機(jī)組自動發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計

1、 遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 電力系統(tǒng)自動化電力系統(tǒng)自動化 課程設(shè)計（論文）課程設(shè)計（論文） 題目：題目：機(jī)組自動發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計（機(jī)組自動發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計（3 3） 院（系）：院（系）： 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 電氣電氣104104 學(xué)學(xué) 號：號： 100303131100303131 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 凃龍凃龍 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 起止時間：起止時間：2013.12.162013.12.16 12.2912.29 本科生課程設(shè)計（論文） i 課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語 院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：電氣工程及其自動化 學(xué) 號

2、100303131學(xué)生姓名凃龍專業(yè)班級電氣104 課程設(shè)計 題目 機(jī)組自動發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計（3） 課程設(shè)計（論文）任務(wù) 基本參數(shù)： 1. 發(fā)電廠有三機(jī)組，一號機(jī)組功率為 250mw，二號機(jī)組功率為 200mw，三號機(jī) 組功率為 150mw，功率因數(shù)均為 0.8。 2. 有功功率調(diào)差系數(shù)為 0.08。 3. 負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)（有功功率）為 2。 4. 各發(fā)電機(jī)均以 85%負(fù)荷運行。 設(shè)計要求 1.闡述發(fā)電機(jī)有功頻率調(diào)節(jié)的基本原理。 2.系統(tǒng)負(fù)荷一定和變化時，分析機(jī)組有功功率調(diào)差系數(shù)和負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系 數(shù)對功率分配的影響，推導(dǎo)有功功率分配的公式。 3.確定合適的方案，使負(fù)荷變化時，機(jī)組的有功

3、功率按各自的額定功率合理分 配。 4.采用單片機(jī)，設(shè)計某臺機(jī)組的自動發(fā)電控制系統(tǒng)，實現(xiàn)機(jī)組功率的合理分配。 5.對設(shè)計進(jìn)行分析總結(jié)。 進(jìn)度計劃 1、布置任務(wù)，查閱資料，理解掌握系統(tǒng)設(shè)計要求。 （1 天） 2、闡述發(fā)電機(jī)有功頻率調(diào)節(jié)和自動發(fā)電的基本原理和實現(xiàn)方法。 （1 天） 3、推導(dǎo)有功功率分配的公式，確定機(jī)組有功功率分配方案（2 天） 4、自動發(fā)電控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計。 （1 天） 5、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計。 （2 天） 6、系統(tǒng)軟件設(shè)計（2 天） 7、撰寫、打印設(shè)計說明書（1天） 指導(dǎo)教師評語及成績 平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 本科生課程設(shè)計（論文） ii

4、 注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算 摘 要 自動發(fā)電控制是根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷指令，直接控制發(fā)電機(jī)功率的自動控制系統(tǒng)。 采用自動發(fā)電控制方式對提高負(fù)荷調(diào)度能力，確保電網(wǎng)供需平衡，保證電網(wǎng)穩(wěn)定 運行，對用戶提供優(yōu)質(zhì)電能有著重要意義。同時也是電網(wǎng)調(diào)度自動化水平的突出 標(biāo)志。 本課程設(shè)計闡述了發(fā)電機(jī)有功頻率調(diào)節(jié)的基本原理，通過對比系統(tǒng)負(fù)荷一定 和變化時，分析機(jī)組有功功率調(diào)差系數(shù)和負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)對功率分配的影 響。并推導(dǎo)相關(guān)有功功率分配公式。討論了發(fā)電機(jī)組并列原則以及幾種發(fā)電機(jī)勵 磁控制系統(tǒng)勵磁原理，通過對電壓電流形成電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、模擬量輸出通道 以及開關(guān)量輸入通道的設(shè)

5、計，本次設(shè)計采用的是 at89c51 單片機(jī)以及 agc 控制系 統(tǒng)，并以 scada 為平臺完成設(shè)計。設(shè)計中分析了 agc 的控制原理以及 agc 和相關(guān) 軟件的配合原理，敘述了 at89c51 的引腳功能和 at89c51 的控制原理，通過對 at89c51 最小系統(tǒng)的設(shè)計，時鐘電路及復(fù)位電路的設(shè)計，實現(xiàn)了自動控制系統(tǒng)的 設(shè)計。 關(guān)鍵詞：自動發(fā)電控制、功率穩(wěn)定、功率調(diào)節(jié)、發(fā)電機(jī)組； 本科生課程設(shè)計（論文） iii 目 錄 第 1 章 緒論 .1 1.1 自動發(fā)電控制概述.1 1.2 本文主要內(nèi)容.3 第 2 章 機(jī)組并聯(lián)運行有功功率分配計算 .4 2.1 機(jī)組有功功率頻率控制及自動發(fā)電的基

