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，我國的風(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增長到75.3GW。截止2013年，我國累計安裝風(fēng)電機(jī)組63120臺，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，我國風(fēng)電行業(yè)在創(chuàng)新能力上也取得了長足進(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)采用國外控制系統(tǒng)。國內(nèi)一些風(fēng)電場，特別是一些大型風(fēng)電場以及特大型風(fēng)電場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)組控制器時間難以統(tǒng)一，難以與風(fēng)電場時間同步，給風(fēng)電場運(yùn)行與事故后分析帶來嚴(yán)峻考驗。

　　GPS對時以GPS信號作為時間源，同步網(wǎng)絡(luò)中的所有計算機(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、國防、醫(yī)療、教育、政府機(jī)關(guān)、IT等眾多領(lǐng)域，其對時方法與技術(shù)存在大量研究報告。目前，有關(guān)GPS對時在風(fēng)電場的應(yīng)用報道較少。本文指出了傳統(tǒng)控制器時間設(shè)置存在的問題，在介紹GPS對時方式基礎(chǔ)上，針對現(xiàn)有風(fēng)電場網(wǎng)絡(luò)與機(jī)組分散特點(diǎn)，研究了風(fēng)電場GPS對時網(wǎng)絡(luò)與方法，提出了風(fēng)電場對時方案，以及在國內(nèi)某風(fēng)電場的成功應(yīng)用。應(yīng)用結(jié)果表明，利用GPS對整個風(fēng)電場控制器進(jìn)行統(tǒng)一對時是可行的，它將提高機(jī)組控制器與日志信息時間準(zhǔn)確性，解決了風(fēng)電場與機(jī)組時間不同步問題，為風(fēng)電場運(yùn)行與事故分析提供了時間基準(zhǔn)。

　　傳統(tǒng)控制器時間設(shè)置與問題

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

　　對于操作系統(tǒng)為Wince倍福控制系統(tǒng)來說，其日期與時間顯示如圖2所示，其設(shè)置方法與windows系統(tǒng)日期與時間設(shè)置方法一致。

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

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

　　（2）傳統(tǒng)的時間設(shè)置方法，很難滿足電力系統(tǒng)對設(shè)備時間的要求。

　?。?）容易受到現(xiàn)場人員主觀因素與廠家調(diào)試指導(dǎo)書內(nèi)容的影響，控制器日期與時間準(zhǔn)確性很難得到保障。在國內(nèi)某個風(fēng)電場，電網(wǎng)電壓出現(xiàn)了一次波動，兩臺機(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，兩臺機(jī)組記錄事件時間完全不一致，相差了30min左右，這給風(fēng)電場事故分析與故障定位帶來很大麻煩。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間設(shè)置不正確。

　　GPS對時方式

　　GPS，又稱全球定位系統(tǒng)，是20世紀(jì)70年代由美國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。其對時方式主要有脈沖對時、串行口對時、IRIG－B時鐘碼對時三種。

　　一、脈沖對時方式

　　脈沖對時方式多采用空接點(diǎn)接入方式，它可以分為：

　　秒脈沖(PPS)－GPS時鐘1s對設(shè)備對時1次。

　　分脈沖(PPM)－GPS時鐘1min對設(shè)備對時1次。

　　時脈沖(PPH)－GPS時鐘1h對設(shè)備對時1次。

　　二、串行口對時方式

　　該對時設(shè)備通過GPS時鐘的串行口，接收時鐘信息，來矯正自身的時鐘。對時協(xié)議有RS232協(xié)議、RS422/485協(xié)議等。該對時方式原理簡單，易于實現(xiàn)。

　　在此對時方式下，GPS裝置以每秒一個信息的速度給對時設(shè)備發(fā)送信號。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）的前沿對齊，裝置收到衛(wèi)星信號則發(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)送時間信息的信息頭，T的ASCII碼為54H；小時的十位、個位、分鐘的十位、個位...直到年的個位信息，分別為0－9的ASCII碼（30H－39H）；校驗字節(jié)是小時的十位、個位、分鐘的十位、個位...直到年的個位信息逐字節(jié)異或后再非運(yùn)算的結(jié)果（即：異或非校驗）；<A>為發(fā)送時間信息的信息結(jié)尾，A的ASCII碼為41H。

　　三、IRIG－B時鐘碼對時方式

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

　　風(fēng)電場GPS對時方案

　　風(fēng)電場風(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10公里。如果采用傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)GPS對時方式給風(fēng)電機(jī)組對時，一是需要大量增加GPS裝置與鋪設(shè)通信線路，增加風(fēng)電場投資成本。二是所需信號傳輸距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于GPS裝置所傳輸距離，無法滿足對時需求。因此，傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)對時方式無法滿足風(fēng)電場實際需求。

　　考慮到風(fēng)電場配置，風(fēng)電場GPS對時可采用串口對時方式。首先，將風(fēng)電場SCADA系統(tǒng)作為一個普通的設(shè)備，由它與GPS裝置實現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信，實時獲得的時間報文，并實現(xiàn)SCADA主機(jī)自身時間對時。然后，將SCADA系統(tǒng)作為虛擬時間源與主機(jī)，通過風(fēng)電場專用網(wǎng)絡(luò)，每隔一段時間，實現(xiàn)對整個風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行對時。其示意方案如圖6所示。

　　在風(fēng)電場對時方案中，SCADA系統(tǒng)實時接收GPS時間信息，只有接收到同步信號與正確時間報文的時候，才會對自身進(jìn)行對時，并通過風(fēng)電場專用局域網(wǎng)，將時間報文轉(zhuǎn)發(fā)給每臺機(jī)組。機(jī)組主控接收到正確報文后，對時間報文進(jìn)行解析，轉(zhuǎn)化成預(yù)設(shè)時間，如果控制器當(dāng)前時間與預(yù)設(shè)時間不一致，將自動修改控制器的當(dāng)前時間，否則將自動放棄。在風(fēng)電場對時過程中，為了不增加控制器CPU負(fù)擔(dān)，建議SCADA系統(tǒng)每隔一小時對機(jī)組進(jìn)行一次對時。

　　利用上述對時方案，帶來如下幾個優(yōu)勢：一是不增加風(fēng)電場投資成本，在充分利用了風(fēng)電場現(xiàn)有設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)前提條件，即可實現(xiàn)風(fēng)電場控制系統(tǒng)對時；二是提高風(fēng)電場自動化水平，克服人員的主觀性等不確定因素帶來的影響；三是創(chuàng)新性地將SCADA系統(tǒng)作為虛擬的時間源，以一對多的方式對分散式機(jī)組進(jìn)行統(tǒng)一對時；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GPS對時奠定了通信基礎(chǔ)。

　　應(yīng)用案例

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

　　案例表明，利用GPS對整個風(fēng)電場控制器進(jìn)行統(tǒng)一對時是可行的，解決了機(jī)組與機(jī)組之間時間不一致問題，從而提高機(jī)組控制器與日志信息時間的準(zhǔn)確性，解決了風(fēng)電場與機(jī)組時間不同步問題。

　　結(jié)論

　　采用本文介紹的風(fēng)電場對時方案，利用GPS對整個風(fēng)電場控制器進(jìn)行統(tǒng)一對時是可行的，它將提高機(jī)組控制器與日志信息時間的準(zhǔn)確性，解決了風(fēng)電場與機(jī)組時間不同步問題，為風(fēng)電場運(yùn)行與事故分析提供了時間基準(zhǔn)，便于風(fēng)電場管理人員對機(jī)組與機(jī)組故障進(jìn)行統(tǒng)一管理與分析。