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智能变电站精确时间测试及测试仪技术交流主讲人：赵旭阳上海远景数字信息技术有限公司智能变电站系统结构智能变电站实施标准IEC61850标准（国际）DL/T860标准（中国）系统概貌•DL/T860.1-介绍和概述•DL/T860.2-术语•DL/T860.3-总体要求•DL/T860.4-系统和项目管理•DL/T860.5-功能通信要求和装置模型(时间要求）系统配置•DL/T860.6-变电站有关的IED的通信配置描述语言抽象数据模型•DL/T860.71-原理和模型•DL/T860.72-抽象通信服务接口(ACSI)数据模型•DL/T860.73-公用数据类•DL/T860.74-兼容逻辑节点类和数据类映射到实际通讯网络•DL/T860.81-映射到MMS和ISO8802-3•DL/T860.91-通过单向多路点对点串行通信链路的采样值•DL/T860.92-通过ISO/IEC8802-3的采样值测试•DL/T860.10–一致性测试(性能测试)智能变电站需求与传统变电站相比技术革新点在于计算机以太网通讯及精确时间技术的全面普及,传统控制原理保持一致.智能变电站带来的好处•减少二次控制电缆的大量投入•节省维护管理的成本•提高运行效率智能变电站新的需求•对专用交换机的依赖•对精确时间的依赖(时钟组网、时间同步精度、网络传输延迟、IEC61850应用时间传输延迟）•对光纤及电子CT\PT特性研究•新的智能电子设备的研发(合并单元、保护、测控、智能IO、表计)IEC61850一致性测试目前实施的一致性测试内容（DL/T860.10)•模型一致性测试•协议实现一致性测试•设备相关的一致性测试目前缺乏的一致性测试内容（DL/T860.10)•通讯延迟测试（DL/T860.107.2)•时间同步及准确度测试(DL/T860.107.3)•网络负载对传输时间延迟的影响目前缺乏的综合测试•智能设备精确时间及时间相关的性能测试(时钟、交换机、合并单元、保护、测控、表计、智能终端等)•智能变电站控制系统工厂验收(FAT)及精确时间测试(模拟数据和网络)•智能变电站控制系统现场验收(SAT)及精确时间测试(实际设备接入)•在线日常维护测试智能变电站传输时间定义传输时间定义（DL/T860.513.4)--ta:对发送设备传输过程的时间要求值--tb:对网络传递报文的时间要求--tc:对接收设备传递值到他的过程逻辑的时间要求传输时间将包括各自通信处理器时间加上网络时间，其中有等待时间、路由器与其他网络设备所耗费的时间。由于物理装置和网络设备可能来自不同的厂商，对总传输时间的任何测试和验证都必须在现场验收测试时进行。报文处理延迟---处理器对报文的处理延迟（ta、tc)报文发送延迟---交换机存储转发机制报文传播延迟---网络物理特性（光网、电网）报文排队延迟---大数据量情况下的排队等待智能变电站通讯延迟测试对象及方法通讯延迟（DL/T860.107.2.2)•GOOSE输出延迟•采样值输出延迟•控制输出延迟测量的输出延迟是从给IED的一序列物理的输入触发到IED产生相应报文之间的延时。通讯延时时间的平均值和标准偏差应按输入触发1000次计算。输出延迟测试图智能变电站时间同步和准确度测试对象和方法智能变电站时间信号•PPS•IRIG-B•NTP•PTP•…时间同步和准确度测试的范围是检验IED传递设备事件时标的能力。时间同步和准确度测试示意图第一个准确度测量是由测试系统中IED直接接收同一个外部时钟源。时间同步后，时间变化1000次，从事件时间和检索的时标的差值计算平均值及与平均值的标准偏差。第二个准确度测量是由测试系统中时间主站功能和带时间同步协议的IED进行的。时间同步后，事件变化1000次，从事件时间和检索的时标的差值计算平均值及与平均值的标准偏差。