北斗卫星在电力系统授时中的应用研究.doc

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1、北斗卫星在电力系统授时中的应用研究姚李孝1，张道杰1，杨晓萍1，李俊强2（1．西安理工大学电力工程系，陕西西安710048；2．西安双合软件技术有限公司，陕西西安710065）摘要：分析授时技术的发展及电力系统授时的现状，在对北斗卫星简介的基础上，论述北斗卫星时间同步系统在我国电力系统中应用的必要性和可行性。提出一种结合北斗卫星时钟信号和恒温晶振OCXO特性的1PPS秒脉冲提供给电力授时的原理和实现方法。设计一种卫星同步时钟装置，该装置由北斗OEM接收机、中央处理单元和输出接口组成。利用OEM接收机提供的北斗卫星标准时间信号，

2、通过中央处理单元对数据的处理驯服OCXO，输出的1PPS秒脉冲信号具有良好的长稳、短稳特性，可同步电网内时钟的高精度运行。该方法具有实现手段简单、精度高、不受地理和气候条件限制等诸多优点，是理想的时钟同步方法。关键词：北斗卫星；锁相环；授时；电力系统自动化中图分类号：文献标识码：文章标号：0引言随着国民经济的发展，电能的需求量不断增加、电能质量以及供电可靠性的要求越来越高；电力系统的自动化和安全运行的要求也更高，实时监控以及故障后分析对统一时钟的要求越来越迫切[1]。故障录波装置及数字化变电站中使用的电子式互感器，在时间同步精

3、度上都有很高要求[2]。电力网时间的精确和统一成为提高电力系统自动化和安全运行的重要因素。进入20世纪80年代后，随着微机保护在电力系统中的大量应用，尤其是各级电网调度自动化的相继建立，电力网对于时间精确和统一的要求越来越迫切了。传统的无线电授时包括北美的WWVB，中国的BPC，以及Loran-C(LongRangeNavigation)和OMEGA导航系统等[3]，他们大多采用通过10-100kHz的载波信号传输时间信息，精度在1ms以内，其主要问题是载波信号在变电站内容易受到电晕放电的严重干扰，精度难以保证，且接收器的建设

4、及维护费用较高[4]。利用卫星对电力系统授时，有精度高、受环境干扰小、实时性好等优点。GPS(globalpositionsystem)是美国研制的导航、授时和定位系统，是世界上应用范围最广、精度最高的时间发布系统之一，其最高精度可达20ns[5-8]。但是，美国对民用用户不承担责任，不保证民用GPS时钟的精度和可靠性[6]。且民用GPS接收机接收到的GPS时钟信号因星历误差、卫星钟差、接收机误差、跟踪卫星过少误差等因素的影响，精度和稳定性难以得到保证[9-11]。在卫星失锁或卫星时钟实验跳变的条件下，GPS时钟误差达几十甚至

5、上百ms[10]。随着变电站自动化系统(substationautomationsystem，SAS)走向网络化，变电站通信网络和系统技术标准IEC61850得到电力行业的广泛认可。利用以太网进行网络对时也引起人们的关注。网络时间协议NTP(NetworkTimeProtocol)和简单网络时间协议SNTP(SimpleNetworkTimeProtocol)是使用最普遍的国际互联网时间传输协议。IEC61850中规定的时间同步协议就是SNTP，其精度可以保持在1ms内[12]。但现行的协议算法并不成熟，文献[12-14]为了

6、获得更高的时间精度，设计的算法较复杂，实现难度大，并且在算法的效率和系统的稳定性上还需要进一步提高。传统的时间同步方法不能满足当今电力系统发展的要求，电力系统仍需新的更稳定更可靠的时钟同步方法，本文探讨了北斗卫星应用于电力系统授时的必要性和可行性，并设计了一种基于微处理器和北斗卫星信号接收器(OEM板)的卫星同步时钟装置，提高了时钟源的精度和可靠性，可用于厂站的保护系统、故障录波系统时钟同步，提高了电网自动化水平。1北斗卫星应用于电力系统的可行性分析北斗卫星导航定位系统是由“两弹一星”功勋奖章获得者陈芳允院士提出的，1994年

7、正式立项，2003年双星导航定位系统正式投入使用。北斗导航定位系统由空间卫星、地面中心控制系统和用户终端组成。(1)空间部分由两颗地球同步的导航卫星和一颗在轨备用卫星组成。3颗卫星距地面约36000km，分别位于赤道面东经80度、140度和110.5度(备份卫星)。其任务是完成中心控制系统和用户收发机之间的双向无线电信号转发。(2)地面中心控制系统由一个中心控制站、若干卫星定轨标校站、差分定位标校站和测高标校站组成，是北斗定位导航系统的控制和管理中心，是北斗导航定位系统的中枢，由信号收发分系统、信息处理分系统、时间分系统、监控

8、分系统和信道监控分系统等组成。(3)用户终端由信号接收天线、混频和放大电路、发射装置、信息输入键盘和显示器等组成。根据执行任务的不同用户终端分为：通信终端、卫星测轨终端、差分定位标校终端、和授时终端等。北斗卫星导航系统由我国独立自主研制开发，不受他国的控制和限制，其可用性、可