6、本原理 .4 2.1.1 機(jī)組有功功率頻率控制 .4 2.1.2 自動發(fā)電的基本原理 .5 2.3 負(fù)荷變化時的功率分配計算 .7 第 3 章 自動發(fā)電控制硬件設(shè)計 .9 3.1 開關(guān)量輸入輸出通道 .9 3.1.1 開關(guān)量輸入通道 .9 3.1.2 開關(guān)量輸出通道 .9 3.2 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計 .10 3.3 復(fù)位電路設(shè)計 .11 3.4 時鐘電路設(shè)計 .12 3.5 89c51 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計 .12 3.6 自動發(fā)電總體設(shè)計方案.13 第 4 章 at89c51 軟件設(shè)計.15 4.1 軟件功能 .15 4.2 軟件流程圖 .15 第 5 章 課程設(shè)計總結(jié) .16 參考文獻(xiàn) .17

7、 本科生課程設(shè)計（論文） 1 第 1 章 緒論 1.1 自動發(fā)電控制概述 發(fā)電機(jī)組自動發(fā)電控制技術(shù)，簡單來說，就是根據(jù)負(fù)荷的變化，對機(jī)組的發(fā) 電量進(jìn)行自動控制，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)、可靠、安全的效果。具體是通過監(jiān)視電廠輸 出功率和系統(tǒng)負(fù)荷之間的差異，來控制調(diào)頻機(jī)組的出力，以滿足不斷變化的用戶 電力需要，達(dá)到電能的發(fā)供平衡。并且使整個系統(tǒng)處于經(jīng)濟(jì)的運行狀態(tài)。自動發(fā) 電控制技術(shù)的基本任務(wù)有四點，第一，必須保證供電的質(zhì)量優(yōu)良。第二，保證系 統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性。第三，保證較高的安全水平選用具有足夠的承受事故沖擊能 力的運行方式。第四，保證提供強(qiáng)有力的事故處理措施。自動發(fā)電控制系統(tǒng)包括 數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信，命令執(zhí)行

8、等步驟，同時還應(yīng)該具備一定的自診斷功能。 一、agc 的基本功能 因為電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測模型的不準(zhǔn)確和算法上考慮不周全，發(fā)電機(jī)機(jī)組的出 力和系統(tǒng)調(diào)度ems中的負(fù)荷預(yù)測得到的負(fù)荷總是純在一定差距。自動發(fā)電控制 （agc）就是通過監(jiān)視電廠輸出功率和系統(tǒng)負(fù)荷之間的差異，來控制調(diào)頻機(jī)組的 出力，滿足不斷變化的用戶電力需要，達(dá)到大能發(fā)供平衡，并且是整個系統(tǒng)的處 于經(jīng)濟(jì)的運行狀態(tài)。在聯(lián)合電力系統(tǒng)中，agc是以區(qū)域系統(tǒng)為單位。agc能實現(xiàn)機(jī) 組出力的自動調(diào)節(jié)，是電力調(diào)度ems系統(tǒng)中最重要的控制功能。在正常系統(tǒng)運行 狀態(tài)下，agc的功能如下。 1、使發(fā)電自動跟蹤電力系統(tǒng)負(fù)荷變化。 2、影響負(fù)荷和發(fā)電的隨機(jī)變化，

9、維持電力系統(tǒng)為額定值（30hz） 3、在各區(qū)域間分配系統(tǒng)發(fā)電功率，維持區(qū)域間凈交換功率為計劃值。 4、對周期性負(fù)荷變化按發(fā)電計劃調(diào)整發(fā)電功率。 5、監(jiān)事和調(diào)整備用容量，滿足電力系統(tǒng)要求。 二、agc 的一般過程 從 agc 的功能來看，它主要完成系統(tǒng)區(qū)域間交換功率的限制和系統(tǒng)頻率的 維持功能，可以通過電力系統(tǒng)調(diào)度中心的通信系統(tǒng) 獲取各發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率、 各聯(lián)絡(luò)線傳輸功率以及系統(tǒng)頻率信息，并向各個發(fā)電廠甚至是發(fā)電機(jī)發(fā)布響應(yīng)的 控制信號。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)頻率或頻率的偏差時，可以通過測量和計算確定區(qū)域控 制偏差，獲得進(jìn)行系統(tǒng)時所需要增減的功率總值。再將這些需要增加難度功率總 值分配給區(qū)域或子系統(tǒng)中各調(diào)節(jié)

