CN105245306A - 广域保护***ptn同步网bc模式的主、备用同步时钟切换方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种广域保护***PTN同步网BC模式的主、备用同步时钟切换方法及***，通过PTN网络装置连接各个变电站的广域控制保护装置并采用传输IEEE1588V2协议的BC同步功能实现站间时间同步，在主同步时钟故障时切断广域控制保护装置的授时接口，并在这期间快速跟踪备用同步时钟，确定备用同步时钟的时间精度后向所有的PTN网络装置发送切换完成信息，实现广域控制保护装置的重新授时。本发明具有故障切换速度快，准确率高，信号传输质量好，同步时钟故障过程中各个广域控制保护装置时间偏差率低的特点。

Description

广域保护***PTN同步网BC模式的主、备用同步时钟切换方法及***

技术领域

本发明涉及广域保护***PTN同步网BC模式的主、备用同步时钟切换方法及***，适用于广域保护***通信网络和高精度时间同步***。属于电力通信设备技术领域。

背景技术

广域保护***指的是将紧密关联的若干变电站作为一个区域，区域内的各保护装置通过光纤互联，通过信息共享，根据网络拓扑结构，快速定位故障点，智能的对区域电网进行保护与控制。

广域保护控制可定义为依赖电力***多点的信息,对故障进行快速、可靠、精确的切除,同时分析故障切除对***安全稳定运行的影响,并采取相应的控制措施,可提高输电线可用容量或***可靠性,同时实现继电保护和自动控制功能的***。

广域保护***站间通信可采用PTN网络传输电网监控控制信息，同时利用PTN网络(IEEE1588v2协议)实现各站点广域保护装置的时间同步。即PTN网络实现全网时间同步(时间精度小于1us)，各站广域保护装置都同步于PTN网元，从而各站装置都实现了时间同步。

现有技术中，广域保护***采用PTN网络实现站间同步还存在时钟源切换问题：当PTN网络采用BC模式时，采用BMC算法实现网络同步与故障切换，当主同步时钟故障后，如备用同步时钟与主同步时钟有误差(目前各变电站时间同步BITS时间不一致)，现有的PTN网元将逐站进行切换，同时在跟踪备用同步时钟过程中对外授时接口将不停止对外时间信号输出。会造成全网各站点已经切换时钟源的PTN网元和还未切换时钟源的设备输出时间不一致，导致各站广域保护装置获取的时间信号不一致，造成装置间不同步而出现误动作问题。目前的PTN网元在主、备时钟源切换时，是逐步跟踪逼近备用同步时钟同步信号，同步精度在切换跟踪的初始阶段往往精度不能达到广域控制***的同步精度要求，就把不同步的信息授时给广域控制装置，也会出现问题。

发明内容

本发明的目的之一，是为了解决现有的广域保护***站间时间同步故障切换过程中主同步时钟和备用同步时钟的误差使得广域控制保护装置产生误动作的问题，提供一种广域保护***PTN同步网BC模式的主、备用同步时钟切换方法。

本发明的目的之二，是为了提供一种广域保护***PTN同步网BC模式的主、备用同步时钟切换***。

本发明的目的之一可以通过以下的技术方案达到：

广域保护***PTN同步网BC模式的主、备用同步时钟切换方法，其特征在于包括以下步骤：

1)设置PTN网元及实现站间时间同步

设置可以区分单独设置与广域保护设备对接的端口信息的外接广域保护装置的PTN网元，该PTN网元可以接收上游节点通知的PTN网络时钟源故障的信息，利用该PTN网元连接各个变电站的广域控制保护装置，采用传输IEEE1588V2协议的BC同步功能实现站间时间同步，实现各站点广域保护装置的时间同步；

2)主时钟源停止给广域保护设备授时

外接主时钟源的PTN网元检测PTN网络的外接主时钟源是否故障，当检测到主时钟源故障信息时，通知全网的PTN网元停止给广域保护设备授时，主时钟源停止给广域保护设备授时；

