錢 軍

北斗的高精度、穩(wěn)定性、安全性和自主性已然折射出中國智慧的光芒。

隨著中國經(jīng)濟社會發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，運行水平大幅提高，建設(shè)“堅強的智能電網(wǎng)”成為中國電網(wǎng)建設(shè)的既定戰(zhàn)略。國家發(fā)改委稱，2009年至2020年，中國將投資4萬億元用于智能電網(wǎng)建設(shè)。

要建設(shè)智能電網(wǎng)就離不開數(shù)字化變電站。而目前，在涉及電網(wǎng)安全的廣域電網(wǎng)運行，保護與控制等方面，尤其是電網(wǎng)中重要發(fā)電廠及變電站內(nèi)各自動化系統(tǒng)的實時時鐘，建立在脈沖技術(shù)上的工作原理，還有很多問題和安全性論證沒有實現(xiàn)。

系統(tǒng)實時時鐘的時間同步成為當代電網(wǎng)以及未來智能電網(wǎng)運行的一項基本要求。為實現(xiàn)電力時間統(tǒng)一基準，GPS系統(tǒng)一直被廣泛地應(yīng)用于中國電網(wǎng)調(diào)度中心、電廠和變電站的自動化運行、保護、控制、安全生產(chǎn)等領(lǐng)域的授時。

事實上，采用美國的GPS作為主時鐘源或許是過去的一種技術(shù)無奈，或許是決策者出于經(jīng)濟性、認知慣性的考慮，但在電力系統(tǒng)中，廣泛采用GPS，就真正統(tǒng)一了設(shè)備與系統(tǒng)間的時間嗎?真的實現(xiàn)了電力全網(wǎng)時間的統(tǒng)一嗎?如此的“GPS時間”可靠安全嗎?

“GPS”隱患

2007年12月，某區(qū)域電網(wǎng)公司(應(yīng)公司要求隱去真實名稱)對其所在省電力電網(wǎng)GPS授時設(shè)備進行全面檢查。隨后，一份匯報材料被緊急送到公司領(lǐng)導案頭。匯報所涉及內(nèi)容令該公司高層頗感驚訝：“全省GPS授時設(shè)備完好率不足60％”。

看到這一消息，公司第一時間召集協(xié)調(diào)會，與會專家和一線輸電站負責人也認識到問題嚴重性，經(jīng)過數(shù)天討論和分析，設(shè)備質(zhì)量只是一方面，“GPS授時安全隱患”這一深層次問題，更應(yīng)引起足夠重視。

“我們已經(jīng)將這一重大隱患備份至國家相關(guān)電力安全管理部門。電力工業(yè)的安全生產(chǎn)關(guān)系國家能源安全和國民經(jīng)濟命脈，是保障國家安全，經(jīng)濟發(fā)展、社會穩(wěn)定的關(guān)鍵性因素之一?！惫矩撠熑耸潞蟾锌?。

在一個省份出現(xiàn)如此高比例的設(shè)備損壞，非但不正常，更需要警惕的是其危險程度。近年來，隨著中國電網(wǎng)運行控制及保護水平的提升，大部分變電站采用了綜合自動化方案，這也是今后電網(wǎng)的發(fā)展方向。

自動化、信息化和輸電效率得到了不同程度提高，降低成本同時，問題也隨之而來。中國電力企業(yè)從電力傳輸網(wǎng)到電力計算機網(wǎng)絡(luò)的時間系統(tǒng)，主要是以GPS作為主時鐘源，進行同步授時，由于其授時的工作原理和系統(tǒng)時鐘源被美國掌控，GPS授時存在重大隱患。

具體而言，目前中國電力行業(yè)接收GPS授時信號是免費的，GPS授時終端價格低廉，這是美國GPS系統(tǒng)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用。正因為是“免費的午餐”，所以美國不承諾對任何應(yīng)用所產(chǎn)生的問題負責。

眾所周知，GPS系統(tǒng)是美國政府引以為豪的戰(zhàn)略工程，所有信號的發(fā)生、傳輸權(quán)由美國掌控，一旦出現(xiàn)民用信號關(guān)閉、誤碼率加大或者系統(tǒng)出現(xiàn)故障，以GPS技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)將被置于危險的境地，中國電網(wǎng)概莫能外。

