(hào)；嵌入式微處理器上設(shè)有時(shí)延補(bǔ)償模塊，計(jì)算得出SDH網(wǎng)絡(luò)的不對(duì)稱切換延遲；本地時(shí)鐘信號(hào)生成單元鎖定1588時(shí)鐘信號(hào)，并對(duì)1588時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行時(shí)延補(bǔ)償，生成本地時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)輸出接口單元輸出。本實(shí)用新型，采用IEEE1588主時(shí)鐘時(shí)間報(bào)文信號(hào)作為輸入源，并消除了SDH網(wǎng)絡(luò)不對(duì)稱切換延遲，與協(xié)調(diào)世界時(shí)相比優(yōu)于1μs，滿足電力系統(tǒng)同步精度要求。
文檔編號(hào)H04L7/033GK202475441SQ20122010943
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者劉長羽, 田永和, 管曉權(quán), 胡洌波, 袁江峰, 許文, 趙妍 申請(qǐng)人:許文