电力自动化设备时钟同步中的网络时间协议研究

林贺祺

摘 要：电力设备故障与时间记录的准确性密切相关，为降低故障发生率，必须重视设备时钟的同步。文章以网络时间协议为重点，先简单介绍了其工作原理和优势，然后就其在电力自动化设备时钟同步中的应用进行了分析。

关键词：电力自动化设备；时钟同步；网络时间协议

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）27-0102-02

1 电力自动化设备

电力自动化设备在电力系统中占据着重要地位，发电、输配电、电压调节等工作都要依靠电力自动化设备完成。如今用电量骤增，对电力设备的稳定性和持久性提出了更高要求。受诸多方面因素影响，电力自动化设备在运行时极易出现各种故障，导致整个系统不能正常工作。而判断电网事故经常需要参考时钟同步记录，如果记录时间与实际时间存在较大误差，极易影响到对故障判断的准确性，增加维护困难。因此，必须重视电力自动化设备时钟同步，确保其时钟能够真正实现同步化。

2 网络时间协议简介和工作原理分析

2.1 网络时间协议简介

这一概念最早是在1985年被提出，是用来在网络内发布精确时间的TCP/IP协议，具有独立估算计算机时钟偏差、估算封包在网络以上的延迟等功能。网络时间协议（NTP）的传输基于UDP，可实现计算机时间同步化，精准度极高，WAN上精准到几十毫秒，LAN上可精确到不超过1 ms，而且该协议能够进行加密，有效防止其他协议攻击。

该协议提供时间的来源主要是国际标准时间UTC，可以互联网上获取，也可从卫星、天文台上获取。计算机通常会连接多个时间服务器，对来自各个服务器的时间进行过滤，最终选择出最准确的时间。即便与其中一个服务器长时间无法联系，但NTP依旧能正常运转。另外，NTP还采用了识别机制，可对所受到的信息进行检查验证，以免有其他协议恶意破坏。

2.2 工作原理

有路由器1和路由器2，各有独立的系统时钟，将两个路由器通过串口连在一起，怎样才能实现各自时钟的同步？此时我们不妨做个假设：①在还未进行系统时钟同步时，路由器1的时间设为上午10：00，路由器2的时间设为上午11：00；②假设路由器2作为时间服务器，那么路由器1的系统时钟将与路由器2同步；③数据包从路由器1传至路由器2需要1 s；④路由器2对数据包的处理时延为1 s。

我们可得出系统时钟同步的原理：首先，路由器1会向路由器2发送一个网络时间协议数据包，其中包含了数据包从路由器1发出时的时间戳，为10：00：00 a.m；但路由器2接收到来自路由器1的数据包后，会加上自己的时间戳，为11：00：01 a.m；在此数据包离开路由器2时，同样会带走路由器2的时间戳，为11：00：02 a.m；路由器1接受到来自路由器2的数据包并予以响应，此时又会加上一个时间戳，为10：00：03 a.m。要想实现系统时钟的同步，需要计算两个关键的参数：一是两个路由器的时钟差；二是网络协议数据包往返一次的时延。

而到了这一步可发现，路由器1其实已经拥有足够的信息求得这两个关键的参数。通过计算，路由器1便能将自己的系统时钟设置的与路由器2的系统时钟保持同步。当然，这种分析只是一个大致过程，因为考虑到系统时钟同步的精确性，其计算方法尤为复杂，在此不做过多的分析。

3 网络时间协议的实现方式和优势

3.1 实现方式

常见的网络时间协议实现方式有以下三种：①利用时间服务器，主要是实现网络系统时间和网络内部时间协议服务器的时间；②利用局域网，选取局域网内的某一个节点时间，网络时间协议的准确时间即来源于此，实现系统时钟时间的同步；③利用无限时钟，该方式需要用到串口，当串口与无限时钟连接后，后者可接受GPS卫星信号，以此来确定当下时间。

3.2 优 势

从上面分析中可知，网络时间的主要优势在于高分辨率、高精确度、应用范围广。随着用电需求的增长，电力自动化设备的稳定性和安全性受到高度重视，对其时钟同步分辨率和精准度提出了更高要求。以往多采用主站向远动设备软对时，或站内GPS时钟向站内设备对时的方式，不是精确度低，就是距离不够，而网络时间协议则很好地解决了这些问题。

4 网络时间协议在电力自动化设备时钟同步中的应用

变电站是电力系统的重要组成部分，以其自动化设备为例，监控层和站控层要想应用网络时间协议，需连接局域网。将客户端设备与安装有GPS时钟的网络时间协议服务器相连接，使客户端能够在Windows、Linux等标准系统平台中稳定运行。若平台达不到标准要求，则客户端的NTP功能只能靠厂家来实现。每一个变电站都能有一台服务器，因连接的是局域网，以GPS为准确时间，如此才能满足NTP的要求。为使NTP更加安全稳定，可同时安置多台此类服务器，根据各个服务器的性能和时间精确度进行网络时间同步。

受内外多种因素影响，电力自动化设备在运行中可能会出现各种故障，若应用了网络时间协议，可以采取手动方式将NTP服务器启动，在系统平台图形界面下点击Action菜单下的Start Ntp，另外还可以直接在图形界面输入命令，这两种方式都可以实现NTP对时服务操作。在操作过程中若发现GPS参考时钟与实际时钟的对时相差较大，此时不应进行 NTP 服务器重启操作，这样极有可能会引起对时信号中断，从而影响NTP服务器对时的准确性与可靠性。当电力自动化系统设备在运行中出现对时故障，可利用手动对时的方式实现GPS时钟与NTP服务器对时，保证整个电力自动化系统设备的时钟同步。

5 结 语

电力自动化设备在电力系统中占据着重要地位，发电、输配电、电压调节等工作都要依靠电力自动化设备完成。如今用电量骤增，对电力设备的稳定性和持久性提出了更高要求。受诸多方面因素影响，电力自动化设备在运行时极易出现各种故障，导致整个系统不能正常工作。而判断电网事故经常需要参考时钟同步记录，如果记录时间与实际时间存在较大误差，极易影响到对故障判断的准确性，增加维护困难。因此，必须重视电力自动化设备时钟同步，确保其时钟能够真正实现同步化。

网络时间协议可实现计算机系统时间的同步化，作为一个跨越广域和局域的复杂同步时间协议，网络时间协议精确度和分辨度极高，应用于电力自动化设备，可确保设备系统时间的准确性。如此，在发生故障或进行日志检查时，可避免因时间误差带来的各种麻烦。

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