GPS系统在农网自动化中的应用分析

摘?要 GPS系统，即全球卫星定位系统，为无线电导航系统，GPS技术已广泛应用于农村电网自动化系统的时钟校准系统和标准时钟源中，具有走时的精度较高、运行过程稳定、能自动校对时间和日历、便于授时等优点。

关键词 GPS；农网；自动化

中图分类号 TM727 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）111-0152-02

随着电网发展速度加快和电网规模提高，全国联网、西电东送和南北互供的格局开始形成，为了保证农村电网在运行过程中的安全性和经济性，以通信技术和计算机技术为依托的自动化装置开始应用于农村电网中。上述装置的工作质量，与统一时间的基准有十分密切的关系，农村电网故障情况不断复杂，涉及到对电网节点故障的分析，同时涉及到时钟设备时间无法同步的问题，为准确、客观、全面的分析事故原因造成困难，甚至会对结果的准确性产生影响，为了有效解决上述问题，应该加强GPS系统在农村电网自动化中的应用。

1 GPS系统在农村电网自动化中应用的可行性

GPS，即全球卫星定位系统，为无线电导航系统，可以在移动定位和标准授时中使用，为了改善农村电网的自动化系统，建立统一的标准时钟，我国研发了GPS标准时间系统，对以往的时钟系统进行取代，保证时钟运行的效率性、可靠性和精确度。GPS使用卫星通信技术，通过24颗卫星发送信号，在地球的表面，任意时刻和任意地点都能够接收到数量众多的信号，对GPS接收器所处的时间和位置进行精确计算。GPS技术在我国已经开始广泛使用，具有便于授时、自动校准时间和日历、运行安全、稳定、精度高等特征，在电网调度自动化系统中广泛使用。电网调度自动化时钟系统对标准授时的需求主要由以下几个原因导致：首先，现代农村电网具有输电距离远、大机组和高电压等特征，为了实现优质、经济和安全的运行，电网调度自动化时钟系统需要对农村电网进行实时监控（如图1所示），实现统计考核、科学的事故分析和高水平的管理；第二，为了将上述功能落实到实处，应该在系统中设置标准时间，降低子系统的时钟误差，避免产生错误的结论或造成误解。农村电网以往多使用飞利浦时钟系统，其精度一般为2ns，但是因为没有标准时钟进行校准，同时，长时间运行造成的误差累积，造成实际运行过程中系统具有较大的时钟误差，维护人员和运行人员只能在参考标准时钟之后，定期进行人工的校准，因此，只能够对主站系统中的时间精度进行满足，无法在农村电网全系统中起到标准时间的功能。GPS系统与传统系统相比，具有受地理环境限制少和不受距离限制的特征，通信速率高、容量较大，投资成本少，建设时间短暂，网络不需要维护，随时使用，具有较好的实用性，费用低廉，具有较好的优势，在县级地区广泛使用，同时，成为农村边远地区电网运行中，十分普遍的自动化装置。举例来说，因为各个县调的时钟系统相互之间存在误差，导致各级调度EMS主站记录、采集和打印的每十分钟送电总加值和受电力分量存在差异；在电网产生故障的时候，主站记录、采集事故相关的断路器动作时间和继电保护装置记录的动作时间存在差异，甚至产生断路器动作的前后顺序和实际动作的顺序相违背；农村电网的计费系统和电量采集系统，每分钟结算电费，因为不同主站系统之间存在的系统误差，导致某一个时刻的电量值存在差异。总之，GPS系统能够在某个时刻和某个时间对电网的运行数据进行实时的分析、考核和统计，对时钟系统进行有效的完善，同时，建立全国统一的标准时钟。

图1 监控系统结构

2 农网调统一时钟系统的技术原则——以华北农网为例

我国目前农村电网自动化系统中，多使用GPS时钟装置，通过相关调查得知，新技术取得良好成效，同时存在一定的缺陷和问题，农村电网完善和建立统一时钟系统多考虑以下几个技术原则。首先，使用GPS全球卫星定位系统作为标准时钟源，取代原有的飞利浦时钟系统，提高时钟系统的精确水平，保证运行的高效率性和高可靠性；第二，新时钟系统主要提供时间源、电网频率和标准时钟，同时还为农村电网提供实时、动态的通信监控系统、电量计费系统和其它信息数据处理系统。系统运行中，监控中心站程序十分重要，包含初始化程序、控制界面、收发数据包程序、保存程序和处理数据程序等，保证监控中心服务器与GPS通信模块之间的无线通信，能够有效实现发送和接受数据包，首先，设置一个端口作为通信端口，对通信端口进行侦听，如果发现呼叫请求，应该及时将数据存入缓冲区，之后接收，使用中断处理程序对相应数据进行处理。监控的主要任务为发送短消息、发送数据包、控制GPS通信模块等，对回路仪表进行扫描，并进行监控，设计软件的过程中使用模块化编程，对功能模块使用子函数的形式进行表现，减少开发软件的时间，使程序易于移植和修改。如果变电站产生异常，监控中心收到报告，使用“回车、目标号码、ATD”指令接收数据呼叫，进行应答，经协商后，建立数据链路，为了提高数据在传输过程中的正确性，应该在发送命令前，增加校验机制；第三，GPS时钟系统提供电网运行安全天数等数据，标准时间下的年月日、星期、时分秒等，电钟（工频时间）以及精确到小数点后四位的电网频率等数据；第四，GPS时钟系统除了提供上述输出信息之外，还在系统装置中配备上述输出信息的接口，以便对系统进行扩展和相关的开发应用使用；第五，为了提高全网统一的标准时钟水平，应该适度提高设备配置，满足实际操作的需求。农网应该具有独立的保护能力、编程控制能力和采集存储能力、状态报警能力和电容补偿能力等，GPS系统在网络维护和投入上的开销较小，能够较低人工费用和导线材料，避免维护费用和日常检查费用，具有抗干扰性、扩展性和可靠性较高的特征。在开发完成该系统之后，应该进行硬件和软件的测试，对实现的功能进行调试，同时对多个模块间的逻辑关系进行调试，保证部分功能能够满足设计的要求，在系统投入使用之后，能够减少投入成本，提高可靠性，使用网络仪表对以往的RTU进行替代，缓解资金短缺和施工周期长的特征，具有优秀的应用前景，避免和监控中心产生庞大的数据流量，减少通信费用，使运行的可靠性大幅度提高。

图2 GPS-3标准时间冗余系统

以华北农网为例，根据上述技术原则，华北电子科技公司和电力调度局共同研制发开了GPS-3标准时间冗余系统，该系统内部使用9个CPU，多个CPU之间协同工作，对授时信息进行处理，之后输出工频时间、标准时间和脉冲信号，提高输出时间的精度，同时，对电网频率进行实时采集，在系统中配备守时时钟系统，进一步提高时钟精度。（如图2所示）

3 结束语

总之，随着我国电网自动化水平的提高和规模的扩大，在调度中实行多级分层的管理模式，为了保证电网在运行过程中的经济性和安全性，应该在统一时间的标准下进行监控，同时，通过开关动作的前后顺序对事故的发展过程和原因进行分析。

参考文献

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