日月更替，斗轉(zhuǎn)星移，時間見證一切的變化。時鐘嘀嗒，記錄著時間的長度和刻度。單位時間內(nèi)某件事情重復(fù)的次數(shù)是頻率。時間和頻率是計量領(lǐng)域中不可分割的兩個重要物理量。如今，經(jīng)濟(jì)社會的飛速發(fā)展對時間頻率計量精度提出了越來越高的要求。系統(tǒng)導(dǎo)航、網(wǎng)絡(luò)通信等各類關(guān)系國計民生的產(chǎn)業(yè)均離不開時間頻率的精準(zhǔn)同步。
時間頻率量值同樣關(guān)系著電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，在電力系統(tǒng)各領(lǐng)域發(fā)揮著重要的基礎(chǔ)保障作用。能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程的推進(jìn)也對時間頻率精準(zhǔn)計量提出更高要求。應(yīng)從時間頻率高精度量值溯源、遠(yuǎn)程量值傳遞及計量標(biāo)準(zhǔn)能力提升等方面加大創(chuàng)新攻關(guān)力度，為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)提供技術(shù)支撐。
時間頻率精準(zhǔn)同步助力電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行
時間頻率量值的準(zhǔn)確一致至關(guān)重要。時間頻率的計量應(yīng)按照國家計量法制管理相關(guān)規(guī)定，統(tǒng)一溯源到上級計量標(biāo)準(zhǔn)或由上級計量標(biāo)準(zhǔn)傳遞到下級計量標(biāo)準(zhǔn)。電力系統(tǒng)的源、網(wǎng)、荷、儲各領(lǐng)域的運(yùn)行控制與評估分析均和時間頻率的精準(zhǔn)同步緊密相關(guān)。近年來，為保障電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，國家電網(wǎng)有限公司逐步建立了時間頻率基準(zhǔn)系統(tǒng)，構(gòu)建了電力時間頻率量值傳遞與溯源體系。
電力營銷領(lǐng)域：時間頻率技術(shù)主要應(yīng)用于營銷用電信息采集系統(tǒng)、省級計量中心生產(chǎn)調(diào)度平臺、自動化檢定流水線等業(yè)務(wù)系統(tǒng)。時間計量的準(zhǔn)確保證了計量設(shè)備時間的準(zhǔn)確可靠，時間同步則確保了采集數(shù)據(jù)的同期性。以智能電表電價費(fèi)率結(jié)算為例，若沒有時間的準(zhǔn)確同步，電表的費(fèi)率電價計算就會出現(xiàn)偏差，可能嚴(yán)重影響電力交易的公平公正性，進(jìn)而影響分時電價、階梯電價等政策的順利實(shí)施。
電力自動化領(lǐng)域：時間頻率技術(shù)為電力數(shù)字化計量、控制系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測、電參量數(shù)據(jù)采集等業(yè)務(wù)應(yīng)用提供時間戳服務(wù)和技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)時間頻率為一個標(biāo)準(zhǔn)時間，為電力流、信息流和業(yè)務(wù)流的互聯(lián)互通奠定基礎(chǔ)。
電力調(diào)度領(lǐng)域：時間頻率基準(zhǔn)系統(tǒng)為繼電保護(hù)、穩(wěn)定控制、能量管理等系統(tǒng)提供統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)準(zhǔn)確的同步采樣、穩(wěn)定性判別、故障處理。
電力信息通信領(lǐng)域：時間頻率量值傳遞與溯源系統(tǒng)為電力信息傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)等通信系統(tǒng)提供時間頻率同步服務(wù)，確保電力通信網(wǎng)所承載的包括電話、傳真、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)的性能和質(zhì)量。
目前，國網(wǎng)計量中心（中國電科院計量所）完成了遠(yuǎn)程時間頻率校準(zhǔn)裝置研發(fā)，建立了全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時間頻率傳遞溯源站點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)時間在國家電網(wǎng)的應(yīng)用。
構(gòu)建新型電力系統(tǒng)為時間頻率精準(zhǔn)應(yīng)用帶來挑戰(zhàn)
隨著新型電力系統(tǒng)加快構(gòu)建及業(yè)務(wù)模式不斷創(chuàng)新，電力行業(yè)對高精度、高準(zhǔn)確性和高可靠性時間頻率計量的需求越來越迫切。當(dāng)前，時間頻率量值傳遞與溯源技術(shù)面臨著現(xiàn)有時頻基準(zhǔn)穩(wěn)定可靠守時能力有待提升、電力廣域測量系統(tǒng)時間量值溯源體系仍需規(guī)范統(tǒng)一和新型電力系統(tǒng)全鏈條業(yè)務(wù)亟須創(chuàng)新發(fā)展三大挑戰(zhàn)。
●現(xiàn)有時頻基準(zhǔn)穩(wěn)定可靠守時能力有待提升
