電力自動(dòng)化設(shè)備時(shí)鐘同步中的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議研究

林賀祺

摘 要：電力設(shè)備故障與時(shí)間記錄的準(zhǔn)確性密切相關(guān)，為降低故障發(fā)生率，必須重視設(shè)備時(shí)鐘的同步。文章以網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議為重點(diǎn)，先簡(jiǎn)單介紹了其工作原理和優(yōu)勢(shì)，然后就其在電力自動(dòng)化設(shè)備時(shí)鐘同步中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：電力自動(dòng)化設(shè)備；時(shí)鐘同步；網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）27-0102-02

1 電力自動(dòng)化設(shè)備

電力自動(dòng)化設(shè)備在電力系統(tǒng)中占據(jù)著重要地位，發(fā)電、輸配電、電壓調(diào)節(jié)等工作都要依靠電力自動(dòng)化設(shè)備完成。如今用電量驟增，對(duì)電力設(shè)備的穩(wěn)定性和持久性提出了更高要求。受諸多方面因素影響，電力自動(dòng)化設(shè)備在運(yùn)行時(shí)極易出現(xiàn)各種故障，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)不能正常工作。而判斷電網(wǎng)事故經(jīng)常需要參考時(shí)鐘同步記錄，如果記錄時(shí)間與實(shí)際時(shí)間存在較大誤差，極易影響到對(duì)故障判斷的準(zhǔn)確性，增加維護(hù)困難。因此，必須重視電力自動(dòng)化設(shè)備時(shí)鐘同步，確保其時(shí)鐘能夠真正實(shí)現(xiàn)同步化。

2 網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議簡(jiǎn)介和工作原理分析

2.1 網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議簡(jiǎn)介

這一概念最早是在1985年被提出，是用來(lái)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)發(fā)布精確時(shí)間的TCP/IP協(xié)議，具有獨(dú)立估算計(jì)算機(jī)時(shí)鐘偏差、估算封包在網(wǎng)絡(luò)以上的延遲等功能。網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議（NTP）的傳輸基于UDP，可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)時(shí)間同步化，精準(zhǔn)度極高，WAN上精準(zhǔn)到幾十毫秒，LAN上可精確到不超過(guò)1 ms，而且該協(xié)議能夠進(jìn)行加密，有效防止其他協(xié)議攻擊。

該協(xié)議提供時(shí)間的來(lái)源主要是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間UTC，可以互聯(lián)網(wǎng)上獲取，也可從衛(wèi)星、天文臺(tái)上獲取。計(jì)算機(jī)通常會(huì)連接多個(gè)時(shí)間服務(wù)器，對(duì)來(lái)自各個(gè)服務(wù)器的時(shí)間進(jìn)行過(guò)濾，最終選擇出最準(zhǔn)確的時(shí)間。即便與其中一個(gè)服務(wù)器長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法聯(lián)系，但NTP依舊能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，NTP還采用了識(shí)別機(jī)制，可對(duì)所受到的信息進(jìn)行檢查驗(yàn)證，以免有其他協(xié)議惡意破壞。

2.2 工作原理

有路由器1和路由器2，各有獨(dú)立的系統(tǒng)時(shí)鐘，將兩個(gè)路由器通過(guò)串口連在一起，怎樣才能實(shí)現(xiàn)各自時(shí)鐘的同步？此時(shí)我們不妨做個(gè)假設(shè)：①在還未進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)鐘同步時(shí)，路由器1的時(shí)間設(shè)為上午10：00，路由器2的時(shí)間設(shè)為上午11：00；②假設(shè)路由器2作為時(shí)間服務(wù)器，那么路由器1的系統(tǒng)時(shí)鐘將與路由器2同步；③數(shù)據(jù)包從路由器1傳至路由器2需要1 s；④路由器2對(duì)數(shù)據(jù)包的處理時(shí)延為1 s。

我們可得出系統(tǒng)時(shí)鐘同步的原理：首先，路由器1會(huì)向路由器2發(fā)送一個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議數(shù)據(jù)包，其中包含了數(shù)據(jù)包從路由器1發(fā)出時(shí)的時(shí)間戳，為10：00：00 a.m；但路由器2接收到來(lái)自路由器1的數(shù)據(jù)包后，會(huì)加上自己的時(shí)間戳，為11：00：01 a.m；在此數(shù)據(jù)包離開(kāi)路由器2時(shí)，同樣會(huì)帶走路由器2的時(shí)間戳，為11：00：02 a.m；路由器1接受到來(lái)自路由器2的數(shù)據(jù)包并予以響應(yīng)，此時(shí)又會(huì)加上一個(gè)時(shí)間戳，為10：00：03 a.m。要想實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)鐘的同步，需要計(jì)算兩個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)：一是兩個(gè)路由器的時(shí)鐘差；二是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)包往返一次的時(shí)延。

而到了這一步可發(fā)現(xiàn)，路由器1其實(shí)已經(jīng)擁有足夠的信息求得這兩個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)。通過(guò)計(jì)算，路由器1便能將自己的系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置的與路由器2的系統(tǒng)時(shí)鐘保持同步。當(dāng)然，這種分析只是一個(gè)大致過(guò)程，因?yàn)榭紤]到系統(tǒng)時(shí)鐘同步的精確性，其計(jì)算方法尤為復(fù)雜，在此不做過(guò)多的分析。

3 網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方式和優(yōu)勢(shì)

