北斗系统在电力系统中的综合应用

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技术应用·

北斗系统在电力系统中的综合应用

柳锋伟(中电科卫星导航运营服务有限公司，

河北 石家庄 050000)摘 要：随着北斗系统的逐步建设完善，系统提供的高精度定位、高精度授时和短报文技术在电力系统中都得到了长足的应用，本文简要介绍了高精度授时技术和短报文技术在电力系统中的综合应用案例，为读者进一步了解北斗系统提供帮助。关键词：北斗卫星导航系统；高精度授时；短报文技术

北斗卫星导航系统是我国自主研发的区域性卫星导航系统，具有快速定位、短报文通信和精密授时三大功能。它可以在服务区域内任何时间、任何地点，为用户确定其所在的地理经纬度和海拔高度，并提供双向短报文通信和精密授时服务。当前，移动通信和无线通信的覆盖范围有一定的局限性，北斗卫星导航系统则成功解决了偏远地区数据通信的难题。因此，北斗卫星导航系统一经运营，便广泛应用在电力、海洋、气象、水利、农业和森林等领域，利用卫星手段进行关键信息传递。随着时代的进步，电力系统的不断改革与发展，电力系统内对导航定位系统的依赖程度大大增加，导航定位系统广泛的应用于电网、电力企业的营销和电力建设等方面。

1 北斗系统授时技术在电网中的综合应用

现今，随着人们生活质量的提高，人们对电网的稳定、安全、高效提出了更高的要求。而作为电网基本单位的变电站、发电厂和调度所内部均有众多的计算机监控系统、保护装置、故障录波器、故障信息管理系统、安全自动装置、远动ＲＴＵ、ＤＣＳ系统及能量计费系统等自动化设备，其中大部分设备的运行变量可谓瞬息万变，对时间精度要求很高，如果设备之间没有同步到高精度的时间基准，大家各自为政，就不能保证实时系统等重要信息的准确性。另外，各管理监控装置对时间同步的精度要求应与所连接的自动化装置保持同一水平，以便于故障的分析、定位，鉴定不同专业设备的责任。如通过故障录波、保护信息管理系统等设备记录事件的时间、事件发生的先后次序等，对事故进行分析。这对于查找事故的原因、分析事故发生过程，从而减少事故隐患有着至关重要的作用，同时也利于明确责任，加强管理。其次在通信信息网络中，随着网络规模的扩大，网络的系统安全日益显得重要，口令保护、加密、电子认证等安全措施越来越多，而许多安全措施也都需要时间同步信号。

电网中对于北斗系统授时技术的应用主要体现在各装置设备间的时间同步上，如电网调度自动化和故障录波器等的时间同步及各继电保护装置间的时间同步等。

1.1 电网调度自动化和故障录波器等的时间同步

传统的定时方式有两种：

⑴电网调度中心通过通信通道同步系统内各个电站的时钟，这种方式需要专用的通信通道，由于从调度中心到达各个电站的距离不一样，通信延时也不一样，因此只能保证系统时钟在毫秒级误差的水平；

⑵利用广播、电视、天文台等的无线报时信号，这种方式一般一个小时报送一次，一个小时内会积累较大的误差，同样还由于信号传播延时，时间误差较大，很难达到毫秒级，此外还容易受到电站内的电磁干扰影响。

有了北斗系统的高精度授时技术的应用，从而有了统一精确的时间源，既可实现全站各系统在北斗系统时间基准下的运行监控和事故后的故障分析，也可以通过各开关动作、调整的先后顺序及准确时间来分析事故的原因及过程。统一精确的时间是保证电力系统安全运行，提高运行水平的一个重要措施。

1.2 继电保护间的时间同步

北斗系统在继电保护中的用途有两个：线路差动保护和保护联合调试。

电流差动保护原理就是基尔霍夫电流定理：同一时刻流入某个节点或广义节点的电流的代数和为零。差动保护由于其简单、可靠和快速等特点，已经作为主保护广泛应用的母线、变压器和发电机等设备上，但是用在长距离的输电线路就比较困难，问题就在于“同一时刻”上，传统的定时方式很难保证线路两端设备采样时间的统一，北斗系统授时技术的应用为线路差动保护的发展和应用带来了新的契机。

带有通道的输电线路纵联保护在超高压输电线路中有着重要的意义。这些保护试验时，为了分析保护的效果，记录下来的两端的电压电流波形就必须有一个共同的时间标准，以保证试验的同步性。

高频保护调试需要在线路两侧的高频保护上同时加故障量，以真实地模拟线路发生区内或区外故障时高频保护的动作行为。在线路两侧同时加故障量，靠一般的时钟是办不到的，这是因为一般时钟的工作精度是秒级，而作为快速保护的高频保护其工作时间是毫秒级，由一般时钟造成的误差，无法保证两侧所加故障量的同时性。而采用具有接收北斗系统准确授时功能的PC机控制继电保护试验装置来保证两侧所加故障量的同时性，其时间误差是微秒级的，可以满足同时加故障量的要求。

2 北斗系统短报文技术在电网中的应用

北斗系统短报文技术是北斗系统的优势和特色所在，此技术在电网中的应用，对于处理电网故障具有重要的意义。此技术的应用主要体现在站内装置的故障监测上和偏远地区的站内信息化实现上。

