風(fēng)能作為一種可再生能源，日益受到世界的關(guān)注與重視。近年來(lái)，我國(guó)的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)得到迅速發(fā)展，2007年到2012年底，裝機(jī)容量從5.9GW增長(zhǎng)到75.3GW。截止2013年，我國(guó)累計(jì)安裝風(fēng)電機(jī)組63120臺(tái)，裝機(jī)容量約91.4G，位居世界第一。在風(fēng)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，我國(guó)風(fēng)電行業(yè)在創(chuàng)新能力上也取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但控制系統(tǒng)等關(guān)鍵核心部件仍依賴進(jìn)口，這導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)絕大多數(shù)采用國(guó)外控制系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)一些風(fēng)電場(chǎng)，特別是一些大型風(fēng)電場(chǎng)以及特大型風(fēng)電場(chǎng)存在不同廠家的不同類型的風(fēng)電機(jī)組，機(jī)組控制器也多種多樣，如MITA控制器、倍?？刂破髋c西門子控制器等，由于人為與管理等各種因素，風(fēng)電機(jī)組控制器時(shí)間難以統(tǒng)一，難以與風(fēng)電場(chǎng)時(shí)間同步，給風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行與事故后分析帶來(lái)嚴(yán)峻考驗(yàn)。

　　GPS對(duì)時(shí)以GPS信號(hào)作為時(shí)間源，同步網(wǎng)絡(luò)中的所有計(jì)算機(jī)、控制器等設(shè)備，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于金融、通信、電力、交通、廣電、安防、水利、石化、冶金、國(guó)防、醫(yī)療、教育、政府機(jī)關(guān)、IT等眾多領(lǐng)域，其對(duì)時(shí)方法與技術(shù)存在大量研究報(bào)告。目前，有關(guān)GPS對(duì)時(shí)在風(fēng)電場(chǎng)的應(yīng)用報(bào)道較少。本文指出了傳統(tǒng)控制器時(shí)間設(shè)置存在的問(wèn)題，在介紹GPS對(duì)時(shí)方式基礎(chǔ)上，針對(duì)現(xiàn)有風(fēng)電場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)與機(jī)組分散特點(diǎn)，研究了風(fēng)電場(chǎng)GPS對(duì)時(shí)網(wǎng)絡(luò)與方法，提出了風(fēng)電場(chǎng)對(duì)時(shí)方案，以及在國(guó)內(nèi)某風(fēng)電場(chǎng)的成功應(yīng)用。應(yīng)用結(jié)果表明，利用GPS對(duì)整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)控制器進(jìn)行統(tǒng)一對(duì)時(shí)是可行的，它將提高機(jī)組控制器與日志信息時(shí)間準(zhǔn)確性，解決了風(fēng)電場(chǎng)與機(jī)組時(shí)間不同步問(wèn)題，為風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行與事故分析提供了時(shí)間基準(zhǔn)。

　　傳統(tǒng)控制器時(shí)間設(shè)置與問(wèn)題

　　在風(fēng)電場(chǎng)前期調(diào)試過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員會(huì)根據(jù)風(fēng)電機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試指導(dǎo)書中的要求和步驟，去核實(shí)與設(shè)置控制器時(shí)間。如果控制器當(dāng)前時(shí)間不正確或不準(zhǔn)確，將手動(dòng)重新設(shè)置。對(duì)于MITA控制器而言，控制器當(dāng)前日期與時(shí)間為CurrentTime的值，如果需要重新設(shè)置控制器的日期與時(shí)間，在SetRTCTime一欄，輸入所需設(shè)置的日期與時(shí)間，如圖1所示。

　　對(duì)于操作系統(tǒng)為Wince倍?？刂葡到y(tǒng)來(lái)說(shuō)，其日期與時(shí)間顯示如圖2所示，其設(shè)置方法與windows系統(tǒng)日期與時(shí)間設(shè)置方法一致。

　　從上面分析來(lái)看，傳統(tǒng)的時(shí)間設(shè)置方法存在如下幾大缺點(diǎn)：

　　（1）增加現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員的工作量，特別是不同控制系統(tǒng)，其日期與時(shí)間查看與設(shè)置方法也不盡相同。

