北斗在電力領(lǐng)域的示范應(yīng)用

北斗在電力領(lǐng)域的示范應(yīng)用在電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)過程中，難免會(huì)有接地、短路等故障，因此需要電力工人進(jìn)行故障位置確定和巡線。然而變電站之間的距離較大，稍遠(yuǎn)一點(diǎn)的兩個(gè)站點(diǎn)之間就有幾百公里，因此在平原地區(qū)的巡線工作相對(duì)較為容易，但在如西南山區(qū)等地區(qū)較為困難。八十年代電力系統(tǒng)進(jìn)行了一次故障測(cè)試實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)時(shí)間同步的問題有待解決，從而引入了GPS系統(tǒng)；90年代初全世界均采用了同步向量測(cè)量系統(tǒng)（PMU），也稱為電力系統(tǒng)的健康體檢系統(tǒng)。在從80年代到90年代的這段時(shí)期內(nèi)，我國(guó)電力領(lǐng)域主要依賴GPS的時(shí)間同步技術(shù)。但由于GPS系統(tǒng)受美國(guó)控制，安全隱患始終難以消除，為了防止其影響我國(guó)電力設(shè)備的正常工作，進(jìn)而避免電力系統(tǒng)工作紊亂等災(zāi)難性后果，滿足電力生產(chǎn)及管理業(yè)務(wù)等方面的時(shí)間精度需求，尤其是我國(guó)提出時(shí)間的自主性、安全性和可靠性要求后，單一GPS授時(shí)已經(jīng)不能適應(yīng)電力行業(yè)發(fā)展的要求。我國(guó)自主建立的北斗系統(tǒng)發(fā)展迅速，技術(shù)日漸成熟，安全性明顯優(yōu)于GPS，對(duì)保障電網(wǎng)運(yùn)行控制的安全可靠及電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重大意義。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在電力行業(yè)的推廣應(yīng)用可以大大提高未來國(guó)家能源建設(shè)的可靠性。一、北斗在電力領(lǐng)域的示范應(yīng)用（一）總體情況2010年，國(guó)家電網(wǎng)公司開始大力推進(jìn)北斗系統(tǒng)在電力行業(yè)的應(yīng)用，目前主要應(yīng)用包括高精度授時(shí)、授頻、車輛定位導(dǎo)航以及短報(bào)文通信應(yīng)用。截止2016年底，在北斗授時(shí)方面，電網(wǎng)控制領(lǐng)域90%的調(diào)度主站自動(dòng)化系統(tǒng)和20%的變電站時(shí)間同步裝備均已接收北斗授時(shí)信號(hào)（66KV及以下變電站配置時(shí)間同步系統(tǒng)較少），新建和改造調(diào)度主站自動(dòng)化系統(tǒng)/變電站時(shí)間同步裝置100%接收北斗授時(shí)信號(hào)；管理信息領(lǐng)域100%應(yīng)用北斗授時(shí)信號(hào)。隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展，調(diào)度自動(dòng)化、變電站雷電定位、功角測(cè)量單元、行波測(cè)距等裝置對(duì)時(shí)間精度提出了更加嚴(yán)格的要求。在北斗授頻方面，電力通信頻率同步網(wǎng)中14%的重要節(jié)點(diǎn)已接收北斗授頻信號(hào)；在北斗定位方面，國(guó)家電網(wǎng)公司總部及所屬各單位85%的公務(wù)生產(chǎn)用車輛均安裝了基于北斗定位的車載終端，全部統(tǒng)建的應(yīng)急指揮通信車也都配置了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。高精度定位功能在輸電線路桿塔形變監(jiān)測(cè)、配電終端故障定位方面發(fā)揮著重要作用。除此之外，在電力工程測(cè)繪、電力智能巡檢、充電樁管理、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域也有示范性應(yīng)用。在北斗短報(bào)文通信方面，部門省公司通信公網(wǎng)未覆蓋地區(qū)已采用北斗短報(bào)文通信，解決了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程回傳問題。