10、電廠和調(diào)節(jié)機(jī)組。在進(jìn)行機(jī)組功率分配的時候， 本科生課程設(shè)計（論文） 2 如果采用等耗量微增率法則來分配各各機(jī)組承擔(dān)的功率增減，這就是所謂 經(jīng)濟(jì) 調(diào)度計算。其自動發(fā)電控制結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2.1，當(dāng)系統(tǒng)中用戶的負(fù)荷增加時， 初始的負(fù)荷增量由釋放汽輪發(fā)電機(jī)組的動能來提供。即整個系統(tǒng)頻率開始下降。 于是系統(tǒng)中所有的調(diào)速器開始響應(yīng)，并使頻率在幾秒內(nèi)實現(xiàn)大幅提高，即一次調(diào) 頻。二次調(diào)頻由 agc 實現(xiàn)。 發(fā)電基點功率與負(fù)荷預(yù)測，機(jī)組經(jīng)濟(jì)組合。水電計劃及交換功率計劃有關(guān)， 擔(dān)負(fù)主要調(diào)峰任務(wù)，這就是所謂的三次調(diào)整。 區(qū)域跟蹤控制 （三次調(diào)整） 發(fā)電計劃 區(qū)域調(diào)節(jié)控制 （二次調(diào)整） 機(jī)組控制調(diào)速器 電力系統(tǒng) 負(fù)

11、荷預(yù)測 機(jī)組組合 水電計劃 交換機(jī)化 區(qū)域控制誤差 ace 圖 2.1 自動發(fā)電控制 agc 示意圖 三、agc 與其他應(yīng)用軟件的關(guān)系 agc 是 ems 的有機(jī)組成部分，需要在其他應(yīng)用軟件的支持下工作，例如發(fā) 點計劃、負(fù)荷預(yù)測、機(jī)組組合、水電計劃、交換機(jī)化、狀態(tài)估計、安全約束調(diào)度 和優(yōu)潮流等應(yīng)用軟件。此外，agc 的實現(xiàn)與系統(tǒng)調(diào)度員和發(fā)電廠調(diào)度員有著密切 的關(guān)系。如圖 2.2 所示，系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測、機(jī)組組合、水電計劃和交換計劃均與發(fā) 電計劃協(xié)調(diào)，并經(jīng)過發(fā)電計劃與 agc 相聯(lián)系。這種聯(lián)系一種是按負(fù)荷曲線以周 期性的形式實現(xiàn)，一種是計劃外的負(fù)荷變動的消化。agc 所需要的負(fù)荷預(yù)測不僅 是短期的，

12、還需要預(yù)測超短期的，尤其在生負(fù)荷階段。 狀態(tài)估計可以每 10 分鐘向 agc 提供各機(jī)組和各聯(lián)絡(luò)線交點的網(wǎng)損微增率， 使 agc 做到最恰當(dāng)?shù)木W(wǎng)損修正。如果狀態(tài)估計發(fā)現(xiàn)有線路潮流過負(fù)荷，則啟動 實時安全約束調(diào)度軟件，提出解除過負(fù)荷的措施，以改變發(fā)電廠電功率限值的方 式送給 agc,由下一個周期開始 agc 將自動進(jìn)行解除之路過負(fù)荷的調(diào)整。最優(yōu)潮 流可以代替安全約束調(diào)度功能，還可以及時提供網(wǎng)損修正后的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配方案 給 agc，但現(xiàn)在安全實現(xiàn)這幾項功能的這幾項最優(yōu)潮流還很少見，應(yīng)該說最優(yōu)潮 本科生課程設(shè)計（論文） 3 流的在線應(yīng)用理論上不存在問題。 機(jī)組組合 最優(yōu)潮流 狀態(tài)估計 安全約束調(diào)度

13、交換計劃 agc 負(fù)荷預(yù)測 水電計劃 發(fā)電計劃 圖 2.2 agc 在其他應(yīng)用軟件支持下工作 agc 理論上是完全自動化的，但實際上，沒有系統(tǒng)調(diào)度員和發(fā)電廠調(diào)度員的 人工干預(yù)是很難實現(xiàn)的。 1.2 本文主要內(nèi)容 本文闡述了發(fā)電機(jī)有功功率的基本原理，分析了系統(tǒng)負(fù)荷一定和變化時機(jī)組 有功功率調(diào)差系數(shù)和負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)對功率分配的影響，并推倒相關(guān)有功 功率的分配公式。本次設(shè)計采用的是 at89c51 單片機(jī)以及 agc 控制系統(tǒng)，并以 scada 為平臺完成設(shè)計。設(shè)計中分析了 agc 的控制原理以及 agc 和相關(guān)軟件的配 合原理，敘述了 at89c51 的引腳功能和 at89c51 的控制原理

