解析NTP在電力自動化設(shè)備時鐘同步中的應用

摘 要：隨著時代的發(fā)展和社會經(jīng)濟的進步，我國電力事業(yè)發(fā)展迅速，電網(wǎng)的規(guī)模和自動化程度越來越高，但是故障發(fā)生的頻率也在不斷的升高。而各類時間記錄裝置可以有效的分析電力系統(tǒng)故障中各個電力自動化設(shè)備動作，需要引起人們的重視。文章簡要分析了NTP在電力自動化設(shè)備時鐘同步中的應用，希望可以提供一些有價值的參考意見。

關(guān)鍵詞：NTP；電力自動化；時鐘同步

NTP是一種網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議，可以使計算機的時間同步化，通過對計算機的時鐘源同步化，可以對時間校正的精準度大幅度的提高。在現(xiàn)代的電力自動化系統(tǒng)設(shè)備中，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，很多電網(wǎng)事故的發(fā)生，都離不開時間記錄的準確性。另外，要想分析各種電力系統(tǒng)故障，就需要較高的時間分辨率，那么為了達到較高的分辨率要求，在電力自動化設(shè)備中通常采用的方法是站內(nèi)全球定位系統(tǒng)對時的方法，也有其他的方法，但是這些方法都會出現(xiàn)問題，針對這種情況，就可以采用網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議的方法，它比較簡單和經(jīng)濟。

1 網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議的概述

具備了一個標準時鐘和NTP服務(wù)器，就可以利用網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議來對時。從UTC上，NTP可以對標準時間進行獲取，可以從因特網(wǎng)上來獲得UTC的時間來源，也可以從衛(wèi)星、天文臺等方面獲取時間來源，這樣NTP擁有的時間源就非常的可靠和準確，通常在參考時鐘方面，選用的是GPS時鐘。一般情況下，將客戶/服務(wù)器作為NTP服務(wù)器的結(jié)構(gòu)，提供分層服務(wù)。客戶對NTP服務(wù)器進行對時時，利用的是NTP，具體方法是利用標準時鐘來對NTP對時，然后通過特定的渠道，用被對時的設(shè)備和NTP服務(wù)器對時，要嚴格控制標準時鐘和被對時設(shè)備的誤差。

NTP的實現(xiàn)方式：一般情況，可以采用三種方式來同步實現(xiàn)NTP，分別是無線時鐘、時間服務(wù)器和局域網(wǎng)。如果采用無線時鐘方式，通過串口，將一個無線時鐘連接到服務(wù)器系統(tǒng)，當前時間是利用GPS的衛(wèi)星發(fā)射信號確定的；采用時間服務(wù)器的方式，則是利用網(wǎng)絡(luò)中的NTP時間服務(wù)器來同步網(wǎng)絡(luò)中的系統(tǒng)時間。局域網(wǎng)內(nèi)的同步則是以時間源來進行同步時間，時間源可以從局域網(wǎng)中選擇一個節(jié)點的時鐘來實現(xiàn)。

NTP的工作原理：在時間網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中，參考時鐘層為最高層，時間服務(wù)層分別是下面的一二三層，上層服務(wù)器的客戶就是下層的時間服務(wù)器，下層的對時可以要求與上層進行，由此可見，參考時鐘可以進行分層服務(wù)。客戶端將自己當前的時間和對時的請求融合在數(shù)據(jù)包中，然后發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器接收到之后，就會在接收到的數(shù)據(jù)包中寫入接收時間，然后客戶端就可以依據(jù)接收到的返回數(shù)據(jù)包，對傳輸時間計算。一般情況下，這種過程需要持續(xù)幾次，這樣得出來的統(tǒng)計數(shù)據(jù)才足夠的準確，之后方可以進行對時。也可以采用廣播方式或者點對點的方式來進行NTP的對時，要想達到要求的精確度，一般需要幾分鐘的時間。為了對NTP初始調(diào)解時間進行縮短，當時間誤差達到了一定的限度，就需要作步調(diào)整；如果比時間誤差較低，那么就需要進行慢調(diào)整。同步的效果會在很大程度上受到網(wǎng)絡(luò)延時以及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的影響，因此就需要保證局域網(wǎng)中的路由器不會過量。

