機(jī)組自動發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計.docVIP

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 2 2 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091091 學(xué)學(xué) 號 號 學(xué)生姓名 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 指導(dǎo)教師 簽字 起止時間 起止時間 2012 12 312012 12 31 2013 01 112013 01 11 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 論文 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 注 成績 平時20 論文質(zhì)量60 答辯20 以百分制計算 學(xué) 號090303010學(xué)生姓名杜一德專業(yè)班級091 課程設(shè)計 題目 機(jī)組自動發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計 2 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 150MW 二號機(jī)組功率為 100MW 三號機(jī) 組功率為 200MW 功率因數(shù)均為 0 9 2 有功功率調(diào)差系數(shù)為 0 05 3 負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù) 有功功率 為 1 75 4 各發(fā)電機(jī)均以 75 負(fù)荷運(yùn)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 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 論文 I 摘 要 自動發(fā)電控制 AGC 就是通過監(jiān)視電廠出力和負(fù)荷系統(tǒng)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(yùn)行狀態(tài) 本次課程設(shè)計對三臺機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行時各自有功率的分配進(jìn)行設(shè)計當(dāng)某臺發(fā)電 機(jī)組負(fù)荷改變導(dǎo)致頻率改變時 由 SCADA 發(fā)送改變信號通過 A D 轉(zhuǎn)換器給單片 機(jī) 89C51 再由單片機(jī) 89C51 通過程序識別信號 再由輸出口通過 D A 轉(zhuǎn)換器向 AGC 發(fā)送執(zhí)行指令 最后 AGC 向發(fā)電機(jī)組發(fā)送改變運(yùn)行狀態(tài)指令 關(guān)鍵詞 AGC 89C51 SCADA 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài) 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 論文 II 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 1 第 2 章 機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行有功功率分配計算 1 2 1 機(jī)組有功功率頻率控制及自動發(fā)電的基本原理 1 2 1 1 機(jī)組有功功率頻率控制 1 2 1 2 自動發(fā)電的基本原理 2 2 2 單臺機(jī)組有功控制的基本方法 4 2 3 負(fù)荷變化時的功率分配計算 4 第 3 章 自動發(fā)電系統(tǒng)硬件設(shè)計 7 3 1 自動發(fā)電系統(tǒng)功能 7 3 2 自動發(fā)電總體設(shè)計方案 7 3 3 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計 8 3 3 1 89C51 單片機(jī)引腳功能 8 3 3 2 復(fù)位電路設(shè)計 9 3 3 3 時鐘電路設(shè)計 10 3 3 4 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計 10 3 3 5 單片機(jī)最小系統(tǒng) 11 3 4 輸入輸出接口設(shè)計 12 第 4 章 自動發(fā)電系統(tǒng)軟件設(shè)計 13 4 1 軟件實現(xiàn)功能綜述 13 4 2 流程圖設(shè)計 13 4 3 程序清單 15 第 5 章 課程設(shè)計總結(jié) 17 參考文獻(xiàn) 18 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 論文 1 第 1 章 緒論 1 1 自動發(fā)電控制概述 電力系統(tǒng)中發(fā)電量的控制 一般分為三種情況 一是由同步發(fā)電機(jī)的調(diào)速器 實現(xiàn)的控制 而是由自動發(fā)電控制 AGC 實現(xiàn)的控制 三十按照經(jīng)濟(jì)調(diào)度 EDC 要求實現(xiàn)的控制 第一種情況通常叫作頻率的一次調(diào)整控制 第二種情況稱為頻率的二次調(diào)整 控制 而第三種稱為頻率的三次調(diào)整控制 這三種調(diào)整控制頻率的方式是有差別 的 由調(diào)速器實現(xiàn)調(diào)頻一控制發(fā)電機(jī)組的輸出功率 其響應(yīng)速度較快 可適應(yīng)小 負(fù)荷短時間的波動 對周期在 10s 之多 2 3min 以內(nèi)而幅度變化較大的負(fù)荷 已 經(jīng)不能由調(diào)速器本身的調(diào)頻特性來進(jìn)行調(diào)整控制 就需要由電力系統(tǒng)控制中心 根據(jù)系統(tǒng)的頻率以及與其他地區(qū)相連的輸電線上的功率的便宜程度 啟動 AGC 來控制負(fù)荷 對于周期在 3min 以上的負(fù)荷波動 可以根據(jù)以往實測的負(fù)荷變化 情況 即所謂的負(fù)荷曲線 和預(yù)測幾分鐘后總負(fù)荷變化趨勢 由計算機(jī)算出大電 機(jī)組最經(jīng)濟(jì)的輸出功率 然后發(fā)出控制命令道個發(fā)電廠進(jìn)行調(diào)整 即按經(jīng)濟(jì)調(diào)度 EDC 實現(xiàn)負(fù)荷分配控制 AGC 是以控制調(diào)整發(fā)電機(jī)組輸出功率來適應(yīng)負(fù)荷波動的反饋控制 電力系統(tǒng) 中功率的不平衡將導(dǎo)致頻率的偏移 所以電網(wǎng)的頻率可以作為控制 發(fā)電機(jī)輸出 功率的一個信息 