基于IEC 61588网络对时协议的变电站同步系统研究

论文摘要

智能变电站是统一坚强智能电网的重要环节之一,是智能电网基础运行数据的命令执行单元和采集源头,是智能电网建设中变电环节的重中之重。随着智能电网的不断发展,各智能设备对整个电网时间同步系统的精度要求也越来越高。本文首先简单介绍了现代电力系统的发展及其智能变电站的概念,分析智能变电站的内涵和技术特征;介绍了基于变电站的IEC61850技术标准,同时分析了在IEC61850标准下智能变电站的时间模型及其同步模型以及它对智能变电站的同步要求；其次,引入了时间的概念以及常用的时钟源,并阐述了时钟同步理论的原理。简单介绍了几种授时系统和几种变电站常用的对时方式并提出了各种授时系统以及传统对时方式的不足的缺点,紧接着指出IEC61588网络对时方式是未来智能变电站发展的必然方向。再次,详细阐述了IEC61588(简称PTP)的产生背景及其协议特点,并深入研究PTP同步原理与关键技术、算法,指出了PTP同步算法的问题,给出了改进的算法。进一步研究分析了影响对时精度的因素并提出了补偿方法。最后,深入研究了IEC61588网络体系的核心技术—本地时钟的设计。提出本地时钟校准方法—时钟频率补偿算法,并在QuartusIT软件中对本地时钟进行了硬件设计和仿真,验证了该方案有效性,为以后同步系统硬件平台的搭建实现和工程实施提供了可靠理论基础依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 课题的国内外研究现状
• 1.4 本论文的内容安排及研究内容
• 1.4.1 本论文的内容安排
• 1.4.2 本论文的研究内容
• 第二章 智能变电站及其相关技术研究
• 2.1 智能变电站
• 2.1.1 智能变电站的内涵
• 2.1.2 智能变电站的技术特征
• 2.2 IEC61850技术标准
• 2.2.1 IEC61850协议结构体系
• 2.2.2 IEC61850变电站时间和同步模型
• 2.2.3 IEC61850对智能变电站同步的要求
• 2.3 本章小结
• 第三章 智能变电站对时协议的分析
• 3.1 时间概念及常用时钟源
• 3.1.1 时间的概念
• 3.1.2 时钟同步理论
• 3.1.3 常用时钟源
• 3.2 常用的对时方式
• 3.2.1 脉冲对时（硬对时）
• 3.2.2 串口对时（软对时）
• 3.2.3 编码对时
• 3.2.4 网络对时
• 3.3 本章小结
• 第四章 IEC61588网络对时协议的技术研究
• 4.1 IEC61588对时协议概述
• 4.1.1 IEC61588产生背景
• 4.1.2 IEC61588协议特点
• 4.1.3 IEC61588同步原理
• 4.2 IEC61588协议规范
• 4.2.1 PTP系统模型
• 4.2.2 PTP子域模型
• 4.3 最佳主时钟（BMC）算法研究
• 4.3.1 数据集比较算法
• 4.3.2 状态决定算法
• 4.3.3 最佳主时钟算法的软件设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 本地时钟单元的研究与设计
• 5.1 本地时钟节点模型
• 5.2 时钟模型及分析
• 5.2.1 速率恒定模型
• 5.2.2 漂移有界模型
• 5.2.3 漂移变化有界模型
• 5.3 时钟调节算法
• 5.3.1 直接时间的校准方法
• 5.3.2 时钟伺服控制算法
• 5.3.3 时钟频率调整方法
• 5.4 时钟调解方案的选取
• 5.4.1 频率补偿电路的设计
• 5.4.2 时钟同步算法
• 5.5 本章小结
• 第六章 基于Quartusll的频率补偿方案仿真
• 6.1 Quartusll软件介绍
• 6.2 时钟频率补偿方案的Quartusll建模
• 6.3 本地时钟仿真结果及分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文工作总结
• 7.2 本文工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