14、，通過對 at89c51 最 小系統(tǒng)的設(shè)計，時鐘電路及復(fù)位電路的設(shè)計，最終完成本次發(fā)電機(jī)組自動發(fā)電控 制系統(tǒng)的設(shè)計。 本科生課程設(shè)計（論文） 4 本科生課程設(shè)計（論文） 5 第 2 章 機(jī)組并聯(lián)運行有功功率分配計算 2.1 機(jī)組有功功率頻率控制及自動發(fā)電的基本原理 2.1.1 機(jī)組有功功率頻率控制 頻率是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，頻率質(zhì)量的下降不僅影響用戶的用電質(zhì)量， 同時對電力系統(tǒng)本身影響也很大，嚴(yán)重時可造成系統(tǒng)崩潰。為保證用戶和電廠的 正常運行和安全，我們需要進(jìn)行頻率調(diào)整與控制，使得系統(tǒng)的頻率波動不超過 0.2hz。根據(jù)符合變動的不同特點，可將調(diào)整劃歸為一次調(diào)節(jié)和二次調(diào)節(jié)及互 聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)

15、節(jié)。在這里著重分析前兩種調(diào)整的原理和方法。 電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)節(jié)是指利用系統(tǒng)固有的負(fù)荷頻率特性，以及發(fā)電機(jī)的 調(diào)速器作用，來阻止系統(tǒng)頻率偏離標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)節(jié)方式。 （1）其原理如下：當(dāng)電力系統(tǒng)中原動機(jī)功率或負(fù)荷功率發(fā)生變化時，必然 引起電力系統(tǒng)頻率的變化，此時，存儲在系統(tǒng)負(fù)荷的電磁場和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量（如電動 機(jī)、照明鎮(zhèn)流器等）中的能量會發(fā)生變化，以阻止系統(tǒng)頻率的變化，即當(dāng)系統(tǒng)頻 率下降時，系統(tǒng)負(fù)荷減少；當(dāng)系統(tǒng)頻率上升時，系統(tǒng)負(fù)荷會增加。這稱為系統(tǒng)負(fù) 荷的慣性作用，它用負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)（又稱為系統(tǒng)負(fù)荷阻尼常數(shù)）d 來 表示： (2-1)/(/hzmwfpd 系統(tǒng)負(fù)荷阻尼常數(shù) d 常用標(biāo)幺值來表示，其

16、典型值為 12。d=2 意味著 1%的 頻率變化會引起系統(tǒng)負(fù)荷 2%的變化。 （2）其作用：當(dāng)電力系統(tǒng)頻率發(fā)生變化時，系統(tǒng)中所有的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速即發(fā) 生變化，如轉(zhuǎn)速的變化超出發(fā)電機(jī)組規(guī)定的不靈敏去，該發(fā)電機(jī)的調(diào)速器就會動 作，改變其原動機(jī)的閥門位置，調(diào)整原動機(jī)的功率，以求改善原動機(jī)功率或負(fù)荷 功率的不平衡狀況，即當(dāng)系統(tǒng)頻率下降時，發(fā)電機(jī)的蒸汽閥門或進(jìn)水閥門的開度 就會增大，增加原動機(jī)的功率；當(dāng)系統(tǒng)頻率上升時，發(fā)電機(jī)的蒸汽閥門或進(jìn)水閥 門的開度就減少，減少原動機(jī)的功率。發(fā)電機(jī)調(diào)速器的這種特性稱為機(jī)組的調(diào)差 特性，它用調(diào)差率 r 來表示： (2-2)/ )( ro nnnr 式中：表示無載靜態(tài)轉(zhuǎn)速（主

