电力系统时间同步技术应用
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1.3.频率基准
铯原子钟 Cs133原子喷泉钟,当前频率基准,准确度10-15数量级。 美国最高精度铯原子钟,精度可达8000万年不差一秒 美国最高精度铯原子钟 其它原子钟 氢原子钟、铷原子钟 原子钟精度:铯 > 氢 > 铷 光钟 新一代原子钟。分为原子光钟和离子光钟,2010年美 国铝离子光钟,精度可达37亿年误差不到1秒
2.3.脉冲、编码授时技术
脉冲同步 主要有PPS、PPM、PPH IRIG-B码 包括直流B码和交流B码 串口报文:国标和广标 E1频率同步 包括2MHz和2MBits两种模式
2.4.各种授时技术应用比较
卫星导航系统授时技术,主要用于厂站或调度中心 主时钟对时,对时精度高。 脉冲、B码主要用于站内二次设备对时,对时精度 较高,但接线较多,需要点对点接线。 NTP 、串口报文主要用于给对时精度要求较低的设 备(如站控层设备)对时。对时精度ms级。 E1同步主要用于厂站间、厂站与调度中心间的时钟 远距离同步。同步精度低。
秒脉冲准时沿 帧头开始时刻与1PPS准时沿误差小于5ms HH:MM:SS:000ms
帧头
HH:MM:SS
对时原理(以直接清零法为例) :被授时装置接收到串行口时间报文时 将自身时间秒以下的部分清零,即0毫秒0微秒0纳秒。秒及秒以上的时 间从报文信息中解析得出。串行口时间报文一般从串口收发器中发出且 主要用于软件对时,精度相对要求低
3.2 电力系统常用时间同步信号
秒脉冲(1PPS)
一种时间基准信号,每秒一个脉冲。
对时原理(以直接清零法为例):被授时装置在捕捉到脉冲的上升沿 (准时沿)时将自身时间秒以下的部分清零,即0毫秒0微秒0纳秒
IRIG IRIG-B码
一种串行时间交换码。每秒1帧,包含100个码元,每个码元10 ms。分 为交流码和直流码
传统脉冲、B码、串口报文对时
接口类型多,复杂 授时精度受线缆延时影响 点对点连接,需要大量授时电缆 抗电磁干扰能力弱
IEEE1588 对时
利用以太光纤网络实现精密时间同步 无需额外授时电缆 具有网络延时补偿功能 采用硬件时间标签,精度可达纳秒级
IEEE1588在电力系统中运用的阻碍
GPS 星座
ê 21 颗主用卫星 ê 3 颗备用 ê 平均分布在6个轨道平面 ê 55 °倾角 ê 11 小时58分周期 ê 卫星寿命11年 – 军用——时间和位置(P-码)(L2波段: 1227.26MHz) – 民用——时间和位置(C/A 码)(L1波 段:1575.42MHz)
GPS卫星授时原理
GPS向全球范围内提供定时和定位的功能。 如果要实时完成定位和授时功能,需要4个参数: 经度、纬度、高度和用户时钟与GPS主钟标准时 间的时刻偏差,所以需要接受4颗卫星的位置。 若用户已知自己的确切位置,那么接受1颗卫星 的数据也可以完成定时。 民用的定位精度可达10米。授时精度优于 50ns。
北斗一代卫星导航系统
“北斗”卫星导航试验 系统(也称“双星定位导航 系统”),其工程代号取名 为“北斗一号” 两颗地球静止卫星、一颗 在轨备份卫星 定位精度优于20m,授时 精度优于100ns
北斗一代卫星导航系统
北斗一代卫星特点 ◆是覆盖我国本土的区域导航系统 ◆主动式双向测距二维导航,通过双星定位,客户 机只能解算出经纬度,不能算出高度 ◆由于采用卫星无线电测定体制,用户终端机工作 时要发送无线电信号,会被敌方无线电侦测设备发 现,不适合军用 ◆实时性较差,无法在高速移动平台上使用
