北斗在新能源電力系統(tǒng)的應(yīng)用

文∣薛安成 羅曠 徐飛陽(yáng) 徐勁松

新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華北電力大學(xué))

一、引言

20世紀(jì)后期，我國(guó)開(kāi)始探索適合國(guó)情的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展道路。2000年底，建成北斗一號(hào)系統(tǒng)，向中國(guó)提供服務(wù)；2012年底，建成北斗二號(hào)系統(tǒng)，向亞太地區(qū)提供服務(wù)；2018年底，北斗三號(hào)基本系統(tǒng)完成建設(shè)，開(kāi)始提供全球服務(wù)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)作為國(guó)家重要的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)于我國(guó)國(guó)防、電力、交通、測(cè)繪等領(lǐng)域有著重要意義。

新能源指?jìng)鹘y(tǒng)能源之外的能源形勢(shì)，具有資源可再生、分布廣、間斷式供應(yīng)等特點(diǎn)。正由于新能源的這些特點(diǎn)，使新能源電力系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)電力，其對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用需求日益突出。

二、電力系統(tǒng)對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的需求

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源需求日益增長(zhǎng)與環(huán)境惡化和能源問(wèn)題凸顯，優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，提高新能源電源占比愈加重要。截至2017年底，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到163.25GW，太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)129.42GW，裝機(jī)容量均為世界第一。且風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量占比已分別達(dá)到9.2%和7.3%。目前我國(guó)電力系統(tǒng)已經(jīng)成為世界上規(guī)模最大、最為復(fù)雜的新能源電力系統(tǒng)。此外，在負(fù)荷側(cè)，2017年，我國(guó)銷售新能源乘用車55萬(wàn)輛，已成為全球第一大電動(dòng)汽車市場(chǎng)。

我國(guó)采用大規(guī)模新能源接入和分布式能源并舉的策略，給電網(wǎng)帶來(lái)清潔能源。與此同時(shí)，隨著新能源的接入，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜，系統(tǒng)特性發(fā)生根本性改變等一系列問(wèn)題也給電力系統(tǒng)的安全監(jiān)測(cè)和穩(wěn)定運(yùn)行控制帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

與此對(duì)應(yīng)的，系統(tǒng)的可觀性、可控性亟待提高。系統(tǒng)對(duì)于衛(wèi)星導(dǎo)航的需求愈加突出。我國(guó)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有安全可靠的導(dǎo)航定位、授時(shí)和短報(bào)文通信等功能，可為加強(qiáng)新能源電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定提供有效支撐。有鑒于此，下文將從空間定位、時(shí)間、通信、安全性四個(gè)方面展開(kāi)說(shuō)明電力系統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航的需求。

1.空間定位需求

為方便電力生產(chǎn)管理，提高管理水平和工作效率，新能源電力系統(tǒng)需要對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行精確定位，并將電力設(shè)備設(shè)施信息、電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)信息與地理及自然環(huán)境信息集中于統(tǒng)一系統(tǒng)，該系統(tǒng)即為電力地理信息系統(tǒng)（GIS）。隨著北斗發(fā)展，GIS定位已從主要基于GPS發(fā)展到兼容北斗，目前，GIS系統(tǒng)正在向以北斗系統(tǒng)為主發(fā)展。結(jié)合GIS系統(tǒng)，導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)可提供電力設(shè)施（如輸電線路，桿塔）的位移狀況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

2.時(shí)間信號(hào)和同步需求

新能源電力系統(tǒng)各級(jí)調(diào)度控制中心都建立了調(diào)控一體的智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)，其調(diào)控涉及發(fā)電、輸電、變電等電力生產(chǎn)的各個(gè)方面，調(diào)控分布廣。目前，電力系統(tǒng)各電站一般通過(guò)綜合自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)與主站連接。為了保證實(shí)時(shí)準(zhǔn)確反映主站下達(dá)的信息和動(dòng)作控制指令，保證主站和從站間的時(shí)間同步精度非常重要。因此，要實(shí)現(xiàn)調(diào)度主站內(nèi)多個(gè)系統(tǒng)及主站間協(xié)調(diào)穩(wěn)定的運(yùn)行，主站系統(tǒng)均需建立在嚴(yán)格統(tǒng)一的時(shí)間系統(tǒng)上。