3)切换到外接备用时钟源及恢复给广域保护设备授时

外接备用时钟源的PTN网元跟踪PTN网络的外接备用时钟源，当PTN网络跟踪上备用时钟源并且确认时间同步精度达到预设值时，切换到外接备用时钟源，即完成从主时钟源到备用时钟源的切换，通知全网PTN网元恢复给广域保护设备授时。

进一步的，步骤1)所述设置PTN网元及实现站间时间同步，是指：选取两个距离较近的广域控制保护装置，分别在其连接的PTN网元接入同步时钟，或直接在一个PTN网元接入两个同步时钟，分别作为主同步时钟和备用同步时钟，以实现站间时间同步对时和时钟源故障不会导致保护装置因时间失同步而误动作。

进一步的，步骤2)所述主时钟源停止给广域保护设备授时，是指：

外接主同步时钟的PTN网元不间断检测主同步时钟，若检测到主同步时钟故障，则开始向与该PTN网元直接相连的下级PTN网元发出主同步时钟故障的信号，故障信号以1588Ann报文的扩展字节进行传递；

当外接广域控制保护装置的PTN网元接收到上游节点通知的PTN网络主同步时钟故障信号时，即刻闭锁PTN网元与广域控制保护装置的1588Ann报文传输端口，停止给广域控制保护装置授时。

进一步的，步骤3)所述切换到外接备用时钟源及恢复给广域保护设备授时，是指：

外接备用同步时钟的PTN网元在接收到主同步时钟故障信号后，停止给广域保护设备授时的同时，跟踪上外接的备用同步时钟，并且判断时间同步精度；

外接备用同步时钟的PTN网元跟踪上备用同步时钟并且时间同步精度达到预设值后，向各级PTN网元发送时钟源切换完成信号，通知全网PTN网元恢复给广域保护设备授时，同时发出备用同步时钟时间同步信号；

外接广域保护装置的PTN网元接收PTN网络时钟切换完成信号后，接收备用同步时钟时间同步信号并确认精度是否达到预设值，若达到预设值则开始恢复对广域控制保护设装置的授时。

进一步的，所述时间同步精度达到预设值，是指时间同步误差小于10us。

进一步的，外接广域控制保护装置的PTN网元通过BMC算法跟踪上备用同步时钟后判断时间同步精度。

本发明的目的之二可通过以下的技术方案达到：

广域保护***PTN同步网BC模式的主、备用同步时钟切换***，包括一个广域控制保护装置主站、若干个广域控制保护装置子站、若干个PTN网络装置、主同步时钟和备用同步时钟，其特征在于：所述广域控制保护装置主站和若干个广域控制保护装置子站各对应连接一个PTN网络装置，主站连接的PTN网络装置外接主同步时钟及选取一个离主站较近的子站设置备用同步时钟，备用同步时钟与该子站对应的PTN网络装置连接；各个PTN网络装置通过运行IEEE1588v2协议的BC模式使得各个广域控制保护装置子站和主站进行信息联网和时间同步；所述PTN网络装置具备同步时钟检测功能，当PTN网络装置检测到主同步时钟发生故障时，与主同步时钟相连的PTN网络装置通过1588Ann报文的扩展字节传递主同步时钟故障的信号；所述PTN网络装置具备闭锁功能，由1588Ann报文的扩展字节触发，触发闭锁功能后，该PTN网络装置将断开其对广域控制保护装置子/主站的1588Ann报文传输端口，终止对广域控制保护装置子/主站的授时；所述与备用同步时钟相连的PTN网络装置具备跟踪并锁定备用同步时钟的功能，由1588Ann报文的扩展字节触发，该功能被触发后PTN网络装置将自动跟踪并锁定备用同步时钟，锁定备用同步时钟后，将根据BMC算法确定时间精度偏差，当时间精度偏差小于预设的偏差门限时，向各PTN网络装置恢复发送正常的1588Ann报文，同时打开该PTN网络装置与其对应的广域控制保护装置子站的1588Ann报文对接端口，使其对应的广域控制保护装置子站重新接收时间信息；下游的PTN网络装置接收到正常的1588Ann报文后，并且确定时间精度偏差小于预设偏差门限时，打开其对应的广域控制保护装置子站的1588Ann报文接收端口，重新接收时间信息。