对时原理(以直接清零法为例) :被授时装置在捕捉到IRIG-B码的准时沿 (两个连续的码元P中第二个P开始的上升沿)时将自身时间秒以下的部分清 零,即0毫秒0微秒0纳秒。秒及秒以上的时间信息从B码中得出。
串行口时间报文
包含时间信息和报头、报尾等标志信息的字符串。每秒输出1帧。 包含时间信息和报头、报尾等标志信息的字符串。
同步 信号之间在频率或相位上保持某种严格的特定 关系,即在相对应的有效瞬间以同一平均速率出现 时间同步 通过一定的比对手段使两个时钟时刻保持一致 时间同步分类 相对时间同步,是指某个系统内的时钟所进行 的时间同步 绝对时间同步,是指除了完成本系统内的时间 同步外,还要与国家标准时间和国际标准时间UTC 相同步
PTP主要配置及模式
One step or two step Layer 2 or layer 3 Multicast or unicast Boundary clock and transparent clock E2E or P2P Message frequency BMC support
电力系统时间同步系统相关标准
3.1 电力系统时间同步系统相关术语
1、时间同步系统 time synchronization system 能接收外部时间基准信号,并按照要求的时间准确度向外输出时间同步信号和时 间信息的系统。时间同步系统通常由主时钟、若干从时钟、时间信号传输介质组成。 2、时间同步装置 time synchronising device 时间同步装置又称时钟装置,包括主时钟和从时钟。 3、主时钟 master clock 能同时接收至少两种外部时间基准信号(其中一种应为无线时间基准信号如: GPS、北斗),具有内部时间基准(晶振或原子频标),按照要求的时间准确度向 外输出时间同步信号和时间信息的装置。 4、从时钟 slave clock 能同时接收主时钟通过有线传输方式发送的至少两路时间同步信号,具有内部时 间基准(晶振或原子频标),按照要求的时间准确度向外输出时间同步信号和时间信 息的装置,也可称为扩展时钟。 5、时间准确度 time accuracy 时钟装置输出的时间与标准时间(如北京时间)的一致性程度。 6、时间同步准确度 time synchronization accuracy 经时间同步后,被授时时钟输出的时间与授时时钟输出的时间的一致性程度。
电力系统时间同步技术应用
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目录
1 2 3 4 5 6 时间同步绪论 现代主要授时技术 电力系统常见时间同步信号及接口 时间同步检测技术 时间同步系统在电力系统中的应用 公司产品简介
1 时间同步绪论
1.1时间同步的基础
时间与频率 ◆时间有两个含义: “时刻”:即某个事件何时发生; “时间间隔”:即某个时间相对于某一时刻持续了 多久。 ◆频率的定义:周期信号在单位时间(1s)内的变 化次数(周期数)。如果在一定时间间隔T内周期 信号重复变化了N次,则频率可表达为:f=N/T ◆时间与频率的关系:可以互相转换。
1.2.时间基准
世界时 UT(universal time),亦称格林尼治时间,以地 球自转周期(1天)确定的时间,即 1/(24×60×60)=1/86400为1秒,其误差约为10-7 量级 历书时 ET(Ephemeris time),以地球绕太阳公转为标 准,即公转周期(1年)的31 556 925.9747分之一为1 秒。参考点为1900年1月1日0时(国际天文学会定义), 准确度达1×10-9,于1960年第11届国际计量大会接受 为“秒”的标准.已被原子时取代.
