【摘要】 本文简要介绍了北斗卫星授时在中国电网应用的必要性，当前北斗授时相关技术成果与应用状态，以及国家产业化项目的支持政策，提出中国电网全面应用北斗的时机已经到来，各项条件都已趋于成熟。

【关键词】北斗卫星授时 中国电网   安全

一、电网运行安全，事关国计民生

能否想象，华灯初上，灯火阑珊之际，突然整个社区、整个城市、整个省（美国的州）以致10多个省区接二连三地灯火全灭、成片陷入黑暗世界，电梯突然停在两楼层间的混凝土竖井中熬煎——上不着天下不着地，车床上正加工的工件嘎然停止，连车刀也退不出来，计算机运控的自动化程序突然停机… …凡此种种无序的社会乱象，都曾在现代化国家——美国发生过。2003年8月14日傍晚美国东北部和比邻的加拿大南部地区发生大面积停电事故，范围包括美国纽约、底特律、克利夫兰和加拿大多伦多、渥太华等城市，电网发生骨牌式的连锁故障效应，引起雪崩式事故灾难，导致5000万居民的10多个州整个电力网络瘫痪，相继崩溃，持续几十小时，抹尽人间繁华。类似大面积停电事故在美、加、德等国和中国海南、江西等地发生过。除去地震（雷击）灾害，再没有什么能像“电网停电”事件那样让社会和人群猝不及防，给社会带来动荡。因此，电网运行安全与否，事关国计民生和社会安定大业。

电力系统是与时间密切关联的大工业系统。无论电压、电流、相角、功角变化，都是基于时间轴的函数。现代电网安全运行，特别是超临界、超超临界发电机组相继并网运行，大区域电网互联，特高压输电技术发展，电网安全稳定运行对以计算机、通信技术为基础的电力自动化监测、监控、调度装置的时间同步提出高要求。要求微机继电保护装置、事件顺序记录装置、RTU远动装置、安全稳定控制系统、能量管理系统（EMS）、电力生产管理系统等都基于统一的标准（参考）时间运行，以满足事件顺序记录（SOE）、故障录波、实时数据采集时间一致性要求，确保线路故障测距、相量和功角动态监测、发电机组和电网参数校验的准确性，提高对电网事故分析和稳定性控制水平，提高运行效率及其可靠性。正在发展中的数字电力技术、电网预防控制在线预测系统（OPS）、广域测量系统（WAMS）、广域监测分析保护控制系统（WARMAP）等，更对电网时间同步有迫切需求。因而，安全可靠的高精度电网时钟的时间同步，是当代电网乃至未来智能电网运行的一项基本要求。所谓“时间同步”，就是指电网各级、各种用户装置的本地时钟与国家（电网）标准时钟精密对齐，其偏差可小于百万分之一秒。

二、国家863支持北斗授时提升中国电网运行安全

长期以来，我国电力企业的发电、输电、配电网及其计算机网络的时间同步系统，主要以美国GPS卫星作为时间基准源。GPS系统由美国军方开发和控制，可针对特定区域进行局部性能劣化设置和限制使用。美国政府从未对GPS信号的质量及使用期限给予任何的承诺和保证，一旦发生战争等紧急事态，美国关闭或调整GPS信号，必将引发我电网系统的重大安全事故。2009年5月，英国《每日邮报》报道，美国政府发出警告，GPS卫星网可能会在2010年瘫痪，将对全球数百万人产生不同程度的影响，对于依靠GPS的一些重点行业，将造成致命打击。我国的电力、电信、金融等系统目前对GPS的依赖性较强，一旦GPS的运行、维护出现问题甚至瘫痪，会对行业以至国民经济的运行产生难以估量的严重后果。为此，国家从战略层面考虑，提出防患对策。科技部国家高技术“自主卫星导航系统精密时间传递关键技术与示范”863项目（编号：2009AA12Z328），支持北斗天汇（北京）科技有限公司承担“北斗授时单元与时间同步钟及电网应用示范”研究。北斗天汇（北京）科技有限公司与61081部队、中国电子科技集团公司第54所、华北电力大学等单位合作，推进北斗卫星授时在国家电网中的应用，实现配电网在线故障定位，进行时间同步与故障定位技术的应用示范，开发电气量测量与时间信号的合并单元，为全新的继电保护、WAMS应用做基础研究，用以支持新一代数字变电站和电网动态监测。2009年9月，国家正式确立“天地互备，以北斗为主的电力授时体系”。目前，中国电网有8万多个用户站点需要高精度时间同步技术和设备支撑，北斗卫星授时应用必将提升中国电网运行的安全性、稳定性，并将形成产值超过千亿元的北斗授时产业链。