風(fēng)電和太陽能發(fā)電“靠天吃飯”，其供給受天氣的影響較大。新能源發(fā)電的并網(wǎng)和消納對大電網(wǎng)安全穩(wěn)定有較大影響。構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，需要靈活調(diào)配電力資源，革新系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制，擴(kuò)大新能源消納空間，這些均離不開穩(wěn)定可靠的時間頻率基準(zhǔn)。電力系統(tǒng)現(xiàn)有的時間頻率基準(zhǔn)以單臺銫鐘為主，一旦發(fā)生故障，新型電力系統(tǒng)時間準(zhǔn)確性和協(xié)調(diào)控制的同步性將受到影響，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，亟須開展高可靠穩(wěn)定的時頻基準(zhǔn)技術(shù)研究，提升時間頻率基準(zhǔn)穩(wěn)定可靠守時能力，滿足新型電力系統(tǒng)靈活、彈性、穩(wěn)定、高效發(fā)展需求。
●電力廣域測量系統(tǒng)時間量值溯源體系需規(guī)范統(tǒng)一
電力系統(tǒng)主要基于時間頻率，通過快速準(zhǔn)確獲取同步相量測量數(shù)據(jù)的方式實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的實(shí)時動態(tài)監(jiān)控。同步相量測量依賴于高準(zhǔn)確、高穩(wěn)定、高可靠的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)時間頻率信號。然而，電力營銷、電力調(diào)度等業(yè)務(wù)系統(tǒng)時間的準(zhǔn)確同步僅限于各自專業(yè)范圍內(nèi)，未形成全局統(tǒng)一的量值溯源體系，且溯源同步方法存在不夠規(guī)范和量值多源頭溯源問題，不能保證時間頻率量值的準(zhǔn)確統(tǒng)一。
●新型電力系統(tǒng)全鏈條業(yè)務(wù)亟須創(chuàng)新
構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，需要加大發(fā)輸配用全鏈條創(chuàng)新研發(fā)力度，全面提升“荷隨源動或源荷互動”能力。
電源側(cè)需要依托精準(zhǔn)的時間頻率解決新能源裝機(jī)帶來的隨機(jī)性、波動性問題；電網(wǎng)側(cè)需要采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)時間頻率開展電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻和調(diào)壓，保障供電可靠、電網(wǎng)運(yùn)行安全；用戶側(cè)需要基于準(zhǔn)確可靠的時間頻率開展電價費(fèi)率結(jié)算，提升電力系統(tǒng)多元化、互動化交互水平。因此，亟須構(gòu)建高精準(zhǔn)、高穩(wěn)定和統(tǒng)一溯源的時間頻率系統(tǒng)，為新型電力系統(tǒng)全鏈條業(yè)務(wù)創(chuàng)新提供基礎(chǔ)保障，以配合電力系統(tǒng)低碳化轉(zhuǎn)型，提高新能源利用率，助力實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)減碳目標(biāo)。
開展時間頻率關(guān)鍵技術(shù)研究及精準(zhǔn)化規(guī)?；瘧?yīng)用
面對新型電力系統(tǒng)構(gòu)建給時間頻率技術(shù)應(yīng)用帶來的問題與挑戰(zhàn)，國網(wǎng)計量中心正從提升時間頻率計量能力、建立統(tǒng)一的時間頻率量值傳遞與溯源體系、開展時間頻率精準(zhǔn)化規(guī)?；瘧?yīng)用等方面攻關(guān)創(chuàng)新，確保電網(wǎng)領(lǐng)域內(nèi)時間頻率量值的準(zhǔn)確、穩(wěn)定。
●建立可靠穩(wěn)定守時系統(tǒng)，提升時間頻率計量能力
開展時間頻率關(guān)鍵技術(shù)研究，建立可靠穩(wěn)定守時系統(tǒng)，確保時間偏差在10納秒以內(nèi)；聯(lián)合省級電力公司開展電力時間頻率溯源比對系統(tǒng)建設(shè)，采用基于北斗衛(wèi)星的遠(yuǎn)程共視技術(shù)建立電力時間頻率標(biāo)準(zhǔn)，上溯源至國家時間頻率基準(zhǔn)，下傳遞至專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，以具備實(shí)時遠(yuǎn)程溯源傳遞和對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行應(yīng)用評估的能力。
●建立統(tǒng)一的時間頻率量值傳遞與溯源體系
開展國家電網(wǎng)統(tǒng)一時間頻率量值傳遞與溯源體系建設(shè)，圍繞源網(wǎng)荷儲多維多尺度平衡、新能源精準(zhǔn)建模等新業(yè)務(wù)發(fā)展需求，依托時頻領(lǐng)域現(xiàn)有研究基礎(chǔ)，打造以三氫三銫鐘組為核心的國家電網(wǎng)時鐘系統(tǒng)，為各業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供統(tǒng)一的高精度時間頻率標(biāo)準(zhǔn)。
●時間頻率關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)精準(zhǔn)化規(guī)?；瘧?yīng)用
時間頻率量值傳遞與溯源體系建成后，將應(yīng)用于新型電力系統(tǒng)源、網(wǎng)、荷、儲各領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)對新型電力系統(tǒng)各類業(yè)務(wù)的低時延、高穩(wěn)定支撐，促進(jìn)電力行業(yè)精準(zhǔn)計量體系構(gòu)建，為電力信息流、數(shù)據(jù)流的互聯(lián)互通奠定基礎(chǔ)。
下一步，國網(wǎng)計量中心將建設(shè)電力時間頻率服務(wù)網(wǎng)，開展時頻溯源比對與運(yùn)維管控，提升時間頻率計量服務(wù)能力，助力構(gòu)建新型電力系統(tǒng)。
（供圖及作者單位：中國電科院）
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