gps衛(wèi)星時(shí)鐘在綜合自動(dòng)化變電站中的應(yīng)用

1、<p>　　GPS衛(wèi)星時(shí)鐘在綜合自動(dòng)化變電站中的應(yīng)用</p><p>　　摘要：在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，為全面、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀，需要依靠精確統(tǒng)一的時(shí)間為基準(zhǔn)。本文就GPS衛(wèi)星時(shí)鐘在綜合自動(dòng)化變電站中的應(yīng)用作了詳細(xì)的闡述。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：GPS；綜自系統(tǒng)；精確統(tǒng)一 </p><p>　　Abstract: In the subst

2、ation automation system, comprehensive, accurate monitoring of the operation state of power system, need to rely on accurate uniform time standard. This paper introduced the application of GPS satellite clock in the subs

3、tation automation system. </p><p>　　Key words: GPS; integrated automation system; precision unity </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU994 </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　隨著電網(wǎng)、變

4、電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和設(shè)備運(yùn)行水平的提高，用戶對(duì)供電可靠性的要求不斷的提高，對(duì)于電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行也提出了更高的要求，各種以計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)的自動(dòng)化裝置得到了廣泛的應(yīng)用，如調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、繼電保護(hù)及故障信息系統(tǒng)、時(shí)間順序記錄裝置、變電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)、故障錄波裝置、微機(jī)繼電保護(hù)裝置、安全自動(dòng)裝置等。其運(yùn)行實(shí)行分層控制，由于實(shí)現(xiàn)了變電站無(wú)人值守后，設(shè)備的運(yùn)行往往依靠數(shù)百公里外的調(diào)度員指揮,這些需要有統(tǒng)一的時(shí)間作為基準(zhǔn)來(lái)判別。精確

5、統(tǒng)一的時(shí)間，既可實(shí)現(xiàn)全站各系統(tǒng)在GPS時(shí)間基準(zhǔn)下的運(yùn)行控制，也可以通過(guò)事故后各開(kāi)關(guān)動(dòng)作、調(diào)整的先后順序及準(zhǔn)確時(shí)間分析事故的原因及過(guò)程。 </p><p><b>　　一、GPS簡(jiǎn)介 </b></p><p>　　GPS同步時(shí)鐘是應(yīng)用全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System,GPS）技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間顯示和發(fā)送裝置。GPS是全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，由24顆

6、在空間運(yùn)行的GPS衛(wèi)星和地面控制站組成，在地球表面任一地點(diǎn)、任一時(shí)刻GPS衛(wèi)星信號(hào)接收器都可接收到足夠多數(shù)量的GPS衛(wèi)星信號(hào)，精確計(jì)算接收器所在的當(dāng)前空間位置和時(shí)間，其時(shí)間精確度可達(dá)納秒級(jí)。 </p><p>　　(1) 標(biāo)準(zhǔn)型：用于大多數(shù)情況。標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘由19吋2U或19吋4U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱，配以1個(gè)GPS天線（30～100米）和6－12個(gè)輸出模塊構(gòu)成。具有50～100路校時(shí)信號(hào)輸出，時(shí)鐘與需對(duì)時(shí)的設(shè)備距離在200米以

7、內(nèi)。 </p><p>　　(2) 高可靠型：用于對(duì)可靠性要求高的場(chǎng)合（BSS-3H型），即互備型GPS同步時(shí)鐘。該系統(tǒng)的兩臺(tái)時(shí)鐘其GPS信息共享，互為熱備用，當(dāng)有一臺(tái)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)會(huì)自動(dòng)切換，保證對(duì)時(shí)信號(hào)正常輸出。同時(shí)有報(bào)警輸出。并可用電纜或光纜拖帶一臺(tái)或幾臺(tái)二級(jí)時(shí)鐘構(gòu)成一個(gè)可靠的、大規(guī)模的時(shí)間同步系統(tǒng)。 </p><p>　　(3) 遠(yuǎn)程中繼型：同步時(shí)鐘安裝地點(diǎn)與天線安裝地點(diǎn)的距離大于10