智能变电站采样值数据分析性能评估•时钟同步精度(1us/4us)•0秒传输延迟•采样均匀度(250us)•采样传输偏差(0us)•采样传输速率•采样同步标志采样捕获（50Hz采样率4000）前一秒当前秒4000采样点平均分配在1秒区间内采样均匀度：每个采样点标准间隔250us传输偏差与标准时间进行比较可判断每个采样点传输延迟当采样号=0时，时间偏差就是捕获时间(us)。根据IEC61850标准，采样号应该在合并单元每次被同步后返回到0。正常状态传输应该是完整的一秒时间内完成。因此当采样号=0时的时间偏差应该是检测合并单元发送延迟+网络传输延迟的最好的指示指标。智能变电站GOOSE数据分析GOOSE发送过程GOOSE信息发送带有事件时间的状态变化数据。利用这个特性接收端就可以根据捕获报文的时间和事件发生的时间进行对比，从而确定GOOSE信息的输出延迟。GOOSE信息的测试位也可以用来诊断设备是否处于检修状态。GOOSE采用多播方式进行信息发送，对于每次状态变化产生的GOOSE信息，报文有两个重要标志进行识别。•stNum:新的变化都会使stNum增加1•sqNum:没有变化时发送重复报文时每次增加1,达到最大值后复归到1继续累加，当stNum变化后发送的第一个GOOSE报文sqNum必须为0。根据这个特性，sqNum=0帧的捕获时间是GOOSE报文帧到达接收方最短的时间延迟。智能变电站时间及应用报文分析•NTP/SNTP报文及时钟同步机制分析、记录•IEEE1588报文及时钟同步机制分析、记录•IRIG-B报文分析、记录•GOOSE报文分析、记录•SMV9-2报文分析、记录智能变电站时间不一致带来的问题•采样值传输延迟差可能导致在判别通道数据时保护闭锁•采样同步偏差导致采样时刻不匹配引起的保护差流（向量角度误差）•采样报文时间间隔不均导致保护误动•影响表计和测控的精确度•GOOSE传输时间延迟将造成跳闸出口时间延长智能变电站精确时间解决方案为解决智能变电站精确时间同步及测试，专门研发了基于北斗/GPS技术的智能变电站精确时间测试仪ePT-100，确保上述指标能够得以检测和分析,并作为变电站投运验收的依据。ePT-100是一款便携式测试分析仪和时钟信号源，其功能主要是用来获取、存储、分析以及模拟IEC61588精确时钟(PTPV1&V2)信息交换以及其它同步时钟信号源的精度测试，同时用来获取和分析NTP、IRIG-B、PPS、10KHz、脉冲宽度、SOE信号、空节点输入输出信号，并提供标准PTP、NTP、PPS、IRIG-B标准时钟源输出。此外ePT-100作为世界上第一款具有PTP精密时钟信号及IEC618509-1/9-2、GOOSE信号源输出的设备，它同时可以在提供IEC618509-1/9-2、GOOSE信号源输出的基础上，进行IEC618509-1/9-2、GOOSE精确时间测试和分析，以及开关动作时间测试、合并单元性能分析以及相应的报文详细分析。ePT-100可以作为智能电网保护、控制、计量、合并单元、交换机、智能IO产品的检验、工厂验收、现场验收实验和日常维护。主要用于电力试验研究院，技术中心、变电站，修试所、网省调、地调、超高压公司、送变电等单位，另外可帮助开发人员作为设计、分析、开发IEC61588、IEC61850技术的最有效的测试、调试工具。ePT-100ePT-100精确时间测试仪时间基准•利用内置高精度的基准时钟自动同步到北斗/GPS提供绝对基准时间(TCXO/OCXO/铷原子钟)•利用外部时钟同步机制提供相对基准时间ePT-100精确时间测试仪测量和测试功能•PTP时间测试(OC/BC/TC)•NTP时间测试(Client/Server)•PPS测量•PPM测量•IRIG-B时间信号测试•串行时间测试•频率测量•脉冲宽度测量•脉冲事件捕获•SOE捕获•开关动作测试•IEC61850GOOSE传输时延测试•IEC61850SMV传输时延和性能测试•TOD时间测试ePT-100精确时间测试仪时间信号输入•以太网接口(光电复用)•光纤输入接口(ST)•TTL输入