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摘要：随着我国电力系统以及自动化水平的不断提高，对统一标准时间(高精度同步时间)提出了更高的要求。GPS由于其高精度的定时功能，必定会在电力系统特别是自动化领域内发挥更加广泛的应用。
关键词：GPS，电力自动化，同步时间
Abstract: with the electric power system and the continuous improvement of the automation level, the uniform standard time (high precision simultaneous time) put forward higher request. Because of its high precision GPS timing function, will be in power system automation field especially play more widely.
Keywords: GPS, power automation, the synchronization time
中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号
1 各种基于GPS的电力系统装置及应用
1．1继电保护装置功能中的GPS技术实现
随着我国电力系统远距离输电的需求逐年加大，大高压超高压电网应运而生，快速继电保护获得了快速的发展。电力系统自动化装置特别是继电保护装置需要通过GPS定位授时技术实现高精度对时也提到了重要的位置，并满足电力自动化装置各个方面的需要：由于电能的发生、运行以及使用是统一同时进行。测录电力全网各部位的电流、电压、功角和输送的功率就十分必要，这些数据的获取是进行电网调度的主要依据， 同时也是维持电能质量和电网状态监控的基础。电力系统发生故障或事故时，通过故障录波装置来提供波形从而进行分析，而对这些波形的分析，必须建立在同步的时间基准之上， 因此继电保护基于GPS技术实现的同步时间实现，才能正确判断电力系统事故成因、以及各种继电保护装置运行的先后顺序是否正确、从而精确判断出电力故障发生和发展的过程。一般进行故障排查作业时，在输电或装置线路两侧同时进行故障测量和观测，依靠传统的时钟是无法实现的，这是基于传统的时钟进行工作时，精度为秒级，而作为大高压电网产生故障时的快速高频继电保护其工作时间精度要求为毫秒级， 因此由传统时钟造成故障测量的误差， 根本无法实现线路两侧观测故障实现量的同时性。故采用具有GPS精确定时功能由PC机控制的继电保护装置来实现线路两侧故障测量和观值的同时性，其时间误差是微秒级的， 可以满足同时观测线路两侧故障量的要求。此外，对时间精度要求较高的其它电力自动化继电保护装置， 如稳定控制装置观测传输的时间测试等都需要利用GPS技术实现的同步时间来精确测定。
准确的故障定位对电力系统输电线路变电装置的安全稳定和经济运行具有重要的现实意义。行波故障测距技术(MTWFL)因其具有的测距精度高和适用范围广等特点，广被从事继电保护专业领域人员所关注。90年代初，在早期行波故障测距A型装置原理的基础上，群殴国提出利用电流暂态故障分量的现代D型(MTWFL)装置原理实现方案，它集成了A、B、C等3种现代行波故障测距装置原理，其平均精度测距误差在400m内。2000年我国又推出更为功能强大的行波故障测距系统，其精度测距误差可达200m以内。随着GPS系统在电力系统更深度领域应用，为我国电力系统同步时间的掌握以及适中的研制创造了条件，使得D型现代波形故障测距装置原理得到青睐与发展。D型现代行波故障测距装置原理为利用故障暂态行波的双端测距原理，他利用线路内部故障产生的初始行波浪涌到达线路两端测量点时的绝对时间之差值从而计算出故障点到两端测量之间的距离。线路MN故障产生的初始行波浪涌以相同的传播速度V到达M端和N端母线的绝对时间分别为TM和TN，则M端和N端母线到故障点的距离可以表示为：
DMF=[V(TM1-TN1)+L]
DNF=[V(TM1-TN1)+L]式中：L为线路MN的长度
1.2电网调度与自动化状态检测
国内外的实践证明，现代化电力系统管理的肌醇是调度自动化，积极开展电网调度自动化工作，有效的提高电力系统的自动化装置安全检测和经济运行水平，提高电能质量，可以收到明显的经济效益和社会效益，同时达到企业减人增效的目的。调度自动化系统在具备完善的计算机软件处理系统功能的基础上，重点开发和完善优化电网调度的功能，以计算机软件处理系统为平台，采用国际标准网络协议结合使用CPS定位受时功能，具有极强的数据采集处理能力，可大幅度的提高电力系统电网调度自动化系统在数据采集和管理方面的安全性、可靠性及可扩充性；通过GPS采集获取图形处理并引入结合设备，分层分级处理，可通过GPS定位功能。不受地理条件限制，来实现任何区域状态下反映电网连接，自动生成拓扑分析。通过多层画面，详细地显示出电网接线状态。采用GPS定位航标功能，可以即是方便地观察检测出整个电网结构状态，从而实现电网调度自动化的安全有效运行。
