【摘要】 本文簡要介紹了北斗衛(wèi)星授時在中國電網(wǎng)應(yīng)用的必要性，當(dāng)前北斗授時相關(guān)技術(shù)成果與應(yīng)用狀態(tài)，以及國家產(chǎn)業(yè)化項目的支持政策，提出中國電網(wǎng)全面應(yīng)用北斗的時機(jī)已經(jīng)到來，各項條件都已趨于成熟。

【關(guān)鍵詞】北斗衛(wèi)星授時 中國電網(wǎng)   安全

一、電網(wǎng)運(yùn)行安全，事關(guān)國計民生

能否想象，華燈初上，燈火闌珊之際，突然整個社區(qū)、整個城市、整個省（美國的州）以致10多個省區(qū)接二連三地?zé)艋鹑珳?、成片陷入黑暗世界，電梯突然停在兩樓層間的混凝土豎井中熬煎——上不著天下不著地，車床上正加工的工件嘎然停止，連車刀也退不出來，計算機(jī)運(yùn)控的自動化程序突然停機(jī)… …凡此種種無序的社會亂象，都曾在現(xiàn)代化國家——美國發(fā)生過。2003年8月14日傍晚美國東北部和比鄰的加拿大南部地區(qū)發(fā)生大面積停電事故，范圍包括美國紐約、底特律、克利夫蘭和加拿大多倫多、渥太華等城市，電網(wǎng)發(fā)生骨牌式的連鎖故障效應(yīng)，引起雪崩式事故災(zāi)難，導(dǎo)致5000萬居民的10多個州整個電力網(wǎng)絡(luò)癱瘓，相繼崩潰，持續(xù)幾十小時，抹盡人間繁華。類似大面積停電事故在美、加、德等國和中國海南、江西等地發(fā)生過。除去地震（雷擊）災(zāi)害，再沒有什么能像“電網(wǎng)停電”事件那樣讓社會和人群猝不及防，給社會帶來動蕩。因此，電網(wǎng)運(yùn)行安全與否，事關(guān)國計民生和社會安定大業(yè)。

電力系統(tǒng)是與時間密切關(guān)聯(lián)的大工業(yè)系統(tǒng)。無論電壓、電流、相角、功角變化，都是基于時間軸的函數(shù)?，F(xiàn)代電網(wǎng)安全運(yùn)行，特別是超臨界、超超臨界發(fā)電機(jī)組相繼并網(wǎng)運(yùn)行，大區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)，特高壓輸電技術(shù)發(fā)展，電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行對以計算機(jī)、通信技術(shù)為基礎(chǔ)的電力自動化監(jiān)測、監(jiān)控、調(diào)度裝置的時間同步提出高要求。要求微機(jī)繼電保護(hù)裝置、事件順序記錄裝置、RTU遠(yuǎn)動裝置、安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)（EMS）、電力生產(chǎn)管理系統(tǒng)等都基于統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)（參考）時間運(yùn)行，以滿足事件順序記錄（SOE）、故障錄波、實(shí)時數(shù)據(jù)采集時間一致性要求，確保線路故障測距、相量和功角動態(tài)監(jiān)測、發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)參數(shù)校驗的準(zhǔn)確性，提高對電網(wǎng)事故分析和穩(wěn)定性控制水平，提高運(yùn)行效率及其可靠性。正在發(fā)展中的數(shù)字電力技術(shù)、電網(wǎng)預(yù)防控制在線預(yù)測系統(tǒng)（OPS）、廣域測量系統(tǒng)（WAMS）、廣域監(jiān)測分析保護(hù)控制系統(tǒng)（WARMAP）等，更對電網(wǎng)時間同步有迫切需求。因而，安全可靠的高精度電網(wǎng)時鐘的時間同步，是當(dāng)代電網(wǎng)乃至未來智能電網(wǎng)運(yùn)行的一項基本要求。所謂“時間同步”，就是指電網(wǎng)各級、各種用戶裝置的本地時鐘與國家（電網(wǎng)）標(biāo)準(zhǔn)時鐘精密對齊，其偏差可小于百萬分之一秒。

