电力自动化系统GPS技术的应用
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摘 要：电力的自动化系统是近年来兴起的建立在网络通讯技术上的新型供电系统，自动化的系统使得电网的性能更加的稳定，供电的安全性更加的可靠。而供电网也正向着大区域大电网的方向发展，这就要求系统需要一个统一的时间，而这个要求可以通过gps的授时技术实现。此外GPS可以为电力自动化提供精确地定位导航功能，可以为电网的一体化提供基础环境。
关键词：导航；定位；授时 GPS ； 电力自动化
中图分类号： TN96 文献标识码：A
所谓的电力系统就是通过输电线路网将发电厂、遍地哪站以及用户有机联系起来，这个脉络中一般是通过调度所进行信息反映和控制的，而设备的信息数据一般是通过远动装置进行传输。这就会造成信息传输的滞后问题，因为我国空间范围广，各个环节之间的联系往往是通过上级的调拨和命令传达，而上级对于下级的了解仅仅是通过各地汇报的数据。由于信息传达和测算汇总都需要时间，并且发出指示也需要时间，这之间的时间差往往就造成了上级所得到的数据其实是地方的历史数据，这种信息的滞后使得上级单位不能及时了解各站的突发状况。原始的电网系统由于规模小，空间限制性不凸显，信息的滞后性不会带来严重的后果，但是随着全国电网的建设，三峡电站的建成以及西电东送等项目的展开，电力系统趋于复杂化，早期的电力管理模式对电力系统的改善和发展产生了制约。全国性的电网建设对统一时间提出了新的要求，而GPS技术恰恰能够满足此要求。
1GPS技术
GPS研制与上世纪七十年代，是美国国防部研发的全球定位系统。GPS通过卫星导航，为用户提供所需要的服务，即全天候的导航、精确的定位以及授时。
GPS的工作原理是通过地面用户接受设备接受来自空间卫星的信号来工作的，其组成主要由空间卫星，用户设备和地面监控三个部分。而空间部分是由二十四个导航卫星组成，由于卫星的位置安排在了六个轨道平面，这就致使在任何时候任何地方，都至少能够观察到四颗卫星， GPS可以全天候高效服务就是因为其这种特殊的结构安排。另外用户的导航只是接受设备，这就使得GPS系统可以向多个用户服务，单向传输数据。此外，GPS卫星都安装有原子钟，这种原子钟的误差极小，可以长期稳定的提供高精度的授时信息。由于GPS的结构的特殊性，设备的精确性，可以根据不同用户的需求提供精准的定位和时间信息，也可以根据区域的不同提任何地点的时间信息。
电力自动化和电网规模的对监控系统提出了更高的实时要求，虽然通过计算机的监控功能可以对系统时间的统一作出一定的调整，但是由于网络的覆盖空间限制，大多数的区域还是互相独立的。这种时间比较方法无论是精确程度还是范围的调整都满足不了现代系统的需求。由于系统的调度是需要通过对各地的反馈信息进行分析计算后，做出如何调整的命令，命令的执行先后以及故障分析都对时间的统一有着要求。此外在继电保护工作中分析事故的发生原因也依赖于精准的时间，包括检测系统频率，管理电路负载，统计电路系统的运行报表等等一系列的工作都需要系统各站有着统一的时间。因此各电站的时钟统一对于自动化的电网系统十分的重要。
表1和表2分别给出了电力自动化领域中不同应用场合对数据同时性的要求和各种提供同步时钟的方法所能达到的时间精度。
表1 电力自动化领域中不同应用场合对数据同时性的要求
应用
范围 角度
精度（0） 位置
精度（m） 时间
精度（μs）
状态估计
（静态） 0.5 - 25
态估计
（动态） 1.5 - 50～250
稳定监测
和控制状 1 - 50
相角
测量 0.1 - 5
故障
定位 - 304.8 0.5
自适应
继电保护 0.1 - 5
注：“-”：表示没有此项要求。
表2 各种同步时钟信号源误差比较
信号源 误差（ms）
WWW 5
WWWVB 2
OMEGA 10
MSFDCF 10
Loran-c 0.020
GOES 1
GPS 0.0005*
模拟微波传输系统 1
数字微波传输系统 0.070
光纤传输系统 0.5
注：* 厂商提供数据为O.1μs，实测0.5 μs
从表2可见，无论从时间精度还是从可靠性角度考虑，GPS是电力自动化系统的统一时钟的最佳选择。理论上其定时精度可达0.5μs，且接收设备成本低廉。因此采用GPS技术构成电力自动化系统统一时钟可以满足绝大部分应用场合下对同时性的要求。由于目前产品化的接收机只提供标准的串行通讯接口和PPS秒脉冲，图1给出了利用GPS PPS秒脉冲建立电力系统同步时钟的原理图。
利用GPS的授时和定位功能，可以提高野外高压输电线路巡视的自动化程度。将GPS接收机与掌上电脑相结合，一方面可以使巡视人员实时的记录线路的数据、工作状态，进行数据汇总报告，提高了巡检质量，规范了巡检标准，有效降低人为因素带来的漏检或错检问题，彻底消除了标准不统一、责任不明确等问题；同时加强了运行巡检工作的过程控制与监督，使部门管理层能有效监督人员的工作状态成为可能，从而最大程度提高工作效率，最终保证输变电设备的高效率、低故障率安全和可靠运行。另一方面，企业降低了生产运营成本，降低了巡检人员的劳动强度，还可以防止巡检人员在偏远荒漠地区迷路。
GPS在继电保护中的用途有两个：线路差动保护和保护联合调试。
电流差动保护原理就是基尔霍夫电流定理：同一时刻流入某个节点或广义节点的电流的代数和为零。差动保护由于其简单、可靠和快速等特点，已经作为主保护广泛应用的母线、变压器和发电机等设备上，但是用在长距离的输电线路就比较困难， GPS的出现为线路差动保护的发展和应用带来了新的契机。
带有通道的输电线路纵联保护在超高压输电线路中有着重要的意义。这些保护试验时，为了分析保护的效果，记录下来的两端的电压电流波形就必须有一个共同的时间标准，以保证试验的同步性。
结语
电力系统正向着规模化、全国化、智能化、自动化的方向发展，而GPS技术应时而生，其授时和定位功能正是现代电力系统所需要的，有了精确的定位和统一实时准确的时间信息，电力系统的稳定性和可靠性大大提升。这种新型的及时高效的技术应用为建设全国性的集成规模电网提供了有力支持，但是，由于各地的建设情况的区别，新技术的应用还需要多方的实践和研究。
参考文献
[1] 杨俊，武奇生.GPS基本原理及其Matlab仿真[M].西安：西安电子科技大学出版社，2006.
[2] 韩富春.电力系统自动化技术[M].北京：中国水利水电出版社，2003.
[3] 韩英铎，杨永康，王仲鸿，黄其励，蒋建民，.电力系统中的三项前沿课题—柔性输电技术，智能控制，基于GPS的动态安全分析与监测系统[M].北京：清华大学学报，1997（7）.