　?。?）傳統(tǒng)的時(shí)間設(shè)置方法，很難滿足電力系統(tǒng)對(duì)設(shè)備時(shí)間的要求。

　?。?）容易受到現(xiàn)場(chǎng)人員主觀因素與廠家調(diào)試指導(dǎo)書內(nèi)容的影響，控制器日期與時(shí)間準(zhǔn)確性很難得到保障。在國(guó)內(nèi)某個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，電網(wǎng)電壓出現(xiàn)了一次波動(dòng)，兩臺(tái)機(jī)組控制器記錄故障數(shù)據(jù)如圖3與圖4所示。從圖中可以看出，兩臺(tái)機(jī)組記錄事件時(shí)間完全不一致，相差了30min左右，這給風(fēng)電場(chǎng)事故分析與故障定位帶來(lái)很大麻煩。經(jīng)事后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，是由于人為原因?qū)е驴刂破鲿r(shí)間設(shè)置不正確。

　　GPS對(duì)時(shí)方式

　　GPS，又稱全球定位系統(tǒng)，是20世紀(jì)70年代由美國(guó)研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，它由地面控制部分、空間部分與用戶裝置部分三部分組成。其對(duì)時(shí)方式主要有脈沖對(duì)時(shí)、串行口對(duì)時(shí)、IRIG－B時(shí)鐘碼對(duì)時(shí)三種。

　　一、脈沖對(duì)時(shí)方式

　　脈沖對(duì)時(shí)方式多采用空接點(diǎn)接入方式，它可以分為：

　　秒脈沖(PPS)－GPS時(shí)鐘1s對(duì)設(shè)備對(duì)時(shí)1次。

　　分脈沖(PPM)－GPS時(shí)鐘1min對(duì)設(shè)備對(duì)時(shí)1次。

　　時(shí)脈沖(PPH)－GPS時(shí)鐘1h對(duì)設(shè)備對(duì)時(shí)1次。

　　二、串行口對(duì)時(shí)方式

　　該對(duì)時(shí)設(shè)備通過(guò)GPS時(shí)鐘的串行口，接收時(shí)鐘信息，來(lái)矯正自身的時(shí)鐘。對(duì)時(shí)協(xié)議有RS232協(xié)議、RS422/485協(xié)議等。該對(duì)時(shí)方式原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。

　　在此對(duì)時(shí)方式下，GPS裝置以每秒一個(gè)信息的速度給對(duì)時(shí)設(shè)備發(fā)送信號(hào)。其中GPS串口信息的格式如圖5所示。

　　其中，字符<S>與秒脈沖（PPS）的前沿對(duì)齊，裝置收到衛(wèi)星信號(hào)則發(fā)送字符S，裝置失步就停發(fā)字符S，S的ASCII碼為53H；<T>為發(fā)送時(shí)間信息的信息頭，T的ASCII碼為54H；小時(shí)的十位、個(gè)位、分鐘的十位、個(gè)位...直到年的個(gè)位信息，分別為0－9的ASCII碼（30H－39H）；校驗(yàn)字節(jié)是小時(shí)的十位、個(gè)位、分鐘的十位、個(gè)位...直到年的個(gè)位信息逐字節(jié)異或后再非運(yùn)算的結(jié)果（即：異或非校驗(yàn)）；<A>為發(fā)送時(shí)間信息的信息結(jié)尾，A的ASCII碼為41H。

　　三、IRIG－B時(shí)鐘碼對(duì)時(shí)方式

　　IRIG－B是專為時(shí)鐘傳輸而制訂的時(shí)鐘碼標(biāo)準(zhǔn)。每秒鐘輸出一幀含有時(shí)間、日期和年份的時(shí)鐘信息。這種對(duì)時(shí)非常精確。

　　風(fēng)電場(chǎng)GPS對(duì)時(shí)方案

　　風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組具有分布散、分布遠(yuǎn)等特點(diǎn)，特別是大型風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)，其最遠(yuǎn)機(jī)組離監(jiān)控中心距離達(dá)幾公里，甚至超過(guò)10公里。如果采用傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)GPS對(duì)時(shí)方式給風(fēng)電機(jī)組對(duì)時(shí)，一是需要大量增加GPS裝置與鋪設(shè)通信線路，增加風(fēng)電場(chǎng)投資成本。二是所需信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于GPS裝置所傳輸距離，無(wú)法滿足對(duì)時(shí)需求。因此，傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)時(shí)方式無(wú)法滿足風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際需求。