接口(BNC)•IRIG-B输入接口(BNC\ST\EIA-232C\EIA-422)•串行输入接口(SI)•时间信号输入接口(TI)•状态量输入(DI)•GOOSE信号输入(虚拟接口)ePT-100精确时间测试仪时间信号输出•10KHz\PPS\PPM输出接口•IRIG-B输出接口•串行输出接口(SO)•空节点输出接口(DO)•可编程输出接口(OUT)ePT-100精确时间测试仪网络时间信号•PTP主时钟(GM)•PTP子时钟•PTP边界时钟•PTP交换模拟•PTP监视模式•NTP服务端•NTP客户端ePT-100精确时间测试仪协议监测和分析•高精度时间戳的信息捕获(PTP/NTP/GOOSE/SMV9-1/SMV9-2)•协议分析和存储(PCAP,CSV,EPT)•支持GOOSE协议分析•支持SMV9-1/SMV9-2协议分析•支持NTP协议分析•支持PTP协议分析ePT-100精确时间测试仪IEC61850功能•GOOSE时延测试•GOOSE模拟输出•GOOSE信息订阅(支持2路状态)•SMV9-1/9-2时延和性能测试•SMV9-1/9-2模拟输出(最大24路采样通道)•SMV9-1/9-2信息监视•IED装置动作时间测试（SOE)ePT-100精确时间测试仪智能变电站测试功能•智能变电站工厂验收测试(FAT)•智能变电站现场验收测试(SAT)•智能变电站检修维护测试测试方法:1.离线设备测试2.接入智能变电站系统网络交换机自动获取智能设备应用信息并实时在线测试，不影响变电站正常运行，可以连续进行长时间在线监测，测试记录可以在线分析或者离线分析ePT-100精确时间测试仪数字示波器功能•支持最大8个通道波形•任意通道信号可关联(输入\输出\内部信号)•任意通道可触发•波形管理(扫描速率\观察模式等)ePT-100精确时间测试仪辅助功能•数据屏幕显示触摸屏图形化操作屏幕图形拷贝存储•数据存储支持NANDFlash(4ms擦除速度/写入速度块)支持U盘转存支持手动/自动存储模式支持多种输出格式ePT-100精确时间测试仪性能参数项目名称精度分辨率内部GPS时钟30ns8ns内部BD时钟100ns8ns脉冲输入测量50ns20nsIRIG-B-DC测量50ns20nsIRIG-B-DC-ModifiedManchester测量50ns20nsIRIG-B-AC测量1us20ns串行时间信号＋PPS100ns20ns串行时间信号+起始位100ns20ns频率测量1Hz1Hz脉冲宽度测量20ns20nsSOE50ns20nsPTP测量60ns8nsNTP测量10us8nsIEC618509-1/9-2时间1us1usIEC61850GOOSE时间1us1us智能变电站精确时间解决方案为解决智能变电站精确时间同步授时系统，专门研发了基于北斗/GPS技术的智能变电站PTS系列主从精确时钟信号源，确保智能电网时钟组网和授时精度。对应目前的智能电网和TD-SCDMA网络，传统的GPS对时精度已经无法满足智能电网和TD-SCDMA实时性的要求，所以目前需要引入一个新个概念--IEEE1588授时。该产品既能兼容传统的GPS信号，又能接收北斗卫星的信号，以及内置EXPANDBMC算法，可以快速准确的选择精度高的时钟源同步。PTS系列时钟除可以提供IEEE1588V1&V2对时外，同时还可以提供多路PPS、IRIGB（AC/DC）、NTP、RS232/485规约同步对时信号。作为智能变电站的时钟源，PTS-XX系列时钟同步系统同时提供IEC61850通讯接口，它可以方便的把时钟信息，如时钟精度、等级、卫星/天线状态、同步源方式、PTP工作模式、IP地址、主备时钟工作状态、备钟工作信息等通过网络传送给变电站网络记录系统、监控系统和远方调度控制中心，以保证系统的正常有序工作。作为一款高等级的时钟服务器，IEEE1588时钟源可以增加銣原子钟，使设备具有更好的守时能力，保证一定的授时精度。该产品主要用于电信通讯中心、变电站、发电