在中國，存在長距離大規(guī)模電力傳輸?shù)默F(xiàn)實，從電廠發(fā)出的每度電，都以高達每秒30萬公里的速度經(jīng)過變電站并網(wǎng)輸送，經(jīng)過數(shù)個、數(shù)十個變電站的長距離配送，最終抵達用戶。這個過程需要同時有幾百臺設(shè)備保護電力安全運行，涉及各種以計算機技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)的自動化裝置，如電廠機組自動控制系統(tǒng)，調(diào)度自動化系統(tǒng)，變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)等，如此大量設(shè)備是否能夠按照預先計劃的流程，準確安全地傳輸?shù)轿?，決然離不開全網(wǎng)設(shè)備時間基準問題。

“倘若這些設(shè)備運行時間不同步，那么輕則運行設(shè)備失控，影響正常輸供，重則造成整個地區(qū)電網(wǎng)癱瘓。而且由于時間不同步，很難及時排查事故原因。”北京國智恒電力管理科技有限公司董事長呂建光如此描繪。

客觀來說，電力輸配對設(shè)備時間同步的精準度提出了極高極嚴的技術(shù)要求，電力設(shè)備時間同步的精準度正從過去的微秒級過渡到納秒級，因此，必須為電力系統(tǒng)配置高精度、高可靠的授時系統(tǒng)，在傳輸系統(tǒng)和接收系統(tǒng)間出現(xiàn)時間誤差，高壓電流勢必會在瞬間燒毀被接收的變電站或是傳輸線路，這很容易理解。

“北斗”精準而出

如何解決報告所涉問題，公司經(jīng)過反復論證，決定起用獨立自主的北斗衛(wèi)星導航授時技術(shù)，利用中國的高精度衛(wèi)星授時系統(tǒng)支撐電網(wǎng)運行。

對GPS授時在電力行業(yè)應(yīng)用存在的重大安全隱患進行分析調(diào)查，做出科學判斷，根據(jù)北斗系統(tǒng)的特性，自主創(chuàng)新，聯(lián)合研發(fā)了“北斗電力全網(wǎng)時間同步管理系統(tǒng)”。

“北斗一號”是中國自行研制建立的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，集導航定位、短報文通信、高精度授時三大主要功能于一體。

該系統(tǒng)目前工作覆蓋區(qū)域主要集中在北緯5°～55°，東經(jīng)70°～140°之間的廣大地區(qū)。隨著2003年5月25日“北斗一號”系統(tǒng)的第3顆衛(wèi)星成功發(fā)射升空，“北斗一號”系統(tǒng)已經(jīng)開始全面為各種用戶提供穩(wěn)定和可靠的服務(wù)，開通運行7年來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，技術(shù)狀況良好。

目前，北斗二代系統(tǒng)正待字閨中，2010年1月17日，北斗導航衛(wèi)星Compass G1成功發(fā)射，第二代北斗衛(wèi)星組網(wǎng)正在按照預定計劃進行?？梢灶A見的未來，系統(tǒng)服務(wù)能力更強，定位授時精度更高，并與北斗一號系統(tǒng)完全兼容，能夠為用戶提供更加完善穩(wěn)定的服務(wù)。

“北斗電力全網(wǎng)時間同步管理系統(tǒng)”(下稱系統(tǒng))是采用北斗與GPS(或其它)等多時間源智能切換技術(shù)開發(fā)完成的新一代電力系統(tǒng)的時間同步系統(tǒng)產(chǎn)品。系統(tǒng)裝置內(nèi)置恒溫晶振或銣鐘，通過多時間源智能切換技術(shù)和先進的時間控制處理算法實現(xiàn)可靠的、高精度的時間輸出；采用“北斗雙向授時功能”專有技術(shù)能實現(xiàn)嚴格意義上全電力系統(tǒng)時間的統(tǒng)一；通過利用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的短信息功能，能夠?qū)崿F(xiàn)所有廠站端時間同步系統(tǒng)遠程監(jiān)測和運行控制；系統(tǒng)為電力輸送提供高精度的、安全的全網(wǎng)時間同步整體解決方案，準確、可靠、易用的特點確保了可靠、高精度授時的廣泛需要。

