发电企业生产控制系统中授时系统的应用与优化

摘 要：针对发电企业生产控制系统授时系统的应用进行论述，阐述授时系统的工作原理和功能应用，探讨授时系统在发电企业生产控制系统的使用情况，寻求授时系统在保证测量准确性和稳定性中的优化方向。

关键词：授时系统；生产控制系统；准确性；稳定性

引言

时间和频率作为发电企业生产过程控制的一项重要参数，在电网调度、发电上网、生产分析、故障诊断等方面发挥着至关重要的作用，同时作为厂内外生产过程控制系统和信息系统关联的基准和凭证，保证时间测量的准确性和全厂生产过程控制系统的统一性，是发电企业生产和经营工作正常开展的重要前提。

1 授时系统工作原理和功能

随着发电企业自动化程度的提升，独立式控制系统和信息系统在发电企业得到越来越广泛的应用，如信息管理系统、继电保护装置、DCS控制系统、电网调度系统、辅助控制系统等已经在发电行业得到广泛应用，为保证生产经营中各项指标和参数，如向量与功角动态监测、机组与电网参数校验以及故障分析数据的准确性，需要将时间作为基准并要求数据信息中时间标签的一致性。在这种情况下，保证授时系统作为各独立系统时间信息的有效来源以及授时系统的信号采集的准备性和稳定性就成为规避因时间标签不一致造成的信息交换、数据利用和应用分析困难的有效途径。

发电企业现在使用最多的授时系统主要通过授时系统卫星信号采集器接收多个卫星信号，通过卫星定位后实现时间同步功能获得相应的时间校准信息，并通过约定协议向外部系统提供包含精确的时间信息的代码，确保各系统接收到信息代码的系统的时间基准一致，从而实现系统之间数据交换时时间标签信息的准确性。为保证时间同步精度和时间信息利用的通用性，网络精密时钟同步委员会在2002年发布了适用于网络化测量和控制系统的高精度网络时钟同步协议IEEE1588时间协议，这一协议也是现在授时系统通用的标准协议。

2 授时系统在发电企业中的应用

授时系统作为发电企业各生产、调度和信息各系统的重要一环，发电企业一般只对授时系统的技术参数和协议进行要求，而现场设备一般都由各系统主设备供货厂商自主配备，由于各系统供货商提供的授时系统的品牌不同、性能不同以及工作方式不同，造成各系统之间时间很难统一，降低了作为生产经营指标中时间标签的可靠性[1]。目前在国内发电企业应用比较广的授时系统，主要采用的有两种授时技术，即GPS授时技术和北斗授時技术，在实际使用中它们都具有自己的优点和使用局限性。

2.1 GPS授时系统

GPS（Global Positioning System）全球卫星定位系统是美国军方研制的卫星定位系统，提供定时和导航服务，具有传播范围广、精度高的特点，所接受时间信号与国际标准时间高度同步，在授时系统市场所占份额最大。但是由于民用GPS系统受到使用诸多限制，精度和稳定性受到很大影响，同时由于该系统受美国军方控制，国内授时系统自主性和可靠性难以保证，面对错综复杂的国际形势，单一的GPS授时系统不适用于涉及安全保障的发电企业[2]。

2.2 北斗授时系统

北斗授时系统是中国自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，在北斗一代良好应用的情况下，目前北斗二代已经进入实施阶段。北斗卫星系统目前由三颗地球同步卫星实现对用户定位，通过报文形式进行授时并实现信息远程传送，兼具单向和双向两种授时方式，授时具有安全、准确的特点。但是受限于目前北斗系统建设和应用尚不完善，存在定位和授时频率较低、信号不稳定和容易受到干扰的问题[3]，作为发电企业唯一授时系统条件不尽完备。

3 授时系统的优化

鉴于目前发电企业中最常用的两种授时系统的在技术层次和实际应用中存在的问题和不足，发电企业作为终端用户必然会有更高的使用要求，设备厂商不得不将更多精力投入新产品的开发上，目前使用接收全球定位系统和北斗卫星定位导航系统的冗余授时系统已经出现，而且针对现在市场上产品存在的问题的新技术也基本得到有效解决，新一代授时系统产品已经陆续在一些发电企业中得到了应用。

采用全球定位系统和北斗卫星定位导航系统的冗余授时系统，主要通过同时装设全球定位系统接收装置和北斗卫星定位导航系统接收装置，两者互为备用，同时作为授时系统的时间基准的技术手段。在授时系统的冗余切换技术上，目前应用比较广泛的是两套独立的时间采集系统同时发布含时间信息的代码信息，由授时系统内嵌式逻辑预选模块另外接收握手信息，判定两套时间采集系统信号质量的优劣后在两套时间采集系统信号之间切换，当某一系统发生故障时，则由授时系统抑制该采集系统输出。当两者均不正常时，则由授时系统内部的对时系统进行授时，以保证授时系统输出信号的准确性和唯一性。

通讯设备之间任何实际应用信息的传送总是伴随着一些控制信息的传递，它们按照既定的通讯协议工作，将应用信息安全、可靠、高效地传送到目的地。授时系统向其他系统传输信息一般利用信号握手协议技术，所谓握手协议就是两个设备在通信之前要互相确认，然后才能互相传送。在实施前根据用户需求从硬件和软件方面进行统一规范，保证授时系统与信号接收系统的有效契合，通用性较强。

同时考虑到授时系统天线装置受安装位置、气候影响以及信号衰减等因素，以及天线与采集装置安装位置距离较远、线间介质的材质和介质直径影响，一般采用天线及线间补偿技术，通过在传输末端进行补偿，消除测量过程中产生的偏差和秒脉冲中的随机误差，保证时间信号源的稳定性和准确性。

北斗二代项目已经于2012年向亚太大部分区域提供服务，并计划在2020年前再发射30多颗卫星，构建覆盖全球的卫星导航系统。新的授时系统为满足将来需求，应要求对于北斗二代系统的响应。因此在定制符合企业需求的授时系统时，将对于北斗二代卫星导航接收模块作为必选项已经是基本要求。

4 结束语

发电企业生产过程控制系统时间一致性和准确性是发电企业生产经营活动的重要保证，选取符合企业实际需要的授时系统是该项工作任务的必要条件和基础，采用GPS与北斗互为备用并对北斗二代开放接口的授时系统是当下发电企业的最佳选择。

参考文献

[1]崔国忠.电力系统时钟同步技术探讨[J].电工技术，2014，3：61-62.

[2]李泽文，杨京渝，彭曙蓉，等.智能电网高精度时间同步方法[J].电力科学与技术学报，2011，9：35-39.

[3]赵学洋，王金林，李海红，等.北斗+GSM/GPS在水运安全监控中的应用[J].新技术新工艺，2013，10：97-100.

作者简介：蒙在朗（1980-），男，工程师，从事火力发电行业生产管理工作。

李小煜（1976-），男，工程师，从事火力发电行业热工专业技术研究、咨询和技术服务工作。

高帅（1978-），男，工程师，从事火力发电行业热工维护、检修工作。