二、國家863支持北斗授時提升中國電網(wǎng)運(yùn)行安全

長期以來，我國電力企業(yè)的發(fā)電、輸電、配電網(wǎng)及其計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的時間同步系統(tǒng)，主要以美國GPS衛(wèi)星作為時間基準(zhǔn)源。GPS系統(tǒng)由美國軍方開發(fā)和控制，可針對特定區(qū)域進(jìn)行局部性能劣化設(shè)置和限制使用。美國政府從未對GPS信號的質(zhì)量及使用期限給予任何的承諾和保證，一旦發(fā)生戰(zhàn)爭等緊急事態(tài)，美國關(guān)閉或調(diào)整GPS信號，必將引發(fā)我電網(wǎng)系統(tǒng)的重大安全事故。2009年5月，英國《每日郵報》報道，美國政府發(fā)出警告，GPS衛(wèi)星網(wǎng)可能會在2010年癱瘓，將對全球數(shù)百萬人產(chǎn)生不同程度的影響，對于依靠GPS的一些重點(diǎn)行業(yè)，將造成致命打擊。我國的電力、電信、金融等系統(tǒng)目前對GPS的依賴性較強(qiáng)，一旦GPS的運(yùn)行、維護(hù)出現(xiàn)問題甚至癱瘓，會對行業(yè)以至國民經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行產(chǎn)生難以估量的嚴(yán)重后果。為此，國家從戰(zhàn)略層面考慮，提出防患對策?？萍疾繃腋呒夹g(shù)“自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)精密時間傳遞關(guān)鍵技術(shù)與示范”863項目（編號：2009AA12Z328），支持北斗天匯（北京）科技有限公司承擔(dān)“北斗授時單元與時間同步鐘及電網(wǎng)應(yīng)用示范”研究。北斗天匯（北京）科技有限公司與61081部隊、中國電子科技集團(tuán)公司第54所、華北電力大學(xué)等單位合作，推進(jìn)北斗衛(wèi)星授時在國家電網(wǎng)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)在線故障定位，進(jìn)行時間同步與故障定位技術(shù)的應(yīng)用示范，開發(fā)電氣量測量與時間信號的合并單元，為全新的繼電保護(hù)、WAMS應(yīng)用做基礎(chǔ)研究，用以支持新一代數(shù)字變電站和電網(wǎng)動態(tài)監(jiān)測。2009年9月，國家正式確立“天地互備，以北斗為主的電力授時體系”。目前，中國電網(wǎng)有8萬多個用戶站點(diǎn)需要高精度時間同步技術(shù)和設(shè)備支撐，北斗衛(wèi)星授時應(yīng)用必將提升中國電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性，并將形成產(chǎn)值超過千億元的北斗授時產(chǎn)業(yè)鏈。

三、北斗標(biāo)準(zhǔn)時間同步鐘推進(jìn)智能電網(wǎng)/數(shù)字變電站發(fā)展

目前，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)RNSS、RDSS業(yè)務(wù)為用戶提供單向授時和雙向授時兩種服務(wù)，單向授時的精度為50 ns，雙向授時的精度為20 ns。在單向授時模式下，用戶機(jī)無需與地面中心站交互信息，只需接收北斗衛(wèi)星廣播電文信號，自主獲得本地時間（時鐘）與北斗標(biāo)準(zhǔn)時間的鐘差，實(shí)現(xiàn)時間同步，實(shí)時輸出標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖及其對應(yīng)的年月日時分秒信息。在雙向授時模式下，用戶機(jī)與中心站交互信息，向中心站發(fā)射授時申請信號，由中心站計算出用戶機(jī)與北斗標(biāo)準(zhǔn)時間的時差，再利用北斗衛(wèi)星的通信功能，通過出站信號經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給用戶，用戶按此時差調(diào)整本地時鐘，使之與標(biāo)準(zhǔn)時間對齊。無論單向、雙向北斗授時，其精度都能滿足電網(wǎng)時間同步應(yīng)用需求?；诒倍吠ㄐ殴δ艿碾p向授時時間同步，雖然精度略高于單向授時，但是占用單位時段通信總量受限制的信道資源，而單向授時可以有無限個用戶同時進(jìn)行時間同步的突出優(yōu)勢，更受中國電網(wǎng)歡迎。

