本发明涉及智能变电站的报文同步技术， 尤其涉及一种智能变电站过 程层网络的报文同步方法。 背景技术

智能变电站过程层网络由合并单元、 智能终端、 网络传输设备、 采样 值（ SV )数据接收设备等设备组成， SV数据接收设备（如保护、 测控装置 ) 接收来自合并单元的 SV报文， SV数据接收设备根据接收到的 SV报文进行数 据计算并进行相应的动作。 SV数据接收设备需要同时接收多台合并单元发 送来的 S V报文，要求不同合并单元发送的 S V报文能够在 SV数据接收设备侧 实现同步， 因此， 合并单元、 网络传输设备、 SV数据接收设备等应能够配 合实现 SV报文在 SV数据接收设备侧的同步，以此来保证 SV数据接收设备计 算的正确性。 其中， 所述网络传输设备包括交换机， 所述 SV数据接收设备 包括如保护或测控装置。

图 1为现有过程层组网示意图， 如图 1所示， 现有的过程层网络上的各 种设置在报文同步上主要依赖于对时网络， 通过对时网络将过程层网络上 的合并单元、 网络传输设备 (可根据需要同步或不同步）、 SV数据接收设备 (以下将以保护、 测控装置代表 SV数据接收设备进行描述）进行对时， 采 用 IRIG-B码对时精度可以达到 lus。 但是该方法过分依赖于对时网络的可靠 性， 对时网络故障将导致合并单元、 保护、 测控装置进入时间失步状态， 保护、 测控装置将无法正确地实现 SV报文的同步， 并导致无法正确进行数 据计算及进行相应的动作。 因为这时各个合并单元的时间存在较大偏差， 导致各个合并单元同一时刻发送的 S V报文中携带的时间戳不一致， 保护、 测控装置依据该时间戳进行保护计算将导致错 误的结果从而导致错误的动 作， 这将给整个智能变电站的可靠运行带来极大的 安全隐患。

目前智能变电站采用的另一种对时方式是 IEC 61588网络对时（以下筒 称 PTP )方式， 为提高对时精度该方式要求构成过程层网络的 网络传输设备 (如交换机）也需要具有 IEC 61588对时功能， 一般网络传输设备在网络中 作为透明时钟（TC, Transparent Clock )时钟使用， 合并单元和保护、 测控 装置作为从时钟（SC, Slave Clock ) 时钟来使用。 由于合并单元、 保护、 测控装置接收到的对时报文均通过网络传输设 备发送， 因此合并单元、 保 护、 测控装置的对时精度必将受到网络传输设备自 身的 PTP算法精度、 PTP 算法可靠性、 时钟精度及网络上报文流量的影响， 当交换机自身的 PTP算法 精度、 PTP算法可靠性或时钟精度无法保证时将导致合 并单元、 保护、 测控 装置的对时精度下降， 恶劣情况下将导致合并单元、 保护、 测控装置对时 误差达到秒级， 从而导致保护、 测控装置无法正常工作。 网络报文流量过 大情况下将导致 PTP对时报文丟失等情况发生，同样会导致对时 精度下降甚 至对时失效。 以上情况均将严重影响保护的正确计算及动作 ， 这将给整个 智能变电站的可靠运行带来极大的安全隐患。 发明内容

有鉴于此， 本发明实施例提供了一种智能变电站过程层网 络的报文同 步方法及系统， 能解决现有过程层网络过分依赖对时网络的问 题。

本发明实施例的解决方案是：

本发明实施例提供了一种智能变电站过程层网 络的报文同步方法， 所 述方法包括：

在合并单元发送的 S V报文中记录网络传输设备上的传输延时；

SV数据接收设备根据所述 SV报文中记录的所述网络传输设备上的传 输延时实现报文同步。 优选地， 所述在合并单元发送的 S V报文中记录网络传输设备上的传输 延时， 包括：

合并单元发送所述 SV报文时根据配置情况预留时间域字段； 所述时间 域字段用于网络传输设备统计所述传输延时并 将各级网络传输设备的传输 延时累加保存在所述时间域字段中；

在所述各级网络传输设备的输入和输出端口上 采用为所述 SV报文添加 时间戳的方式， 将所述 SV报文在网络传输设备上的所述传输延时记录� ��所 述 S V报文的所述时间域字段中；

