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摘要：通过研究在网分系统内构建一个不参与校时的时钟，用作网分各种报文的分析基准，以避免外源对时系统故障时网分的协议分析受到干扰，用以增强网分系统健壮性。
关键词：时钟系统；双时钟；IEC61850
0 引言
数字化变电站是由智能化一次设备（电子式互感器、智能化开关等）和网络化二次设备分层（过程层、间隔层、站控层）构建，建立在IEC61850标准和通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。
1 网络分析仪
网格分析仪作为数字化变电站应需而生的二次设备通讯记录分析装置，该装置通过记录整个变电站内智能单元间的通讯报文，并对记录的通信协议进行实时分析，用以检测出通讯过程中的各种异常情况并给出相应的告警。通过提取历史数据以重现当时设备间网络通信的全过程，为运行维护人员提供事后分析的必要手段。
2 目前网络分析仪的主要实现方案及主要缺点
常规网分方案：接收报文->标注时间(GPS对时时钟模块)+报文分析
目前网分系统主要工作流程如下：从光口接收报文，同时从时钟模块获得即刻时间标注在报文中，并进一步组织报文向后面主处理单元CPU传递。在主处理单元内完成报文识别分析等实时功能。最后通过网口向在线及主站上送分析结论。
目前网分系统中对IEC61850-9、及IEC61850-GOOSE的通讯分析中大量应用的时间相关因数，如判断丢报，即分析在两帧报文的时间与帧序号为丢报的依据，如9-2报文间隔超过10us可判为抖动，如报文1秒钟未到达可判定为链路断开等。又如在IEC61850-GOOSE中丢报的判断，发送机制错等。
在变电站的实际运行过程中,由于GPS时钟受时装置严重依赖天上的卫星，受天气及环境的影响，其时间的可靠性是得不到保证的。当出现时间跳变，闰秒及GPS时钟授时装置故障时，IEC61850-9、及IEC61850-GOOSE应用的IED设备有可能出现重大事故，然此时我们的网分系统因时间的原因，也将出现无法准确判断的情况出现。此时往往可能出现网分误报警，又或闭锁告警等,稍强的厂家可能依据前后报文的序号等特性给予他默认（在序号正确时，只能猜测可能是对的）的传送间隔。然而就算目前最好的方案，也无法准确判断此时，该IED装置的报文行为是否正确。
如上所述IEC61850规约中有大量通讯的行为判定严重依赖时钟的准确性。当时钟一旦出现问题即无法准确的问题进行定性的识别判断。
3 引入双时钟系统的网络分析仪新方案
针对上述问题，本文提出一套基于双时钟的系统，通过研究新增一个不参与校时的时钟用作网分各种报文的分析基准，以避免外源对时系统故障时网分的协议分析受到干扰，用以增强网分系统健壮性。
新方案：接收报文->标注时间(GPS对时时钟模块+自守时时钟模块)+报文分析
新方案与原方案的主要不同点是引入一个自守时时钟模块，该模块的主要功能是提供一个不受外部干扰的恒定时钟源，该时钟源不接受任何其他方的授时。新的方案在接收时间时将两套时间同时标注进报文内，在后面的主处理单元内，所有计算依据全部使用自守时时间，原GPS对时的时间则做为显示查询等显示用途。
4 新老方案的对比分析
由于网分的所有时间判定都是基于相对时间概念（注：即此报文时间相对于上一帧报文的时间差）上，因此该方案能够提供一个稳定可靠的时钟源，此时间源不受如线路、EMC干扰、GPS信号等因素干扰，基于此时钟源的时间所做的判断是可信可靠的。
在原方案中例如通讯中断的判定， 当GOOSE的存活时间设定为10秒，如果此时时钟发生跳变30秒，就有可能判断为GOOSE通讯中断。又如GPS时间不间断出现小幅波动如3微秒，此时SV的个别抖动可能已接近8微秒，此时再跌加上此3微秒，即会导致抖动误开出报警。在新方案中由于采用了自守时时钟，该时钟每秒误差<3微秒，在通讯中断的判定时,其中断判定>20秒，其误差20*3=60微秒，小到可以忽略。在SV抖动的判断中，由于标准采样频率为4K，报文的间隔为250微秒，其时钟在两帧报文间的最大误差小于0.7纳秒，因此对于该抖动告警的判断也小到可以忽略。
通过引入新方案将可以有效地解决下列报文事件误判的问题
结语:
网络报文记录分析仪有着强大的实时监视告警和分析功能，为电网的事故追忆、运行维护和状态检修提供依据。作为二次回路系统及站控层监视系统，其重要性不言自明。在这样的系统中决不允许存在理论上的设计漏洞。
通过引入双时钟方案后，能够从理论上彻底地解决该系统存在的计算缺陷，从根本上提高了网络分析系统的可靠性。
参考文献:
[1] 许保落，张道农，袁文广，邓星星，刘同军，于跃海.基于多时钟源的时间同步系统设计与应用[J].电力科学与技术学报，2011（03）
[2] 李建，谢小荣，韩英铎，胡炯，吴雅璐，吴京涛.北斗卫星导航系统与GPS互备授时的分布式相量测量单元[J].电网技术，2005（09）
论文作者:田俊杰1,王牧2,钱阳冬3
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/10
标签：报文论文; 时钟论文; 时间论文; 分系统论文; 微秒论文; 方案论文; 通讯论文; 《电力设备》2017年第36期论文;