發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)中授時(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用與優(yōu)化

摘 要：針對(duì)發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)授時(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行論述，闡述授時(shí)系統(tǒng)的工作原理和功能應(yīng)用，探討授時(shí)系統(tǒng)在發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)的使用情況，尋求授時(shí)系統(tǒng)在保證測(cè)量準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性中的優(yōu)化方向。

關(guān)鍵詞：授時(shí)系統(tǒng)；生產(chǎn)控制系統(tǒng)；準(zhǔn)確性；穩(wěn)定性

引言

時(shí)間和頻率作為發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)過程控制的一項(xiàng)重要參數(shù)，在電網(wǎng)調(diào)度、發(fā)電上網(wǎng)、生產(chǎn)分析、故障診斷等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，同時(shí)作為廠內(nèi)外生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)和信息系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的基準(zhǔn)和憑證，保證時(shí)間測(cè)量的準(zhǔn)確性和全廠生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的統(tǒng)一性，是發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)工作正常開展的重要前提。

1 授時(shí)系統(tǒng)工作原理和功能

隨著發(fā)電企業(yè)自動(dòng)化程度的提升，獨(dú)立式控制系統(tǒng)和信息系統(tǒng)在發(fā)電企業(yè)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，如信息管理系統(tǒng)、繼電保護(hù)裝置、DCS控制系統(tǒng)、電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)、輔助控制系統(tǒng)等已經(jīng)在發(fā)電行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，為保證生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中各項(xiàng)指標(biāo)和參數(shù)，如向量與功角動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、機(jī)組與電網(wǎng)參數(shù)校驗(yàn)以及故障分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要將時(shí)間作為基準(zhǔn)并要求數(shù)據(jù)信息中時(shí)間標(biāo)簽的一致性。在這種情況下，保證授時(shí)系統(tǒng)作為各獨(dú)立系統(tǒng)時(shí)間信息的有效來(lái)源以及授時(shí)系統(tǒng)的信號(hào)采集的準(zhǔn)備性和穩(wěn)定性就成為規(guī)避因時(shí)間標(biāo)簽不一致造成的信息交換、數(shù)據(jù)利用和應(yīng)用分析困難的有效途徑。

發(fā)電企業(yè)現(xiàn)在使用最多的授時(shí)系統(tǒng)主要通過授時(shí)系統(tǒng)衛(wèi)星信號(hào)采集器接收多個(gè)衛(wèi)星信號(hào)，通過衛(wèi)星定位后實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步功能獲得相應(yīng)的時(shí)間校準(zhǔn)信息，并通過約定協(xié)議向外部系統(tǒng)提供包含精確的時(shí)間信息的代碼，確保各系統(tǒng)接收到信息代碼的系統(tǒng)的時(shí)間基準(zhǔn)一致，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換時(shí)時(shí)間標(biāo)簽信息的準(zhǔn)確性。為保證時(shí)間同步精度和時(shí)間信息利用的通用性，網(wǎng)絡(luò)精密時(shí)鐘同步委員會(huì)在2002年發(fā)布了適用于網(wǎng)絡(luò)化測(cè)量和控制系統(tǒng)的高精度網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步協(xié)議IEEE1588時(shí)間協(xié)議，這一協(xié)議也是現(xiàn)在授時(shí)系統(tǒng)通用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

2 授時(shí)系統(tǒng)在發(fā)電企業(yè)中的應(yīng)用

授時(shí)系統(tǒng)作為發(fā)電企業(yè)各生產(chǎn)、調(diào)度和信息各系統(tǒng)的重要一環(huán)，發(fā)電企業(yè)一般只對(duì)授時(shí)系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)和協(xié)議進(jìn)行要求，而現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備一般都由各系統(tǒng)主設(shè)備供貨廠商自主配備，由于各系統(tǒng)供貨商提供的授時(shí)系統(tǒng)的品牌不同、性能不同以及工作方式不同，造成各系統(tǒng)之間時(shí)間很難統(tǒng)一，降低了作為生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)指標(biāo)中時(shí)間標(biāo)簽的可靠性[1]。目前在國(guó)內(nèi)發(fā)電企業(yè)應(yīng)用比較廣的授時(shí)系統(tǒng)，主要采用的有兩種授時(shí)技術(shù)，即GPS授時(shí)技術(shù)和北斗授時(shí)技術(shù)，在實(shí)際使用中它們都具有自己的優(yōu)點(diǎn)和使用局限性。

2.1 GPS授時(shí)系統(tǒng)

GPS（Global Positioning System）全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)是美國(guó)軍方研制的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，提供定時(shí)和導(dǎo)航服務(wù)，具有傳播范圍廣、精度高的特點(diǎn)，所接受時(shí)間信號(hào)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間高度同步，在授時(shí)系統(tǒng)市場(chǎng)所占份額最大。但是由于民用GPS系統(tǒng)受到使用諸多限制，精度和穩(wěn)定性受到很大影響，同時(shí)由于該系統(tǒng)受美國(guó)軍方控制，國(guó)內(nèi)授時(shí)系統(tǒng)自主性和可靠性難以保證，面對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜的國(guó)際形勢(shì)，單一的GPS授時(shí)系統(tǒng)不適用于涉及安全保障的發(fā)電企業(yè)[2]。

2.2 北斗授時(shí)系統(tǒng)

