摘要：風力發(fā)電系統(tǒng)中，對并網(wǎng)發(fā)電的電壓、相位角、頻率等參數(shù)有嚴格的要求，電流、功率及電能質量等電力參數(shù)對于評估和控制發(fā)電質量具有重要的意義。EDA9133具備這些功能，可以非常方便的應用于風力發(fā)電系統(tǒng)當中。
關鍵詞：EDA9133 ARM 失量涌動、諧波、相位角、并網(wǎng)頻率

1、引言
在當前全國節(jié)能減排的大趨勢下，降低排放、創(chuàng)建節(jié)約型社會的呼聲越來越高，各種替代能源快速涌現(xiàn)。我國的風力資源非常充足，桂林、青海、東三省、山東等都有規(guī)模比較大的風場，都配備了容量比較大的風力發(fā)電機，風力發(fā)電無污染、零排放，不消耗其它資源，有非常良好的發(fā)展前景。
大容量發(fā)電需要并網(wǎng)，必須對發(fā)出的電進行監(jiān)測，電流、電壓、功率、頻率、相位角、電量等都是必須了解掌握的指標。而采用EDA9133一個綜合電力監(jiān)控模塊便可滿足監(jiān)控要求，減少了控制柜的體積、接線的復雜程度、它帶有數(shù)據(jù)接口，可以方便地實現(xiàn)與PLC等控制器的數(shù)據(jù)傳輸。

2、EDA9133概述
EDA9133A綜合電力監(jiān)控模塊是EDA9033系列電參數(shù)測量模塊的升級換代產(chǎn)品，以32位ARM處理器為核心，采用6通道16位A/D以4K的數(shù)據(jù)率同步交流采樣、數(shù)字濾波與校準，集電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率、正／反向有功電能、感／容性無功電能、零序電流、電壓不平衡度、電壓/電流K值、電壓/電流0～31次諧波分量等40多種交流電力參數(shù)測量、綜合顯示、需量統(tǒng)計、諧波分析、越限控制、開關量輸入、繼電器輸出、模擬量輸出、網(wǎng)絡通訊等于一體，真正實現(xiàn)“四遙”功能。所有接口電氣隔離，保證了產(chǎn)品的可靠性；產(chǎn)品適用于工頻單相、3相3線、3相4線制交流電路，在電力監(jiān)測、監(jiān)控儀器、裝置與系統(tǒng)中有廣泛應用。

3、產(chǎn)品主要功能
◆標準電壓電流輸入或經(jīng)PT、CT輸入，適用于各種電壓等級及接線方式。
◆2路開關量輸入（遙信），用于監(jiān)測斷路器運行狀態(tài)、繼電保護動作等狀態(tài)量信號；
◆2路繼電器輸出（遙控），可編程電量越限控制，可預防/避免事故發(fā)生；
◆1路4～20mA模擬量輸出（遙調），可配置為遙調輸出或實時測量的1～40種電量的瞬時值控制輸出；
◆2路可配置的有功／無功電能脈沖輸出；
◆需量統(tǒng)計，設定時間周期內各種三相/單相電量最大/最小/平均值的統(tǒng)計與記錄；
◆諧波分析，測量相電壓、電流的31次諧波分量及相位，實時顯示諧波失真度（THD）和K值因數(shù)，及時分析電網(wǎng)供電質量，預告諧波等對配電線路及設備的危害程度；
◆零序電流及電壓不平衡度測量，監(jiān)測三相線路異常狀況；
◆可編程電量越限控制功能，實現(xiàn)過負荷、單相接地、諧波分量過高、相序錯誤及電壓不平衡等預告報警或故障控制（斷路器跳閘，控制聲、光報警設備，控制外部設備，作為報警信號輸出），避免事故發(fā)生；
◆電能記錄，自動累計、存儲正／反向有功/無功電能，具備掉電自動存儲電能表底值功能；
◆頻率測量
◆相角測量
◆測量失量涌動并形成報警事件

4、主要技術指標
◆測量精度:電壓/電流精度：±(RD*0.1%+FS*0.1%)；其它電量精度：±(RD*0.3%+FS*0.2%)；
◆電壓量程（相電壓）：100V、250V、500V；
過載能力：1.2倍量程/正確測量；1.5倍量程/連續(xù)；3倍量程/1S；
輸入負荷： <0.1VA(100V) ；<0.4VA(500V)； 輸入阻抗：>1kΩ/V；
◆電流量程：1A、5A、10A；
過載能力：1.2倍量程/正確測量；2倍量程/連續(xù)；10倍量程/1S；
輸入負荷：<0.1VA；輸入阻抗：<10mΩ；
◆頻率范圍：45～75Hz；
◆通訊協(xié)議：Modbus－RTU；波特率：1200～38400bps，可設定；
◆數(shù)據(jù)更新：0.1秒～1秒可設置（以0.1s為單位）；真有效值測量，6通道16位同步采樣，4000次/秒；
◆絕緣強度：1500V/AC,50/60Hz；絕緣電阻：≥100MΩ；所有輸入輸出端子(通訊接口、供電電源、電壓輸入、三相電流輸入、開關量輸入、繼電器輸出、電能脈沖輸出、模擬量輸出)；
◆電源與功耗：DC+10～30V，<3W；DC+5V±5%，<2W；
◆平均無故障工作時間：≥50000h；
◆工作環(huán)境：工作溫度：-20～70℃；存儲溫度：-40～85℃；相對濕度≤90%，86～106kPa，無腐蝕氣體場所；