所述 SV报文经过所述各级网络传输设备的转发时， 在所述时间域字段 中累加各级网络传输设备的传输延时。

优选地， 所述 SV数据接收设备根据所述 SV报文中记录的所述网络传输 设备上的传输延时实现报文同步， 包括：

所述 SV数据接收设备收到所述 S V报文后以本地时间为基准，以所述 S V

SV报文的发送时刻， 并根据合并单元的额定延时计算出其采样时刻 ；

所述 SV数据接收设备以所述采样时刻为基准， 对接收到的不同合并单 元的 SV报文进行报文同步。

优选地，所述传输延时以 ns为最小单位，用于合并单元根据配置情况预 留的时间域字段能具有足够的字段记录所述各 级网络设备的传输延时。

优选地， 所述方法还包括： 所述网络传输设备根据配置决定是否对指 定报文进行网络传输设备内部驻留时间进行计 算及修改所述 SV报文中的时 间域字段；

配置依据为源媒体接入控制（ MAC )地址、 目标 MAC地址、 文类型、 源网际协议（ IP )地址、 目标 IP地址、 源端口号和目标端口号中的一种或至 少两种的组合。 优选地， 所述方法还包括：

所述 SV数据接收设备在接收到带有所述预留时间域� ��段的 S V报文后， 判断 SV报文中携带的时间域信息是否在合理范围内� �� 若时间域信息超出限 定范围， 则判定 SV报文为错误报文并对 SV报文进行丟弃处理， 若时间域信 息未超出限定范围， 则判定 SV报文为正确报文， 对正确报文进行时间恢复 并实现所述报文同步。

本发明实施例还提供了一种智能变电站过程层 网络的报文同步系统， 所述系统包括： 合并单元、 网络传输设备、 SV数据接收设备； 其中，

合并单元， 配置为发送 SV报文给所述网络传输设备；

网络传输设备， 配置为接收所述 SV报文， 将在网络传输设备上的传输

SV数据接收设备， 配置为接收所述 SV报文，根据所述 SV报文中记录的 所述网络传输设备上的传输延时实现报文同步 。

优选地， 所述合并单元， 进一步配置为发送所述 SV报文时根据配置情 况预留时间域字段； 所述时间域字段用于网络传输设备统计所述传 输延时 并将各级网络传输设备的传输延时累加保存在 所述时间域字段中；

所述网络传输设备， 进一步配置为在各级网络传输设备的输入和输 出 端口上采用为所述 SV报文添加时间戳的方式，将所述 SV报文在网络传输设 备上的所述传输延时记录在所述 SV报文的所述时间域字段中， 当所述 SV报 文经过所述各级网络传输设备的转发时， 在所述时间域字段中累加各级网 络传输设备的传输延时。

优选地， 所述 SV数据接收设备， 进一步配置为收到所述 SV报文后以本 地时间为基准， 以所述 SV数据接收设备接收到所述 SV报文的时间减去所述 时间域字段中的值来恢复 SV报文的发送时刻， 并根据合并单元的额定延时 计算出其采样时刻； 以所述采样时刻为基准， 对接收到的不同合并单元的 SV报文进行报文同步。

优选地， 所述网络传输设备， 进一步配置为根据配置决定是否对指定 报文进行网络传输设备内部驻留时间进行计算 及修改所述 SV报文中的时间 域字段； 配置依据为源 MAC地址、 目标 MAC地址、 报文类型、 源 IP地址、 目标 IP地址、 源端口号和目标端口号中的一种或至少两种的 组合。

优选地， 所述 SV数据接收设备， 进一步配置为在接收到带有所述预留 时间域字段的 S V报文后， 判断 S V报文中携带的时间域信息是否在合理范围 内， 若时间域信息超出限定范围， 则判定 SV报文为错误报文并对 SV报文进 行丟弃处理， 若时间域信息未超出限定范围， 则判定 SV报文为正确报文， 对正确 文进行时间恢复并实现所述 ·艮文同步。 备上的传输延时； SV数据接收设备根据所述 SV报文中记录的所述网络传输 设备上的传输延时实现报文同步。 由于在发送的 SV报文中记录网络传输设 备上的传输延时， 因此， SV数据接收设备根据所述 SV报文中记录的所述网 络传输设备上的传输延时实现报文同步， 可以不依赖对时网络的基础， 以

SV数据接收设备本地时钟为基准就行。 从而采用本发明实施例， 可以在不 依赖对时网络的基础上实现 SV报文接收设备（如保护、 测控装置）接收各 个合并单元发出 SV报文的同步， 解决了 SV报文接收设备（如保护、 测控装 置） 的数据可靠计算和动作过分依赖于对时网络的 缺陷， 实现了 SV报文接 收设备（如保护、 测控装置） 以本地时钟为基准实现报文同步。 附图说明