8、0米，這時(shí)可以采用遠(yuǎn)程中繼型時(shí)鐘（BSS-3Y）。它由GPS信息發(fā)送和接收兩部分組成，發(fā)送部分使用30米標(biāo)準(zhǔn)天線接收衛(wèi)星信號(hào)并將GPS信息通過(guò)電纜或光纜發(fā)送到接收部分，接收部分為一臺(tái)二級(jí)時(shí)鐘，使用遠(yuǎn)程中繼時(shí)鐘相當(dāng)于將天線長(zhǎng)度‘延伸’幾百米至2千米。 </p><p>　　(4) 多通道型：需對(duì)鐘的設(shè)備多，一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)同步時(shí)鐘不能滿足要求時(shí)，可采用4U機(jī)箱將輸出通道擴(kuò)展一倍或加裝一臺(tái)二級(jí)同步時(shí)鐘進(jìn)行信號(hào)擴(kuò)展。能夠加裝二

9、級(jí)鐘的同步時(shí)鐘稱為“主時(shí)鐘”， “主時(shí)鐘”除具備標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘的所有功能外，另有擴(kuò)展GPS信息、輸出、輸入接口和B碼信息輸出接口。主時(shí)鐘可以拖帶二級(jí)時(shí)鐘構(gòu)成擴(kuò)展系統(tǒng)，二級(jí)時(shí)鐘接收主時(shí)鐘的GPS擴(kuò)展信息或B碼擴(kuò)展信息，不能獨(dú)立工作，其輸出能力與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘相同。 </p><p>　　二、實(shí)時(shí)時(shí)鐘的建立 </p><p>　　在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，重要的狀態(tài)量變化均需時(shí)標(biāo)信息的標(biāo)注，因此，必須建立

10、實(shí)時(shí)時(shí)鐘，并且這個(gè)時(shí)鐘的分辨率應(yīng)達(dá)到毫秒級(jí)。電網(wǎng)內(nèi)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的核心問(wèn)題是要求統(tǒng)一，即要求各變電站與調(diào)度中心之間的實(shí)時(shí)時(shí)鐘高度統(tǒng)一。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)間的統(tǒng)一性，要求各廠站測(cè)控裝置和保護(hù)裝置能接受統(tǒng)一授時(shí)的時(shí)鐘源信號(hào)，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要建立一個(gè)可靠安全的時(shí)鐘源對(duì)綜自系統(tǒng)中的所有裝置進(jìn)行統(tǒng)一對(duì)時(shí)，因此，GPS時(shí)鐘由于精度高、接收方便，在綜自系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 </p><p>　　三、GPS系統(tǒng)時(shí)間的接收 </

11、p><p>　　GPS系統(tǒng)由空間衛(wèi)星、地面測(cè)控站和用戶設(shè)備三大部分組成。 </p><p>　　GPS系統(tǒng)空間導(dǎo)航衛(wèi)星部分由24顆空間衛(wèi)星和3個(gè)備用衛(wèi)星組成。一旦某個(gè)導(dǎo)航衛(wèi)星出故障，備用衛(wèi)星可立即根據(jù)地面測(cè)控站的命令飛赴指定軌道進(jìn)入工作狀態(tài)。在地面測(cè)控站的測(cè)控下，GPS傳遞的時(shí)間能與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)保持高度同步，誤差僅為1～10ns，可直接用來(lái)電力系統(tǒng)的控制、保護(hù)、監(jiān)控、SOE等服務(wù)。 </p

12、><p>　　為了獲得這個(gè)準(zhǔn)確的授時(shí)信號(hào)，已有民用定時(shí)型的GPS接收器可供選擇使用。這種接受器由接受模塊和天線構(gòu)成，其內(nèi)部硬件回路和處理軟件通過(guò)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解碼和處理，從中提取并輸出兩種時(shí)間信號(hào)：一是間隔為1S的脈沖信號(hào)1PPS，其脈沖前沿與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間的同步誤差不超過(guò)1us；二是經(jīng)RS-232串行口輸出的與1PPS脈沖前沿對(duì)應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和日期代碼（時(shí)、分、秒、年、月、日），如下圖所示 </p>