若在主站安裝一臺(tái)北斗授時(shí)裝置，則理論上北斗授時(shí)裝置能夠保證各地的時(shí)間信號(hào)與協(xié)調(diào)世界時(shí)的相對(duì)誤差小于20～100ns，實(shí)現(xiàn)各電站之間的同步。因此，在調(diào)度控制中心的時(shí)間基準(zhǔn)傳遞上，采用北斗衛(wèi)星同步技術(shù)，可以提供安全可靠的高精度時(shí)間信號(hào)，滿足調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)統(tǒng)一的高精度時(shí)間的需要。

3.通信需求

隨著新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，以風(fēng)電、光伏為代表的小型分布式電站的數(shù)量越來(lái)越多?，F(xiàn)有的電力通信以載波通信、光纖通信和通用分組無(wú)線服務(wù)/碼分多址（GPRS/CDMA）為主要方式，對(duì)大型發(fā)電廠、變電站以及中低壓配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)，基本上都采用現(xiàn)有的通信技術(shù)。但是針對(duì)小水電、分布式光伏電站等電源點(diǎn)，通信網(wǎng)絡(luò)大多數(shù)都不是很健全，加之地理位置偏遠(yuǎn)，大多數(shù)都不具備電力系統(tǒng)常規(guī)通信條件。

北斗作為全球首個(gè)在定位、授時(shí)之外還具有短報(bào)文通信功能的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)，具有用戶機(jī)與用戶機(jī)、用戶機(jī)與地面控制中心之間雙向數(shù)字報(bào)文通信功能，可以為電力系統(tǒng)在通信薄弱的情況下提供及時(shí)有效的信息傳輸功能。例如，通過(guò)北斗短報(bào)文服務(wù)，可以彌補(bǔ)在現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)不能覆蓋的地區(qū)，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的信息交互，尤其是在緊急情況下，如野外山區(qū)、災(zāi)害搶險(xiǎn)時(shí)，實(shí)現(xiàn)基于電力任務(wù)的聯(lián)動(dòng)和防護(hù)。

4.安全性需求

由于衛(wèi)星信號(hào)是從20200km的高空傳播到地面，當(dāng)它被地面接收機(jī)所接收時(shí)，其信號(hào)功率已十分微弱，可能受到環(huán)境干擾；此外，因衛(wèi)星授時(shí)信號(hào)對(duì)于電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)控制至關(guān)重要，人為干擾、攻擊衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)是一種代價(jià)小但后果嚴(yán)重的手段，衛(wèi)星信號(hào)可能受到惡意攻擊。其中，欺騙式攻擊等對(duì)其應(yīng)用的危害性更為明顯。欺騙信號(hào)和真實(shí)信號(hào)在結(jié)構(gòu)上組成一致，因此具有很強(qiáng)的隱蔽性。其能夠在不被接收機(jī)輕易察覺(jué)的情況下，嘗試引導(dǎo)目標(biāo)接收時(shí)篡改它們的時(shí)間和位置信息，導(dǎo)致實(shí)際信號(hào)被拉偏，從而出現(xiàn)授時(shí)或定位錯(cuò)誤,對(duì)電網(wǎng)安全構(gòu)成威脅。

相比GPS、伽利略等導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)自主可控，信息安全程度高，可保障國(guó)家安全。

三、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航在新能源電力系統(tǒng)的應(yīng)用

目前，北斗系統(tǒng)在新能源電力系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)覆蓋了發(fā)電、輸電、變電、配電、用電等電力生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)[1-2]（圖1），北斗+電力應(yīng)用也被列入涉及國(guó)家安全及國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵領(lǐng)域。

圖1 北斗在新能源電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.新能源電源側(cè)應(yīng)用