（二）標(biāo)準(zhǔn)制定2009年，國(guó)家能源局發(fā)布《DL/T1100.1-2009電力系統(tǒng)的時(shí)間同步系統(tǒng)第1部分：技術(shù)規(guī)范》中明確要求，應(yīng)用電力的時(shí)間同步設(shè)備應(yīng)配置北斗授時(shí)模塊；2010年，國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布《十二五發(fā)展規(guī)劃》中強(qiáng)調(diào)了電力時(shí)間同步系統(tǒng)建設(shè)的基本原則，其中對(duì)“北斗授時(shí)為主”的授時(shí)原則進(jìn)行了描述，同年國(guó)家質(zhì)檢總局和國(guó)標(biāo)委聯(lián)合印發(fā)的《GBT26866-2011電力系統(tǒng)的時(shí)間同步系統(tǒng)檢測(cè)規(guī)范》也對(duì)北斗在電力應(yīng)用進(jìn)行了規(guī)范；2013年，國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布了《關(guān)于加強(qiáng)電力系統(tǒng)時(shí)間同步運(yùn)行管理工作的通知（調(diào)自[2013]82號(hào)）》文件，對(duì)時(shí)間同步裝置的以北斗為主的多元判決機(jī)制、監(jiān)控機(jī)制等做了詳細(xì)的要求。此外，《國(guó)家電網(wǎng)公司通信頻率同步網(wǎng)建設(shè)指導(dǎo)意見》、《國(guó)家電網(wǎng)公司智能運(yùn)檢技術(shù)發(fā)展規(guī)劃》、《國(guó)家電網(wǎng)公司“十三五”運(yùn)檢專業(yè)規(guī)劃》以及充電站、充電樁、機(jī)器人和無人機(jī)等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均將北斗列入重點(diǎn)技術(shù)和資金支持領(lǐng)域。（三）示范應(yīng)用1.北斗授時(shí)電網(wǎng)控制領(lǐng)域90%的調(diào)度主站自動(dòng)化系統(tǒng)和20%的變電站（66KV以下變電站配置時(shí)間同步系統(tǒng)較少）時(shí)間同步裝置已接收北斗授時(shí)信號(hào)，新建和改造調(diào)度主站自動(dòng)化系統(tǒng)/變電站時(shí)間同步裝置100%接收北斗授時(shí)信號(hào)；管理信息領(lǐng)域100%應(yīng)用北斗授時(shí)信號(hào)。在北京、上海、西安三地災(zāi)備中心分別建設(shè)完成了3個(gè)安全穩(wěn)定可靠的一級(jí)時(shí)間源節(jié)點(diǎn)，該時(shí)間源節(jié)點(diǎn)以北斗信號(hào)為主、GPS信號(hào)為輔溯源到統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。截止2017年底，國(guó)家電網(wǎng)110KV以上變電站時(shí)間同步系統(tǒng)北斗應(yīng)用近12000臺(tái)/套，覆蓋率近95%。2013年后，新建及改造變電站北斗衛(wèi)星授時(shí)介入率達(dá)100%，在電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行過程中發(fā)揮了很好的作用。2.導(dǎo)航定位2008年，國(guó)網(wǎng)公司在應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)建設(shè)之初即采用了北斗一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，統(tǒng)建的全部應(yīng)急通信車均安裝了北斗定位終端。公司已建設(shè)統(tǒng)一車輛管理平臺(tái)，覆蓋公司生產(chǎn)和公務(wù)用車16.8萬輛。2015年12月，完成車載終端的應(yīng)用數(shù)量約為41046個(gè)。2016年12月，在全國(guó)范圍開展平臺(tái)的推廣應(yīng)用，已完成國(guó)網(wǎng)北京、冀北、天津、河北、山西、上海、江蘇與浙江等27家省電力公司、6個(gè)分部及直屬單位，約計(jì)4萬臺(tái)北斗車載終端的安裝工作。國(guó)網(wǎng)正在積極推進(jìn)無人機(jī)、機(jī)器人巡檢試點(diǎn)應(yīng)用，積極推廣充電站、充電樁和配網(wǎng)設(shè)設(shè)備定向應(yīng)用。3.短報(bào)文通信目前北斗短報(bào)文用電信息采集裝置已在青海、寧夏、浙江、冀北、重慶和四川等電力公司通信公網(wǎng)未覆蓋地區(qū)投入使用，應(yīng)用規(guī)模為2725套；在配網(wǎng)終端檢測(cè)方面，目前國(guó)網(wǎng)冀北電力正在開展北斗衛(wèi)星系統(tǒng)支撐配網(wǎng)智能化建設(shè)示范應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)通信公網(wǎng)未覆蓋地區(qū)的故障定位與搶修，共使用北斗短報(bào)文終端70套，北斗手持終端5臺(tái)，北斗指揮機(jī)2臺(tái)；應(yīng)急通信方面，目前已在統(tǒng)建的13輛應(yīng)急通信車上安裝使用了北斗短報(bào)文終端，利用北斗系統(tǒng)定位車輛位置并回傳。