持IEEE 1588v2協議，實現變電站自動化精準計時同步

在世界航路快速發展的時代，大英帝國之所以能夠取得巨大的海上壯舉，得益于一個新發明——航海天文鐘，它可確保在大海航行的時候獲得精準的時間。在格林威治港口，將天文臺表設置為本地時間，然后和當天太陽所在位置的時間進行比較，船長就可以計算出當前位置的經度，精度非常準。天文臺表帶來了巨大的轉變，這種革命性的轉變使得英國探險家遠勝于當時其他國家的競爭對手。即使現在大英帝國無法占據全球，但英國發明的航海天文鐘卻帶來了持久的影響，格林威治時間(GMT)已經成為其他時區設置時間的標準。

對工業網絡而言，精準計時同樣也會帶來巨大優勢。特別是配網，更需要精準計時和網絡同步，將分布式設備和常規電力設備都協調一致。高精度級別為電網帶來了突破性革命——智能電網可通過自動且智能分配電力，滿足用戶的按需分配，實現更高水平的效率性、安全性和可靠性。

本文探討了現代工業體系，尤其是變電站在面對網絡同步時所遇到的一些限制。此外，還概述了如今常用的計時技術，如NTP和GPS，并介紹IEEE 1588 v2精準時間同步協議(PTP)將如何改變您的工業網絡。

1時間同步技術概述

在工業網絡中，時間同步主要指該網絡的所有不同設備都使用共同時鐘，來協調設備之間的通訊。網絡集成商目前有多種不同的時間同步技術可選，每種技術都有各自的優缺點，但都不是工業網絡的最佳選擇：Inter-range Instrumentation Group (IRIG)、網絡時間協議(NTP)和全球定位系統(GPS)。

對工業系統而言，如變電站自動化系統都需要準確的時間同步，來協調多個不同子系統和設備之間的通訊。然而，許多現有的技術無法滿足工業自動化測量和控制系統的需求。

精度：工業網絡需要納秒計數，但大多數傳統設備根本無法達到這個級別。例如，變電站自動化網絡需要納秒級別來采樣，采集如故障記錄、遠程監控、遠程控制等數據，以保證關鍵應用隊員數據精準性的要求。IRIGB和NTP在一個數量級，速度太慢，無法達到納秒級的精度。即使在理想狀態下，NTP的精度也只是百微秒級。

費用：GPS網絡通過非常精準的原子鐘提供高度精準的時間信息，但為了獲得這些信息，網絡中必須每個節點都安裝GPS接收器。工業網絡中每臺設備都需要各自的GPS接收器，這對于工業網絡來說，成本高昂，不切實際。如果可以減少網絡節點的個數，或者更有效使用GPS接收器，那么GPS會變得實際，也可以使整個網絡受益于GPS系統來實現精準計時。

2 IEEE 1588v2專為工業系統設計，可以在一個合理的成本內實現高精度。

NTP、GPS和IRIGB不具備變電站運行所需要的技術能力。幸運的是，IEEE 1588v2精準時間協議(PTP)是專為工業測量網絡和控制系統而設計的協議。在IEEE 1588v2網絡中，主時鐘決定了整個變電站自動化系統的參考時間。以太網交換機則作為邊界時鐘或透明時鐘，其他設備(如測量單元、IED、保護設備)都定義為普通時鐘。所有這些設備都被主時鐘集合在一個主從同步的層級網絡架構中。如下圖所示，主從設備之間交換PTP包，自動調整普通時鐘，從而有效同步整個網絡。在這個架構里，只有主時鐘需要連接GPS，然后將數據準確的分發到網絡上的其他設備。

一個IEEE 1588v2系統只需要一臺GPS接收器，可為許多設備提供高度精確的時間信息。支持IEEE 1588v2的以太網交換機可確保時間戳精度在1微妙內，并可配置為主時鐘、邊界時鐘或透明時鐘。要實現真正的精確，網絡其它設備都需要需要支持IEEE 1588v2：在工業計算網絡中，兼容IEEE 1588v2的工業計算機起到了普通時鐘從以太網交換機接受同步時間數據的作用。

當整個網絡支持IEEE 1588v2，系統可在納秒級下協調設備，并仍然保持完全同步。這種協調能力尤其適用變電站系統，這就是為什么IEEE 1588v2作為IEC 61850-2標準的一部分，用于電力自動化的通訊需求。國際電工委員會將IEEE 1588v2納入標準，是因為它能為變電站自動化和電力網絡提供更精確的時間同步，優勢如下：

事故預防：盡早檢測電網問題，盡早確定干擾位置，實時進行電力檢測

準確的故障記錄和事件記錄器：由于事件記錄器可精確到納秒級，故障分析可以更精準。

更有效地利用資產：減緩網絡擁塞，隨時監測設備狀態。

按需響應：可實現按需使用電力計費、虛擬電源發電和自主停電管理。

IEEE 1588v2提供納秒級的精度，極具成本效益，使變電站及其他電力設施網絡像當年的英國航海事業一樣，具有極高的競爭優勢。作為“智能電網”的一個組成部分，高度同步的變電站可更高效、更經濟、更穩定、更靈敏。這些優勢使電力供應商增加業務盈利能力，并有效減少對環境的影響。

3 Moxa——讓您的變電站系統更同步

3.1 Moxa PTP-7728-PTP IEC 61850-3快速工業以太網交換機支持最新的IEEE 1588v2技術，為變電站自動化和相關應用提供精準時間同步。PT-7728-PTP支持：