对于数字化变电站或智能变电站,传统的时间同步方法甚至SNTP网络对时方式已不能完全满足变电站对时精度的需求。参考IEC61850标准,过程层的某些应用要求时间同步精度达到微秒甚至亚微秒的级别。适时出现的IEEE1588精确时间协议,只需少量的硬件和网络资源,就能满足数字化变电站同步精度的要求。本文较为系统地比较了几种变电站对时方式,指出IEEE1588协议其优势所在。着重于IEC61850标准的数字化变电站通信体系,粗略地介绍了数字化变电站的相关理论和技术。文章还详细地介绍了精确对时协议的时钟模型以及同步报文的结构,深入地分析了IEEE1588协议的同步原理。本文在IEEE1588协议理论分析的基础上,依据几种基本组网方式,给出了IEEE1588协议在数字化变电站的应用方案并进行了比较。为避免网络协议栈处理报文时产生延迟的影响,采取FPGA在MII接口处打时间戳的方案。采用CPU、FPGA、 MAC芯片、PHY芯片设计了同步系统的硬件架构,给出了IEEE1588协议软件实现流程图,并对最佳主时钟算法进行了程序设计。使用Verilog HDL语言,依据MII接口的报文收发时序和数据传输规律,设计同步报文检测模块。根据时钟之间的计时偏移量,对本地时钟的晶振频率进行合理的补偿使走时频率随偏移量自动地修正,并对设计的补偿算法进行详细说明。在此基础上,利用FPGA开发套件进行建模和时序仿真,验证了报文检测模块和晶振频率补偿模块的正确性和可行性,为开发基于IEEE1588协议的硬件模块奠定了基础。