1.4.时间同步的方法
直接清零法 在某一特定时刻,统一对计数器进行清零。属 于软件层面的同步,设备内部的时钟并没改变。如: 在秒脉冲到达的时刻将秒以下的计数器清零。 移相法 直接调整内部时钟的相位,使内部时钟的相位 与参考时钟的相位同步,实现时间同步。 频率微调法 通过调节内部时钟频率的快慢,最终达到内部 时钟与参考时钟频率和相位的双同步,实现时间同 步。
需要被授时设备支持IEEE1588对时,硬件成本大。 需要交换机支持IEEE1588,且对交换机授时精度要求极 高,1588交换机充当透明时钟的角色,其精度、抗网络压 力直接影响被授时设备精度(报文优先级依次为GOOSE、 SV、IEC61850通信、IEC61588同步报文、其他报文)。
3 电力系统常见时间同步信号及接口
2 现代主要授时技术
2.1.卫星导航定位系统授时技术
全球定位系统GPS
êGPS是由美国国防部开发的,
由一个低轨
道的军用导航卫星阵列组成
ê它可以实时、连续地提供地球表面任一地
点的位置、速度和时间的准确信息。
GPS系统概况
GPS 的三个构成部分
空间部分 (卫星)
控制部分 (陆地测控)
用户部分 (接收机)
NTP/SNTP 工作原理
时间序列图
•双向时延:d =(T4-T1)-(T3-T2) •A相对B的时间差:offset =((T2-T1)+(T3-T4))/2 •如果往返的传输时间相等,根据四个时刻可以求得时钟偏 差和传输时间
PTP 精密时间协议
PTP由IEEE1588定义,对应的电力行业标准IEC 61588 可以在IPV4 UDP、IPV6 UDP、IEEE802.3/Ethernet等 多种协议上传输 IEEE1588授时系统组成包括: IEEE1588主时钟 支持IEEE1588的交换机 支持IEEE1588的被授时设备
时钟装置的基本组成
时间同步装置主要由接收单元、时钟单元和输出单元三部分组成。
接收单元 时间同步装置的接收单元以接收的无线和有线时间基准信号作为外部时间基准 (主要接收GPS、北斗卫星信号和IRIG-B码)。 时钟单元 时间同步装置的接收单元含有内部时钟源(晶体钟或原子钟)。时钟单元从接 收单元获取时间源,并按优先级选择一路时间源为当前使用时间源。时钟单元 使用选中的时间源驯服内部时钟源,使内部时钟源与外部源同步,然后以内部 时钟控制输出单元输出信号。(解码+1PPS同步过程) 输出单元 输出单元输出各类时间同步信号和时间信息
网络时间报文
1、NTP/SNTP 1、 NTP/SNTP 网络时间协议 网络时间协议/ /简单网络时间协议 软件时标,对时精度较低,只能到毫秒级。对被授时装置没有特殊要求。 2、PTP 2、 PTP 精密时间协议 精密时间协议(IEEE (IEEE 1588) 硬件时标,对时精度达到亚微秒级,但需要时钟和被授时装置硬件上都支 持硬件时标功能。
北斗二代卫星导航系统
从2007年开始正 式建设“北斗”卫星导 航定位系统(“北斗二 号”) 5颗静止轨道卫星和 30颗非静止轨道卫 星组成 定位精度优于10m, 授时精度优于50ns
北斗卫星导航系统应用现状
北斗一代卫星已经停用,为在过渡期保证 北斗一代导航定位的正常使用,由北斗二 代卫星同时模拟发送北斗一代卫星的导航 报文。 北斗二代卫星使用处于起步阶段,各个厂 家的北斗二代接收模块才刚刚完成研发, 还需要进行长时间的稳定性测试。
2 现Байду номын сангаас主要授时技术
2.2.网络授时技术
NTP/SNTP网络时间协议/简单网络时间协议
NTP由RFC1305 定义的时间同步协议 NTP 基于UDP 报文传输,端口号为123 可以采用单播、组播或广播方式发送协议报文 SNTP由RFC1769文档定义 NTP 和SNTP 的数据包格式是一样的,计算客户时间、 时间偏差以及包往返时延的算法也一样,具有互操作 性
3.3 时间同步系统主要信号接口
1、TTL电平 以2.4V~5V为高电平,以小于 ,以小于0.4V为低电平 用于输出1PPS、IRIG-B码。 以-5V~ 5V~-15V为逻辑正“1”,以+5V~+15V为逻辑负“0” 用于输出串口报文 差分接口,两线之间的电压差 两线之间的电压差2V~6V为高电平,逻辑正“1”; 两线之间的电压差-2V~ 2V~-6V为低电平,逻辑负“0” 用于输出1PPS、IRIG IRIG-B码、串口报文 亮对应高电平,灭对应低电平 用于输出1PPS、IRIG IRIG-B码、串口报文 闭合对应TTL电平的高电平,打开对应TTL电平的低电平 用于输出1PPS 用于NTP、PTP网络报文的收发
NTP/SNTP与IEEE 1588对比
NTP/SNTP授时精度不高的原因(>=1ms)
应用层 表示层 报文 编码 不确定 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 不确定 网络 路径时间 写入/读取 时间戳 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 不确定 报文 解码
在高层(应用层)打时间戳,传输时间包含三个环节 三个环节都具有不确定性,d1与d2不相等,偏差大