风电场自动化设备对时系统简介

左树全

摘 要：随着风能、太阳能发电技术的应用发展，新能源发电已经成为当前电力市场规划的新趋势，小型火力发电正在逐步被取代。就目前规划形势来看，截止2014年8月，国家电网冀北区域新能源装机已突破700万千瓦大关。新能源场站的迅速成长和发展，给我们带来清洁能源的同时，也需要考虑场站安全运行的相关问题。当出现故障时，快速有效的进行事故分析是故障处理的根本，而前提，就是风电场自动化设备能够拥有准确的对时系统，确保电力系统各个设备之间时间同步。近年来，电力系统自动化技术迅速发展，发电场监控系统、调度自动化系统、继电保护装置、时间顺序记录装置及PMU的设备的应用，对全场准确对时提出了更加严格的要求。因此，需要专业的对时系统来满足上述要求，就目前场站运行情况分析，均采用GPS和北斗双对时系统，提高电力系统事故分析效率。

关键词：新能源；清洁；时间同步

1 什么是对时系统

对时系统是针对自动化系统中的测量、保护等设备进行校时的高科技产品，通过地面接收器接收GPS、北斗等卫星发出的标准时间信号，地面接收器将卫星信号进行收集处理，最终输出符合整个自动化系统的标准频率的对时信号，达到整个系统的时间同步。

2 常用的源卫星对时系统

为提高设备对时精度，风电场或变电站对时系统采用北斗/GPS双系统对时装置，风别作用于全场自动化设备，两套对时系统自动切换，保证对时设备的准确性。

北斗对时系统是我国自行研制的全球卫星导航系统。在风电场对时方面，该设备可以产生多种精确对时信号，更好的服务于整个自动化设备。GPS（全球定位系统）是美国军方建立的全球卫星导航定位系统，在电场设备对时方面，由专用接收器接收卫星发射信号，通过电缆、光缆和网络为其他时钟提供基准信号，达到对时目的。

双系统对时装置的应用，在电力系统对时精确性上得到了极大的提高，为电力系统事故分析起到了保障性作用。常见的风电场对时装置有南瑞的RCS-9785系列、四方公司的CSC-196系列等对时设备。

3 对时系统在自动化设备的对时方式

现行的北斗/GPS双系统时钟同步装置在风电场、变电站的自动化设备的对时方式有人工对时、脉冲或时码对时、串口报文或网络对时。按照自动化设备的功能和要求的不同，对时装置根据不同的对时装置，选择合适的对时方式，

3.1 人工对时方式。通过键盘将正确的日期和时间录入对时装置的控制设备，控制设备经过运算，依次将对时数据置入计数器，时钟开始计数走时，实现基准信号发出，给被授时设备对时。但是在人工对时过程中，只能实现年、月、日、时、分的对时精度，无法准确将时间精确对至秒级和毫秒级别，所以，人工对时精确度较低，可应用于对时精度要求较低的设备。

3.2 脉冲或B码对时方式。脉冲和B码对时又称为硬对时，利用硬件逻辑设计的跳变信号作为时间同步的计数基准标码，将外部参考源的分秒脉冲给计数器的秒和毫秒位清零，输出准确的对时信号。脉冲对时可以分为秒脉冲（PPS）、分脉冲（PPM）和时脉冲（PPH）三种方式，间隔1秒、1分钟和一小时分别对相应的时刻对时一次。而B码对时是每秒钟输出一帧含有时间、日期和年份的时钟信息，对设备进行对时。就目前应用结果来看，硬对时精度较高，主要应用于测控、保护、PMU等站端设备。

3.3 报文或网络对时方式。报文和网络对时又称为软对时，是利用报文通讯和网络通讯等方式进行对时。报文对时通过时钟的串行口，接收时钟信息，来矫正自身的时钟，对时协议有RS232协议、RS422/485协议等。网络对时通过配置网口的IP及子网掩码的参数，使用以太网线将PC机和网络对时装置连接，来实现对时。软对时精度接近硬对时系统，通常为秒级和毫秒级别，而且软对时信号的传输媒介要求降低，应用范围较广。

4 对时系统在电力系统的作用

为满足新能源供电系统的需要，新能源风力发电场、光伏电站应运而生，随之继电保护设备和测控装置也得到了很大发展，对整个装置时间同步的精度要求进一步提高，所以，对时系统在电力系统中的重要性也受到了更高关注。

4.1 电力系统发生故障时，通常采用SOE（事件顺序）来确定电力故障发生的先后，从而快速确定故障点的位置，是电力系统故障推理分析的依据。所以要确保风电场内保护装置、测控装置、故障录波器、SCADA系统、安稳装置、远动设备、PMU装置等自动化设备时间统一，保证自动化设备和事件记录的时钟正确。

4.2 由于电力系统的发、输、变、配、用是同时完成的整体，对同一时刻电网各相关部位的电压、电流、相量、频率、输送功率和同一线路流入、流出的电能等信息进行测录，可供调度人员进行电力调度和事故分析，也是维持高质量电能的监控基础。

4.3 对其他一些时间精度要求较高的自动装置，如安全稳定控制装置、AGC、AVC装置等均需要利用自动对时系统来精确测定，这样才能更加综合优化整个电网功率和电压，实现区域电网有功、无功自动平衡。

5 对时系统的常见的异常现象及处理

对时装置若出现问题，大致可分为以下几大类型的问题：

5.1 CPU板故障。由于运行时间较长，设备寿命会随着运行时间的增加而缩短，装置内部部分芯片老化，导致对时装置出现问题。遇到此类情况，根据实际情况更换部件。

5.2 接收天线故障。天线是对时装置用来接收卫星信号的重要设备，对时装置能否精确对时，主要看天线的接收强度如何。GPS和北斗系统的天线必须安装在建筑物顶端或其他开阔处，天线顶端保持水平，并安装在天线支架上且固定可靠，并且用防水胶布包裹转接头。不得剪断、延长、缩短天线或加装天线长度。在使用蘑菇头天线时，要确保天线的增益与天线的电缆长度匹配，天线假设原则是顺着天线头向上能够看到360度的天空。北斗卫星系统的天线假设要求要特别注意南方50m内没有明显障碍物。

如果天线位置安装不对或者天线内部故障，也会导致装置出现无法锁星的问题，如出现上述现象，建议先将天线移动至开阔位置或更换天线。

5.3 参数设置错误

有些保护装置可在内部选择对时种类，选择不当会引起无效对时。综自系统也可设置为站内和站外对时，两种的精度有差别。

5.4 有的电站设备较多，单台装置无法带太多负荷，如负担太多，会引起对时紊乱。此时可根据情况增加一定数量的对时扩展设备，以解决类似问题。