EDA9133在并网风力发电主控系统中的应用

　　摘要：风力发电系统中，对并网发电的电压、相位角、频率等参数有严格的要求，电流、功率及电能质量等电力参数对于评估和控制发电质量具有重要的意义。EDA9133具备这些功能，可以非常方便的应用于风力发电系统当中。

　　关键词：EDA9133 ARM 失量涌动、谐波、相位角、并网频率

　　1、引言

　　在当前全国节能减排的大趋势下，降低排放、创建节约型社会的呼声越来越高，各种替代能源快速涌现。我国的风力资源非常充足，桂林、青海、东三省、山东等都有规模比较大的风场，都配备了容量比较大的风力发电机，风力发电无污染、零排放，不消耗其它资源，有非常良好的发展前景。

　　大容量发电需要并网，必须对发出的电进行监测，电流、电压、功率、频率、相位角、电量等都是必须了解掌握的指标。而采用EDA9133一个综合电力监控模块便可满足监控要求，减少了控制柜的体积、接线的复杂程度、它带有数据接口，可以方便地实现与PLC等控制器的数据传输。

　　2、EDA9133概述

　　EDA9133A综合电力监控模块是EDA9033系列电参数测量模块的升级换代产品，以32位ARM处理器为核心，采用6通道16位A/D以4K的数据率同步交流采样、数字滤波与校准，集电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、正／反向有功电能、感／容性无功电能、零序电流、电压不平衡度、电压/电流K值、电压/电流0～31次谐波分量等40多种交流电力参数测量、综合显示、需量统计、谐波分析、越限控制、开关量输入、继电器输出、模拟量输出、网络通讯等于一体，真正实现“四遥”功能。所有接口电气隔离，保证了产品的可靠性；产品适用于工频单相、3相3线、3相4线制交流电路，在电力监测、监控仪器、装置与系统中有广泛应用。

　　3、产品主要功能

　　◆标准电压电流输入或经PT、CT输入，适用于各种电压等级及接线方式。

　　◆2路开关量输入（遥信），用于监测断路器运行状态、继电保护动作等状态量信号；

　　◆2路继电器输出（遥控），可编程电量越限控制，可预防/避免事故发生；

　　◆1路4～20mA模拟量输出（遥调），可配置为遥调输出或实时测量的1～40种电量的瞬时值控制输出；

　　◆2路可配置的有功／无功电能脉冲输出；

　　◆需量统计，设定时间周期内各种三相/单相电量最大/最小/平均值的统计与记录；

　　◆谐波分析，测量相电压、电流的31次谐波分量及相位，实时显示谐波失真度（THD）和K值因数，及时分析电网供电质量，预告谐波等对配电线路及设备的危害程度；

　　◆零序电流及电压不平衡度测量，监测三相线路异常状况；

　　◆可编程电量越限控制功能，实现过负荷、单相接地、谐波分量过高、相序错误及电压不平衡等预告报警或故障控制（断路器跳闸，控制声、光报警设备，控制外部设备，作为报警信号输出），避免事故发生；

　　◆电能记录，自动累计、存储正／反向有功/无功电能，具备掉电自动存储电能表底值功能；

　　◆频率测量

　　◆相角测量

　　◆测量失量涌动并形成报警事件

　　4、主要技术指标

　　◆测量精度:电压/电流精度：±(RD*0.1%+FS*0.1%)；其它电量精度：±(RD*0.3%+FS*0.2%)；

　　◆电压量程（相电压）：100V、250V、500V；

　　过载能力：1.2倍量程/正确测量；1.5倍量程/连续；3倍量程/1S；

　　输入负荷： <0.1VA(100V) ；<0.4VA(500V)； 输入阻抗：>1kΩ/V；

　　◆电流量程：1A、5A、10A；

　　过载能力：1.2倍量程/正确测量；2倍量程/连续；10倍量程/1S；

　　输入负荷：<0.1VA；输入阻抗：<10mΩ；

　　◆频率范围：45～75Hz；

　　◆通讯协议：Modbus－RTU；波特率：1200～38400bps，可设定；

　　◆数据更新：0.1秒～1秒可设置（以0.1s为单位）；真有效值测量，6通道16位同步采样，4000次/秒；

　　◆绝缘强度：1500V/AC,50/60Hz；绝缘电阻：≥100MΩ；所有输入输出端子(通讯接口、供电电源、电压输入、三相电流输入、开关量输入、继电器输出、电能脉冲输出、模拟量输出)；