17、閥在無載位置） o n 表示滿載靜態(tài)轉(zhuǎn)速（主閥全開）n 本科生課程設(shè)計（論文） 6 表示額定轉(zhuǎn)速 r n 調(diào)差率 r 的實際含義是，如 r-5%，則系統(tǒng)頻率變化 5%，將引起主閥位置變 化 100%。 （3）特點：第一，響應(yīng)速度快，一般在在 10s；第二，作用時間短暫，一般 在 0.5 到 2 分鐘不等；第三，一次調(diào)節(jié)是有差調(diào)節(jié)，所有機(jī)組的調(diào)整只與一個變 量有關(guān)，機(jī)組之間互相影響小，但無法實現(xiàn)無差調(diào)整。 電力系統(tǒng)的二次調(diào)節(jié)：由于發(fā)電機(jī)組一次調(diào)節(jié)實行的是頻率有差調(diào)節(jié)，因此， 早期的頻率二次調(diào)節(jié)，是通過控制調(diào)速系統(tǒng)的同步電機(jī)，改變發(fā)電機(jī)組的調(diào)差特 性曲線的位置，實現(xiàn)頻率的無差調(diào)整。但未實現(xiàn)對火力發(fā)

18、電機(jī)組的燃燒系統(tǒng)的控 制，為使原動機(jī)的功率與負(fù)荷功率保持平衡，需要依靠人工調(diào)整原動機(jī)功率的基 準(zhǔn)值，達(dá)到改變原動機(jī)功率的目的。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，火力發(fā)電機(jī)組普遍采 用了協(xié)調(diào)的控制系統(tǒng)，由自動控制來 代替人工進(jìn)行此類操作。在現(xiàn)代化電力系 統(tǒng)中，各控制區(qū)則采用集中的計算機(jī)控制。這就是電力系統(tǒng)頻率的二次調(diào)節(jié)，即 自動發(fā)電控制（agc） 。 （1）其作用：第一，響應(yīng)時間較慢，能有效地調(diào)整分鐘級及更長周期的負(fù)荷 波動；第二，實現(xiàn)頻率的無差調(diào)整。 （2）特點：第一，采用的調(diào)整方式對系統(tǒng)頻率是無差的；第二，響應(yīng)比較 慢，一般需要 12 分鐘；第三，對機(jī)組管理往往是比例分配，是發(fā)電機(jī)組偏離經(jīng) 濟(jì)運行點。 綜

19、上所述保證輸電系統(tǒng)的頻率對于單個用戶和發(fā)電廠都有重要的意義。電力 系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全需要頻率的一次調(diào)整和二次調(diào)整。一次調(diào)整靠調(diào)速器完成。二 次調(diào)整由系統(tǒng)中的調(diào)頻機(jī)組實現(xiàn)，通過調(diào)頻器控制。既可為有差調(diào)節(jié)，也可以做 到無差調(diào)節(jié)。選擇的調(diào)頻廠有主調(diào)頻廠和輔助調(diào)頻廠之分并且滿足：第一，具有 足夠的容量。第二，具有較快的調(diào)整速度。第三，調(diào)整范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性好 2.1.2 自動發(fā)電的基本原理 對于具有多個聯(lián)絡(luò)點和發(fā)電機(jī)組的實際電力系統(tǒng)，則 agc 將變?yōu)榘S多 并聯(lián)發(fā)電機(jī)組控制回路的形式，如圖 2.1 所示。其內(nèi)部控制回路和外部控制回路 的基本結(jié)構(gòu)并未改變。g1、g2、g3 為發(fā)電機(jī)組；ace 稱為區(qū)域內(nèi)控

20、制誤差，用 來根據(jù)系統(tǒng)頻率偏差以及輸電線路功率偏差來確定控制信號；負(fù)荷分配器根據(jù)輸 入的控制信號大小并且根據(jù)等微增率準(zhǔn)則或其他原則來控制各臺發(fā)電機(jī)輸出功率 的大小。 自動發(fā)電控制系統(tǒng)包括兩大部分： （1）負(fù)荷分配器。根據(jù)電力系統(tǒng)頻率和其他有關(guān)測量信號，按照一定的調(diào) 節(jié)控制準(zhǔn)則確定各發(fā)電機(jī)組的最佳設(shè)定輸出功率。 本科生課程設(shè)計（論文） 7 （2）發(fā)電機(jī)組控制器。根據(jù)負(fù)荷分配器所確定的各發(fā)電機(jī)組最佳輸出功率， 控制調(diào)速器的調(diào)節(jié)特性，使發(fā)電機(jī)組在電力系統(tǒng)額定頻率下所發(fā)出的實際功率與 設(shè)定的輸出功率相一致。 圖 2.1 具有多臺發(fā)電機(jī)的 agc 系統(tǒng) 自動發(fā)電控制系統(tǒng)中的負(fù)荷分配配齊使根據(jù)所測量的發(fā)電

