持IEEE 1588v2協(xié)議,實現(xiàn)變電站自動化精準計時同步
在世界航路快速發(fā)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(fā)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(jīng)度,精度非常準。天文臺表帶來了巨大的轉(zhuǎn)變,這種革命性的轉(zhuǎn)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(xiàn)在大英帝國無法占據(jù)全球,但英國發(fā)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(jīng)成為其他時區(qū)設置時間的標準。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201175.htm對工業(yè)網(wǎng)絡而言,精準計時同樣也會帶來巨大優(yōu)勢。特別是配網(wǎng),更需要精準計時和網(wǎng)絡同步,將分布式設備和常規(guī)電力設備都協(xié)調(diào)一致。高精度級別為電網(wǎng)帶來了突破性革命——智能電網(wǎng)可通過自動且智能分配電力,滿足用戶的按需分配,實現(xiàn)更高水平的效率性、安全性和可靠性。
本文探討了現(xiàn)代工業(yè)體系,尤其是變電站在面對網(wǎng)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(xié)議(PTP)將如何改變您的工業(yè)網(wǎng)絡。
1時間同步技術概述
在工業(yè)網(wǎng)絡中,時間同步主要指該網(wǎng)絡的所有不同設備都使用共同時鐘,來協(xié)調(diào)設備之間的通訊。網(wǎng)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(yōu)缺點,但都不是工業(yè)網(wǎng)絡的最佳選擇:Inter-range Instrumentation Group (IRIG)、網(wǎng)絡時間協(xié)議(NTP)和全球定位系統(tǒng)(GPS)。
對工業(yè)系統(tǒng)而言,如變電站自動化系統(tǒng)都需要準確的時間同步,來協(xié)調(diào)多個不同子系統(tǒng)和設備之間的通訊。然而,許多現(xiàn)有的技術無法滿足工業(yè)自動化測量和控制系統(tǒng)的需求。
精度:工業(yè)網(wǎng)絡需要納秒計數(shù),但大多數(shù)傳統(tǒng)設備根本無法達到這個級別。例如,變電站自動化網(wǎng)絡需要納秒級別來采樣,采集如故障記錄、遠程監(jiān)控、遠程控制等數(shù)據(jù),以保證關鍵應用隊員數(shù)據(jù)精準性的要求。IRIGB和NTP在一個數(shù)量級,速度太慢,無法達到納秒級的精度。即使在理想狀態(tài)下,NTP的精度也只是百微秒級。
費用:GPS網(wǎng)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(wǎng)絡中必須每個節(jié)點都安裝GPS接收器。工業(yè)網(wǎng)絡中每臺設備都需要各自的GPS接收器,這對于工業(yè)網(wǎng)絡來說,成本高昂,不切實際。如果可以減少網(wǎng)絡節(jié)點的個數(shù),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(wǎng)絡受益于GPS系統(tǒng)來實現(xiàn)精準計時。
2 IEEE 1588v2專為工業(yè)系統(tǒng)設計,可以在一個合理的成本內(nèi)實現(xiàn)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(xié)議(PTP)是專為工業(yè)測量網(wǎng)絡和控制系統(tǒng)而設計的協(xié)議。在IEEE 1588v2網(wǎng)絡中,主時鐘決定了整個變電站自動化系統(tǒng)的參考時間。以太網(wǎng)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(wǎng)絡架構(gòu)中。如下圖所示,主從設備之間交換PTP包,自動調(diào)整普通時鐘,從而有效同步整個網(wǎng)絡。在這個架構(gòu)里,只有主時鐘需要連接GPS,然后將數(shù)據(jù)準確的分發(fā)到網(wǎng)絡上的其他設備。
一個IEEE 1588v2系統(tǒng)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(wǎng)交換機可確保時間戳精度在1微妙內(nèi),并可配置為主時鐘、邊界時鐘或透明時鐘。要實現(xiàn)真正的精確,網(wǎng)絡其它設備都需要需要支持IEEE 1588v2:在工業(yè)計算網(wǎng)絡中,兼容IEEE 1588v2的工業(yè)計算機起到了普通時鐘從以太網(wǎng)交換機接受同步時間數(shù)據(jù)的作用。
當整個網(wǎng)絡支持IEEE 1588v2,系統(tǒng)可在納秒級下協(xié)調(diào)設備,并仍然保持完全同步。這種協(xié)調(diào)能力尤其適用變電站系統(tǒng),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(wǎng)絡提供更精確的時間同步,優(yōu)勢如下:
事故預防:盡早檢測電網(wǎng)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(chǎn):減緩網(wǎng)絡擁塞,隨時監(jiān)測設備狀態(tài)。
按需響應:可實現(xiàn)按需使用電力計費、虛擬電源發(fā)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(wǎng)絡像當年的英國航海事業(yè)一樣,具有極高的競爭優(yōu)勢。作為“智能電網(wǎng)”的一個組成部分,高度同步的變電站可更高效、更經(jīng)濟、更穩(wěn)定、更靈敏。這些優(yōu)勢使電力供應商增加業(yè)務盈利能力,并有效減少對環(huán)境的影響。
3 Moxa——讓您的變電站系統(tǒng)更同步
3.1 Moxa PTP-7728-PTP IEC 61850-3快速工業(yè)以太網(wǎng)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:
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