　　◆电源与功耗：DC+10～30V，<3W；DC+5V±5%，<2W；

　　◆平均无故障工作时间：≥50000h；

　　◆工作环境：工作温度：-20～70℃；存储温度：-40～85℃；相对湿度≤90%，86～106kPa，无腐蚀气体场所；

　　5、测量方式的实现

　　本产品安装于风电系统的控制柜当中，将A、B、C三相电压电流相序对应关系接到配电控制柜当中，接好工作电源，将数据口连接到相应的控制器上，上电以后便可进行数据的采集与传输，其接线图如下：

　　

　　以上接法在相电压小于250V，电流小于5A时可以直接接到设备上，无需外接互感器；如果测量高电压及大电流，需要外接互感器将信号转换为适合测量的量程范围。

　　EDA9133A带有开关量输出及输入端子，可以检测设备的状态及控制部分设备的输出，取代部分工控模块的输入检测及输出控制功能，可编程实现连动互锁及保护控制、遥控、关联于某一检测参数控制输出。

　　本产品具有失量涌动检测功能并可以生成报警信号或关联继电器输出。所谓失量涌动是波形发生了突变，波形的上半周及下半周构不成一个完整的正弦波，如下图所示：

　　

　　5.1、失量涌动

　　风力发电设备发出的交流电一但波形发生了岐变，特别是周期发生了变化，会造成和电网的频率不一致，产生失步现象，造成电网的波动或使用电设备损失。

　　在风力发电系统当中，通过检测失量涌动这一变量，可以及时发现发电设备故障，如变频器异常等等。可以将这一变量关联到产品的输出端，产生一个输出信号，将发电设备从电网系统当中切除，或运行停机指令，并发出报警信号，传送到控制中心，及时对设备进行检修。

　　5.2、发电及倒送电

　　EDA9133综合电力监控模块除常规的检测电流、电压外，还具有检测有功功率、无功功率的、正反向有无功电能量的功能，根据检测的功率方向，可以判定风力发电系统所处的状态，是发电状态还是返供电状态。

　　如果检测到的功率为负，则表明此时风力发电系统处于倒送电状态，不仅不输出电能，而且从电网消耗能量；表明此时风力不足，或是有其它故障，再对其它的测控数据进行分析，例如风速、其它设备的运行状况等，可得到准确的信息。是风力不足还是设备故障，用户可以得到第一手的资料。

　　如果检测的功率有正值，则风力发电系统处于正常的输出电能状态，再参照其它的检测参数，可知道此时发发电功率、电流等数据。

　　5.3、电能计量

　　EDA9133综合电力监控模块具有电能累加的功能，能够累加正向有功电能、反向有功电能、正向无功电能、反向无功电能等能量数据，能够累计出风力发电系统在运行以来向电网输出了多少电能，在风力不足或故障不能发电但由于仍要维持部分设备运行从电网吸收多少能量。

　　5.4、频率及相角

　　在电网运行过程当中，电网的频率要求、三相电的相位角是一个非常严格的指标，不允许有过大的波动，因此必须对发电设备提供的电能的的频率、相角进行严格的控制，并要对输出频率进行监测，使其在规定的范围内。

　　EDA9133综合电力监控模块适时监测频率及相角，检测速率可达到60mS，即每秒种可向控制中心及人机界面设备输出超过13次的数据，刷新频率可达13次/秒，保证监测要求。

　　下图为EDA9133综合电力监控模块在实际运行当中检测参数的截图：

　　

　　5.5、开关量输入、输出

　　EDA9133综合电力监控集成有两路开关量输入、两路开关量输出功能，能够检测并网开关的状态、或其它控制器的状态，如润滑电机的工作状态、加热设备的状态、主轴超速开关、齿轮箱超速开关等的状态等信息。在不增加任何投入的情况下，检测两路开关量，在开关量需求不多的时候，可以节省一个专用的I/O输入量模块。

　　6、总结

　　EDA9133综合电力监控模块功能全，检测精度高，体积小，安装简单，具有很高的性价比；并且频率、相角具有很高的刷新频率，非常适合于对频率、相角要求比较高的场所，对于风力发电等需要并网的系统当中应用非常合适，并且带有数据接口，可方便实现数据的远程监控。