1、1GPS 及其在电力系统中的应用关键词GPS；电力系统；故障测距；电网调度自动化GPS（全球定位系统）可向用户提供连续、实时、高精度的三维位置，三维位置，三维速度和时间信息。它由 GPS 卫星星座、地面监测系统和GPS 信号接收机三部分组成，它的最大优点之一是：用户只要有 GPS 接收机，就能自主地在任何地点，任何时间进行测时和定位。各行业均对 GPS的定位及精确时间特点，开展广泛的应用研究。电力行业应用 GPS 的研究已逐步到达实用阶段。一、GPS 全球定位系统简介1973 年美国发射了第 1 颗 NAVSTAR 卫星，开始了世界首套全球卫星定位系统（Global Posi-tioning
2、System，简称为 GPS）的建设。该定位系统的最终配置是由 24 颗 NAVSTAR 卫星构成，其信号有效地覆盖着整个地球。GPS 系统每秒向地球发送一次信号，其内容为精度达 1s 的时间信息。该信号在全球任何位置均可以收到。为了正确地接收上述信号，GPS接收机分两部分内容接收。首先接收到的是每秒开始时间精度为 1s 的1PPS 选通脉冲（Impulseproduced every second） ，第二部分接收到的是一串信息，包括国际标准时 UTC（Universal Co-ordi-nate Time）的时间、日期及接收机本身所在方位。GPS 系统采用了特殊的信号调制技术，接收机将接收
3、到的信号解码后2可以将本身时钟与卫星时钟对准，同时测出它与卫星之间的距离，算出本身所处的位置（经、纬度） 。接收器能补偿信号在卫星与接收器之间的传输延时，输出与国际标准时（UTC）误差为 1s 的秒脉冲选通信号，并通过串行口输出国际标准时间、日期、所处方位等信息。目前，基于微机型的故障录波装置、事件记录装置、安全自动装置、远动装置等在电网中已经得到了越来越多的运用。对于时钟的同步也提出了严格的要求，希望能够达到 1ms 甚至 s 级的精度。GPS 系统的出现正好满足了这一要求。二、GPS 在电力系统中的应用由于 GPS 的定位和授时系统的准确性和开放性，因此在电力系统中的应用非常广泛，可以用于
4、故障定位、故障录波、状态确定、电机励磁和调速、功角测量等。在保护方面已用于电力系统的失步保护、线路的电流纵差保护等，还用于电网的综合自动化系统、继电保护装置的同步精确对时。1.故障测距。GPS 卫星时钟的出现，给研制双端行波测距原理的装置创造了有利条件。线路故障后，正常的负荷电流跃变为短路电流。由此产生由故障点向线路两端运动的电流行波浪涌，假设线路全长为 L，行波的传播速度为 V，故障后在线路两端 M、N 接收到故障初始行波浪涌的时间分别为 Tm、Tn。线路两侧通过通讯网络交换信息后，就可以计算出故障点到 M、N 两端的距离分别为：Xm=L/2+（Tm-Tn）V/2Xn=L/2+（Tn-Tm）
5、V/23行波测距原理的关键是准确地记录下故障初始行波到达线路两端的时间，误差应严格控制在几个 s 以内。因为对架空线而言，1 个 s 的时间误差对应于约 150 m 的测距误差。对电力电缆而言，1 个 ms 的时间误差对应于约 70100 m 的测距误差。利用 GPS 卫星时钟的 1 PPS 秒脉冲与串行口时间信息，就可以很容易地满足误差要求。基于该原理的行波测距装置已在东北电网中试运行。对于常规的阻抗原理的测距装置，在时钟统一后，可以精确地计算线路两端故障电源的相位关系。补偿由故障时过渡电阻带来的计算误差。2.系统运行功角实时监测。若能实时同步测得系统两端电压之间相位差，则可监视二端运行电气
6、相角，对系统稳定运行有现实意义。GPS 接收机每台之间时间误差 1s（电气角度为 0.018，50Hz） ，完全可满足电力工业控制调节应用。利用通讯手段将两端测量结果传送到调度控制中心，则可作为运行判据和以此建立调节控制手段。3.电网调度自动化同步时间。电网调度自动化要求主站端与远方终端（RTU）的时间同步。当前大多数系统仍采用硬件通过信道对时，主站发校时命令给远方终端对时硬件来完成对时功能。若采用软件对时，由于软件对时具有不确定性，故不能满足开关动作时间分辨率小于 10 ms的要求。用硬件对时，可达到分辨率小于 10 ms，但对时硬件复杂，并且对时期间（每 10 min 要对一次）完全占用信
7、道。当发生 YX 变位时，主站主机 CPU 还要做变位时间计算，占用 CPU 的开销。利用 GPS 的定时信号可克服上述缺点，GPS 接收机的时间码输出接口为 RS232C 及并行口，4用户可任选串行或并行方式，还有一个秒脉冲输出接口（1PPS） ，输出接口可根据需要选用。4.故障录波器时间同步。目前，微机故障录波器均有机内标准时间环节。由于时间元件自身误差和不同型号的录波器时间元件差异，往往造成各站故障录波器在故障时记录时间差异较大，对分析系统事故带来不便。而 GPS 技术可以获得高可靠性及高精度的秒脉冲（1PPS）及通过串口输出时间。在 SA 生效时，定时精度实用上可达 0.5s。用 GP
8、S 来不断修正原来录波器时间元件，可使全系统故障录波器时间同步。5.雷电定位系统。大地落雷是可以探测到的，利用设置不同地理位置的探测站，测量探测站获得雷电信号的时间差。由于每个站只能确定雷电信号源的方位，因此用 3 个以上站的测量结果就可以计算出落雷位置。当然，必须知道探测站的地理位置精确的经、纬度和电力杆塔或设备的地理位置，而且要有同一的精确时间源。各探测站信息传到处理中心进行雷电定位，精度可达1km。6.自动控制与调节的标准时间。利用 GPS 技术可提供自动化中需要的精确同步时间，可制作出精确的守时钟，GPS 守时钟综合精度可优于0.5 s。7.完善继电器保护试验装置。线路的纵联保护装置安
9、装在线路两侧，常规的联调试验方法费时费力。且只能利用单端法进行，利用 GPS 卫星同步时钟，可以使两端的测试装置按照预先约定的时间顺序启动，同时将故障量施加于两侧的保护装置，可以更为全面地检验保护装置的动作行为。目前 DOUBLE 公司的 F2000 系列、OMICRON 公司的 CMC 系列、PRO-5GRAMMA 公司的 FREJA300 系列继电保护综合测试仪均具备 GPS 同步时钟接口，实现 End-Endtest mode，在 500 kV 天瓶线的调试中，用 F2253 继电保护综合测试仪对 GEC 公司的 LFCB-102 分相电流差动保护装置实现了 End-End testmode，确保了保护装置的稳定运行。三、结束语随着对电力系统运行要求的提高和自动化技术的发展，利用 GPS 同步测量可以快速精确的获得电力系统的历史数据和实时状态，GPS 技术的应用必将对电力系统的安全稳定控制带来革命性的变革，因此必然成为今后发展的重点。（编辑/穆杨）