4.發(fā)展目標(biāo)以國(guó)家北斗安全發(fā)展戰(zhàn)略為指導(dǎo)，以實(shí)際業(yè)務(wù)求滿足為任務(wù)，采用“統(tǒng)一建設(shè)、分步實(shí)施、逐級(jí)應(yīng)用”的原則，構(gòu)建具有電力特色的北斗應(yīng)用體系，健全完備的北斗電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制度、檢測(cè)體系等，全面實(shí)現(xiàn)與公司生產(chǎn)體系和業(yè)務(wù)體系的深度融合。到2020年，依據(jù)公司自身技術(shù)和業(yè)務(wù)積累，結(jié)合北斗產(chǎn)業(yè)總體發(fā)展環(huán)境和外部趨勢(shì)，立足電力生產(chǎn)業(yè)務(wù)擴(kuò)大北斗應(yīng)用規(guī)模，建成基于北斗等衛(wèi)星通信的電力應(yīng)用服務(wù)網(wǎng)，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)北斗系統(tǒng)應(yīng)用全覆蓋，構(gòu)建自主可控的安全體系，完善電力行業(yè)北斗應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系，推動(dòng)北斗系統(tǒng)國(guó)際化，全面支撐全球能源互聯(lián)網(wǎng)和“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略。5.重點(diǎn)領(lǐng)域與主要任務(wù)1）建設(shè)位置、短報(bào)文、時(shí)頻服務(wù)網(wǎng)依托公司變電站資源和電力專網(wǎng)光纖鏈路，建設(shè)“位置、短報(bào)文、時(shí)頻”綜合服務(wù)網(wǎng)；建設(shè)北斗地基增強(qiáng)站，構(gòu)建國(guó)家北斗精準(zhǔn)位置服務(wù)網(wǎng)電力專網(wǎng)。2）建立電力行業(yè)北斗數(shù)據(jù)中心負(fù)責(zé)電力行業(yè)北斗系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理運(yùn)行，開展數(shù)據(jù)信息挖掘與應(yīng)用，推進(jìn)高密度數(shù)據(jù)流處理與分析，提供精密、精準(zhǔn)數(shù)據(jù)服務(wù)，提升用戶位置信息的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，形成電力行業(yè)自主可控的導(dǎo)航與位置服務(wù)能力，并組織開展電力行業(yè)數(shù)據(jù)分析發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃研究。3）建設(shè)基于北斗的行業(yè)應(yīng)用軟硬件設(shè)施開展電力北斗芯片技術(shù)研究，設(shè)計(jì)電力行業(yè)專用基帶芯片、射頻芯片和SoC芯片，實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)和定位信息處理，北斗衛(wèi)星高頻信號(hào)上下變頻、濾波和放大處理等功能。4）完善北斗業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)體系鼓勵(lì)傳統(tǒng)業(yè)務(wù)北斗應(yīng)用，開拓北斗應(yīng)用新領(lǐng)域，借助北斗系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)無人區(qū)、深林覆蓋區(qū)域電力設(shè)備的監(jiān)控和災(zāi)害預(yù)警，研究無人巡檢和自動(dòng)告警技術(shù)，有效提升電網(wǎng)管理精益化程度。6.應(yīng)用展望：互聯(lián)網(wǎng)+北斗+智能電網(wǎng)根據(jù)國(guó)家能源局電力“十三五”規(guī)劃預(yù)測(cè)，構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+北斗+智能電網(wǎng)”電力運(yùn)營(yíng)模式，全面推動(dòng)北斗在“發(fā)、輸、配、變、用、調(diào)度”等領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，推動(dòng)智能電網(wǎng)發(fā)展。