1. 下一代电网（智能电网）中时间同步的重要性

从传统电网向利用信息通信技术（ ICT）的下一代电网（即“智能电网”）过渡，对于确保电力供应稳定和高效利用至关重要。在这种数字化电网中，时间同步不再是辅助功能，而是支撑整个系统稳定运行的关键“命脉”。

1.1 电网和智能电网的数字化转型

1.2 变电站国际标准“IEC 61850”和 PTP

IEC 61850是变电站自动化系统的国际标准，变电站是智能电网的核心设施。该标准允许变电站内的智能电子设备（ IED ），例如保护继电器和控制装置，通过以太网进行通信，而无需考虑供应商。IEC 61850采用IEEE 1588中定义的精确时间协议（PTP ），用于IED之间（例如GOOSE消息）的高速信息传输以及电压和电流采样值的同步。PTP能够以亚微秒级的精度同步变电站内的所有设备，从而实现精确的故障检测和快速的系统保护。

1.3 利用PMU稳定广域电网

一种能够实现高精度时间同步的创新技术是相量测量单元（PMU），通常被称为“同步相位器”。PMU以每秒数十次的高速测量电网中电压和电流的相位（相量） ，并利用从全球导航卫星系统（GNSS）获取的精确时间信息添加时间戳。这使得在大范围内实时、同步地“可视化”电网状态成为可能。这种“广域态势感知”对于检测大规模停电迹象以及确保高波动性可再生能源稳定并网至关重要，而2003年北美大停电事件的教训加速了这项技术的应用。

2. 威胁的演变与对高可靠性（韧性）的追求

展望2025年以后的时间同步系统，最大的挑战在于全球导航卫星系统（GNSS）的脆弱性，而GNSS作为时间源被广泛应用。应对这一威胁的技术将决定下一代系统的性能。

2.1 过度依赖全球导航卫星系统的风险

电力、电信和金融等关键基础设施严重依赖全球导航卫星系统（GNSS）作为可追溯至协调世界时（ UTC ）的时间源。然而，来自卫星的GNSS信号极其微弱且极易受到干扰，构成重大风险。这种过度依赖已在整个社会基础设施中造成了单点故障（SPO）。

2.2 了解威胁：干扰和欺骗

全球导航卫星系统 (GNSS) 面临的威胁大致可分为两大类。

• 干扰：这是一种故意发射强干扰信号的攻击手段，目的是使接收方无法接收全球导航卫星系统（GNSS）信号。结果，接收器无法获取卫星信号，从而丢失时间信息。
• 欺骗：一种更为复杂且恶意的攻击，通过发送虚假的全球导航卫星系统（GNSS）信号来诱使接收器计算错误的位置和时间。由于接收器并未意识到自己正遭受攻击，并且会信任这些虚假的时间信息，因此可能导致严重的后果，例如电网故障和系统不稳定。

2.3 应对措施：构建多层防御架构

2025 年以后的趋势是向多层、弹性时间同步架构转变，这种架构不再仅仅依赖于GNSS 。

• 先进的GNSS接收技术：通过同时利用多个卫星系统（GPS、伽利略、GLONASS、北斗）和多个频段（L1、L2、L5），增强了对特定干扰的抵抗能力。
• 抗干扰/欺骗技术：诸如“ GNSS防火墙”之类的技术，可以在信号输入接收器的内部时间引擎之前验证信号的合法性，这至关重要。
• 卓越的保持性能：在GNSS信号丢失时，维持系统时间精度（保持）的能力至关重要。这种性能取决于时间服务器内置振荡器的质量。与标准晶体振荡器（TCXO和OCXO）相比，铷原子钟的稳定性高出几个数量级，即使在GNSS信号丢失的情况下，也能长时间保持高精度时间。

3. “信任”架构：电子公共关系通信技术的出现

作为解决 GNSS 脆弱性的最终方案，增强型主参考时钟( ePRTC )正在成为关键基础设施领域的新标准。

3.1 ePRTC（高级主参考时钟）的定义

ePRTC是ITU-T G.8272.1 建议书中定义的一种时间同步系统，旨在即使在GNSS长时间故障的情况下也能保持极高的精度。ePRTC系统由高性能GNSS接收机和极其稳定的铯原子钟组成。

3.2 与 PRTC 的主要区别：持股表现

传统的主参考时钟 ( PRTC )直接依赖全球导航卫星系统 (GNSS) ，一旦GNSS信号丢失，便无法保证精度。而增强型主参考时钟 (ePRTC)则持续运行铯原子钟，GNSS信号仅用于长期校准铯原子钟与世界协调时 (UTC) 。这种架构确保即使GNSS 信号不可用， ePRTC也能保持精度。

需要保持相对于UTC 时间±100纳秒的惊人精度，至少持续14天。

3.3 为什么电子公共关系技术会议至关重要

在智能电网等关键基础设施中，即使是暂时的时间精度下降也是不可接受的。ePRTC保证14天或更长时间的高精度保持，即使GNSS发生故障，也能为恢复工作提供充足的时间，而不会中断服务。这体现了一种战略性的架构自主性，将自身基础设施的稳定性与GNSS不可预测的可靠性解耦。

4. 高精度端到端同步的集成解决方案

为应对上述2025 年及以后的趋势和挑战， Microchip提供了一系列一致的解决方案，从铯原子钟到强大的边缘设备和集成管理平台。