由此，中國電力輸送領(lǐng)域重點攻堅的時間同步課題將得到徹底解決，2008年9月，選擇將中國華東電網(wǎng)公司調(diào)度中心作為北斗電力全網(wǎng)時間同步監(jiān)測控制系統(tǒng)的總控中心，2個500KV變電站(上海南匯變電站和南京東善橋變電站)和2個電廠(新安江電廠和富春江電廠)作為衛(wèi)星同步時鐘的使用單位，構(gòu)成實用性北斗電力時間同步示范系統(tǒng)。試用結(jié)果表明，系統(tǒng)各項指標達到使用要求，實現(xiàn)了全網(wǎng)范圍內(nèi)的時間同步。

系統(tǒng)于2008年12月19日通過組織的專家委員會鑒定驗收。鑒定委員會認為，該研究成果整體水平國內(nèi)領(lǐng)先，具有推廣應(yīng)用價值。

2009年9月，國家電監(jiān)會公開表示，國家正式確立“天地互備，以北斗為主的電力授時體系”。

這標志著中國電力行業(yè)自主高精度授時時代已經(jīng)開啟。中國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導航授時應(yīng)用的春天也已到來。

中國創(chuàng)造

“北斗導航，是‘中國創(chuàng)造的杰出代表，閃耀著中華民族自主創(chuàng)新的燦爛光芒，是天之驕子?！敝袊l(wèi)星導航定位應(yīng)用管理中心副主任趙康寧如是說。

作為中國具有戰(zhàn)略意義的國家重要信息基礎(chǔ)和戰(zhàn)略設(shè)施，北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)正在表達著中國綜合國力，已經(jīng)為包括電力在內(nèi)的國民經(jīng)濟關(guān)鍵領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

北斗系統(tǒng)將繼續(xù)在包括智能電網(wǎng)在內(nèi)的電力電網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮更大作用。未來幾年，建設(shè)特高壓電網(wǎng)又是發(fā)展智能電網(wǎng)的強大物理基礎(chǔ)，大容量、遠距離輸電是最大特點，對各種技術(shù)要求、設(shè)備配備、電網(wǎng)的建設(shè)和特性提出了更高要求。

2009年，中國4萬億元拉動內(nèi)需的投資分配落地，隨后，國家電網(wǎng)公司宣布將建設(shè)“堅強智能電網(wǎng)”、“特高壓電網(wǎng)”作為未來五年的核心發(fā)展目標，其在時間同步系統(tǒng)方面對高精度授時將有更加苛刻的要求，我國北斗衛(wèi)星授時技術(shù)將逐步替代國外GPS產(chǎn)品與技術(shù)，擺脫對國外系統(tǒng)的依賴，保證電網(wǎng)的正常建設(shè)和安全。

“電力全網(wǎng)時間同步系統(tǒng)”的系統(tǒng)和終端開發(fā)成功與應(yīng)用，解決了目前電力系統(tǒng)時間同步應(yīng)用中的三大難題：提供可靠的備用時鐘源；實現(xiàn)全網(wǎng)時間同步；實現(xiàn)遠程監(jiān)測與維護。

此項高精度授時系統(tǒng)不僅能全時段、全區(qū)域地控制電力全網(wǎng)內(nèi)所有時鐘的信息，實現(xiàn)真正意義上的全網(wǎng)同步。同時，還可自動監(jiān)視系統(tǒng)中各單位時鐘狀態(tài)，并進行主動干預和控制，實現(xiàn)真正意義上電力全網(wǎng)時間同步管理和遠程監(jiān)控，進而解決了因GPS固有缺陷給電力調(diào)度、生產(chǎn)帶來的重大事故隱患。

時間同步管理系統(tǒng)的研制成功，創(chuàng)造了歷史，填補了國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的空白，系統(tǒng)全部采用具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)。

北斗的高精度，穩(wěn)定性、安全性和自主性已然折射出中國智慧的光芒，也同樣因為擁有這些，她才不斷的被技術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界、科學界和民眾所認可，也因為擁有這些，北斗的來來會更好。