1．3变电站设备与输电线路巡检
线路和设备巡检是保证电力系统安全管理的重要组成部分，设备和线路处于长期运行状态，一直承受正常载荷和大自然雷击、强风、暴雨、滑坡、沉陷、地震和鸟害等外力侵害。上述因素都会促使设备、线路上各元件和装置老化、疲劳、氧化和腐蚀，如不及时发现并排除隐患，就可能发展成为各种故障，对系统的安全使用稳定构成一定的威胁。为了监视设备的正常化运行，通常巡检人员会对设备进行定时或不定时巡视，并对设备的装置和各元件是否老化、氧化、腐蚀状态以及运行、运行参数进行记录存档， 发现危安全的各种隐患，即时具体的进行检修，以便尽快消除隐患与缺陷，预防事故发生，将故障限制在最小范围，保证系统稳定， 达到“安全、经济” 的运行目标。线路和设备巡检是确保输变电设备安全、提高供电可靠性、确保输变电线路最小故障率的重要工作。传统设备巡检普遍采用的是人工巡检手工纸介质记录的工作方式，这种方式存在的因素：人力资源占用多、效率低下、管理成本较高、无法监督工作状态等缺点。针对巡检工作实际需要及特点， 结合GPS技术本身的定位功能来实现路线安排、数据采集、工作状态监督、故障检测以及数据汇总等巡检工作的完成，并可与电力企业现有信息系统无缝连接，可有效监督检查巡检工作状态， 及时发现线路的缺陷与故障，提升输电设备运行安全性，降低生产运营成本，提高工作效率，具有低成本，简便易操作等显著优点。
1．4 GPS精密授时功能的应用
电力系统中内部线路与设备线源终端的分布复杂而分散，在两端各安装GPS接收机，则GPS技术的高精度就能保证地域线路和设备各终端同步时间，信号与UTC的精度误差绝不会超过I S。高精度时间同步在电力系统检测和测量中具有极高的应用价值。GPS时钟系统授时功能是建立在计算机以及电力自动化装置基础上而进行校时，GPS卫星同步时钟通过从卫星上获取标准的时间信号，再将这些信号通过各种接口传输给电力自动化系统中需要时间信息的计算机、保护装置、故障录波器、事件顺序记录装置、安全自动装置、远动RTU)从而达到整个系统的时间同步。GPS卫星同步时钟以高速芯片进行控制，具有精度高、稳定性好、功能强、最低限度积累误差、不受地域气候等环境条件限制、性价比高、操作简单、免维护等特点，广泛应用于电力系统特别是自动化装置设备。GPS卫星同步时钟使装置拥有优异的电气隔离和电磁屏蔽表现， 可极大提高电力系统装置抗干扰性能与可靠性保障。不受电厂、变电站地域条件和环境的限制。国内目前的GPS卫星同步时钟装置大多已具有自复位能力，在干扰造成电力系统装置程序出错时，能自动恢复正常工作。从而实现在线监控电力系统装置的运行状况
2 基于GPS的电力系统装置发展前景
GPS技术的便捷型和基于电力系统的精度服务已为其展现了广阔的应用前景。从原理上讲，这都归功于GPS的时间同步性能。为更好的便于GPS在电力自动化系统中的应用，从而更大程度上在电网状态检测、电网调度同步、变电站装置、继电保护、输电线路巡检等方面提高其工作效率，以下5个方面的高效配置更优于电力系统作业。
1)采用GPS系统作为授时源并对时间进行校正处理，充分要考虑波形畸变、采样、离散化等误差及相量测量算法的误差等因素的影响，使得实际的相角测量误差值小于1。。这样能使电网的任一节点均保持時钟同步，进而减少同步时钟误差及相角测量误差。
2)将大量数据进行实时预处理，数据采集层采用多CPU协调作业的方式，由GPS时钟板控制来实施同步采集基准，使用高精度时标保证数据的同步。
3)采用分层结构，可以多上位机，也可多下位机，可对不同应用对象和场合进行优化配置。
4)采用国内外当前最先进的相量测量算法，来实现较高的相角、频率和幅值计算的响应速度和精度。从而达到实现同步测量基准。
5)自由定义计算表达式和计算结果的图形显示方式、设置记录启动条件和事故记录长度等，根据实际需要来建立理想适用的监测环境或实验环境。
参考文献：
[1]张贵明．SAR卫星GPS轨道和姿态测量技术研究[D]．电子科技大学，2001，
[2]王文贯，唐诗华．GPS卫星定位误差概论[J]．测绘与空间地理信息，2006，
[3]宋明，郑建勇，丁志锋，刘浩.电力系统GPS同步时.电力自动化设备，2002，10．
[4]崔先强，焦文海，秦显平．GPS广播星历参数拟合算法的探讨[J].测绘科学，2006，01．
关键词：GPS，电力自动化，同步时间
Abstract: with the electric power system and the continuous improvement of the automation level, the uniform standard time (high precision simultaneous time) put forward higher request. Because of its high precision GPS timing function, will be in power system automation field especially play more widely.