图 1为现有过程层组网示意图；

图 2为本发明实施例的过程层组网示意图。 具体实施方式 本发明实施例涉及智能变电站的合并单元、网 络传输设备（如交换机）、

SV数据接收设备（如保护、 测控装置等）等各类设备间的通信， 本发明实 施例提供了一种智能变电站过程层网络的报文 同步方案， 通过在合并单元 发送的 SV报文中记录网络传输设备上的传输延时方式� ��现 SV报文接收设 备（如保护、 测控装置）侧的时间同步。 各个合并单元通过在 SV报文中增 加时间域的方式， 为 SV报文能够携带报文经过网络传输设备的传输� ��时提 供可能， 在 SV报文中增加时间域的方式同时可以有效防止 SV报文在传输时 增加附加字段导致报文丟失等异常情况发生。

在 SV报文经过网络传输设备时， 网络传输设备的输入端口负责记录报 文的输入时间 （tl ), 网络传输设备的输出端口负责记录报文的输出 时间 ( 12 ), 并将（t2-tl ) 的值与报文时间域中的原有时间值进行累加得 到报文 在各级网络传输设备上传输的传输时间和。 SV报文接收设备（如保护、 测 控装置 )在收到 SV报文时将报文到达 SV报文接收设备（如保护、测控装置 ) 网口时间记录下来， 并用该时间值减去 文时间域中的值将计算结果写入 到报文时间域中， 根据合并单元的额定延时推算出其采样时刻， 并以推算 得到的采样时刻为基准进行报文同步。

采用这种报文同步方法， 可有效地解决过程层网络过分依赖对时网络 对时精度及可靠性的问题， 最大可靠性的解决了过程层网络报文时间同步 问题。 保证了 SV报文接收设备（如保护、 测控装置） 的数据计算及动作的 可靠性。

具体实现时， 在合并单元组织 SV报文时预留时间域字段并将该字段的 值清零， 用于网络传输设备 (例如交换机等 )记录报文在网络传输设备中 的传输延时。 网络传输设备需要在报文进入端口时记录下当 前时刻 （T1 ), 并用报文时间域中的现有值（TO )减去 T1值， 计算结果（TO' )保存到报 文时间域中。 在报文从网络传输设备的其它端口输出时， 网络传输设备负 责记录下报文输出时刻的时间值（T2 )并用报文时间域中的现有值（TO' ) 与该值相加 （即 TO' +T2 ), 将计算结果保存到时间域中随报文一起发送给 下一台装置。 采用该种方式最终保留在时间域中的值为报文 离开网络传输 设备的时间 （T2 ) 与报文进入网络传输设备时间 （T1 ) 的差值与预留字段 原有值（TO )的和（ Δ Τ ), 即 Δ Τ =Τ2-Τ1+Τ0。 如果下一台装置同样是网络 传输设备将重复上述过程。 如果下一台装置是 SV报文接收设备（如保护、 测控装置）时， 将记录下报文到达 SV报文接收设备的时间（Τ3 ), 并用该值 减去报文时间域中的值（ Δ Τ )得到报文发送时刻的值（Τ4 ), 即 Τ4=Τ3- Δ Τ。 用 Τ4减去预设的合并单元额定延时得到采样时刻 Τ5, SV报文接收设备 用 T5时刻的值与其他 SV>¾文进行同步， 并用于后续计算。

该方案在网络传输设备上计算报文在网络传输 设备中的传输延时， 通 过记录报文的输入时间、 输出时间及计算差值的方式得到传输延时， 该方 法完全由硬件实现（FPGA、 PHY等实现）， 不需要 CPU参与计算， 解决了 采用 IEC 61588时交换机软件算法等对对时精度的影响， 因无需发送接收 IEC 61588报文， 所以网络流量等同样不会对 SV报文接收设备同步 SV报文 产生影响。 该方案同样解决了过程层网络过分依赖于对时 系统的问题。

以下将结合具体实例， 对本发明实施例的技术方案进行详细说明。 智能变电站过程层网络主要由合并单元、 智能终端、 交换机、 保护装 置、 测控装置等构成， 保护、 测控装置均接收来至合并单元的 SV报文， 该 SV报文均需要在保护、 测控装置侧实现同步。

如图 2所示， 假设保护 1 (即保护装置 1 , 下同）接收来至合并单元 1、 合并单元 2、合并单元 3的 SV报文并需要进行报文同步。 测控 1需要接收来至 合并单元 1、 合并单元 2、 合并单元 4的 SV报文并需要进行报文同步。