3.1 實(shí)現(xiàn)方式

常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議實(shí)現(xiàn)方式有以下三種：①利用時(shí)間服務(wù)器，主要是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部時(shí)間協(xié)議服務(wù)器的時(shí)間；②利用局域網(wǎng)，選取局域網(wǎng)內(nèi)的某一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)間，網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議的準(zhǔn)確時(shí)間即來(lái)源于此，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)間的同步；③利用無(wú)限時(shí)鐘，該方式需要用到串口，當(dāng)串口與無(wú)限時(shí)鐘連接后，后者可接受GPS衛(wèi)星信號(hào)，以此來(lái)確定當(dāng)下時(shí)間。

3.2 優(yōu) 勢(shì)

從上面分析中可知，網(wǎng)絡(luò)時(shí)間的主要優(yōu)勢(shì)在于高分辨率、高精確度、應(yīng)用范圍廣。隨著用電需求的增長(zhǎng)，電力自動(dòng)化設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性受到高度重視，對(duì)其時(shí)鐘同步分辨率和精準(zhǔn)度提出了更高要求。以往多采用主站向遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備軟對(duì)時(shí)，或站內(nèi)GPS時(shí)鐘向站內(nèi)設(shè)備對(duì)時(shí)的方式，不是精確度低，就是距離不夠，而網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議則很好地解決了這些問(wèn)題。

4 網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議在電力自動(dòng)化設(shè)備時(shí)鐘同步中的應(yīng)用

變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，以其自動(dòng)化設(shè)備為例，監(jiān)控層和站控層要想應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議，需連接局域網(wǎng)。將客戶端設(shè)備與安裝有GPS時(shí)鐘的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議服務(wù)器相連接，使客戶端能夠在Windows、Linux等標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)平臺(tái)中穩(wěn)定運(yùn)行。若平臺(tái)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，則客戶端的NTP功能只能靠廠家來(lái)實(shí)現(xiàn)。每一個(gè)變電站都能有一臺(tái)服務(wù)器，因連接的是局域網(wǎng)，以GPS為準(zhǔn)確時(shí)間，如此才能滿足NTP的要求。為使NTP更加安全穩(wěn)定，可同時(shí)安置多臺(tái)此類服務(wù)器，根據(jù)各個(gè)服務(wù)器的性能和時(shí)間精確度進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步。

受內(nèi)外多種因素影響，電力自動(dòng)化設(shè)備在運(yùn)行中可能會(huì)出現(xiàn)各種故障，若應(yīng)用了網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議，可以采取手動(dòng)方式將NTP服務(wù)器啟動(dòng)，在系統(tǒng)平臺(tái)圖形界面下點(diǎn)擊Action菜單下的Start Ntp，另外還可以直接在圖形界面輸入命令，這兩種方式都可以實(shí)現(xiàn)NTP對(duì)時(shí)服務(wù)操作。在操作過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)GPS參考時(shí)鐘與實(shí)際時(shí)鐘的對(duì)時(shí)相差較大，此時(shí)不應(yīng)進(jìn)行 NTP 服務(wù)器重啟操作，這樣極有可能會(huì)引起對(duì)時(shí)信號(hào)中斷，從而影響NTP服務(wù)器對(duì)時(shí)的準(zhǔn)確性與可靠性。當(dāng)電力自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備在運(yùn)行中出現(xiàn)對(duì)時(shí)故障，可利用手動(dòng)對(duì)時(shí)的方式實(shí)現(xiàn)GPS時(shí)鐘與NTP服務(wù)器對(duì)時(shí)，保證整個(gè)電力自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備的時(shí)鐘同步。

5 結(jié) 語(yǔ)

電力自動(dòng)化設(shè)備在電力系統(tǒng)中占據(jù)著重要地位，發(fā)電、輸配電、電壓調(diào)節(jié)等工作都要依靠電力自動(dòng)化設(shè)備完成。如今用電量驟增，對(duì)電力設(shè)備的穩(wěn)定性和持久性提出了更高要求。受諸多方面因素影響，電力自動(dòng)化設(shè)備在運(yùn)行時(shí)極易出現(xiàn)各種故障，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)不能正常工作。而判斷電網(wǎng)事故經(jīng)常需要參考時(shí)鐘同步記錄，如果記錄時(shí)間與實(shí)際時(shí)間存在較大誤差，極易影響到對(duì)故障判斷的準(zhǔn)確性，增加維護(hù)困難。因此，必須重視電力自動(dòng)化設(shè)備時(shí)鐘同步，確保其時(shí)鐘能夠真正實(shí)現(xiàn)同步化。

網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)間的同步化，作為一個(gè)跨越廣域和局域的復(fù)雜同步時(shí)間協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議精確度和分辨度極高，應(yīng)用于電力自動(dòng)化設(shè)備，可確保設(shè)備系統(tǒng)時(shí)間的準(zhǔn)確性。如此，在發(fā)生故障或進(jìn)行日志檢查時(shí)，可避免因時(shí)間誤差帶來(lái)的各種麻煩。

參考文獻(xiàn)：

[1] 謝寶云.解析NTP在電力自動(dòng)化設(shè)備時(shí)鐘同步中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，（5）.

[2] 王蘊(yùn)婷.NTP服務(wù)在自動(dòng)化設(shè)備時(shí)鐘同步中的應(yīng)用探討理[J].空中交通管理，2011，（18）.

[3] 王義軍，陳樨，李季，等.智能變電站精密時(shí)鐘同步系統(tǒng)的研究[J].電測(cè)與儀表，2014，（5）.

[4] 呂儷儷.NTP在電力自動(dòng)化設(shè)備時(shí)鐘同步中的應(yīng)用分析[J].硅谷，2013， （24）.

[5] 冉懋海，陳小川，徐毅.網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議在電力監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)鐘同步中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)通信，2006，（1）.

[6] 黃小耘.NTP在電力自動(dòng)化設(shè)備時(shí)鐘同步中的應(yīng)用探討[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005，（15）.