13、;<p>　　由于GPS接收器提供的同步脈沖和串行接口標(biāo)準(zhǔn)不一定滿足微機(jī)保護(hù)裝置在對(duì)時(shí)上的接口需要，串行口輸出的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)也不同于我國(guó)時(shí)間顯示的習(xí)慣，所以必須在GPS接收器的基礎(chǔ)上，配置信號(hào)轉(zhuǎn)換處理和顯示部分，以適應(yīng)實(shí)際的應(yīng)用需要，如下圖所示 </p><p>　　GPS接受器提供的1PPS信號(hào)時(shí)為秒為計(jì)時(shí)單位的，精確度為1ps。由于該信號(hào)的接受無(wú)需專用通道，不受地理、氣候的影響，是電網(wǎng)統(tǒng)一時(shí)間的理想

14、時(shí)鐘源。 </p><p>　　四、裝置內(nèi)時(shí)鐘的建立 </p><p>　　如上所述，GPS只提供準(zhǔn)確到微秒的秒級(jí)時(shí)間，與電網(wǎng)內(nèi)要求的毫秒級(jí)時(shí)間差尚有差距，因此，電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)每一套測(cè)控或監(jiān)控系統(tǒng)本身還需要建立毫秒級(jí)實(shí)時(shí)時(shí)鐘，GPS提供的秒為單位的準(zhǔn)確時(shí)間信號(hào)可用來(lái)對(duì)毫秒級(jí)時(shí)鐘進(jìn)行對(duì)時(shí)及修正。在具有秒級(jí)對(duì)時(shí)的系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)時(shí)鐘分為兩個(gè)部分：一部分是兩字節(jié)的毫秒級(jí)時(shí)鐘，由CPU中斷累加計(jì)數(shù)；另一部

15、分如下圖所示的高7個(gè)字節(jié)組成的時(shí)鐘，由GPS對(duì)時(shí)時(shí)鐘發(fā)進(jìn)位。毫秒級(jí)時(shí)鐘只作為其毫秒級(jí)的計(jì)數(shù)，并由秒級(jí)對(duì)時(shí)脈沖清零。由這兩部分的時(shí)鐘，秒級(jí)部分具有極高的準(zhǔn)確度，毫秒級(jí)部分的精度取決于微機(jī)軟、硬件的配合，單在1s內(nèi)積累的誤差有限，因此，由此構(gòu)成的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，其準(zhǔn)確度和統(tǒng)一性能得到保證，滿足了電網(wǎng)、變電站實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的要求。 </p><p>　　五、電力系統(tǒng)中對(duì)時(shí)方式 </p><p

16、>　　電力系統(tǒng)中對(duì)變電站內(nèi)所轄裝置的對(duì)時(shí)主要分為兩種方式：第一種,在變電站內(nèi)，所有需要時(shí)鐘對(duì)時(shí)的測(cè)控裝置及保護(hù)裝置使用同一實(shí)時(shí)時(shí)鐘接受裝置得到的實(shí)時(shí)時(shí)鐘信號(hào)對(duì)每個(gè)單元進(jìn)行精確對(duì)時(shí)。第二種，調(diào)度自動(dòng)化主站系統(tǒng)與變電站通過(guò)下發(fā)報(bào)文對(duì)時(shí)命令對(duì)變電站內(nèi)所有裝置進(jìn)行統(tǒng)一對(duì)時(shí)。 </p><p><b>　　六、結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步技術(shù)的不斷

17、發(fā)展，用戶對(duì)供電可靠性的要求不斷的提高，對(duì)于電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行也提出了更高的要求，由于各種以計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)的自動(dòng)化裝置的廣泛應(yīng)用，對(duì)于個(gè)變電站內(nèi)的設(shè)備的時(shí)鐘精準(zhǔn)度和統(tǒng)一性的要求也在不斷提高，為提高電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行水平，將GPS時(shí)鐘技術(shù)運(yùn)用于電力系統(tǒng)成為必然趨勢(shì)，通過(guò)GPS對(duì)系統(tǒng)各時(shí)鐘進(jìn)行高精度的同步將變得普及，由于GPS對(duì)時(shí)及授時(shí)系統(tǒng)原理先進(jìn)，結(jié)構(gòu)合理，時(shí)間精度高，符合現(xiàn)代電網(wǎng)及變電站各個(gè)設(shè)備運(yùn)行要求，使用前景廣闊，將成為維護(hù)電