5、測量方式的實現(xiàn)
本產(chǎn)品安裝于風電系統(tǒng)的控制柜當中，將A、B、C三相電壓電流相序對應關系接到配電控制柜當中，接好工作電源，將數(shù)據(jù)口連接到相應的控制器上，上電以后便可進行數(shù)據(jù)的采集與傳輸，其接線圖如下：


以上接法在相電壓小于250V，電流小于5A時可以直接接到設備上，無需外接互感器；如果測量高電壓及大電流，需要外接互感器將信號轉換為適合測量的量程范圍。
EDA9133A帶有開關量輸出及輸入端子，可以檢測設備的狀態(tài)及控制部分設備的輸出，取代部分工控模塊的輸入檢測及輸出控制功能，可編程實現(xiàn)連動互鎖及保護控制、遙控、關聯(lián)于某一檢測參數(shù)控制輸出。
本產(chǎn)品具有失量涌動檢測功能并可以生成報警信號或關聯(lián)繼電器輸出。所謂失量涌動是波形發(fā)生了突變，波形的上半周及下半周構不成一個完整的正弦波，如下圖所示：

5.1、失量涌動
風力發(fā)電設備發(fā)出的交流電一但波形發(fā)生了岐變，特別是周期發(fā)生了變化，會造成和電網(wǎng)的頻率不一致，產(chǎn)生失步現(xiàn)象，造成電網(wǎng)的波動或使用電設備損失。
在風力發(fā)電系統(tǒng)當中，通過檢測失量涌動這一變量，可以及時發(fā)現(xiàn)發(fā)電設備故障，如變頻器異常等等。可以將這一變量關聯(lián)到產(chǎn)品的輸出端，產(chǎn)生一個輸出信號，將發(fā)電設備從電網(wǎng)系統(tǒng)當中切除，或運行停機指令，并發(fā)出報警信號，傳送到控制中心，及時對設備進行檢修。

5.2、發(fā)電及倒送電
EDA9133綜合電力監(jiān)控模塊除常規(guī)的檢測電流、電壓外，還具有檢測有功功率、無功功率的、正反向有無功電能量的功能，根據(jù)檢測的功率方向，可以判定風力發(fā)電系統(tǒng)所處的狀態(tài)，是發(fā)電狀態(tài)還是返供電狀態(tài)。
如果檢測到的功率為負，則表明此時風力發(fā)電系統(tǒng)處于倒送電狀態(tài)，不僅不輸出電能，而且從電網(wǎng)消耗能量；表明此時風力不足，或是有其它故障，再對其它的測控數(shù)據(jù)進行分析，例如風速、其它設備的運行狀況等，可得到準確的信息。是風力不足還是設備故障，用戶可以得到第一手的資料。
如果檢測的功率有正值，則風力發(fā)電系統(tǒng)處于正常的輸出電能狀態(tài)，再參照其它的檢測參數(shù)，可知道此時發(fā)發(fā)電功率、電流等數(shù)據(jù)。

5.3、電能計量
EDA9133綜合電力監(jiān)控模塊具有電能累加的功能，能夠累加正向有功電能、反向有功電能、正向無功電能、反向無功電能等能量數(shù)據(jù)，能夠累計出風力發(fā)電系統(tǒng)在運行以來向電網(wǎng)輸出了多少電能，在風力不足或故障不能發(fā)電但由于仍要維持部分設備運行從電網(wǎng)吸收多少能量。

5.4、頻率及相角
在電網(wǎng)運行過程當中，電網(wǎng)的頻率要求、三相電的相位角是一個非常嚴格的指標，不允許有過大的波動，因此必須對發(fā)電設備提供的電能的的頻率、相角進行嚴格的控制，并要對輸出頻率進行監(jiān)測，使其在規(guī)定的范圍內。
EDA9133綜合電力監(jiān)控模塊適時監(jiān)測頻率及相角，檢測速率可達到60mS，即每秒種可向控制中心及人機界面設備輸出超過13次的數(shù)據(jù)，刷新頻率可達13次/秒，保證監(jiān)測要求。
下圖為EDA9133綜合電力監(jiān)控模塊在實際運行當中檢測參數(shù)的截圖：


5.5、開關量輸入、輸出
EDA9133綜合電力監(jiān)控集成有兩路開關量輸入、兩路開關量輸出功能，能夠檢測并網(wǎng)開關的狀態(tài)、或其它控制器的狀態(tài)，如潤滑電機的工作狀態(tài)、加熱設備的狀態(tài)、主軸超速開關、齒輪箱超速開關等的狀態(tài)等信息。在不增加任何投入的情況下，檢測兩路開關量，在開關量需求不多的時候，可以節(jié)省一個專用的I/O輸入量模塊。

6、總結
EDA9133綜合電力監(jiān)控模塊功能全，檢測精度高，體積小，安裝簡單，具有很高的性價比；并且頻率、相角具有很高的刷新頻率，非常適合于對頻率、相角要求比較高的場所，對于風力發(fā)電等需要并網(wǎng)的系統(tǒng)當中應用非常合適，并且?guī)в袛?shù)據(jù)接口，可方便實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程監(jiān)控。