进一步的，所述PTN网络装置之间的时间同步信号和故障信号具有单向性，并且信号的传输方式能按照预设的方向进行传输，以达到最快的传输率。

本发明具有以下突出的有益效果：

1、本发明的涉及的广域保护***PTN同步网BC模式的主、备用同步时钟切换方法，采用PTN网元连接各个变电站的广域控制保护装置并采用传输IEEE1588V2协议的BC同步功能实现站间时间同步，以BMC算法实现网络同步与故障切换，当主同步时钟发生故障时，与主同步时钟相连的PTN网元通过1588Ann报文的扩展字节传递时钟源故障的信号，各级PTN网元接收故障信号后随即进入闭锁状态，断开与广域控制保护装置的1588Ann报文连接端口，停止对广域控制保护装置的授时，待接收到与备用同步时钟相连的PTN网元发出的时钟源信号切换完成信号和正常的1588Ann报文，确认时间精度偏差小于预设的偏差门限时，才重新打开与广域保护控制装置的1588Ann报文连接端口，实现新的时间授时，在整个跟踪备用同步时钟过程中PTN网元对外授时接口停止了对外时间信号输出，有效防止已经切换时钟源的PTN网元和还未切换时钟源的设备输出时间不一致，各广域控制保护装置截取的时间信号一致，避免了因时间不同步出现的误动作；适宜在主、备用时间同步时钟源不在广域保护主站情况(异地备用)下应用。具有时间同步精度高、方便维护的特点，确保时间源故障不会导致保护***误动。

2、本发明涉及的广域保护***PTN同步网BC模式的主、备用同步时钟切换***，在进行故障切换时能达到快速高精度切换，且在故障切换期间，广域控制保护装置主/子站的时间偏差小，***不会因此而发生误动作；主同步时钟故障发生到跟踪备用同步时钟的过程延迟率低，有效提高了故障发生时广域保护***的稳定性和故障切换速率；同步时钟信号的单向性确保了信号传递的高效性，并且不会出现信号累赘，增加广域控制保护装置主/子站的数据处理负担，使得信号在保证传输速率的同时，信号质量更佳。

附图说明

图1为广域保护***数据网络组播通信结构示意图。

图2为本发明广域保护***BC模式时间同步方式示意图。

图3为外接主同步时钟的PTN网络装置检测到主时钟源故障的处理流程示意图。

图4为本发明主同步时钟故障后PTN网络装置通知全网PTN网络装置主同步时钟故障的示意图。

图5为本发明外接广域控制保护装置的PTN网络装置收到主同步时钟故障信息的处理流程示意图。

图6为本发明外接备用同步时钟的PTN网络装置进行时钟源切换的处理流程示意图。

图7为本发明时钟源切换完成后通知全网PTN网络装置时钟源倒换完成的示意图。

图8为本发明外接广域控制保护装置的PTN网络装置收到时钟源切换完成后的处理流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的广域保护***PTN同步网BC模式的主、备用同步时钟切换方法及***作进一步的详细说明.

具体实施例1：

参照图1和图2，本实施例涉及的广域保护***PTN同步网BC模式的主、备用同步时钟切换***，包括一个广域控制保护装置主站1、若干个广域控制保护装置子站2、若干个PTN网络装置3、主同步时钟4和备用同步时钟5，在正常状态下，广域控制保护装置主站1与各个子站2进行监测、控制信号交换，而时间控制信号由广域控制保护装置主站1单向传递给各个子站2；参照图2，广域控制保护装置主站连接一个PTN网络装置3，该PTN网络装置3外接主同步时钟4；广域控制保护装置子站2均对应连接有PTN网络装置3，并选取一个离广域控制保护装置主站1最近的广域控制保护装置子站2设置备用同步时钟5，备用同步时钟5连接在该子站连接的PTN网络装置3；广域控制保护装置主站1和各子站2通过运行PTN网络装置2IEEE1588v2协议的BC模式进行信息联网和时间同步；