　　考慮到風(fēng)電場(chǎng)配置，風(fēng)電場(chǎng)GPS對(duì)時(shí)可采用串口對(duì)時(shí)方式。首先，將風(fēng)電場(chǎng)SCADA系統(tǒng)作為一個(gè)普通的設(shè)備，由它與GPS裝置實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，實(shí)時(shí)獲得的時(shí)間報(bào)文，并實(shí)現(xiàn)SCADA主機(jī)自身時(shí)間對(duì)時(shí)。然后，將SCADA系統(tǒng)作為虛擬時(shí)間源與主機(jī)，通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)專用網(wǎng)絡(luò)，每隔一段時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行對(duì)時(shí)。其示意方案如圖6所示。

　　在風(fēng)電場(chǎng)對(duì)時(shí)方案中，SCADA系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收GPS時(shí)間信息，只有接收到同步信號(hào)與正確時(shí)間報(bào)文的時(shí)候，才會(huì)對(duì)自身進(jìn)行對(duì)時(shí)，并通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)專用局域網(wǎng)，將時(shí)間報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)給每臺(tái)機(jī)組。機(jī)組主控接收到正確報(bào)文后，對(duì)時(shí)間報(bào)文進(jìn)行解析，轉(zhuǎn)化成預(yù)設(shè)時(shí)間，如果控制器當(dāng)前時(shí)間與預(yù)設(shè)時(shí)間不一致，將自動(dòng)修改控制器的當(dāng)前時(shí)間，否則將自動(dòng)放棄。在風(fēng)電場(chǎng)對(duì)時(shí)過(guò)程中，為了不增加控制器CPU負(fù)擔(dān)，建議SCADA系統(tǒng)每隔一小時(shí)對(duì)機(jī)組進(jìn)行一次對(duì)時(shí)。

　　利用上述對(duì)時(shí)方案，帶來(lái)如下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：一是不增加風(fēng)電場(chǎng)投資成本，在充分利用了風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)有設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)前提條件，即可實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)控制系統(tǒng)對(duì)時(shí)；二是提高風(fēng)電場(chǎng)自動(dòng)化水平，克服人員的主觀性等不確定因素帶來(lái)的影響；三是創(chuàng)新性地將SCADA系統(tǒng)作為虛擬的時(shí)間源，以一對(duì)多的方式對(duì)分散式機(jī)組進(jìn)行統(tǒng)一對(duì)時(shí)；四是以太網(wǎng)通信方式克服傳統(tǒng)的GPS串口通信等方式距離限制，給風(fēng)電場(chǎng)GPS對(duì)時(shí)奠定了通信基礎(chǔ)。

　　應(yīng)用案例

　　河北省某風(fēng)電場(chǎng)采用了上述的對(duì)時(shí)方案之后，機(jī)組控制器時(shí)間保持一致。結(jié)果如圖7所示。

　　案例表明，利用GPS對(duì)整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)控制器進(jìn)行統(tǒng)一對(duì)時(shí)是可行的，解決了機(jī)組與機(jī)組之間時(shí)間不一致問(wèn)題，從而提高機(jī)組控制器與日志信息時(shí)間的準(zhǔn)確性，解決了風(fēng)電場(chǎng)與機(jī)組時(shí)間不同步問(wèn)題。

　　結(jié)論

　　采用本文介紹的風(fēng)電場(chǎng)對(duì)時(shí)方案，利用GPS對(duì)整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)控制器進(jìn)行統(tǒng)一對(duì)時(shí)是可行的，它將提高機(jī)組控制器與日志信息時(shí)間的準(zhǔn)確性，解決了風(fēng)電場(chǎng)與機(jī)組時(shí)間不同步問(wèn)題，為風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行與事故分析提供了時(shí)間基準(zhǔn)，便于風(fēng)電場(chǎng)管理人員對(duì)機(jī)組與機(jī)組故障進(jìn)行統(tǒng)一管理與分析。