以風(fēng)電、光伏為代表的新能源具有儲(chǔ)量無(wú)限、清潔無(wú)污染的優(yōu)勢(shì)，目前已成為智能電網(wǎng)的重要組成部分?；诒倍返母呔榷ㄎ弧⑹跁r(shí)技術(shù)，可以確定太陽(yáng)位置等，實(shí)現(xiàn)光伏等新能源電源發(fā)電效率的提升。

有學(xué)者提出一種基于北斗授時(shí)定位的太陽(yáng)能追光系統(tǒng)[3]，由嵌入式芯片與北斗模塊通信獲取太陽(yáng)能板所在位置和當(dāng)前時(shí)間，從而控制太陽(yáng)能電池板以最大角度接收太陽(yáng)能，提高太陽(yáng)能在電力系統(tǒng)電源側(cè)的轉(zhuǎn)換效率。

2.新能源電力系統(tǒng)監(jiān)控方面的應(yīng)用

（1）新能源調(diào)控系統(tǒng)

如需求所述，新能源電力系統(tǒng)各級(jí)調(diào)度控制中心都建立了調(diào)控一體的智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)，需要統(tǒng)一的同步時(shí)間信號(hào)。

在變電站，基于北斗衛(wèi)星的時(shí)間同步系統(tǒng)使變電站自行接收時(shí)鐘源信號(hào)并實(shí)現(xiàn)授時(shí)，以多種方式為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供時(shí)間同步。變電站的各種自動(dòng)化設(shè)備，根據(jù)時(shí)間同步系統(tǒng)提供的精確時(shí)間同步信號(hào)，統(tǒng)一變電站、調(diào)度中心的時(shí)間基準(zhǔn)。

在電廠，基于北斗衛(wèi)星的時(shí)間同步系統(tǒng)為不同地點(diǎn)的電廠實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)打上時(shí)標(biāo)，然后送至廠級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)，用于電廠內(nèi)計(jì)算機(jī)監(jiān)控。在電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，基于北斗衛(wèi)星的時(shí)間同步系統(tǒng)提高了事件順序記錄（SOE）的時(shí)間準(zhǔn)確性，大大提高了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定監(jiān)視和控制系統(tǒng)創(chuàng)造了良好的技術(shù)條件。

總體上，對(duì)新能源電力系統(tǒng)各級(jí)調(diào)控，我國(guó)逐步開(kāi)展以北斗為主的電力授時(shí)體系，即將北斗衛(wèi)星時(shí)鐘作為主時(shí)鐘源，為站端保護(hù)、穩(wěn)控、自動(dòng)化等終端設(shè)備提供授時(shí)。北斗衛(wèi)星同步技術(shù)的全球性和高精度確保了電力系統(tǒng)對(duì)不受地理和氣候條件限制下的時(shí)間精準(zhǔn)度的要求，是時(shí)鐘同步的理想方法。

（2）基于北斗的廣域測(cè)量系統(tǒng)

同步相量測(cè)量裝置（PMU）為基礎(chǔ)的廣域測(cè)量系統(tǒng)（WAMS）大規(guī)?；ヂ?lián)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析與控制帶來(lái)了新的信息技術(shù)平臺(tái)，是當(dāng)前電力系統(tǒng)的前沿研究方向[4-6]。通過(guò)北斗同步時(shí)鐘，PMU測(cè)量可在同一參考時(shí)間框架下捕捉到大規(guī)?；ヂ?lián)電力系統(tǒng)各地點(diǎn)的實(shí)時(shí)穩(wěn)態(tài)/動(dòng)態(tài)信息，解決了高精度異地同步問(wèn)題。

