万喜堂app下载网页版

查阅PLC300的技术手册发现的CPU 313C-2DP集成有3个计数器，每个计数器的zui高计数频率为30kH_Z，此频率为电网频率50H_Z的600倍，能够用来测量电网的电力信号^[1]。将电网同步的弱信号转换成与其同步的电平信号，将电压、电流的同步电平信号相“异或”，高电平的时间长度便是电网的电压、电流相位差所对应的时间长度。将得到的相位信号与高频脉冲相“与”，得到一系列断续的高频脉冲信号。将其送入PLC CPU，对其计数，便的计算出电网的相位角Ф。发电机所发出电的频率与其转速严格成正比。如图1所示，介绍了电网相位与发电机转速的检测原理。电网的线电压和相电压存在的角度差30º，可以将线电压与相电流的同步信号相“异或”，即给相位信号加入一个30º的零偏。通过检测到的相位“〉”还是“<30º”,能够判断相位角是“超前”还是“滞后”，或者相反。同样将发电机的同步电压信号与30kH_Z脉冲相“与”，送至PLC CPU,便可计算出发电机转速。

在测得相位角Ф、电网电压为U_N 、电网电流为I_N ，可以通过下列公式算出其他的电力参数。

视在功率 S_N=U_N*I_N                                         （1）

有功功率 P_N=3*U_N*I_N*COS（Ф）                             （2）

无功功率 V_N=3*U_N*I_N*SIN（Ф）                              （3）

发电机转速  s=60f/p=K/C_S （r/min）                         （4）

式中S_N ——视在功率， P_N ——有功功率， U_N ——相电压有效值

I_N ——相电流有效值，Ф——相位角，f—— 发电机端电压频率

p——极对数，K——比例常数，C_S ——半周期的计数值

4 硬件电路

是整个测量系统稳定工作的基础，其设计的合理与否，将直接关系到系统能否正常工作以实现设计的功能。硬件电路设计应遵循以下原则^[2]：

（1）单元电路设计模块化   把系统功能细分为各个单元，各单元电路独立实现其功能。这样电路设计的思路就很清晰。

（2）高可靠性设计   硬件电路设计过程中尽可能采用集成电路，少用分立元件；尽可能使用高集成度元件，减少元件使用的数量。并且优先考虑经实践证明成熟的电路。

（3）抗干扰设计  本系统的现场工作环境比较恶劣，在硬件电路设计过程中一定要考虑各种干扰，采取抗干扰措施。

（4）高准确度设计  本电路要实现的功能是电力参数的测量，既然是测量就必然有引起测量误差的各种因素。在硬件电路设计的过程中一定要排除相应的误差因素。

设计硬件电路时先用二阶滤波器对由电网和发电机的同步信号进行滤波，使用由LM339组成的过零比较器将其变换成同步电平信号。考虑到高频脉冲的稳定性，用1M的石英晶振作为脉冲信号源，再用计数器对1M脉冲信号进行35倍分频，得到28.57Khz的脉冲信号。电路图如图2所示。按照前面所述的处理信号的方法，将得出的信号送至PLC的 CPU。

5 误差分析

本文所述的系统采用工业上常用的同步变压器和电流传感器产生同步电压、电流信号。由产生同步信号造成的相位测量误差可以忽略不计，测量误差为1个脉冲周期引起的误差。所采用脉冲的周期为35μS，可以得到测量误差为如下所示。

功率因数的测量误差：   Δcos（Ф）=sin（Ф）ΔФ<ΔФ                           （5）

将数值带入（1）式得：  Δcos（Ф）〈ΔФ=35μS *2*3.14/20mS=0.011

同样根据式（2）和式（3）可以得到送至电网的有功功率的测量误差为：

      ΔP_N= I_N*COS（Ф） *ΔU_N +U_N*COS（Ф） *ΔI_N +I_N*U_NSIN（Ф） *ΔФ （6）

      ΔV_N= I_N*SIN（Ф） *ΔU_N +U_N* SIN （Ф） *ΔI_N +I_N*U_N COS（Ф） *ΔФ（7）

本系统所述的现场同步风力发电机极对数为44，输出频率为7-22H_Z。考虑到测量的快速性，利用PLC CPU 的高速计数功能测量发电机转速，每个电压信号周期的高电平期间将脉冲串送至PLC CPU 的高速计数器，每个周期内的计数值C_S <650。所测量发电机转速的相对误差为:Δs/s =ΔC_S /C_S =1/650=1.5*10^-3  （8）

对设备电力参数的检测结果校验表明，检测误差均能控制在0.5%之内。

6 结束语

本文所述的电力参数的检测方法能够适应PLC300的CPU与工业现场的需要；所需电路简单，可靠性高；测量精度高。风力发电变流器在工业现场运行稳定可靠，所检测的电力参数完满足精度要求。

参考文献：

   [1] S7-300自动化系统 CPU 31XC 技术功能使用手册

   [2]张凤蕊 基于DSP电力参数测试系统的研究 [J] 现代电子技术 2006,20

作者简介：孙久军 男 1977年7月生 山东平阴人 汉族 山东新风光电子科技发展有限公司工程师 硕士 研究方向：变频器的设计。