21、機(jī)實際輸出功率和 頻率偏差等信號按照一定的準(zhǔn)則分配各臺發(fā)電機(jī)組輸出功率。決定各臺發(fā)電機(jī)組 設(shè)定的功率的負(fù)荷分配器，目前廣泛采用以“基點經(jīng)濟(jì)功率”和“分配系 ci p bi p 數(shù)”來表示每臺發(fā)電機(jī)組的輸出功率的方法，即每臺發(fā)電機(jī)組的設(shè)定調(diào)整功率 i 按以下公式分配: (2-3) )( 11 n i n i bigiibici pagcppp 式中 -各臺發(fā)電機(jī)組的設(shè)定調(diào)整功率-每臺發(fā)電機(jī)的實際輸出功率 ci p gi p -各臺發(fā)電機(jī)的基點經(jīng)濟(jì)功率；-分配系數(shù) bi p i 也就是說，系統(tǒng)各臺發(fā)電機(jī)組的設(shè)定功率，取決于系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組總的實際輸出 和每日臺發(fā)電機(jī)組的基點經(jīng)濟(jì)功率，以及系統(tǒng)頻率偏差和

22、功率偏差(aec)。 gi p bi p 偏差越大，各大電機(jī)組的設(shè)定調(diào)整功率的變動就越大。當(dāng)頻率偏差和功率偏差趨 于零時，agc 系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組總的設(shè)定調(diào)整功率就與發(fā)電機(jī)總的實際輸出功率相等。 電力系統(tǒng) n1（s ） n2（s ） n3（s ） acek(s) 負(fù)荷分配 pc1 pc2 pc3 pg1 + + + - - g1g2g3 p/f pg2 pg3 本科生課程設(shè)計（論文） 8 分配到每臺發(fā)電機(jī)組的設(shè)定功率值則有分配系數(shù)來決定。這種方法把自動調(diào)頻 i 與經(jīng)濟(jì)功率分配聯(lián)系起來了。其中和的值可以在每次經(jīng)濟(jì)分配計算時加以 bi p i 修正。 2.3 負(fù)荷變化時的功率分配計算 （1）發(fā)電廠有三

23、機(jī)組，一號機(jī)組功率為 250mw，二號機(jī)組功率為 200mw，三 號機(jī)組功率為 150mw，功率因數(shù)均為 0.8。 （2）有功功率調(diào)差系數(shù)為 0.08。 （3）負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)（有功功率）為 2。 （4）各發(fā)電機(jī)均以 85%負(fù)荷運行 系統(tǒng)負(fù)荷增加時，經(jīng)過頻率的一次調(diào)整，頻率由降為，由發(fā)電機(jī)組的靜 e f l f 態(tài)調(diào)節(jié)公式：， (2-4)0 * fpg 因此可得出： (2-5) *1 *2 *2 *1 p p 表明并列運行的發(fā)電機(jī)組之間的功率分配與調(diào)差系數(shù)成發(fā)比關(guān)系（標(biāo)幺值） ，與 單位調(diào)節(jié)功率成正比。實際冰涼運行的發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器均為有差調(diào)節(jié)，由其共 同承擔(dān)負(fù)荷的波動。 假設(shè)系統(tǒng)由 n

24、臺機(jī)組運行，則連理調(diào)解方程式： （1）有銘值 (2-6) n i i n i gig fpp 11 ) 1 ( 按照調(diào)差系數(shù)的定義，可定義等效發(fā)電機(jī)組的調(diào)差系數(shù)為： (2-7) n i i g g p f 1 ) 1 ( 1 等效發(fā)電機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率為： (2-8) n i gi n i gg g kk 11 ) 1 ( 1 這樣系統(tǒng)的三臺發(fā)電機(jī)組同樣可以當(dāng)做單獨一臺發(fā)電機(jī)對待，滿足調(diào)節(jié)公式。 同時，考慮負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)后，全系統(tǒng)負(fù)荷的變化量為： (2-9)fkkfkppp lgglgl )( 物理意義：表示全系統(tǒng)的頻率沒變化 1hz 時，其調(diào)節(jié)的負(fù)荷有功功率大小。 本科生課程設(shè)計（論文） 9