Keywords: GPS, power automation, the synchronization time
中图分类号：P228.4 文献标识码：A 文章编号
1 各种基于GPS的电力系统装置及应用
1．1继电保护装置功能中的GPS技术实现
随着我国电力系统远距离输电的需求逐年加大，大高压超高压电网应运而生，快速继电保护获得了快速的发展。电力系统自动化装置特别是继电保护装置需要通过GPS定位授时技术实现高精度对时也提到了重要的位置，并满足电力自动化装置各个方面的需要：由于电能的发生、运行以及使用是统一同时进行。测录电力全网各部位的电流、电压、功角和输送的功率就十分必要，这些数据的获取是进行电网调度的主要依据， 同时也是维持电能质量和电网状态监控的基础。电力系统发生故障或事故时，通过故障录波装置来提供波形从而进行分析，而对这些波形的分析，必须建立在同步的时间基准之上， 因此继电保护基于GPS技术实现的同步时间实现，才能正确判断电力系统事故成因、以及各种继电保护装置运行的先后顺序是否正确、从而精确判断出电力故障发生和发展的过程。一般进行故障排查作业时，在输电或装置线路两侧同时进行故障测量和观测，依靠传统的时钟是无法实现的，这是基于传统的时钟进行工作时，精度为秒级，而作为大高压电网产生故障时的快速高频继电保护其工作时间精度要求为毫秒级， 因此由传统时钟造成故障测量的误差， 根本无法实现线路两侧观测故障实现量的同时性。故采用具有GPS精确定时功能由PC机控制的继电保护装置来实现线路两侧故障测量和观值的同时性，其时间误差是微秒级的， 可以满足同时观测线路两侧故障量的要求。此外，对时间精度要求较高的其它电力自动化继电保护装置， 如稳定控制装置观测传输的时间测试等都需要利用GPS技术实现的同步时间来精确测定。
准确的故障定位对电力系统输电线路变电装置的安全稳定和经济运行具有重要的现实意义。行波故障测距技术(MTWFL)因其具有的测距精度高和适用范围广等特点，广被从事继电保护专业领域人员所关注。90年代初，在早期行波故障测距A型装置原理的基础上，群殴国提出利用电流暂态故障分量的现代D型(MTWFL)装置原理实现方案，它集成了A、B、C等3种现代行波故障测距装置原理，其平均精度测距误差在400m内。2000年我国又推出更为功能强大的行波故障测距系统，其精度测距误差可达200m以内。随着GPS系统在电力系统更深度领域应用，为我国电力系统同步时间的掌握以及适中的研制创造了条件，使得D型现代波形故障测距装置原理得到青睐与发展。D型现代行波故障测距装置原理为利用故障暂态行波的双端测距原理，他利用线路内部故障产生的初始行波浪涌到达线路两端测量点时的绝对时间之差值从而计算出故障点到两端测量之间的距离。线路MN故障产生的初始行波浪涌以相同的传播速度V到达M端和N端母线的绝对时间分别为TM和TN，则M端和N端母线到故障点的距离可以表示为：
DMF=[V(TM1-TN1)+L]
DNF=[V(TM1-TN1)+L]式中：L为线路MN的长度
1.2电网调度与自动化状态检测
国内外的实践证明，现代化电力系统管理的肌醇是调度自动化，积极开展电网调度自动化工作，有效的提高电力系统的自动化装置安全检测和经济运行水平，提高电能质量，可以收到明显的经济效益和社会效益，同时达到企业减人增效的目的。调度自动化系统在具备完善的计算机软件处理系统功能的基础上，重点开发和完善优化电网调度的功能，以计算机软件处理系统为平台，采用国际标准网络协议结合使用CPS定位受时功能，具有极强的数据采集处理能力，可大幅度的提高电力系统电网调度自动化系统在数据采集和管理方面的安全性、可靠性及可扩充性；通过GPS采集获取图形处理并引入结合设备，分层分级处理，可通过GPS定位功能。不受地理条件限制，来实现任何区域状态下反映电网连接，自动生成拓扑分析。通过多层画面，详细地显示出电网接线状态。采用GPS定位航标功能，可以即是方便地观察检测出整个电网结构状态，从而实现电网调度自动化的安全有效运行。
1．3变电站设备与输电线路巡检
