解析NTP在电力自动化设备时钟同步中的应用

摘 要：随着时代的发展和社会经济的进步，我国电力事业发展迅速，电网的规模和自动化程度越来越高，但是故障发生的频率也在不断的升高。而各类时间记录装置可以有效的分析电力系统故障中各个电力自动化设备动作，需要引起人们的重视。文章简要分析了NTP在电力自动化设备时钟同步中的应用，希望可以提供一些有价值的参考意见。

关键词：NTP；电力自动化；时钟同步

NTP是一种网络时间协议，可以使计算机的时间同步化，通过对计算机的时钟源同步化，可以对时间校正的精准度大幅度的提高。在现代的电力自动化系统设备中，通过调查发现，很多电网事故的发生，都离不开时间记录的准确性。另外，要想分析各种电力系统故障，就需要较高的时间分辨率，那么为了达到较高的分辨率要求，在电力自动化设备中通常采用的方法是站内全球定位系统对时的方法，也有其他的方法，但是这些方法都会出现问题，针对这种情况，就可以采用网络时间协议的方法，它比较简单和经济。

1 网络时间协议的概述

具备了一个标准时钟和NTP服务器，就可以利用网络时间协议来对时。从UTC上，NTP可以對标准时间进行获取，可以从因特网上来获得UTC的时间来源，也可以从卫星、天文台等方面获取时间来源，这样NTP拥有的时间源就非常的可靠和准确，通常在参考时钟方面，选用的是GPS时钟。一般情况下，将客户/服务器作为NTP服务器的结构，提供分层服务。客户对NTP服务器进行对时时，利用的是NTP，具体方法是利用标准时钟来对NTP对时，然后通过特定的渠道，用被对时的设备和NTP服务器对时，要严格控制标准时钟和被对时设备的误差。

NTP的实现方式：一般情况，可以采用三种方式来同步实现NTP，分别是无线时钟、时间服务器和局域网。如果采用无线时钟方式，通过串口，将一个无线时钟连接到服务器系统，当前时间是利用GPS的卫星发射信号确定的；采用时间服务器的方式，则是利用网络中的NTP时间服务器来同步网络中的系统时间。局域网内的同步则是以时间源来进行同步时间，时间源可以从局域网中选择一个节点的时钟来实现。

NTP的工作原理：在时间网络协议中，参考时钟层为最高层，时间服务层分别是下面的一二三层，上层服务器的客户就是下层的时间服务器，下层的对时可以要求与上层进行，由此可见，参考时钟可以进行分层服务。客户端将自己当前的时间和对时的请求融合在数据包中，然后发送给服务器，服务器接收到之后，就会在接收到的数据包中写入接收时间，然后客户端就可以依据接收到的返回数据包，对传输时间计算。一般情况下，这种过程需要持续几次，这样得出来的统计数据才足够的准确，之后方可以进行对时。也可以采用广播方式或者点对点的方式来进行NTP的对时，要想达到要求的精确度，一般需要几分钟的时间。为了对NTP初始调解时间进行缩短，当时间误差达到了一定的限度，就需要作步调整；如果比时间误差较低，那么就需要进行慢调整。同步的效果会在很大程度上受到网络延时以及网络环境的影响，因此就需要保证局域网中的路由器不会过量。

2 采用NTP进行时钟同步的优势分析

通过上文的叙说我们可以得知，在电力自动化设备中，对于时钟同步的分辨率有着非常高的要求，目前，在对时方面，应用比较普遍的是主站向远动设备软对时的方式，采用这种方式有着很大的一个弊端就是只有很低的分辨率和精准度。通常情况下，利用主站向远动设备进行软对时的方式，都有着较大的时间误差，往往会在100ms以上，那么只有很小的几率可以实现较高的分辨率。如果采用站内GPS时钟向站内设备对视的方式，时间的精准度虽然可以达到要求，但是采用这样的对时方式，需要标准时钟和被对时设备之间只有很短的距离，并且这种对视方式需要的接口以及电缆都是单独的。针对这种情况，就可以采用网络时间协议，它有着较广泛的运用范围和较高的精准度与分辨率，可以运用于标准的操作系统以及局域网和广域网中。通常情况下，甚至可以达到毫秒的级别。我们可以预见的是，随着以太网的逐步推广，NTP时间同步方式将会更加广泛的运用于电力自动化设备中。

3 NTP在电力自动化设备时钟同步中的应用

在变电站的自动化中运用NTP为例，变电站的间控层和站控层之间只有采用了局域网的方式，方可以在变电站自动化中运用NTP。

首先，需要将相应的客户端设备配置于带有GPS时钟的NTP服务器，保证客户端设备可以运行于标准的系统平台中，比如windows、linux等平台，网络时间协议都可以得到实现。如果系统平台不是标准的，那么客户端的网络时间协议功能就需要厂家来实现。在变电站自动化的设备中，可以在每一座变电站里都设置一台NTP服务器，将GPS作为标准时间，只有这样，方可以达到网络时间协议所要求的性能指标。可以使变电站内部的其他自动化设备或者其他计算机同步于这个带有GPS作参考时钟的NTP服务器。要想让网络时间协议更加的可靠，那么就可以同时设置两三台这种装置的NTP服务器。那么，在这种情况下，NTP同步的那台NTP服务器就会是有着最好性能和最高时间同步精准度的那台。如果变电站计算机是标准的系统平台，那么在这个系统平台中应用网络时间协议最重要的就是系统的后台程序。这个后台程序的优势就是可以在客户和服务器中同时运用。

目前，一般将RTOS系统运用于变电站自动化设备中，它可以在确定或者指定的时间内及时响应同步或异步的时间。通过相关的研究表明，RTOS系统中的QNX系统已经可以达到网络时间协议的实现。在变电站自动化装置中，为了延长对时的间隔，在客户端方面，可以选用具有较高精度的晶体振荡器，这样就可以有效的提高时间同步的精准度。

4 结束语

众所周知，各类时间记录装置在电力系统运行中占据着十分重要的位置，可以有效的记录自动化设备的事件顺序，分析各种电力系统故障。通过上文的叙述我们可以发现，将NTP对时应用于变电站自动化系统中，是可行的，具有较大的优势。它可以有效的简化系统结构，如果在服务器和客户端之间应用的交换机如果有着较好的延时性能，就可以有效的提高对时性能。本文简要概述了网络时间协议，然后分析了NTP在电力自动化设备时钟同步中的应用，希望可以提供一些有价值的参考意见。

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作者简介：谢宝云（1979-），女，本科，福建泉州人，汉族，研究方向：NTP在电力自动化设备时钟同步中的应用。