基于PAC的发电机同期过程监测装置-工业控制
1 应用背景
发电机启动后，经调速系统和励磁系统的综合控制，使发电机机端输出达到额定电压后，即开始同期并网的准备工作。同期并网的理论条件是：待并发电机与系统电压相序、相位、大小相同，频率相等[1]，原因如下：
(1) 电压不等并列时，将在发电机和电网间出现无功性质的环流，该环流将对发电机绕组产生作用力。
(2) 相位不一致：相位差180°时冲击电流最大，会产生巨大的电动力和引起发电机发热，若相位差在0~180°之间，冲击电流中将包含有功成分，此电流将在发电机轴上产生冲击力矩。
(3) 频率不等：电压差时大时小成了拍振电压，拍振电流也时大时小，并出现有功分量。该有功分量电流在机轴上产生变换方向的力矩，使发电机振动，频差大时，由于转子磁极和电枢磁场间相对速度过大，很难拉入同步。
(4) 相序不同：发电机永远不能拉入同步，在并列时还将产生很大的相当于相间短路的环流，强大的电动力可能使发电机遭受严重的损坏。一般在发电机安装过程中，相序都已经认真核查正确。
实际工作中，由于干扰和采样精度等客观条件的影响,这些条件都有一定的阈度范围, 例如允许频差为±0.1~±1 Hz，允许压差0~±20%，一般同期继电器允许环并合闸角为±20°。目前国内同期装置的生产厂家都按国家标准进行生产，并允许用户设定更为理想的同期合闸条件。
然而发电机投入运行一定时间后，要进行生产维修，完成后重新检定(一般由各省电力公司下属电力试验研究院在现场完成)，合格后再次并网发电。此时，由于同期的继电器等设备也存在不同程度的老化，同期性能可能已经达不到理想水平，甚至可能逼近或甚至超出给定范围，发电机被系统强行带入电网的情况时有发生，这对发电机和电网运行都存在不良影响,所以在发电机组整套启动并网试验前需要对同期装置进行动、静态调试[2]。
一般监视以下几个电气量：(1)发电机机端电压；(2)系统电压；(3)同期装置（微机）输出开关量端口(发出合闸指令)； (4)合闸断路器状态(实际合闸动作)。一般在合闸指令发出时，通过监视发电机机端电压和系统电压的压差、频率差和相位差以及实际合闸动作时间(通常在合闸指令发出后30 ms左右)来判断同期系统的工作状况。笔者根据需求，经过多种方案的对比选择，最终选定台湾研华公司PAC产品ADAM-5550KW和ADAM-5017S开发了多功能电气参数测试仪，并且完整地实现了发电机同期观察过程的检测。
2 应用设备概况
2.1 ADAM-5550KW
ADAM-5550KW是一款8槽可编程自动化控制器(PAC)，其硬件系统主要包括两个部分：主机箱和I/O模块。主机箱包括：一块CPU卡、一个电源模块、一块8 槽无源底板和4个串行通信接口。内置两块CPU,上层AMD GeodeTM GX533M CPU负责相当于PC机部分的工作，如HMI软件、数据库支持，强大的运算能力等。下层ARM7 CPU负责底层I/O模块的操作和控制,保证I/O端口的实时、稳定、可靠操作。配置有128 MB DDR SDRAM内存(其中1 MB具有电池备份功能)以及一块CompactFlash卡[3]。
ADAM-5550KW采用WinCE5.0操作系统，内嵌ProConOS内核控制引擎。既能通过软逻辑软件KW-Multiprog采用PLC的编程语言进行编程，也可以用.NET或eVC来编程，还可以将这两者结合起来同时使用。支持Modbus/TCP和Modbus RTU协议，方便与不同的第三方Modbus设备交换数据。
2.2 ADAM-5017S
ADAM-5017S是12路同步高速模拟量输入模块，每通道带1 KB的FIFO(First In First Out类型的输入缓冲区)；单通道最快3 kHz采样速率，输入为±10 V、±5 V等双极性信号；采用2 个同步采样A/D 电路，每个电路处理6 路同步采样信号，2 个电路之间实现同步，这样就实现了12 路同步采样。
3 需要采集的电气量标准
3.1 电压信号（模拟量）
为达到监视同期的目标，首先要从发电机和系统连接的PT二次侧获得电压信号。按国家标准，PT二次侧电压有效值一般为100 V。可进一步使用120/7的电量变送器,将PT二次侧电压转换到ADAM-5017S的输入范围。
如有必要可同时监测发电机机端和系统的三相电压，这样需要用掉ADAM-5017S的6个同步采样通道。
3.2 微机开出端口和断路器端口状态（开关量）
在同期装置的微机开关量输出端口中，可以监测到合闸指令发出动作。在合闸断路器处，可以监测到实际合闸动作。
这里有两个需要注意的地方：(1)动作时间差在毫秒级；(2)根据现场情况的不同，实际合闸动作的开关处可能是无源节点也可能是有源节点。
由于ADAM 5000系列没有达到毫秒级的开关量监测模块，因此在电路中，可将开关状态转换为模拟量，即断开状态对应5 V，合闸状态对应0 V，将其送入ADAM-5017S中与电压量同步采样，由软件根据电压水平判断动作时间。
考虑有源和无源节点的差异，准备2路有源节点和2路无源节点，这样需要用掉ADAM-5017S的4个同步采样通道。
3.3 其他电气量
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