三、北斗标准时间同步钟推进智能电网/数字变电站发展

目前，北斗卫星导航系统RNSS、RDSS业务为用户提供单向授时和双向授时两种服务，单向授时的精度为50 ns，双向授时的精度为20 ns。在单向授时模式下，用户机无需与地面中心站交互信息，只需接收北斗卫星广播电文信号，自主获得本地时间（时钟）与北斗标准时间的钟差，实现时间同步，实时输出标准秒脉冲及其对应的年月日时分秒信息。在双向授时模式下，用户机与中心站交互信息，向中心站发射授时申请信号，由中心站计算出用户机与北斗标准时间的时差，再利用北斗卫星的通信功能，通过出站信号经卫星转发给用户，用户按此时差调整本地时钟，使之与标准时间对齐。无论单向、双向北斗授时，其精度都能满足电网时间同步应用需求。基于北斗通信功能的双向授时时间同步，虽然精度略高于单向授时，但是占用单位时段通信总量受限制的信道资源，而单向授时可以有无限个用户同时进行时间同步的突出优势，更受中国电网欢迎。

北斗天汇公司承担国家发改委产业化项目，见图2。该时间同步钟在BDTH北斗授时单元的基础上，采用智能化总线管理技术、模块标准化设计方案，具有软件对时规约和各种时间同步脉冲，具有可靠性高，功能多，精度高，性价比高和操作方便等特点。该钟由接收单元、时钟单元和输出单元三部分组成；接收北斗（GPS）卫星授时信号或IRIG-B时间码信号，将时钟牵引入跟踪锁定状态，并补偿传输延时，输出同步的时标信号和时间信息；在失去外部时间参考信号时，时钟进入守时保持状态，信号恢复后自动结束守时保持状态，重新牵引跟踪锁定，守时准确度达到1E-11（天），输出单元输出/显示时标信号（lPPS、lPPM、lPPH或可编程脉冲信号）、串行口时间信息报文、状态信号、告警信号以及支持NTP/SNTP网络时间同步协议的接收或输出口，PTP1588精确时间同步接口。该时钟在北京及附近电网示范，进行配电网在线故障定位、远距离站间时间同步，为智能电网动态监测和新一代数字变电站提供时间基准。



四、北斗授时标准化为电网安全保驾护航

为防控我国电力、通信、计算机/金融网络等领域依赖美国GPS授时的潜在风险和发展民族自主创新技术产业，国家发改委和国家标准委筹划，用北斗授时技术/服务标准化推进市场化、产业化。2005年国家发改委办公厅、国防科工委办公厅发文《关于加速推广北斗卫星导航系统应用有关工作》（发改办高技[2005]1996号），国标委高新技术部发文《关于转发“北斗”卫星导航系统应用有关标准工作研讨会”会议纪要的通知》（标委高新函[2005]28号），要求实施《北斗卫星导航系统授时及应用标准研究制定》项目，使北斗授时的发播、监控、接收、应用、技术、质量、服务等各项业务规范、统一、法制化，增强自主知识产权意识和民族自信心；增强北斗技术在国内、国际市场竞争力。北斗天汇（北京）科技有限公司负责，与中国人民解放军61081部队、中国科学院国家授时中心合作起草GB/T《北斗卫星单向授时技术规范》，并参与《北斗卫星共视时间传递技术规范》、《电力系统北斗卫星授时应用接口规范》等其它11个北斗授时应用系列标准起草，用标准条款规范、指导、解决北斗授时应用产业化问题。依据标准，电力用户可用“北斗标准时间同步钟”按基本式、主从式、主备式方式联网，组成不同等级的电网时间同步系统 ，为各级电力设施和管理提供可靠的北斗标准时间，保证电网运行稳定安全。

  作者简介
刘忠华（1956-） 北斗天汇(北京)科技有限公司创始人，董事长兼总裁。