25、（2）標(biāo)幺值： 由于標(biāo)幺值的基準(zhǔn)是不一致的，故采用標(biāo)幺值要涉及基準(zhǔn)值的轉(zhuǎn)換。 發(fā)電機(jī)組：以自身的額定容量為 ge p 負(fù)荷：以額定負(fù)荷容量為基準(zhǔn) le p 全系統(tǒng)：以負(fù)荷額定容量為基準(zhǔn) le p 等效發(fā)電機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率： (2-10) n i ge gei gi g g p p k f p k 1 * * * * )( 這樣可以算出發(fā)電出力以及負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)后的實際功率。 根據(jù)任務(wù)書給的參數(shù)可進(jìn)行以下計算： 由此得到 p=p1+p2+p3=250+200+150=500w 將標(biāo)幺值化為有名值，等效發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率為： )/(200)50*05 . 0 /(500 )*( hzmw f p

26、 k e g 假設(shè)系統(tǒng)的額定負(fù)荷為 500mw 荷的調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)為 )/(2050/2*500/ * hzmwfkpk ellel 當(dāng)負(fù)荷增加 200mw 時，頻率變化量為： )(9 . 0)20200/(200)/(hzkkpf lg 系統(tǒng)頻率為： )( 1 .499 . 050hzfff e 等效發(fā)電機(jī)組發(fā)出的功率增加量為： mwkfp gg 180200*9 . 0* 系統(tǒng)的實際負(fù)荷為： mwppp glel 680180500 本科生課程設(shè)計（論文） 10 第 3 章 自動發(fā)電控制硬件設(shè)計 3.1 開關(guān)量輸入輸出通道 3.1.1 開關(guān)量輸入通道 最常用的是利用光耦合器作為開關(guān)量輸入計算

27、機(jī)的隔離器件其簡單接線原理 圖如圖 3.1，當(dāng)有輸出信號時，開關(guān) s 閉合，二極管導(dǎo)通，發(fā)出光束，使光敏三 極管飽和導(dǎo)通，于是輸出端 u 表示出低電位。在光電耦合器件中，信息的傳遞介 質(zhì)為光，但輸入輸出都是電信號，由于信息的傳遞和轉(zhuǎn)換的過程都是在密閉環(huán)境 下進(jìn)行，沒有電的直接聯(lián)系，它不受電磁信號的干擾，所以隔離洗好比較好。 24v 3.1.2 開關(guān)量輸出通道 為了提高干擾能力，開關(guān)量輸出通道最好也經(jīng)過一級光電隔離，如圖3.2所示。 只要通過軟件使并行口的pb0輸出“0” ，pb1輸出“1” ，便可使與非門dan1輸出低 電平，光敏三極管導(dǎo)通，繼電器k被吸合。 u a b gnd1 s r gn

28、d2 r1 uc 圖 3.1 光電耦合器接線原理圖 本科生課程設(shè)計（論文） 11 在初始化和需要繼電器k返回時，應(yīng)該使pb0輸出“1” ，pb1輸出“0” 。 設(shè)置反相器dn1及與非門dan1而不將發(fā)光二極管直接與并行口連接，一方面是并 行口帶負(fù)荷能力有限，不足以驅(qū)動發(fā)光二極管；另一方面是因為采用與非門后要 滿足兩個條件才能使繼電器k動作，增加餓了抗干擾能力。 3.2 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計 電源電路設(shè)計的要求是將 220v 交流電轉(zhuǎn)化為 5v 的直流電，如圖 3.3 所示變 壓器將 220v 交流電變換成 12v 交流電，經(jīng)過整流橋又變換為 12v 的直流電，三 斷集成穩(wěn)壓器 w7805 的作用是

29、將 12v 的直流電轉(zhuǎn)化成 5v 的直流電，圖中的 4 個 電容是濾波電容。 集成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路有三個腳，分別為輸入端、輸出端和公共端，因此稱為 三端穩(wěn)壓器。按功能分為固定式和可調(diào)節(jié)式穩(wěn)壓電路；前者輸出地電壓不能進(jìn)行 調(diào)節(jié)，為固定值；后者可通過外接元件使輸出電壓得到很寬的調(diào)節(jié)范圍。本設(shè)計 中使用的 w7805 三端穩(wěn)壓器為固定式穩(wěn)壓器，型號最后兩位數(shù)為輸出電壓值，所 以 w7805 的輸出電壓為+5v。 pb0 pb1 1 其基本 ea 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2021 22 23 24 25 26 27 28 29 30