發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器能根據(jù)電力系統(tǒng)頻率變化自動地調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī) 的輸出功率 所以在某種意義哈桑將也具有自動發(fā)電控制的功能 但通常不稱為 自動發(fā)電控制 在理指的 AGC 是一種控制性能比較完善和作用較好的發(fā)電機(jī)輸 出功率的自動控制 它利用電子計算機(jī)來實現(xiàn)控制功能 是一個小型的計算機(jī)閉 環(huán)控制系統(tǒng) 有時也成為 AGC 系統(tǒng) 1 2 本文主要內(nèi)容 自動發(fā)電控制著重解決電力系統(tǒng)在運(yùn)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 因此本次課程設(shè)計主要針對發(fā)電廠機(jī)組 自動發(fā)電控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計 首先對機(jī)組的有功功率頻率特性進(jìn)行系統(tǒng)研究 闡 述自動發(fā)電控制的基本原理 功能與實現(xiàn)方法 最后 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 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 論文 1 第 2 章 機(jī)組并聯(lián)運(yùn)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(yùn)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)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 HzMwfPD 1 系統(tǒng)負(fù)荷阻尼常數(shù) D 常用標(biāo)幺值來表示 其典型值為 1 2 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 RO NNNR 式中 表示無載靜態(tài)轉(zhuǎn)速 主閥在無載位置 O N 表示滿載靜態(tài)轉(zhuǎn)速 主閥全開 N 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 論文 2 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)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 1 2 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(yùn)行點 綜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 AGC 稱為區(qū)域內(nèi)控制誤差 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 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 論文 3 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 11 n i n i biGiibici PAGCPPP 1 式中 各臺發(fā)電機(jī)組的設(shè)定調(diào)整功率 ci P 各臺發(fā)電機(jī)的基點經(jīng)濟(jì)功率 bi P 每臺發(fā)電機(jī)的實際輸出功率 Gi P 分配系數(shù) 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 N1 S N2 S N3 S 電 力 系 統(tǒng) 負(fù)荷分配器 區(qū)域控制誤差 ACE K S G1 G2 G3 P f PG3 PG1 PG2 PC3 PC2 PC1 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 論文 4 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 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 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 論文 5 2 2 單臺機(jī)組有功控制的基本方法 最簡單的 AGC 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 2 2 所示 它是具有一臺發(fā)電機(jī)組和聯(lián)絡(luò)的 AGC 系統(tǒng) 圖中為輸電線路功率的整定值 為系統(tǒng)頻率整定值 P 為觸電線路功 zd P zd f 率的實際值 f 為系統(tǒng)頻率的實際值 為頻率修正系數(shù) K S 為外部控制回路 f B 用來根據(jù)電力系統(tǒng)頻率偏差和輸電線路上的功率偏差來確定輸出控制信號 為 c P 系統(tǒng)要求調(diào)整的控制信號功率 N S 為內(nèi)部控制回路 用來控制調(diào)整調(diào)速器閥門 開度 以達(dá)到所需要的輸出功率 機(jī)組調(diào)速器 輸電線路 N S K S Bf 電力 系 統(tǒng) fzd Pzd AGC 系統(tǒng) P PG Pc 圖 2 2 單臺發(fā)電機(jī)組的 AGC 系統(tǒng) 2 3 負(fù)荷變化時的功率分配計算 1 發(fā)電廠有三機(jī)組 一號機(jī)組功率為 150MW 二號機(jī)組功率為 100MW 三 號機(jī)組功率為 200MW 功率因數(shù)均為 0 9 2 有功功率調(diào)差系數(shù)為 0 05 3 負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù) 有功功率 為 1 75 4 各發(fā)電機(jī)均以 75 負(fù)荷運(yùn)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 1 0 fPG f 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 論文 6 因此可得出 2 2 1 2 2 1 P P 表明并列運(yùn)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(yùn)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 臺機(jī)組運(yùn)行 則連理調(diào)解方程式 1 有銘值 2 1 0nifPGi i 2 n i i n i GiG fPP 11 1 3 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 4 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 