北斗天匯公司承擔(dān)國家發(fā)改委產(chǎn)業(yè)化項目，見圖2。該時間同步鐘在BDTH北斗授時單元的基礎(chǔ)上，采用智能化總線管理技術(shù)、模塊標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計方案，具有軟件對時規(guī)約和各種時間同步脈沖，具有可靠性高，功能多，精度高，性價比高和操作方便等特點(diǎn)。該鐘由接收單元、時鐘單元和輸出單元三部分組成；接收北斗（GPS）衛(wèi)星授時信號或IRIG-B時間碼信號，將時鐘牽引入跟蹤鎖定狀態(tài)，并補(bǔ)償傳輸延時，輸出同步的時標(biāo)信號和時間信息；在失去外部時間參考信號時，時鐘進(jìn)入守時保持狀態(tài)，信號恢復(fù)后自動結(jié)束守時保持狀態(tài)，重新牽引跟蹤鎖定，守時準(zhǔn)確度達(dá)到1E-11（天），輸出單元輸出/顯示時標(biāo)信號（lPPS、lPPM、lPPH或可編程脈沖信號）、串行口時間信息報文、狀態(tài)信號、告警信號以及支持NTP/SNTP網(wǎng)絡(luò)時間同步協(xié)議的接收或輸出口，PTP1588精確時間同步接口。該時鐘在北京及附近電網(wǎng)示范，進(jìn)行配電網(wǎng)在線故障定位、遠(yuǎn)距離站間時間同步，為智能電網(wǎng)動態(tài)監(jiān)測和新一代數(shù)字變電站提供時間基準(zhǔn)。



四、北斗授時標(biāo)準(zhǔn)化為電網(wǎng)安全保駕護(hù)航

為防控我國電力、通信、計算機(jī)/金融網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域依賴美國GPS授時的潛在風(fēng)險和發(fā)展民族自主創(chuàng)新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，國家發(fā)改委和國家標(biāo)準(zhǔn)委籌劃，用北斗授時技術(shù)/服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化推進(jìn)市場化、產(chǎn)業(yè)化。2005年國家發(fā)改委辦公廳、國防科工委辦公廳發(fā)文《關(guān)于加速推廣北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用有關(guān)工作》（發(fā)改辦高技[2005]1996號），國標(biāo)委高新技術(shù)部發(fā)文《關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)工作研討會”會議紀(jì)要的通知》（標(biāo)委高新函[2005]28號），要求實(shí)施《北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)授時及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)研究制定》項目，使北斗授時的發(fā)播、監(jiān)控、接收、應(yīng)用、技術(shù)、質(zhì)量、服務(wù)等各項業(yè)務(wù)規(guī)范、統(tǒng)一、法制化，增強(qiáng)自主知識產(chǎn)權(quán)意識和民族自信心；增強(qiáng)北斗技術(shù)在國內(nèi)、國際市場競爭力。北斗天匯（北京）科技有限公司負(fù)責(zé)，與中國人民解放軍61081部隊、中國科學(xué)院國家授時中心合作起草GB/T《北斗衛(wèi)星單向授時技術(shù)規(guī)范》，并參與《北斗衛(wèi)星共視時間傳遞技術(shù)規(guī)范》、《電力系統(tǒng)北斗衛(wèi)星授時應(yīng)用接口規(guī)范》等其它11個北斗授時應(yīng)用系列標(biāo)準(zhǔn)起草，用標(biāo)準(zhǔn)條款規(guī)范、指導(dǎo)、解決北斗授時應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化問題。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，電力用戶可用“北斗標(biāo)準(zhǔn)時間同步鐘”按基本式、主從式、主備式方式聯(lián)網(wǎng)，組成不同等級的電網(wǎng)時間同步系統(tǒng) ，為各級電力設(shè)施和管理提供可靠的北斗標(biāo)準(zhǔn)時間，保證電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定安全。

  作者簡介
劉忠華（1956-） 北斗天匯(北京)科技有限公司創(chuàng)始人，董事長兼總裁。