基于IEEE1588的数字化变电站时钟同步技术的应用研究

论文摘要

伴随着变电站自动化系统、综合化、网络化的趋势,数字化变电站要求建立更高精度、技术统一的时钟同步系统。一个基于以太网的高精度、统一的时钟同步系统是数字化变电站同步技术的发展方向。论文比较了当前变电站自动化系统中使用的各种时钟同步技术,分析了这些同步技术各自的特点,指出了这些技术在数字化变电站中使用时存在的不足。通过以上分析指出变电站对时网络化的发展趋势。本文首先详细阐述了IEEE1588同步协议的原理,并与基于以太网的时钟同步技术NTP进行了分析比较,给出了IEEE 1588的优点；然后结合数字化变电站通信网络结构和IEC61850标准对同步精度和功能的要求,给出了IEEE 1588协议在数字化变电站中使用的原则和具体实施方案。本文通过对IEEE1588实现过程中产生同步误差的原因进行了研究分析,提出了在介质无关接口层(MⅡ)对同步报文进行时间戳标记的策略。通过分析了晶振频率偏移对同步精度的影响,给出了本地时钟晶振频率补偿的算法和给基于FPGA的时钟晶振频率补偿方案。最后,采用了QuartusII软件对方案进行了建模和时序仿真,仿真结果验证了频率补偿方法实现计时频率动态调整地可行性,为数字化变电站使用IEEE1588建立高精度时钟同步系统提供了较好的技术方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 问题的提出
• 1.2.1 时钟同步在电力系统中的应用
• 1.2.2 IEC61850标准对时钟同步的要求
• 1.3 课题国内外研究现状
• 1.3.1 站内主要对时方式
• 1.3.2 当前同步技术存在的问题
• 1.3.3 IEEE1588协议
• 1.4 本论文的主要工作
• 第2章 IEEE1588标准精确时间协议
• 2.1 时钟同步技术理论
• 2.1.1 国际时间标准
• 2.1.2 时钟同步理论
• 2.1.3 同步时钟源
• 2.2 以太网时钟同步技术
• 2.3 IEEE1588精确时间协议分析
• 2.3.1 IEEE1588特点
• 2.3.2 IEEE1588同步系统
• 2.3.3 IEEE1588协议同步原理
• 2.3.4 同步精度误差原因与消除机制
• 第3章 基于IEEE1588的数字化变电站时钟同步方案
• 3.1 IEC61850概述
• 3.1.1 IEC61850标准时钟同步模型及要求
• 3.1.2 时钟同步精度要求
• 3.2 数字化变电站通信网络
• 3.3 数字化变电站时钟同步方案
• 3.3.1 当前时钟同步方案分析
• 3.3.2 数字化变电站时钟同步原则
• 3.3.3 IEEE1588同步方案设计
• 3.4 同步冗余的实现
• 第4章 IEEE1588协议时间戳获取分析
• 4.1 IEEE1588同步报文
• 4.1.1 IEEE1588报文类型
• 4.1.2 IEEE1588同步报文数据格式
• 4.1.3 时间戳标记位置
• 4.2 MⅡ接口
• 4.2.1 MⅡ接口功能
• 4.2.2 MⅡ接口时序
• 4.3 以太网络数据传输方式
• 4.4 IEEE1588同步报文的检测和时间标记策略
• 第5章 本地时钟的设计与实现
• 5.1 本地节点时钟模型
• 5.2 本地时钟设计
• 5.2.1 晶振补偿分析
• 5.2.2 晶振补偿方案
• 5.2.3 频率补偿算法
• 5.2.4 从时钟修正策略
• 5.3 频率补偿方案仿真
• 5.3.1 基于FPGA的时钟晶振补偿方案
• 5.3.2 本地时钟参数的确定
• 5.3.3 时钟频率补偿仿真一
• 5.3.4 时钟频率补偿仿真二
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文