智能电网工业互联网能源互联网时钟同步之时间敏感性网络

IT与OT最大的差异在于OT对时间序列的精密要求，TSN专用交换机是对时间序列有严格要求的应用场景必需的组网设备。典型的如电力61850智能变电站中的GOOSE时间、SV采样等数据的组网。

智能电网中各个设备继电保护、潮流计算、无功有功补偿、交流电能质量采样、群控群调等需要设备之间的时钟同步，需要北斗定时装置和实时交换机在不同智能电气设备之间进行时钟对时和同步。

时间敏感型网络TSN具有时间同步、低延迟、超高可靠性和特性资源管理等关键技术，比传统以太网网络具有更低成本、更灵活组网、更高扩展性、更优化的拓扑结构，易建易维护等优势，可广泛满足智能电网智能电站建设中电力智能电气化设备波动电能数据的时钟同步采集、工业互联网数控设备精密工控流水线网络严格时序控制工序等应用场景。

以太网在发明之时并未考虑实时信息的传输问题，带宽由多个设备共享，采用尽力而为（BestEffort）的转发机制，发送端设备永远只是尽最大可能发送数据帧，而没有基于时间的流量控制，一旦共享带宽设备的数据流在时间上产生重叠，就会发生冲突，数据流重叠/冲突的部分会遵循QoS优先机制进行转发，造成在网络负载提升以后部分数据包被延迟很久转发甚至被丢弃————传统以太网不管优先级，所以会导致无法满足有精确时间延迟控制要求的特殊应用场景。

TSN（Time Sensitive Networking）时间敏感网络技术是当前最为领先的通讯技术之一。它是 IEEE 802.1 任务组开发的一套数据链路层协议规范，用于构建更可靠的、低延迟、低抖动的以太网，通过时钟同步、数据调度、网络配置等机制，提供精准的时间同步和高效的数据传输能力。

相比传统以太网通信，TSN技术可以混合实时通信和非实时通信。TSN能够将确定性服务降到微秒级，降低整个通信网络复杂度，实现信息技术 (IT)与运营技术(OT)融合，其具有精准的时钟同步能力，确定性流量调度能力，以及智能开放的运维管理架构，可以同时保证多种业务流量的高质量传输，不但提高了性能，而且减少了成本。

TSN广泛应用于测试和验证工业自动化、电力、汽车、铁路、航空航天和国防等领域。TSN技术的应用可以实现实时控制逻辑和业务数据融合。在智慧能源领域，TSN技术的应用可以有效减少微机保护之间的通讯时延带来的相位差问题，降低智能电站间隔层组网成本，提升电网控制调度可靠性。在智能交通领域，TSN技术的应用可以实现高效、准确的车辆信息传输和路况监测，提升交通管理的智能化水平。

目前，我国新建的智能变电站和光伏均采用了iec61850体系标准。iec61850体系同时存在sv（sampledvalue，采样值）、goose（genericobjectorientedsubstationevent，面向通用对象的变电站事件）、mms（manufacturingmessagespecification，制造报文规范）和ieee1588对时报文。其中，sv报文、goose报文和ieee1588事件报文是典型的周期报文，对确定性要求较高；mms报文和ieee1588bmc（bestmasterclock，最佳主时钟算法）报文为非周期报文，对确定性无要求。

在智能变电站改造中，可以结合61850标准化协议，基于TSN交换机和基于TSN通讯协议的61850 网关 进行GOOSE报文、SV报文和1588事件报文转换，解析变电站配置描述scd文件，包括全站虚连接关系和流属性；获取tsn交换机的网络拓扑，并确定每个tsn交换机直连的智能电子设备ied的应用标识符appid与端口号的对应关系；基于全站虚连接关系和流属性以及智能电子设备ied的应用标识符appid与端口号的对应关系进行端到端流模型分析和排程计算，并生成流量调度参数、流抢占参数和流量监控参数等tsn交换机配置信息，下发至各电力专用tsn交换机。从而实现继电保护、故障录波、电能质量监测抽样数据的相位同步。

电力专用TSN以太网交换机是面向智能变电站应用而开发的高性能、高可靠和高稳定的工业级TSN网络交换设备。保证GOOSE报文、SV报文和1588事件报文按TSN规则转发，实现网络精确同步时间传输。