基于PAC的发电机同期过程监测装置

3.3 其他电气量

在其他应用场合，也可能需要同时采集发电机的转子励磁电压和励磁电流。需要用掉ADAM-5017s的2个同步采样通道。也可以将3个系统电压通道换成采集发电机三相电流,可做并网后的功率输出监测等相关实验。

4 系统结构设计

4.1 现有设备问题

由现场PT、CT输出的电量信号经电量变送器转化为-10 V～+10 V范围内的电压信号送入ADAM-5017S。在KW-Multiprog软件的编程中，按照设定的采样频率用ADAM-5017S对信号采样后送入FIFO中,每通道FIFO大小为64 KB。按所开发的系统要求，必须将采集的电压电流波形数据（ms级）送回上位机，以监测和分析同期过程中每个时刻所有电气参数的瞬时值。

基本思路如下：

(1) 假定Multiprog负责5017S数据采样的Task周期设置为8 ms，以保证两个相邻访问周期中，FIFO中的数据能形成连贯的正弦波形。可以通过程序判断FIFO中哪些是新到数据，哪些是上个周期已经读过的数据。

(2) Modbus/TCP使上位机可以通过Modbus空间访问到瞬时数据，但由于交互命令的速度无法保证两次访问Modbus空间的间隙中不丢失数据(即使得波形不连续)，因此必须通过MultiProg将数据保存下来。但MultiProg能访问的最大地址空间为64 KB，12个通道按1 kb/s的采样速率,几秒钟后就没有空间可存放数据。

(3) 但ADAM-5550KW的WinCE5.0操作系统支持使用Window.Net 环境下的C#等高级语言开发驱动软件，访问MultiProg所管理的Modbus空间。因此考虑在WinCE中开发一个中间软件,将数据从有限的Modbus空间快速复制到5550KW的128 MB内存空间中，然后通过TCP/IP协议送往上位机。

4.2 系统组成原理

上位机和下位机之间的信号(状态信号、控制信号)通信由Modbus/TCP协议实现,采集数据的上行通过TCP/IP协议实现。系统组成如图1所示。



4.3 系统总体设计思路

按照数据流程，将整个系统划分为三个功能模块：(1)下位机数据提取模块;(2)下位机数据收集与上传模块;(3)上位机数据接收与分析处理模块。

Modbus空间的作用如图2所示，下位机数据提取模块在Multiprog 中编程实现，负责将5017S FIFO中的数据送到Modbus空间；下位机数据收集与上传模块在WinCE下编程实现，负责从Modbus空间中收集数据，并在采集结束时(采样频率非常高，数据量巨大时)或者在采集过程中(采样频率一般，数据量不大时)上传到上位机；上位机数据接收与分析处理模块在收到下位机的上传请求时接收数据并缓存起来以供分析处理。



5 系统功能展现

本系统设定采样速率为1 600 Hz，经测试，数据可以稳定地在数据采样的同时,通过TCP/IP协议上传到上位机，在上位机实现有效值、相位等信息的即时计算。采样结束后，图形可以立即展示出来，无需长时间等待。

启动同期观察过程后，软件界面显示如图3所示。此时系统电压和发电机电压的幅值、有效值、频率和相位(以系统相位为参考)将以0.2 s左右间隔实时更新。



停止同期观察过程，显示结果如图4所示。界面右端显示：Us为系统电压，Ug为发电机机端电压，Us _Ug为电压差。从整体图形上可以观察到，由于相位差的显著影响，开始录波时，压差很大。随着调速系统的调整，压差逐渐减小，从瞬时值的包络线和压差有效值曲线都可以观察到这个过程。

通过放大和移动功能可以看到，相位差较大时，系统电压、发电机机端电压和电压压差在每个瞬时的具体值。如图5所示。



图6所示为放大合闸动作发出的瞬间。可以观察到合闸指令在录波开始后5 278.9 ms发出，合闸继电器在5 308.3 ms合闸成功，时间差为30 ms。此时电压差、频率差和相位差均符合同期条件。同期系统工作状态良好。



使用研华公司的PAC产品ADAM-5550 KW和ADAM-5017S设计的多功能电气参数测试仪所开发的发电机同期过程观察已经通过相关电力测试，并且在电场得到应用，运行稳定。

发电机同期过程观察只是用ADAM-5550KW和ADAM-5017S开发的多功能电气参数测试仪的一个子功能。使用该系统还可以完成小电流试验、励磁系统升压、起励、灭磁和并网等多项发电机检修后必须进行的电气参数测量实验。此外，与变压器相关的各项电气参数实验也可以使用本系统完成。