2.1 站内装置的故障监测

随着电力资源的广泛应用，为了给用户提供高效可靠安全的用电环境，在发电厂和变电站等场所配有大量的用于保护作用的蓄电池，蓄电池是发电厂、变电站所等电力系统的一种重要设备。它是保证继电器保护和一次设备开关操作正常下作的关键动力源。因电池问题造成的事故或停机损失远比电池本身价格要高得多。其稳定运行对破坏性事故的扩大和电力设备严重损坏至关重要。及时检测蓄电池的运行状态，及早发现蓄电池存在的问题并加以及时地处理是保障电网正常运行的重要条

·技术应用

件。

随着电力事业的发展，需要在一些偏远的地区建设变电站所。由于这些地区交通通信等设施的局限，使得设备的维护变得十分困难，设备的故障也不能实时地解决，蓄电池只是通过维护人员的定期检修加以保障，完全不能满足蓄电池的可靠性要求。因此，在新的形势下，需要有新的手段来保证变电立站所运行的安全。

针对北斗系统的覆盖面广，运行稳定，无盲点等特点，充分发挥北斗系统中的短报文的优势，设计研发了蓄电池的在线监测系统，远程监测电力系统中蓄电池的工作状态。如果出现故障，则直接将短信息发送到维修人员的终端，并显示故障信息，达到实时监测和维护的目的。此技术的应用不止可应用到蓄电池的监测上，更可以普及到站内的所有设备上，通过短信的方式，可以详细的描述出设备的故障所在，便于维护人员准确判断出故障的位置提供极大的帮助。

2.2 偏远地区的变电站信息化实现

与传统的通过移动网络发送短息相比，北斗系统的短报文技术没有任何的盲点，更加适合在偏远地方站内的使用。

随着国家电网的全面建设，农村电网的改造也开始了大规模的建设，农村电量的使用逐年增加，为了全面保障农村电力的使用，农村电力公司必须依据各个变电站的电力使用情况及时进行合理的调度。但是由于许多变电站处于偏远地区，数据通过线路传输非常不显示，即使利用移动通信网络技术传输，也存在诸多的盲点。随着北斗系统的全面建设成功，电力系统充分利用北斗系统短报文的优势，针对电力系统数据传输特点进行了积极的应用。已在个别偏远地区电力公司成功实现了对电力系统变电站实时数据的监控，而且数据传输稳定，实际应用情况良好。

3 总结

随着北斗系统的进一步建设完善，其提供的精确授时和更加完善的短报文技术将在电力系统中的应用更加广泛，这些具有自主知识产权技术的应用，不仅可以更好的发挥北斗系统的优势，更可以为我国早日实现建设安全电网的目标提供强大的技术支持。

[参考文献]

[1]邸光宇.北斗卫星导航系统在农村电力系统中的信息化应用.2007,3:62-63.

[2]项新建.用短信服务功能实现电力系统蓄电池在线监测.电源技术，2004,7:428-430.

[3]李明.电力短信系统中的流量控制和拥塞控制策略的研究.成都理工大学.2008,5.

平衡。

2.3 蓄电池充放电控制

铅酸蓄电池的耐过充电、过放电能力较差，过充电和过放电现象都会影响蓄电池的容量和使用寿命。为此采用变电流快速充电法对蓄电池进行充电控制，尽可能在短时间内快速恢复蓄电池放出的能量，同时防止过充电发生。在开始充电阶段，利用蓄电池能够接受的最大允许充电电流进行加速充电。当端电压达到设定值时表明蓄电池发生极化现象，故需降低最大允许充电电流。这一过程重复进行，直到充电电流减小到最小设定值时表明蓄电池的容量已经恢复到100%，然后涓流充电以补充蓄电池的自放电损失。

3 方案及效益分析

边缘井、探井的井场用电负荷十分简单，由两部分组成：机抽动力系统负荷约20KW与基本生活用电约2KW（电视机、电脑等）。设备配置方案也十分简单：风力发电带动力系统，太阳能发电带照明生活系统。机抽动力系统可用30KW风力发电机（带逆变器、蓄电池等），现场生活营房的屋顶可用面积为20平方米，可装设太阳能。风力发电与太阳能发电共用一套逆变系统。所有装置均为可拆卸设计，可进行搬迁和挪作他用。

对于边缘井、探井的生产，常规供电方式是使用柴油机组，一般单井使用50KW的柴油机组（沃尔沃），单台售价9万元；其油耗为13L/h，按每天工作24小时计算，日耗柴油290升，柴油价格为7.01元/升,每月柴油费用为6.1万元。风力发电机（配套逆变器、蓄电池等）,再加上所有的安装费用后，能够实现运行的总造价为23万。20平方米太阳能电池板（输出总功率为2000W）能够实现运行的总造价为2万元，合计25万元。

经过测算，使用风光互补发电与柴油机发电相比较，在投入运行2.62月后，即可收回设备投资成本，实现降本增效的目的。

4 结束语

新能源在油田单个用电单元的开发与利用的效果十分明显，随着新能源技术的成熟发展，新能源的优势将会越来越明显，也必将在油田企业得到更为广阔的使用。

[参考文献]

[1]魏斌,王文静.风光互补发电技术在油田边远单井上应用的可行性分析[J].节能,2008(7):36-37.

[2]李凌锐,董文斌,郭小坚.应用于通信基站的风光互补电源系统[J].能源技术,2008,29(3):155-156.

[3]赖克中.风光互补移动通信电源的设计与应用[J].能源与环境,2009 (2):104-105.

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