2016-2018年電力時(shí)間同步系統(tǒng)新建站需求北斗設(shè)備5830臺(tái)套，改造152臺(tái)套，預(yù)計(jì)至2020年，將建設(shè)集中式換電站1.2萬座，充電樁480萬個(gè)。配網(wǎng)自動(dòng)化作為十三五工作重點(diǎn)，各設(shè)備間均需要位置和時(shí)間信息，但應(yīng)用模式需要開發(fā)。北斗在配網(wǎng)自動(dòng)化領(lǐng)域有著上億級(jí)用戶體量，并在電力設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)（無人機(jī)、機(jī)器人、桿塔形變等領(lǐng)域）有著的廣闊應(yīng)用空間。7.落實(shí)一帶一路政策，加強(qiáng)國(guó)際合作近年來，國(guó)家電網(wǎng)公司積極開展對(duì)外業(yè)務(wù)，擴(kuò)展電力裝備出口，積極推進(jìn)高效火電、水電、核電、輸變電等大型成套設(shè)備出口，積極推動(dòng)對(duì)外電力服務(wù)，帶動(dòng)電力設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)服務(wù)國(guó)際合作，先后參與巴西、葡萄牙、俄羅斯等國(guó)家地區(qū)的電力建設(shè)項(xiàng)目。中國(guó)北斗可以跟隨電力的國(guó)際化，走出中國(guó)，進(jìn)入海外；同時(shí)北斗也為電力國(guó)際化提供了支撐和保障。二、北斗對(duì)大電網(wǎng)測(cè)量與控制的意義當(dāng)下我國(guó)電力系統(tǒng)在能源革命背景下面臨新的挑戰(zhàn)。目前我國(guó)電力總裝機(jī)容量13億KW，位居世界第一，其中西電東送4億KW；擁有2條1000KV特高壓（世界最高電壓等級(jí)），4條±800KC特高壓直流（HVDC），以及31條常規(guī)直流線路。我國(guó)已形成世界上服務(wù)人口最多、覆蓋區(qū)域范圍最廣、輸電電壓等級(jí)最高、可再生能源裝機(jī)容量最大的大型互聯(lián)電網(wǎng)。主要用電區(qū)域集中在華北和華中地區(qū)，而電力供給較為分散，如分布在東北的新能源、西北的風(fēng)電和西南的水電。由于電力不能大規(guī)模儲(chǔ)存，因此保證電力的并網(wǎng)和時(shí)間同步，維護(hù)電網(wǎng)的穩(wěn)定性非常重要，實(shí)現(xiàn)如此復(fù)雜系統(tǒng)的實(shí)時(shí)能量平衡是一項(xiàng)世界性難題。大停電事故會(huì)造成嚴(yán)重的社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)損失。上世紀(jì)90年代PMU誕生后，其同步性和快速性使大電網(wǎng)動(dòng)態(tài)過程監(jiān)測(cè)與控制成為可能，在歷次大停電事故中發(fā)揮了巨大作用，目前已在世界范圍內(nèi)推廣應(yīng)用，國(guó)內(nèi)現(xiàn)在已擁有超過2500臺(tái)PMU。我國(guó)電網(wǎng)的大電網(wǎng)動(dòng)態(tài)過程監(jiān)測(cè)與控制在較長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)主要依賴全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS時(shí)間同步技術(shù)。北斗授時(shí)精度完全可以滿足電力系統(tǒng)廣域相量測(cè)量系統(tǒng)對(duì)時(shí)間同步的需求，從而擺脫了對(duì)GPS的依賴。三、電力領(lǐng)域相關(guān)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)情況2017年2月，國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院全資成立獨(dú)立法人檢測(cè)機(jī)構(gòu)“國(guó)網(wǎng)電科院檢測(cè)認(rèn)證技術(shù)有限公司”。中心/實(shí)驗(yàn)室具有國(guó)家級(jí)資質(zhì)認(rèn)定CMA和國(guó)家實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可CNAS資質(zhì)，可以向社會(huì)出具具有證明作用的數(shù)據(jù)和結(jié)果。中心/實(shí)驗(yàn)室是2個(gè)公司重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和1個(gè)公司實(shí)驗(yàn)室的依托單位，同時(shí)也是“智能電