电力系统的稳定运行需要依托统一的时钟同步系统。随着电力系统开展“三型两网”的建设,更多智能化、分布式装置接入电网,电力系统中部分装置的时钟同步精度需要达到纳秒级。针对传统的远距离时钟同步方式无法满足时钟同步尤其是远距离时钟同步高精度要求这一情况,本文研制了一种面向远距离时钟同步的电力系统时钟系统,该系统与传统时间同步设备相比精度和稳定性更高。对比多种时钟同步方式,通过PTP协议实现时钟同步可以达到更高的精度,但是PTP协议应用于以太网的时钟同步随着同步距离的提升需要多个交换机,成本上升的同时精度也急剧下降。本文结合电力系统成熟的SDH网络,提出通过PTP over SDH实现远距离高精度时钟同步方式的方案。本文研制的时钟同步系统还包含卫星时钟同步、B码时钟同步、基于PTP/NTP/SNTP协议的网络时钟同步。多种同步方式互备,可以满足电力系统各个场景的应用要求。本文研制的时钟同步系统主要包含卫星信号接收模块、时间频率同步模块和电源模块。卫星信号接收模块实现接收GPS/BD卫星信号的功能。时间频率同步模块采用了“FPGA+ARM”的硬件架构,论文对该模块各种时钟同步方式的硬件设计进行综合阐述,介绍了各种核心芯片及辅助电路等。其中,PTP over SDH依靠FPGA结合E1信号转换芯片实现PTP协议在SDH网络内的E1信号传输。电源模块为时钟系统进行供电,设计的整体电源网络经过了仿真验证及去耦处理。时钟同步系统选用恒温晶振作为频率源,本文对晶振老化漂移进行误差分析,采用了外部标准频率结合锁相环的频率漂移控制方案,介绍了锁相环的硬件设计。对于缺乏外标频的情况,本文采用了北斗信号结合卡尔曼滤波和PID控制对晶振进行频率驯服的控制方案。两种方案经过测试验证均对晶振的频率控制有良好的效果。在无外标频且北斗信号丢失时,时钟同步系统采用卡尔曼滤波对晶振频率漂移进行预测及修正,完成时钟同步系统的守时。针对时钟同步系统的PCB设计,本文进行了层叠、走线、布局等设计,综合考虑了PCB信号完整性及电源完整性。最后,本文对于研制的时钟同步装置进行相关测试,包括各种时钟同步方式的精度测试,报文通信的测试以及守时功能测试。实验结果显示该系统的时间同步方式均工作正常,指标精度可以达到典型值;PTP over SDH精度可以满足电力系统远距离同步的时间精度要求;晶振守时精度可以在卫星信号丢失情况下保持较高。