基于北斗技術(shù)的廣域同步相量測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)，具有時(shí)間上同步以及空間上廣域的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)廣域信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和處理，滿足電力系統(tǒng)全局動(dòng)態(tài)過(guò)程監(jiān)測(cè)、控制與保護(hù)的時(shí)間同步需要，為在大電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)廣域同步測(cè)量鋪平了道路。有鑒于此，WAMS在全網(wǎng)動(dòng)態(tài)過(guò)程記錄和事后分析、暫態(tài)穩(wěn)定預(yù)測(cè)及控制、低頻振蕩分析及抑制、全局反饋控制、故障定位及參數(shù)辨識(shí)等方面有應(yīng)用。

值得注意的是，將北斗衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)應(yīng)用于電力系統(tǒng)同步相量測(cè)量技術(shù)中，可彌補(bǔ)長(zhǎng)久以來(lái)使用GPS作為唯一同步時(shí)鐘源而存在的風(fēng)險(xiǎn)性和不可依賴性，解決了將同步相量測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于廣域監(jiān)測(cè)的時(shí)鐘源可靠性問(wèn)題。

（3）態(tài)勢(shì)感知方面的應(yīng)用

態(tài)勢(shì)感知指在特定的時(shí)間和空間下，對(duì)環(huán)境中各元素或?qū)ο蟮牟煊X(jué)、理解及預(yù)測(cè)，包括態(tài)勢(shì)要素采集、實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)理解和未來(lái)態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)3個(gè)階段。態(tài)勢(shì)感知需要廣泛的量測(cè)數(shù)據(jù)，隨著WAMS技術(shù)已經(jīng)日趨成熟以及我國(guó)PMU布點(diǎn)規(guī)模的增加及范圍的擴(kuò)大，基于北斗技術(shù)的PMU/WAMS可以提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)源，具有很大發(fā)展和應(yīng)用前景。

態(tài)勢(shì)感知的內(nèi)部數(shù)據(jù)涉及發(fā)電、輸電、變電、配電、用電多個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)對(duì)態(tài)勢(shì)感知大數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，挖掘內(nèi)部隱含信息，可實(shí)現(xiàn)發(fā)電與負(fù)荷預(yù)測(cè)、設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析以及電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化辨識(shí)等功能；可指導(dǎo)機(jī)組出力調(diào)整、故障診斷和恢復(fù)、在線優(yōu)化調(diào)度控制、電網(wǎng)穩(wěn)定實(shí)時(shí)控制以及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)在線優(yōu)化重構(gòu)等工作[7]。結(jié)合北斗技術(shù)，開(kāi)展態(tài)勢(shì)感知方面的相關(guān)應(yīng)用，可以為我國(guó)大規(guī)模新能源電力系統(tǒng)在線動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測(cè)方面提供基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)，增強(qiáng)電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

（4）廣域控制和保護(hù)方面

如前文所述結(jié)合北斗技術(shù)的WAMS為大規(guī)模新能源電力系統(tǒng)的運(yùn)行和控制提供了全新的視角?；赪AMS數(shù)據(jù)對(duì)電力信號(hào)進(jìn)行頻譜分析可實(shí)現(xiàn)對(duì)次同步振蕩的在線監(jiān)測(cè)。另外，我國(guó)PMU已覆蓋全部220kV及以上變電站、主力發(fā)電廠和新能源并網(wǎng)匯集站。得益于PMU的廣泛部署，觀測(cè)數(shù)據(jù)的完整性得到了保障，系統(tǒng)能夠直觀展示次同步振蕩事件的發(fā)展過(guò)程。

動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)作為WAMS的基本功能為調(diào)度中心實(shí)時(shí)地提供系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，為系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析以及故障原因分析提供了重要的數(shù)據(jù)。進(jìn)一步，基于WAMS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)廣域保護(hù)，利用WAMS快速收集全網(wǎng)信息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行多點(diǎn)綜合比較判斷，可將電流差動(dòng)保護(hù)和方向比較式保護(hù)的功能推廣到后備保護(hù)中，實(shí)現(xiàn)快速、靈敏的后備保護(hù)，克服現(xiàn)有后備保護(hù)的不足，保證了新能源電力系統(tǒng)的安全性及自愈能力。此外，基于廣域信息的自適應(yīng)整定在電網(wǎng)運(yùn)行方式發(fā)生變化的情況下，保護(hù)系統(tǒng)能夠及時(shí)更正與其不相適應(yīng)的保護(hù)定值并重新優(yōu)化整定，從而提高保護(hù)適應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行方式變化的能力。