2 采用NTP進行時鐘同步的優(yōu)勢分析

通過上文的敘說我們可以得知，在電力自動化設(shè)備中，對于時鐘同步的分辨率有著非常高的要求，目前，在對時方面，應用比較普遍的是主站向遠動設(shè)備軟對時的方式，采用這種方式有著很大的一個弊端就是只有很低的分辨率和精準度。通常情況下，利用主站向遠動設(shè)備進行軟對時的方式，都有著較大的時間誤差，往往會在100ms以上，那么只有很小的幾率可以實現(xiàn)較高的分辨率。如果采用站內(nèi)GPS時鐘向站內(nèi)設(shè)備對視的方式，時間的精準度雖然可以達到要求，但是采用這樣的對時方式，需要標準時鐘和被對時設(shè)備之間只有很短的距離，并且這種對視方式需要的接口以及電纜都是單獨的。針對這種情況，就可以采用網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議，它有著較廣泛的運用范圍和較高的精準度與分辨率，可以運用于標準的操作系統(tǒng)以及局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)中。通常情況下，甚至可以達到毫秒的級別。我們可以預見的是，隨著以太網(wǎng)的逐步推廣，NTP時間同步方式將會更加廣泛的運用于電力自動化設(shè)備中。

3 NTP在電力自動化設(shè)備時鐘同步中的應用

在變電站的自動化中運用NTP為例，變電站的間控層和站控層之間只有采用了局域網(wǎng)的方式，方可以在變電站自動化中運用NTP。

首先，需要將相應的客戶端設(shè)備配置于帶有GPS時鐘的NTP服務(wù)器，保證客戶端設(shè)備可以運行于標準的系統(tǒng)平臺中，比如windows、linux等平臺，網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議都可以得到實現(xiàn)。如果系統(tǒng)平臺不是標準的，那么客戶端的網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議功能就需要廠家來實現(xiàn)。在變電站自動化的設(shè)備中，可以在每一座變電站里都設(shè)置一臺NTP服務(wù)器，將GPS作為標準時間，只有這樣，方可以達到網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議所要求的性能指標。可以使變電站內(nèi)部的其他自動化設(shè)備或者其他計算機同步于這個帶有GPS作參考時鐘的NTP服務(wù)器。要想讓網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議更加的可靠，那么就可以同時設(shè)置兩三臺這種裝置的NTP服務(wù)器。那么，在這種情況下，NTP同步的那臺NTP服務(wù)器就會是有著最好性能和最高時間同步精準度的那臺。如果變電站計算機是標準的系統(tǒng)平臺，那么在這個系統(tǒng)平臺中應用網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議最重要的就是系統(tǒng)的后臺程序。這個后臺程序的優(yōu)勢就是可以在客戶和服務(wù)器中同時運用。

目前，一般將RTOS系統(tǒng)運用于變電站自動化設(shè)備中，它可以在確定或者指定的時間內(nèi)及時響應同步或異步的時間。通過相關(guān)的研究表明，RTOS系統(tǒng)中的QNX系統(tǒng)已經(jīng)可以達到網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議的實現(xiàn)。在變電站自動化裝置中，為了延長對時的間隔，在客戶端方面，可以選用具有較高精度的晶體振蕩器，這樣就可以有效的提高時間同步的精準度。

4 結(jié)束語

眾所周知，各類時間記錄裝置在電力系統(tǒng)運行中占據(jù)著十分重要的位置，可以有效的記錄自動化設(shè)備的事件順序，分析各種電力系統(tǒng)故障。通過上文的敘述我們可以發(fā)現(xiàn)，將NTP對時應用于變電站自動化系統(tǒng)中，是可行的，具有較大的優(yōu)勢。它可以有效的簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如果在服務(wù)器和客戶端之間應用的交換機如果有著較好的延時性能，就可以有效的提高對時性能。本文簡要概述了網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議，然后分析了NTP在電力自動化設(shè)備時鐘同步中的應用，希望可以提供一些有價值的參考意見。

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作者簡介：謝寶云（1979-），女，本科，福建泉州人，漢族，研究方向：NTP在電力自動化設(shè)備時鐘同步中的應用。