当PTN网络装置的数据吞吐量足够大和数据处理速度足够快时，亦可采用同一PTN网络装置直接连接主同步时钟和备用同步时钟的方法，这样的设计能进一步缩小从主同步时钟故障到成功切换备用同步时钟所耗的时间。

参照图3、图4和图5，PTN网络装置3具备同步时钟检测功能，当PTN网络装置3检测到主同步时钟4发生故障时，与主同步时钟4相连的PTN网络装置3通过1588Ann报文的扩展字节传递主同步时钟4故障的信号，各PTN网络装置3收到主同步时钟4故障的信号后立即触发闭锁功能，断开PTN网络装置3和广域控制保护装置子/主站2/1的1588Ann报文传输端口，终止对广域控制保护装置子/主站2/1的授时，并继续按照预设的信号传输方向给下游的PTN网络装置3传递主同步时钟4故障的信号。

参照图6，与备用同步时钟5相连的PTN网络装置3接收到主同步时钟4故障的信息后，立即启动跟踪并锁定备用同步时钟的功能5，跟踪并锁定备用同步时钟5后，根据BMC算法确定备用同步时钟5时间精度偏差，在PTN网络装置3确定备用同步时钟5的时间精度偏差小于预设的偏差门限时，将向各PTN网络装置3恢复发送正常的1588Ann报文通知下游的PTN网络装置3同步时钟切换完成，同时打开该PTN网络装置3与其对应的广域控制保护装置子站2的1588Ann报文对接端口，使其对应的广域控制保护装置子站2重新接收时间信息，实现时间重新授时。

参照图7和图8，下游的PTN网络装置3接收到正常的1588Ann报文后，确定同步时钟切换完成，开始跟踪并且确定备用同步时钟5时间精度偏差是否小于预设偏差门限，若确定偏差小于预设偏差门限随即打开其对应的广域控制保护装置子站2的1588Ann报文接收端口，重新授时与其连接的广域控制保护装置子站2，同时继续向下游的其他PTN网络装置3发送正常的1588Ann报文通知时钟源切换完成信息，以实现广域保护***的全部广域控制保护装置重新授时。

本发明中PTN网络装置之间3的时间同步信号和故障信号均具有单向性，并且信号的传输方式能按照预设的方向进行传输，可根据不同的广域保护***设定不同的传输方案，采用单向传播确保了信号的传输过程中不会产生混乱，使信号质量得到一定的保障，并且根据优化的传输方案单向传输能达到最快的传输速率。

本实施例1涉及的广域保护***PTN同步网BC模式的主、备用同步时钟切换方法，包括以下步骤：

1)设置PTN网元及实现站间时间同步

设置可以区分单独设置与广域保护设备对接的端口信息的外接广域保护装置的PTN网元，该PTN网元可以接收上游节点通知的PTN网络时钟源故障的信息，利用该PTN网元连接各个变电站的广域控制保护装置，采用传输IEEE1588V2协议的BC同步功能实现站间时间同步，实现各站点广域保护装置的时间同步；

2)主时钟源停止给广域保护设备授时

外接主时钟源的PTN网元检测PTN网络的外接主时钟源是否故障，当检测到主时钟源故障信息时，通知全网的PTN网元停止给广域保护设备授时，主时钟源停止给广域保护设备授时；

3)切换到外接备用时钟源及恢复给广域保护设备授时

外接备用时钟源的PTN网元跟踪PTN网络的外接备用时钟源，当PTN网络跟踪上备用时钟源并且确认时间同步精度达到预设值时，切换到外接备用时钟源，即完成从主时钟源到备用时钟源的切换，通知全网PTN网元恢复给广域保护设备授时。

步骤1)所述的设置PTN网元及实现站间时间同步是指：选取两个距离较近的广域控制保护装置，分别在其连接的PTN网元接入同步时钟，或直接在一个PTN网元接入两个同步时钟，分别作为主同步时钟4和备用同步时钟5，以实现站间时间同步对时和时钟源故障不会导致保护装置因时间失同步而误动作。