合并单元 1发送 SV报文过程： 1、 合并单元 1首先按照发送间隔定时组织并发送 sv报文到交换机（网 络传输设备）上，合并单元 1在每次组织 SV报文时均在报文中保留预留时间 字段（时间域）并将时间域的值清零。 合并单元 1将 SV报文发送给交换机。

2、 交换机 1在 P1口接收到合并单元 1发送来的 SV报文， 记录下 SV报文 进入 P1口的时间值， 用 SV"¾文时间域中的值减去 P1口捕获到的时间值， 并 用计算结果更新 SV报文的时间域。

3、 SV报文根据交换机 1的交换规则分别通过 P5口发送给保护 1、 P7口发 送给测控 1。 当 SV报文从 P5口输出时， 交换机 1捕获 SV报文从 P5口输出的时 间值， 用 SV报文时间域的值加上捕获时间字段的值并用� ��算结果更新 SV报 文时间域。 同理， SV报文从 P7口输出时进行同 P5相同的操作。

4、 保护 1接收从交换机 1发送的 SV报文并记录报文进入保护装置的时 间， 该时间减去 SV"¾文时间域的值即得到 8 "¾文发送时刻的时间值， 根据 合并单元的额定延时推算出其采样时刻， 并以此值为依据进行 SV报文的同 步及后续计算等工作。 同理， 测控 1接收从交换机 1发送的 SV报文并记录报 文进入测控装置的时间， 该时间减去 SV"¾文时间域的值即得到 SV"¾文发送 时刻的时间值， 根据合并单元的额定延时推算出其采样时刻， 并以此值为 依据进行 SV报文的同步及后续计算等工作。 交换机即到达相应的保护、 测控装置。

合并单元 3发送报文过程：

1、 合并单元 3首先按照发送间隔定时组织并发送 SV报文到交换机上， 合并单元 3在每次组织 SV报文时均在报文中保留预留时间字段（时间� ��）并 将时间域的值清零。 合并单元 3将 SV报文发送给交换机。

2、 交换机 2在 P1口接收到合并单元 3发送来的 SV报文， 记录下 SV报文 进入 P1口的时间值， 用 SV"¾文时间域中的值减去 P1口捕获到的时间值， 并 将用计算结果更新 SV报文的时间域。

3、 SV报文根据交换机 2的交换规则通过 P9口发送给交换机 1。 当 SV报 文从 P9口输出时， 交换机 2捕获 SV报文从 P9口输出的时间值， 用 SV报文时 间域的值加上捕获时间字段的值并用计算结果 更新 SV报文时间域。

4、 交换机 1在 P9口接收到交换机 2发送来的 SV报文， 记录下 SV报文进 入 P9口的时间值， 用 SV"¾文时间域中的值减去 P9口捕获到的时间值， 并用 计算结果更新 SV报文时间域。

5、 SV报文根据交换机 1的交换规则分别通过 P5口发送给保护 1、 P7口发 送给测控 1。 当 SV报文从 P5口输出时， 交换机 1捕获 SV报文从 P5口输出的时 间值， 用 SV报文时间域的值加上捕获时间字段的值并用� ��算结果更新 SV报 文时间域。 同理， SV报文从 P7口输出时进行同 P5相同的操作。

6、 保护 1接收从交换机 1发送的 SV报文并记录报文进入保护装置的时 间， 该时间减去 SV"¾文时间域的值即得到 8 "¾文发送时刻的时间值， 根据 合并单元的额定延时推算出其采样时刻， 并以此值为依据进行 SV报文的同 步 （排序）及后续计算等工作。 同理， 测控 1接收从交换机 1发送的 SV报文 并记录报文进入测控装置的时间， 该时间减去 SV报文时间域的值即得到 SV 报文发送时刻的时间值， 根据合并单元的额定延时推算出其采样时刻， 并 以采样时刻为依据进行 SV>¾文的排序及后续计算等工作。

以上所述， 仅为本发明实施例的较佳实施例而已， 并非用于限定本发 明实施例的保护范围。 工业实用性

本发明实施例是在合并单元发送的 S V报文中记录网络传输设备上的传 输延时； SV数据接收设备根据所述 SV报文中记录的所述网络传输设备上的 传输延时实现报文同步。 采用本发明实施例， 可以在不依赖对时网络的基 础上实现 SV报文接收设备接收各个合并单元发出 SV报文的同步，解决了 SV 报文接收设备的数据可靠计算和动作过分依赖 于对时网络的缺陷， 实现了

SV报文接收设备以本地时钟为基准实现报文� ��步。