另外，基于北斗高精度同步授時(shí)技術(shù)的WAMS能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供時(shí)間上同步、空間上廣域的量測(cè)數(shù)據(jù)，解決了傳統(tǒng)上僅基于本地信息的阻尼控制器如（PSS、TCSC等)無(wú)法很好抑制電網(wǎng)大規(guī)?；ヂ?lián)情況下區(qū)域間的低頻振蕩的問(wèn)題。同時(shí)基于WAMS的全局信息可以解決各種控制器間的協(xié)調(diào)問(wèn)題。

3.分布式新能源接入的配網(wǎng)調(diào)控應(yīng)用

大量波動(dòng)性、間歇性新能源以分布式的方式接入配電網(wǎng)，在提供更多調(diào)控手段的同時(shí)，也給配網(wǎng)帶來(lái)一系列的可觀、可控問(wèn)題，增加了配網(wǎng)調(diào)控的難度?；诒倍肥跁r(shí)的微型同步相量測(cè)量裝置可以為配網(wǎng)監(jiān)控提供具有精確同步時(shí)標(biāo)的電力數(shù)據(jù)，服務(wù)于對(duì)配網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、態(tài)勢(shì)感知和調(diào)控。

（1）適用于配電網(wǎng)的各類微型PMU裝置研發(fā)

基于北斗授時(shí)的微型PMU可安裝在配電系統(tǒng)，將極大提高配網(wǎng)可觀性、可控性。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量適用于智能配電網(wǎng)的微型同步相量測(cè)量技術(shù)研究。最先開(kāi)展配網(wǎng)側(cè)同步量測(cè)技術(shù)研究的是美國(guó)田納西大學(xué)的LiuYiLu教授團(tuán)隊(duì)，基于頻率干擾記錄儀（FDR）在終端用戶側(cè)實(shí)現(xiàn)高精度的頻率測(cè)量，建立頻率監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)（FNET），并應(yīng)用于美國(guó)、加拿大等國(guó)的電網(wǎng)；美國(guó)電力標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室與加州大學(xué)伯克利分校研發(fā)了微型PMU（μPMU）可實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)監(jiān)控和雙向通信；此外，山東大學(xué)、伊利諾伊大學(xué)香檳分校與中國(guó)臺(tái)灣大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)也開(kāi)發(fā)了類似的PMU Light裝置。但上述裝置多偏重與傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)和慢動(dòng)態(tài)過(guò)程的測(cè)量，未考慮大規(guī)模分布式電源接入后對(duì)測(cè)量的影響，無(wú)法適用于智能配電網(wǎng)的監(jiān)測(cè)與控制。為了克服這些問(wèn)題，在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助下，國(guó)家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、四方公司、許繼集團(tuán)、清華大學(xué)、華北電力大學(xué)等正在開(kāi)發(fā)新一代適用于配電網(wǎng)的高精度微型同步相量測(cè)量裝置（DPMU）。

（2）態(tài)勢(shì)感知方面的應(yīng)用

與輸電網(wǎng)不同，配電網(wǎng)具有區(qū)域化特征，且新能源發(fā)電、負(fù)荷等都以分布式的方式接入配電網(wǎng)，配電網(wǎng)的不確定性相比于輸電網(wǎng)更強(qiáng)。所以，與輸電網(wǎng)的態(tài)勢(shì)感知不同，配電網(wǎng)的態(tài)勢(shì)感知更聚焦于實(shí)時(shí)感知配電網(wǎng)的各種不確定性因素的變化，如負(fù)荷隨機(jī)需求響應(yīng)、電動(dòng)汽車無(wú)序接入、分布式電源間歇性出力、外部災(zāi)害因素等，強(qiáng)調(diào)各參與方之間的互動(dòng)與博弈[8]。