步骤2)所述的主时钟源停止给广域保护设备授时，是指：

外接主同步时钟4的PTN网元不间断检测主同步时钟4，若检测到主同步时钟4故障，则开始向与该PTN网元直接相连的下级PTN网元发出主同步时钟4故障的信号，故障信号以1588Ann报文的扩展字节进行传递；

当外接广域控制保护装置的PTN网元接收到上游节点通知的PTN网络主同步时钟4故障信号时，即刻闭锁PTN网元与广域控制保护装置的1588Ann报文传输端口，停止给广域控制保护装置授时。

步骤3)所述的切换到外接备用时钟源及恢复给广域保护设备授时，是指：

外接备用同步时钟5的PTN网元在接收到主同步时钟4故障信号后，停止给广域保护设备授时的同时，跟踪上外接的备用同步时钟5，并且判断时间同步精度；

外接备用同步时钟5的PTN网元跟踪上备用同步时钟5并且时间同步精度达到预设值后，向各级PTN网元发送时钟源切换完成信号，通知全网PTN网元恢复给广域保护设备授时，同时发出备用同步时钟5时间同步信号；

外接广域保护装置的PTN网元接收PTN网络时钟切换完成信号后，接收备用同步时钟5时间同步信号并确认精度是否达到预设值，若达到预设值则开始恢复对广域控制保护设装置的授时；时间同步精度预设值是人为预先设定的一个数值，其大小可根据广域保护***精度要求进行调整，一般预设值不超过10us。

外接广域控制保护装置的PTN网元通过BMC算法跟踪上备用同步时钟5后判断时间同步精度。

上面结合附图和具体实施例对本发明的一种广域保护***PTN同步网BC模式的主、备用同步时钟切换方法及***作了进一步的详细说明，但是本发明并不局限于上述实施方式，读者应以上述实施例作为本发明目的的一种实现方案，在任何不脱离本发明的发明宗旨和发明构思做出的各种替换或变形均属于本发明保护的内容。

Claims (8)

1.广域保护***PTN同步网BC模式的主、备用同步时钟切换方法，其特征在于包括以下步骤：

1)设置PTN网元及实现站间时间同步

设置可以区分单独设置与广域保护设备对接的端口信息的外接广域保护装置的PTN网元，该PTN网元可以接收上游节点通知的PTN网络时钟源故障的信息，利用该PTN网元连接各个变电站的广域控制保护装置，采用传输IEEE1588V2协议的BC同步功能实现站间时间同步，实现各站点广域保护装置的时间同步；

2)主时钟源停止给广域保护设备授时

外接主时钟源的PTN网元检测PTN网络的外接主时钟源是否故障，当检测到主时钟源故障信息时，通知全网的PTN网元停止给广域保护设备授时，主时钟源停止给广域保护设备授时；

3)切换到外接备用时钟源及恢复给广域保护设备授时

外接备用时钟源的PTN网元跟踪PTN网络的外接备用时钟源，当PTN网络跟踪上备用时钟源并且确认时间同步精度达到预设值时，切换到外接备用时钟源，即完成从主时钟源到备用时钟源的切换，通知全网PTN网元恢复给广域保护设备授时。

2.根据权利要求1所述的广域保护***PTN同步网BC模式的主、备用同步时钟切换方法，其特征在于：步骤1)所述设置PTN网元及实现站间时间同步，是指：选取两个距离较近的广域控制保护装置，分别在其连接的PTN网元接入同步时钟，或直接在一个PTN网元接入两个同步时钟，分别作为主同步时钟(4)和备用同步时钟(5)，以实现站间时间同步对时和时钟源故障不会导致保护装置因时间失同步而误动作。

3.根据权利要求1所述的广域保护***PTN同步网BC模式的主、备用同步时钟切换方法，其特征在于：步骤2)所述主时钟源停止给广域保护设备授时，是指：

外接主同步时钟(4)的PTN网元不间断检测主同步时钟(4)，若检测到主同步时钟(4)故障，则开始向与该PTN网元直接相连的下级PTN网元发出主同步时钟(4)故障的信号，故障信号以1588Ann报文的扩展字节进行传递；

