北斗系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的綜合應用

柳鋒偉

摘 要：隨著北斗系統(tǒng)的逐步建設完善，系統(tǒng)提供的高精度定位、高精度授時和短報文技術(shù)在電力系統(tǒng)中都得到了長足的應用，本文簡要介紹了高精度授時技術(shù)和短報文技術(shù)在電力系統(tǒng)中的綜合應用案例，為讀者進一步了解北斗系統(tǒng)提供幫助。

關(guān)鍵詞：北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)；高精度授時；短報文技術(shù)

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是我國自主研發(fā)的區(qū)域性衛(wèi)星導航系統(tǒng)，具有快速定位、短報文通信和精密授時三大功能。它可以在服務區(qū)域內(nèi)任何時間、任何地點，為用戶確定其所在的地理經(jīng)緯度和海拔高度，并提供雙向短報文通信和精密授時服務。當前，移動通信和無線通信的覆蓋范圍有一定的局限性，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)則成功解決了偏遠地區(qū)數(shù)據(jù)通信的難題。因此，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)一經(jīng)運營，便廣泛應用在電力、海洋、氣象、水利、農(nóng)業(yè)和森林等領(lǐng)域，利用衛(wèi)星手段進行關(guān)鍵信息傳遞。隨著時代的進步，電力系統(tǒng)的不斷改革與發(fā)展，電力系統(tǒng)內(nèi)對導航定位系統(tǒng)的依賴程度大大增加，導航定位系統(tǒng)廣泛的應用于電網(wǎng)、電力企業(yè)的營銷和電力建設等方面。

1 北斗系統(tǒng)授時技術(shù)在電網(wǎng)中的綜合應用

現(xiàn)今，隨著人們生活質(zhì)量的提高，人們對電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全、高效提出了更高的要求。而作為電網(wǎng)基本單位的變電站、發(fā)電廠和調(diào)度所內(nèi)部均有眾多的計算機監(jiān)控系統(tǒng)、保護裝置、故障錄波器、故障信息管理系統(tǒng)、安全自動裝置、遠動RTU、DCS系統(tǒng)及能量計費系統(tǒng)等自動化設備，其中大部分設備的運行變量可謂瞬息萬變，對時間精度要求很高，如果設備之間沒有同步到高精度的時間基準，大家各自為政，就不能保證實時系統(tǒng)等重要信息的準確性。另外，各管理監(jiān)控裝置對時間同步的精度要求應與所連接的自動化裝置保持同一水平，以便于故障的分析、定位，鑒定不同專業(yè)設備的責任。如通過故障錄波、保護信息管理系統(tǒng)等設備記錄事件的時間、事件發(fā)生的先后次序等，對事故進行分析。這對于查找事故的原因、分析事故發(fā)生過程，從而減少事故隱患有著至關(guān)重要的作用，同時也利于明確責任，加強管理。其次在通信信息網(wǎng)絡中，隨著網(wǎng)絡規(guī)模的擴大，網(wǎng)絡的系統(tǒng)安全日益顯得重要，口令保護、加密、電子認證等安全措施越來越多，而許多安全措施也都需要時間同步信號。

電網(wǎng)中對于北斗系統(tǒng)授時技術(shù)的應用主要體現(xiàn)在各裝置設備間的時間同步上，如電網(wǎng)調(diào)度自動化和故障錄波器等的時間同步及各繼電保護裝置間的時間同步等。

1.1 電網(wǎng)調(diào)度自動化和故障錄波器等的時間同步

傳統(tǒng)的定時方式有兩種：

⑴電網(wǎng)調(diào)度中心通過通信通道同步系統(tǒng)內(nèi)各個電站的時鐘，這種方式需要專用的通信通道，由于從調(diào)度中心到達各個電站的距離不一樣，通信延時也不一樣，因此只能保證系統(tǒng)時鐘在毫秒級誤差的水平；

⑵利用廣播、電視、天文臺等的無線報時信號，這種方式一般一個小時報送一次，一個小時內(nèi)會積累較大的誤差，同樣還由于信號傳播延時，時間誤差較大，很難達到毫秒級，此外還容易受到電站內(nèi)的電磁干擾影響。

有了北斗系統(tǒng)的高精度授時技術(shù)的應用，從而有了統(tǒng)一精確的時間源，既可實現(xiàn)全站各系統(tǒng)在北斗系統(tǒng)時間基準下的運行監(jiān)控和事故后的故障分析，也可以通過各開關(guān)動作、調(diào)整的先后順序及準確時間來分析事故的原因及過程。統(tǒng)一精確的時間是保證電力系統(tǒng)安全運行，提高運行水平的一個重要措施。

1.2 繼電保護間的時間同步

北斗系統(tǒng)在繼電保護中的用途有兩個：線路差動保護和保護聯(lián)合調(diào)試。

電流差動保護原理就是基爾霍夫電流定理：同一時刻流入某個節(jié)點或廣義節(jié)點的電流的代數(shù)和為零。差動保護由于其簡單、可靠和快速等特點，已經(jīng)作為主保護廣泛應用的母線、變壓器和發(fā)電機等設備上，但是用在長距離的輸電線路就比較困難，問題就在于“同一時刻”上，傳統(tǒng)的定時方式很難保證線路兩端設備采樣時間的統(tǒng)一，北斗系統(tǒng)授時技術(shù)的應用為線路差動保護的發(fā)展和應用帶來了新的契機。