文獻(xiàn)[8-9]中給出了智能配電網(wǎng)態(tài)勢(shì)感知的框架，主要如圖2所示。在基于北斗/GPS的微型PMU裝置以及其他量測(cè)設(shè)備的基礎(chǔ)上獲取配電網(wǎng)中的實(shí)時(shí)信息，通過(guò)單/雙向通信向配電網(wǎng)主站提供帶北斗時(shí)標(biāo)的信息。配電網(wǎng)主站結(jié)合其他氣象要素，數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控（SCADA）量測(cè)，設(shè)備健康信息、設(shè)備檢修計(jì)劃等信息，在數(shù)據(jù)融合的基礎(chǔ)上，挖掘要素之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)關(guān)系，利用狀態(tài)估計(jì)等手段，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的深層次感知，并實(shí)時(shí)告警；甚至通過(guò)帶有時(shí)標(biāo)的信息，結(jié)合現(xiàn)有信息，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)層依據(jù)深層次的感知信息，利用分布式電源處理預(yù)測(cè)、負(fù)荷預(yù)測(cè)和電動(dòng)汽車充放電等預(yù)測(cè)等技術(shù)手段，并生成配電網(wǎng)的多運(yùn)行場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)并進(jìn)行配電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)分析與預(yù)警，形成深度的態(tài)勢(shì)感知，為電網(wǎng)調(diào)度人員提供參考。

圖2 智能配電網(wǎng)態(tài)勢(shì)感知框架圖

（3）控制和保護(hù)方面的應(yīng)用

大量分布式新能源接入配電網(wǎng)，改變了配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、潮流分布，從原有的單電源、輻射狀網(wǎng)絡(luò)變?yōu)殡p電源或多電源，雙向潮流網(wǎng)絡(luò)，也帶來(lái)了電壓越限、非計(jì)劃孤島等一系列問(wèn)題，為有源配電網(wǎng)的控制和保護(hù)帶來(lái)了顯著挑戰(zhàn)。而基于北斗的微型PMU裝置與高速通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，可將高精度的微型PMU數(shù)據(jù)傳輸至主站，提升系統(tǒng)的可觀可控性，支撐配電網(wǎng)保護(hù)與控制。

例如，針對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)難以進(jìn)行精確故障測(cè)距的問(wèn)題，利用線路兩側(cè)微型PMU數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)線路上故障點(diǎn)的精確測(cè)距，減輕故障檢修時(shí)巡線負(fù)擔(dān)；針對(duì)有源配電網(wǎng)非計(jì)劃孤島問(wèn)題，利用微型PMU可通過(guò)相角差值量測(cè)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)孤島檢測(cè)；針對(duì)有源配電網(wǎng)電壓優(yōu)化控制問(wèn)題，可以利用微型PMU兩側(cè)實(shí)現(xiàn)電壓優(yōu)化控制，解決了傳統(tǒng)電壓控制技術(shù)對(duì)于模型的依賴。

4.負(fù)荷側(cè)應(yīng)用

（1）GIS應(yīng)用

通過(guò)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航可以為電網(wǎng)中的GIS提供實(shí)時(shí)的定位信息，以此實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備設(shè)施信息的采集、更新與修正。將電力設(shè)備設(shè)施信息、電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)信息與地理及自然環(huán)境信息集中于GIS系統(tǒng)，結(jié)合GIS獨(dú)特的空間分析能力、快速的空間定位搜索和復(fù)雜的查詢功能、強(qiáng)大的圖形創(chuàng)造和可視化手段，可以為電力系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)高效的決策分析支持。目前，GIS在北京、上海、江蘇等電網(wǎng)公司已經(jīng)落地應(yīng)用。