线路和设备巡检是保证电力系统安全管理的重要组成部分，设备和线路处于长期运行状态，一直承受正常载荷和大自然雷击、强风、暴雨、滑坡、沉陷、地震和鸟害等外力侵害。上述因素都会促使设备、线路上各元件和装置老化、疲劳、氧化和腐蚀，如不及时发现并排除隐患，就可能发展成为各种故障，对系统的安全使用稳定构成一定的威胁。为了监视设备的正常化运行，通常巡检人员会对设备进行定时或不定时巡视，并对设备的装置和各元件是否老化、氧化、腐蚀状态以及运行、运行参数进行记录存档， 发现危安全的各种隐患，即时具体的进行检修，以便尽快消除隐患与缺陷，预防事故发生，将故障限制在最小范围，保证系统稳定， 达到“安全、经济” 的运行目标。线路和设备巡检是确保输变电设备安全、提高供电可靠性、确保输变电线路最小故障率的重要工作。传统设备巡检普遍采用的是人工巡检手工纸介质记录的工作方式，这种方式存在的因素：人力资源占用多、效率低下、管理成本较高、无法监督工作状态等缺点。针对巡检工作实际需要及特点， 结合GPS技术本身的定位功能来实现路线安排、数据采集、工作状态监督、故障检测以及数据汇总等巡检工作的完成，并可与电力企业现有信息系统无缝连接，可有效监督检查巡检工作状态， 及时发现线路的缺陷与故障，提升输电设备运行安全性，降低生产运营成本，提高工作效率，具有低成本，简便易操作等显著优点。
1．4 GPS精密授时功能的应用
电力系统中内部线路与设备线源终端的分布复杂而分散，在两端各安装GPS接收机，则GPS技术的高精度就能保证地域线路和设备各终端同步时间，信号与UTC的精度误差绝不会超过I S。高精度时间同步在电力系统检测和测量中具有极高的应用价值。GPS时钟系统授时功能是建立在计算机以及电力自动化装置基础上而进行校时，GPS卫星同步时钟通过从卫星上获取标准的时间信号，再将这些信号通过各种接口传输给电力自动化系统中需要时间信息的计算机、保护装置、故障录波器、事件顺序记录装置、安全自动装置、远动RTU)从而达到整个系统的时间同步。GPS卫星同步时钟以高速芯片进行控制，具有精度高、稳定性好、功能强、最低限度积累误差、不受地域气候等环境条件限制、性价比高、操作简单、免维护等特点，广泛应用于电力系统特别是自动化装置设备。GPS卫星同步时钟使装置拥有优异的电气隔离和电磁屏蔽表现， 可极大提高电力系统装置抗干扰性能与可靠性保障。不受电厂、变电站地域条件和环境的限制。国内目前的GPS卫星同步时钟装置大多已具有自复位能力，在干扰造成电力系统装置程序出错时，能自动恢复正常工作。从而实现在线监控电力系统装置的运行状况
2 基于GPS的电力系统装置发展前景
GPS技术的便捷型和基于电力系统的精度服务已为其展现了广阔的应用前景。从原理上讲，这都归功于GPS的时间同步性能。为更好的便于GPS在电力自动化系统中的应用，从而更大程度上在电网状态检测、电网调度同步、变电站装置、继电保护、输电线路巡检等方面提高其工作效率，以下5个方面的高效配置更优于电力系统作业。
1)采用GPS系统作为授时源并对时间进行校正处理，充分要考虑波形畸变、采样、离散化等误差及相量测量算法的误差等因素的影响，使得实际的相角测量误差值小于1。。这样能使电网的任一节点均保持時钟同步，进而减少同步时钟误差及相角测量误差。
2)将大量数据进行实时预处理，数据采集层采用多CPU协调作业的方式，由GPS时钟板控制来实施同步采集基准，使用高精度时标保证数据的同步。
3)采用分层结构，可以多上位机，也可多下位机，可对不同应用对象和场合进行优化配置。
4)采用国内外当前最先进的相量测量算法，来实现较高的相角、频率和幅值计算的响应速度和精度。从而达到实现同步测量基准。
5)自由定义计算表达式和计算结果的图形显示方式、设置记录启动条件和事故记录长度等，根据实际需要来建立理想适用的监测环境或实验环境。
参考文献：
[1]张贵明．SAR卫星GPS轨道和姿态测量技术研究[D]．电子科技大学，2001，
[2]王文贯，唐诗华．GPS卫星定位误差概论[J]．测绘与空间地理信息，2006，
[3]宋明，郑建勇，丁志锋，刘浩.电力系统GPS同步时.电力自动化设备，2002，10．
[4]崔先强，焦文海，秦显平．GPS广播星历参数拟合算法的探讨[J].测绘科学，2006，01．