帶有通道的輸電線路縱聯(lián)保護在超高壓輸電線路中有著重要的意義。這些保護試驗時，為了分析保護的效果，記錄下來的兩端的電壓電流波形就必須有一個共同的時間標準，以保證試驗的同步性。

高頻保護調(diào)試需要在線路兩側(cè)的高頻保護上同時加故障量，以真實地模擬線路發(fā)生區(qū)內(nèi)或區(qū)外故障時高頻保護的動作行為。在線路兩側(cè)同時加故障量，靠一般的時鐘是辦不到的，這是因為一般時鐘的工作精度是秒級，而作為快速保護的高頻保護其工作時間是毫秒級，由一般時鐘造成的誤差，無法保證兩側(cè)所加故障量的同時性。而采用具有接收北斗系統(tǒng)準確授時功能的PC機控制繼電保護試驗裝置來保證兩側(cè)所加故障量的同時性，其時間誤差是微秒級的，可以滿足同時加故障量的要求。

2 北斗系統(tǒng)短報文技術(shù)在電網(wǎng)中的應用

北斗系統(tǒng)短報文技術(shù)是北斗系統(tǒng)的優(yōu)勢和特色所在，此技術(shù)在電網(wǎng)中的應用，對于處理電網(wǎng)故障具有重要的意義。此技術(shù)的應用主要體現(xiàn)在站內(nèi)裝置的故障監(jiān)測上和偏遠地區(qū)的站內(nèi)信息化實現(xiàn)上。

2.1 站內(nèi)裝置的故障監(jiān)測

隨著電力資源的廣泛應用，為了給用戶提供高效可靠安全的用電環(huán)境，在發(fā)電廠和變電站等場所配有大量的用于保護作用的蓄電池，蓄電池是發(fā)電廠、變電站所等電力系統(tǒng)的一種重要設備。它是保證繼電器保護和一次設備開關(guān)操作正常下作的關(guān)鍵動力源。因電池問題造成的事故或停機損失遠比電池本身價格要高得多。其穩(wěn)定運行對破壞性事故的擴大和電力設備嚴重損壞至關(guān)重要。及時檢測蓄電池的運行狀態(tài)，及早發(fā)現(xiàn)蓄電池存在的問題并加以及時地處理是保障電網(wǎng)正常運行的重要條件。

隨著電力事業(yè)的發(fā)展，需要在一些偏遠的地區(qū)建設變電站所。由于這些地區(qū)交通通信等設施的局限，使得設備的維護變得十分困難，設備的故障也不能實時地解決，蓄電池只是通過維護人員的定期檢修加以保障，完全不能滿足蓄電池的可靠性要求。因此，在新的形勢下，需要有新的手段來保證變電立站所運行的安全。

針對北斗系統(tǒng)的覆蓋面廣，運行穩(wěn)定，無盲點等特點，充分發(fā)揮北斗系統(tǒng)中的短報文的優(yōu)勢，設計研發(fā)了蓄電池的在線監(jiān)測系統(tǒng)，遠程監(jiān)測電力系統(tǒng)中蓄電池的工作狀態(tài)。如果出現(xiàn)故障，則直接將短信息發(fā)送到維修人員的終端，并顯示故障信息，達到實時監(jiān)測和維護的目的。此技術(shù)的應用不止可應用到蓄電池的監(jiān)測上，更可以普及到站內(nèi)的所有設備上，通過短信的方式，可以詳細的描述出設備的故障所在，便于維護人員準確判斷出故障的位置提供極大的幫助。

2.2 偏遠地區(qū)的變電站信息化實現(xiàn)

與傳統(tǒng)的通過移動網(wǎng)絡發(fā)送短息相比，北斗系統(tǒng)的短報文技術(shù)沒有任何的盲點，更加適合在偏遠地方站內(nèi)的使用。

隨著國家電網(wǎng)的全面建設，農(nóng)村電網(wǎng)的改造也開始了大規(guī)模的建設，農(nóng)村電量的使用逐年增加，為了全面保障農(nóng)村電力的使用，農(nóng)村電力公司必須依據(jù)各個變電站的電力使用情況及時進行合理的調(diào)度。但是由于許多變電站處于偏遠地區(qū)，數(shù)據(jù)通過線路傳輸非常不顯示，即使利用移動通信網(wǎng)絡技術(shù)傳輸，也存在諸多的盲點。隨著北斗系統(tǒng)的全面建設成功，電力系統(tǒng)充分利用北斗系統(tǒng)短報文的優(yōu)勢，針對電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸特點進行了積極的應用。已在個別偏遠地區(qū)電力公司成功實現(xiàn)了對電力系統(tǒng)變電站實時數(shù)據(jù)的監(jiān)控，而且數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，實際應用情況良好。

3 總結(jié)

隨著北斗系統(tǒng)的進一步建設完善，其提供的精確授時和更加完善的短報文技術(shù)將在電力系統(tǒng)中的應用更加廣泛，這些具有自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)的應用，不僅可以更好的發(fā)揮北斗系統(tǒng)的優(yōu)勢，更可以為我國早日實現(xiàn)建設安全電網(wǎng)的目標提供強大的技術(shù)支持。

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