（2）電動(dòng)汽車充電站智能定位

新能源電動(dòng)汽車發(fā)展面臨的主要問(wèn)題之一是如何方便、快捷地找到就近的充電站。利用基于北斗/GPS的電動(dòng)汽車充電站智能定位系統(tǒng)可以將接收到的充電站位置信息直接嵌入到內(nèi)置電子地圖中，實(shí)現(xiàn)對(duì)充電站的實(shí)時(shí)定位和路徑規(guī)劃，克服傳統(tǒng)導(dǎo)航儀需要定期更新電子地圖的缺點(diǎn)，為車主提供一種低成本、高性能的充電站定位方式。

（3）電動(dòng)汽車電池狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控

新能源電動(dòng)汽車以動(dòng)力電池作為動(dòng)力源，對(duì)其電池運(yùn)行狀態(tài)和位置信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以保障電動(dòng)汽車行駛過(guò)程的安全性和可靠性。利用基于北斗/GPS的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的車載終端可實(shí)現(xiàn)電池狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、電動(dòng)汽車位置的跟蹤、電池故障的診斷和電池特性的分析。

具體地，車載終端實(shí)時(shí)采集電池狀態(tài)信息和汽車位置信息，并通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)可將數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，由遠(yuǎn)程監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)對(duì)電池狀態(tài)的監(jiān)控、對(duì)電池狀態(tài)信息進(jìn)行分析、存儲(chǔ)和故障診斷與報(bào)警；根據(jù)電動(dòng)汽車定位、導(dǎo)航線路和電池剩余電量可判斷電動(dòng)汽車能否完成行駛?cè)蝿?wù)。進(jìn)一步，車主可通過(guò)手機(jī)終端和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心進(jìn)行通信，獲取電動(dòng)汽車動(dòng)力電池信息，實(shí)時(shí)監(jiān)控電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的運(yùn)行狀態(tài)。

5.電網(wǎng)一次裝備監(jiān)測(cè)應(yīng)用

輸電桿塔、傳輸線路等一次設(shè)備作為電力遠(yuǎn)距離輸送的支撐，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)桿塔、線路的運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行安全預(yù)警對(duì)保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行意義重大，而傳統(tǒng)人工巡檢的方法存在效率低、無(wú)法全天候監(jiān)測(cè)、準(zhǔn)確性較差等問(wèn)題。通過(guò)北斗高精度差分定位技術(shù)對(duì)輸電桿塔、線路精確定位，獲取其位置數(shù)據(jù)，利用高精度傾角傳感器技術(shù)和形變算法技術(shù)，可以高精度獲取桿塔傾斜、線路形變等信息，并通過(guò)衛(wèi)星通信功能將信息傳輸?shù)街髡?，?shí)現(xiàn)電力工作人員遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸電桿塔、線路運(yùn)行狀態(tài)的應(yīng)用。

6.電力應(yīng)急通信應(yīng)用

為提高電網(wǎng)應(yīng)對(duì)各種突發(fā)事件的處置能力，電網(wǎng)公司會(huì)提前制定各類應(yīng)急方案。其中，應(yīng)急通信體系建設(shè)是重要一環(huán)。在此方面，在電力應(yīng)急搶修車輛上安裝北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)，相關(guān)車輛的實(shí)時(shí)位置信息就能自動(dòng)傳輸?shù)诫娏?yīng)急指揮中心，應(yīng)用于應(yīng)急指揮調(diào)度和決策支撐。同時(shí)，基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)所獨(dú)有的短報(bào)文通信傳輸功能，通過(guò)衛(wèi)星導(dǎo)航終端設(shè)備的定位及數(shù)據(jù)處理，可及時(shí)報(bào)告所處位置和故障情況，確保應(yīng)急搶修的時(shí)效性。

本文從新能源電力系統(tǒng)角度出發(fā)，對(duì)北斗在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述與展望。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正在建設(shè)當(dāng)中，相比于運(yùn)行多年的GPS仍存在不足之處。隨著北斗系統(tǒng)的進(jìn)一步完善，將改變電力系統(tǒng)長(zhǎng)期依賴GPS的現(xiàn)狀，未來(lái)將形成更加安全可靠的融合北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的新能源電力系統(tǒng)。