風電場自動化設備對時系統簡介

左樹全

摘 要：隨著風能、太陽能發電技術的應用發展，新能源發電已經成為當前電力市場規劃的新趨勢，小型火力發電正在逐步被取代。就目前規劃形勢來看，截止2014年8月，國家電網冀北區域新能源裝機已突破700萬千瓦大關。新能源場站的迅速成長和發展，給我們帶來清潔能源的同時，也需要考慮場站安全運行的相關問題。當出現故障時，快速有效的進行事故分析是故障處理的根本，而前提，就是風電場自動化設備能夠擁有準確的對時系統，確保電力系統各個設備之間時間同步。近年來，電力系統自動化技術迅速發展，發電場監控系統、調度自動化系統、繼電保護裝置、時間順序記錄裝置及PMU的設備的應用，對全場準確對時提出了更加嚴格的要求。因此，需要專業的對時系統來滿足上述要求，就目前場站運行情況分析，均采用GPS和北斗雙對時系統，提高電力系統事故分析效率。

關鍵詞：新能源；清潔；時間同步

1 什么是對時系統

對時系統是針對自動化系統中的測量、保護等設備進行校時的高科技產品，通過地面接收器接收GPS、北斗等衛星發出的標準時間信號，地面接收器將衛星信號進行收集處理，最終輸出符合整個自動化系統的標準頻率的對時信號，達到整個系統的時間同步。

2 常用的源衛星對時系統

為提高設備對時精度，風電場或變電站對時系統采用北斗/GPS雙系統對時裝置，風別作用于全場自動化設備，兩套對時系統自動切換，保證對時設備的準確性。

北斗對時系統是我國自行研制的全球衛星導航系統。在風電場對時方面，該設備可以產生多種精確對時信號，更好的服務于整個自動化設備。GPS（全球定位系統）是美國軍方建立的全球衛星導航定位系統，在電場設備對時方面，由專用接收器接收衛星發射信號，通過電纜、光纜和網絡為其他時鐘提供基準信號，達到對時目的。

雙系統對時裝置的應用，在電力系統對時精確性上得到了極大的提高，為電力系統事故分析起到了保障性作用。常見的風電場對時裝置有南瑞的RCS-9785系列、四方公司的CSC-196系列等對時設備。

3 對時系統在自動化設備的對時方式

現行的北斗/GPS雙系統時鐘同步裝置在風電場、變電站的自動化設備的對時方式有人工對時、脈沖或時碼對時、串口報文或網絡對時。按照自動化設備的功能和要求的不同，對時裝置根據不同的對時裝置，選擇合適的對時方式，

3.1 人工對時方式。通過鍵盤將正確的日期和時間錄入對時裝置的控制設備，控制設備經過運算，依次將對時數據置入計數器，時鐘開始計數走時，實現基準信號發出，給被授時設備對時。但是在人工對時過程中，只能實現年、月、日、時、分的對時精度，無法準確將時間精確對至秒級和毫秒級別，所以，人工對時精確度較低，可應用于對時精度要求較低的設備。

3.2 脈沖或B碼對時方式。脈沖和B碼對時又稱為硬對時，利用硬件邏輯設計的跳變信號作為時間同步的計數基準標碼，將外部參考源的分秒脈沖給計數器的秒和毫秒位清零，輸出準確的對時信號。脈沖對時可以分為秒脈沖（PPS）、分脈沖（PPM）和時脈沖（PPH）三種方式，間隔1秒、1分鐘和一小時分別對相應的時刻對時一次。而B碼對時是每秒鐘輸出一幀含有時間、日期和年份的時鐘信息，對設備進行對時。就目前應用結果來看，硬對時精度較高，主要應用于測控、保護、PMU等站端設備。

3.3 報文或網絡對時方式。報文和網絡對時又稱為軟對時，是利用報文通訊和網絡通訊等方式進行對時。報文對時通過時鐘的串行口，接收時鐘信息，來矯正自身的時鐘，對時協議有RS232協議、RS422/485協議等。網絡對時通過配置網口的IP及子網掩碼的參數，使用以太網線將PC機和網絡對時裝置連接，來實現對時。軟對時精度接近硬對時系統，通常為秒級和毫秒級別，而且軟對時信號的傳輸媒介要求降低，應用范圍較廣。

4 對時系統在電力系統的作用

為滿足新能源供電系統的需要，新能源風力發電場、光伏電站應運而生，隨之繼電保護設備和測控裝置也得到了很大發展，對整個裝置時間同步的精度要求進一步提高，所以，對時系統在電力系統中的重要性也受到了更高關注。

4.1 電力系統發生故障時，通常采用SOE（事件順序）來確定電力故障發生的先后，從而快速確定故障點的位置，是電力系統故障推理分析的依據。所以要確保風電場內保護裝置、測控裝置、故障錄波器、SCADA系統、安穩裝置、遠動設備、PMU裝置等自動化設備時間統一，保證自動化設備和事件記錄的時鐘正確。

4.2 由于電力系統的發、輸、變、配、用是同時完成的整體，對同一時刻電網各相關部位的電壓、電流、相量、頻率、輸送功率和同一線路流入、流出的電能等信息進行測錄，可供調度人員進行電力調度和事故分析，也是維持高質量電能的監控基礎。

4.3 對其他一些時間精度要求較高的自動裝置，如安全穩定控制裝置、AGC、AVC裝置等均需要利用自動對時系統來精確測定，這樣才能更加綜合優化整個電網功率和電壓，實現區域電網有功、無功自動平衡。

5 對時系統的常見的異?，F象及處理

對時裝置若出現問題，大致可分為以下幾大類型的問題：

5.1 CPU板故障。由于運行時間較長，設備壽命會隨著運行時間的增加而縮短，裝置內部部分芯片老化，導致對時裝置出現問題。遇到此類情況，根據實際情況更換部件。

5.2 接收天線故障。天線是對時裝置用來接收衛星信號的重要設備，對時裝置能否精確對時，主要看天線的接收強度如何。GPS和北斗系統的天線必須安裝在建筑物頂端或其他開闊處，天線頂端保持水平，并安裝在天線支架上且固定可靠，并且用防水膠布包裹轉接頭。不得剪斷、延長、縮短天線或加裝天線長度。在使用蘑菇頭天線時，要確保天線的增益與天線的電纜長度匹配，天線假設原則是順著天線頭向上能夠看到360度的天空。北斗衛星系統的天線假設要求要特別注意南方50m內沒有明顯障礙物。

如果天線位置安裝不對或者天線內部故障，也會導致裝置出現無法鎖星的問題，如出現上述現象，建議先將天線移動至開闊位置或更換天線。

5.3 參數設置錯誤

有些保護裝置可在內部選擇對時種類，選擇不當會引起無效對時。綜自系統也可設置為站內和站外對時，兩種的精度有差別。

5.4 有的電站設備較多，單臺裝置無法帶太多負荷，如負擔太多，會引起對時紊亂。此時可根據情況增加一定數量的對時擴展設備，以解決類似問題。