30、 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40p1 .0 p1 .0 p1 .2 p1 .3 p1 .4 p1 .5 p1 .6 p1 .7 p3 .0 p3 .1 r e se t p3 .2 p3 .3 p3 .4 p3 .5 p3 .6 p3 .7 x t a l 2 x t a l 1 v ss p0 .0 p0 .1 p0 .2 p0 .3 p0 .4 p0 .5 p0 .6 p0 .7 v c c p2 .0 p2 .1 p2 .2 p2 .3 p2 .4 p2 .5 p2 .6 p2 .7 e a /v pp ps e n a l e / o g a ? c o m

31、 po n e n t _1 r 2 1k r 1 20 0c 22 0u f c 2 c 1 s? sw -p b v c c v c c v ss r e se t x t a l 1 x t a l 2 crysy 12mhz cap 33uf cap 33uf res2 200 res2 1k s1 本科生課程設(shè)計（論文） 14 功能為：負(fù)荷頻率控制（lfc） ，經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制（edc） ，備用容量監(jiān)視（rm） ，agc 性能監(jiān)視（agc pm） ，聯(lián)絡(luò)線偏差控制（tbc）等；以達(dá)到其基本的目標(biāo)：保證發(fā) 電出力與負(fù)荷平衡，保證系統(tǒng)頻率為額定值，使凈區(qū)域聯(lián)絡(luò)線潮流與計劃相等， 最小區(qū)域化運

32、行成本。 自動發(fā)電控制著重解決電力系統(tǒng)在運行中的頻率調(diào)節(jié)和負(fù)荷分配問題，以及 與相鄰電力系統(tǒng)間按計劃進(jìn)行功率交換。電力系統(tǒng)的供電頻率是系統(tǒng)正常運行的 主要參數(shù)之一。系統(tǒng)電源的總輸出功率與包括電力負(fù)荷在內(nèi)的功率消耗相平衡時， 供電頻率保持恒定；若總輸出功率與總功率消耗之間失去平衡時,頻率就發(fā)生波 動,嚴(yán)重時會出現(xiàn)頻率崩潰。電力系統(tǒng)的負(fù)荷是不斷變化的，這種變化有時會引 起系統(tǒng)功率不平衡，導(dǎo)致頻率波動。要保證電能的質(zhì)量，就必須對電力系統(tǒng)頻率 進(jìn)行監(jiān)視和調(diào)整。當(dāng)頻率偏離額定值后，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的出力以使電力系統(tǒng)的有功 功率達(dá)到新的平衡，從而使頻率能維持在允許范圍之內(nèi)。所以，自動發(fā)電控制是 通過對供電頻率的

33、監(jiān)測、調(diào)整實現(xiàn)的。 本次設(shè)計采用 agc 自動發(fā)電控制系統(tǒng)和 scada 平臺實現(xiàn)自動發(fā)電控制，如圖 4.7 通過時鐘電路和復(fù)位電路給 at89c51 發(fā)出負(fù)荷功率的變化信息，at89c51 根 據(jù)軟件事先預(yù)設(shè)的控制要求并結(jié)合發(fā)電機(jī)組反饋來的信息發(fā)出控制信號，經(jīng)過 d/a 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為模擬量給 agc 控制系統(tǒng)，最終實現(xiàn)對發(fā)電機(jī)的自動發(fā)電控制。 當(dāng) scada 傳來負(fù)荷改變的實時信息時，經(jīng)過 a/d 轉(zhuǎn)換器，將信號傳給單片機(jī) at89c51。然后單片機(jī) at89c51 經(jīng)過程序，將信號經(jīng)過 d/a 轉(zhuǎn)換器傳給 agc，最后 通過 agc 區(qū)域控制模塊，將區(qū)域控制設(shè)定功率與區(qū)域當(dāng)前的發(fā)電功率相比較，按 照 agc 程序設(shè)定的控制參數(shù)，重新分配各電廠控制器的目標(biāo)功率。 圖 3.7 自動發(fā)電系統(tǒng)控制框圖 復(fù)位電路 時鐘電路at89c51 d/a a/d agc 發(fā)電機(jī)組 scada實時信息 本科生課程設(shè)計（論文） 15 第 4 章 at89c51 軟件設(shè)計 4.1 軟件功能 當(dāng)發(fā)電機(jī)組 1 的負(fù)荷改變時，scada 經(jīng)過 a/d 向單片機(jī) at89c51 發(fā)一個信 號，at89c51 經(jīng)過程序然后通過 p1.0 通道經(jīng)過 d/a 向 agc 發(fā)送執(zhí)行指令， agc 再向發(fā)電機(jī)組發(fā)送執(zhí)行指令。當(dāng)發(fā)電機(jī)組 2 的負(fù)荷改變時，scada 經(jīng)過 a/d 向