北斗授時(shí)系統(tǒng)是中國(guó)自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，在北斗一代良好應(yīng)用的情況下，目前北斗二代已經(jīng)進(jìn)入實(shí)施階段。北斗衛(wèi)星系統(tǒng)目前由三顆地球同步衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶定位，通過報(bào)文形式進(jìn)行授時(shí)并實(shí)現(xiàn)信息遠(yuǎn)程傳送，兼具單向和雙向兩種授時(shí)方式，授時(shí)具有安全、準(zhǔn)確的特點(diǎn)。但是受限于目前北斗系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用尚不完善，存在定位和授時(shí)頻率較低、信號(hào)不穩(wěn)定和容易受到干擾的問題[3]，作為發(fā)電企業(yè)唯一授時(shí)系統(tǒng)條件不盡完備。

3 授時(shí)系統(tǒng)的優(yōu)化

鑒于目前發(fā)電企業(yè)中最常用的兩種授時(shí)系統(tǒng)的在技術(shù)層次和實(shí)際應(yīng)用中存在的問題和不足，發(fā)電企業(yè)作為終端用戶必然會(huì)有更高的使用要求，設(shè)備廠商不得不將更多精力投入新產(chǎn)品的開發(fā)上，目前使用接收全球定位系統(tǒng)和北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的冗余授時(shí)系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)，而且針對(duì)現(xiàn)在市場(chǎng)上產(chǎn)品存在的問題的新技術(shù)也基本得到有效解決，新一代授時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)品已經(jīng)陸續(xù)在一些發(fā)電企業(yè)中得到了應(yīng)用。

采用全球定位系統(tǒng)和北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的冗余授時(shí)系統(tǒng)，主要通過同時(shí)裝設(shè)全球定位系統(tǒng)接收裝置和北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)接收裝置，兩者互為備用，同時(shí)作為授時(shí)系統(tǒng)的時(shí)間基準(zhǔn)的技術(shù)手段。在授時(shí)系統(tǒng)的冗余切換技術(shù)上，目前應(yīng)用比較廣泛的是兩套獨(dú)立的時(shí)間采集系統(tǒng)同時(shí)發(fā)布含時(shí)間信息的代碼信息，由授時(shí)系統(tǒng)內(nèi)嵌式邏輯預(yù)選模塊另外接收握手信息，判定兩套時(shí)間采集系統(tǒng)信號(hào)質(zhì)量的優(yōu)劣后在兩套時(shí)間采集系統(tǒng)信號(hào)之間切換，當(dāng)某一系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，則由授時(shí)系統(tǒng)抑制該采集系統(tǒng)輸出。當(dāng)兩者均不正常時(shí)，則由授時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部的對(duì)時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行授時(shí)，以保證授時(shí)系統(tǒng)輸出信號(hào)的準(zhǔn)確性和唯一性。

通訊設(shè)備之間任何實(shí)際應(yīng)用信息的傳送總是伴隨著一些控制信息的傳遞，它們按照既定的通訊協(xié)議工作，將應(yīng)用信息安全、可靠、高效地傳送到目的地。授時(shí)系統(tǒng)向其他系統(tǒng)傳輸信息一般利用信號(hào)握手協(xié)議技術(shù)，所謂握手協(xié)議就是兩個(gè)設(shè)備在通信之前要互相確認(rèn)，然后才能互相傳送。在實(shí)施前根據(jù)用戶需求從硬件和軟件方面進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范，保證授時(shí)系統(tǒng)與信號(hào)接收系統(tǒng)的有效契合，通用性較強(qiáng)。

同時(shí)考慮到授時(shí)系統(tǒng)天線裝置受安裝位置、氣候影響以及信號(hào)衰減等因素，以及天線與采集裝置安裝位置距離較遠(yuǎn)、線間介質(zhì)的材質(zhì)和介質(zhì)直徑影響，一般采用天線及線間補(bǔ)償技術(shù)，通過在傳輸末端進(jìn)行補(bǔ)償，消除測(cè)量過程中產(chǎn)生的偏差和秒脈沖中的隨機(jī)誤差，保證時(shí)間信號(hào)源的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

北斗二代項(xiàng)目已經(jīng)于2012年向亞太大部分區(qū)域提供服務(wù)，并計(jì)劃在2020年前再發(fā)射30多顆衛(wèi)星，構(gòu)建覆蓋全球的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。新的授時(shí)系統(tǒng)為滿足將來(lái)需求，應(yīng)要求對(duì)于北斗二代系統(tǒng)的響應(yīng)。因此在定制符合企業(yè)需求的授時(shí)系統(tǒng)時(shí)，將對(duì)于北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航接收模塊作為必選項(xiàng)已經(jīng)是基本要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)時(shí)間一致性和準(zhǔn)確性是發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的重要保證，選取符合企業(yè)實(shí)際需要的授時(shí)系統(tǒng)是該項(xiàng)工作任務(wù)的必要條件和基礎(chǔ)，采用GPS與北斗互為備用并對(duì)北斗二代開放接口的授時(shí)系統(tǒng)是當(dāng)下發(fā)電企業(yè)的最佳選擇。

參考文獻(xiàn)

[1]崔國(guó)忠.電力系統(tǒng)時(shí)鐘同步技術(shù)探討[J].電工技術(shù)，2014，3：61-62.

[2]李澤文，楊京渝，彭曙蓉，等.智能電網(wǎng)高精度時(shí)間同步方法[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，2011，9：35-39.

[3]趙學(xué)洋，王金林，李海紅，等.北斗+GSM/GPS在水運(yùn)安全監(jiān)控中的應(yīng)用[J].新技術(shù)新工藝，2013，10：97-100.

作者簡(jiǎn)介：蒙在朗（1980-），男，工程師，從事火力發(fā)電行業(yè)生產(chǎn)管理工作。

李小煜（1976-），男，工程師，從事火力發(fā)電行業(yè)熱工專業(yè)技術(shù)研究、咨詢和技術(shù)服務(wù)工作。

高帥（1978-），男，工程師，從事火力發(fā)電行業(yè)熱工維護(hù)、檢修工作。