当外接广域控制保护装置的PTN网元接收到上游节点通知的PTN网络主同步时钟(4)故障信号时，即刻闭锁PTN网元与广域控制保护装置的1588Ann报文传输端口，停止给广域控制保护装置授时。

4.根据权利要求1所述的广域保护***PTN同步网BC模式的主、备用同步时钟切换方法，其特征在于：步骤3)所述切换到外接备用时钟源及恢复给广域保护设备授时，是指：

外接备用同步时钟(5)的PTN网元在接收到主同步时钟(4)故障信号后，停止给广域保护设备授时的同时，跟踪上外接的备用同步时钟(5)，并且判断时间同步精度；

外接备用同步时钟(5)的PTN网元跟踪上备用同步时钟(5)并且时间同步精度达到预设值后，向各级PTN网元发送时钟源切换完成信号，通知全网PTN网元恢复给广域保护设备授时，同时发出备用同步时钟(5)时间同步信号；

外接广域保护装置的PTN网元接收PTN网络时钟切换完成信号后，接收备用同步时钟(5)时间同步信号并确认精度是否达到预设值，若达到预设值则开始恢复对广域控制保护设装置的授时。

5.根据权利要求1所述的广域保护***PTN同步网BC模式的主、备用同步时钟切换方法，其特征在于：所述时间同步精度达到预设值，是指时间同步误差小于10us。

6.据权利要求1所述的广域保护***PTN同步网BC模式的主、备用同步时钟切换方法，其特征在于：外接广域控制保护装置的PTN网元通过BMC算法跟踪上备用同步时钟(5)后判断时间同步精度。

7.广域保护***PTN同步网BC模式的主、备用同步时钟切换***，包括一个广域控制保护装置主站(1)、若干个广域控制保护装置子站(2)、若干个PTN网络装置(3)、主同步时钟(4)和备用同步时钟(5)，其特征在于：所述广域控制保护装置主站(1)和若干个广域控制保护装置子站(2)各对应连接一个PTN网络装置(3)，主站连接的PTN网络装置(3)外接主同步时钟(4)及选取一个离主站较近的子站设置备用同步时钟(5)，备用同步时钟(5)与该子站对应的PTN网络装置(3)连接；各个PTN网络装置(3)通过运行IEEE1588v2协议的BC模式使得各个广域控制保护装置子站(2)和主站进行信息联网和时间同步；所述PTN网络装置(3)具备同步时钟检测功能，当PTN网络装置(3)检测到主同步时钟发生故障时，与主同步时钟相连的PTN网络装置(3)通过1588Ann报文的扩展字节传递主同步时钟故障的信号；所述PTN网络装置(3)具备闭锁功能，由1588Ann报文的扩展字节触发，触发闭锁功能后，该PTN网络装置(3)将断开其对广域控制保护装置子/主站的1588Ann报文传输端口，终止对广域控制保护装置子/主站的授时；所述与备用同步时钟(5)相连的PTN网络装置(3)具备跟踪并锁定备用同步时钟的功能，由1588Ann报文的扩展字节触发，该功能被触发后PTN网络装置(3)将自动跟踪并锁定备用同步时钟，锁定备用同步时钟后，将根据BMC算法确定时间精度偏差，当时间精度偏差小于预设的偏差门限时，向各PTN网络装置(3)恢复发送正常的1588Ann报文，同时打开该PTN网络装置(3)与其对应的广域控制保护装置子站(2)的1588Ann报文对接端口，使其对应的广域控制保护装置子站(2)重新接收时间信息；下游的PTN网络装置(3)接收到正常的1588Ann报文后，并且确定时间精度偏差小于预设偏差门限时，打开其对应的广域控制保护装置子站(2)的1588Ann报文接收端口，重新接收时间信息。

8.根据权利要求7所述的广域保护***PTN同步网BC模式的主、备用同步时钟切换***，其特征在于：所述PTN网络装置(3)之间的时间同步信号和故障信号具有单向性，并且信号的传输方式能按照预设的方向进行传输，以达到最快的传输率。