5 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(dú)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 6 fKKfKPPP LGGLGL 系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功率 2 7 LG L S KK f P K 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 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 8 n i Ge Gei Gi G G P P K f P K 1 系統(tǒng)單位調(diào)節(jié)功率 2 9 LrG L S KKK f P K 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 論文 7 其中稱為系統(tǒng)熱備用系數(shù) 表示系統(tǒng)的備用的發(fā)電容量的多少 這樣采 Le Ge r P P K 用系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率 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 150 100 200 450W 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 180 50 05 0 450 HzMW f P 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 1 20180 200 HzKKPf LG 系統(tǒng)頻率為 823 4817 1 50Hzfff e 等效發(fā)電機(jī)組發(fā)出的功率增加量為 MWKfP GG 180180 1 系統(tǒng)的實際負(fù)荷為 MWPPP GLeL 680180500 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 論文 8 第 3 章 自動發(fā)電系統(tǒng)硬件設(shè)計 3 1 自動發(fā)電系統(tǒng)功能 自動發(fā)電控制 AGC 就是通過監(jiān)視電廠出力和系統(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(yùn)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 在正常的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)下 AGC 的基本功能是 1 使發(fā)電機(jī)組自動跟蹤電力系統(tǒng)負(fù)荷變化 2 響應(yīng)負(fù)荷和發(fā)電的隨機(jī)變化 維持電力系統(tǒng)頻率為額定值 50Hz 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 對周期性的負(fù)荷變化按發(fā)電計劃調(diào)整發(fā)電功率 5 監(jiān)視和調(diào)整備用容量 滿足電力系統(tǒng)安全要求 3 2 自動發(fā)電總體設(shè)計方案 發(fā)電機(jī)組 AT89C51 AGC時鐘電路 復(fù)位電路 SCADA 實時信息 A D D A 圖 3 1 自動發(fā)電原理圖 自動發(fā)電控制系統(tǒng)是建立在 SCADA 系統(tǒng)之上 且與網(wǎng)絡(luò)分析等應(yīng)用軟件有著 密切關(guān)系的獨(dú)立的控制系統(tǒng) 為實現(xiàn)完整的自動發(fā)電控制系統(tǒng) 需要建立一套與 之相適應(yīng)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來實現(xiàn)其各種功能 自動發(fā)電控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫是能 量管理級應(yīng)用軟件的共用數(shù)據(jù)庫 它包括實時發(fā)電控制 機(jī)組發(fā)電計劃 機(jī)組組 合 聯(lián)絡(luò)線交易計劃 燃料計劃 檢修計劃等 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 論文 9 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) 89C51 然后單片機(jī) 89C51 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 3 3 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計 3 3 1 89C51 單片機(jī)引腳功能 1 XTAL1 接外部晶體和微調(diào)電容的一端 在 89C51 片內(nèi) 它是振蕩電 路反向放大器的輸入端及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端 振蕩電路的頻率就是晶體的 固有頻率 當(dāng)采用外部振蕩器是次引腳輸入外部時鐘脈沖 2 XTAL2 解外部晶體和微調(diào)電容的另一端 在 89C51 片內(nèi) 它是振蕩 電路反向放大器的輸出端 在采用外部振蕩器時此引腳應(yīng)懸浮 通過示波器查看 XTAL2 端是否有脈沖信號輸出 可以確認(rèn) 89C51 的振蕩電路是否正常工作 3 RST 復(fù)位信號輸入端 高電平有效 當(dāng)振蕩器工作時 在此引腳上出 現(xiàn)兩個機(jī)器周期一上的高電平 就可以使單片機(jī)復(fù)位 4 ALE 地址鎖存允許信號 ALE 鎖存 P0 口傳送的低 8 位地址PROG 信號 實現(xiàn)低 8 位地址與數(shù)據(jù)的分離 5 外部程序存儲器的讀選通信號 當(dāng) 89C51 由外部程序存儲器PESN 取指令 或常數(shù) 時 每個機(jī)器周期內(nèi)兩次有效輸出 PESN 6 VPP 內(nèi) 外 ROM 選擇端 當(dāng)端接高電平時 CPU 訪問并執(zhí)EAEA 行內(nèi)部 ROM 的指令 但當(dāng) PC 值超過 4KB 時 將自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部 ROM 中的 程序 但 端接低電平時 CPU 只訪問外部 ROM 中的指令 7 P0 口 雙向 8 位三態(tài) I O 口 在訪問外部存儲器時 可分時用做低 8 位地址線和 8 位數(shù)據(jù)線 無上拉電阻 能驅(qū)動 8 個 LSTTL 門電路 P1 口 8 位雙向 I O 口 用做普通 I O 口 有上拉電阻 能驅(qū)動 4 個 LSTTL 門電路 P2 口 8 位雙向 I O 口 做高 8 位地址線 有上拉電阻 能驅(qū)動 4 個 LSTTL 門電路 P3 口 8 位雙向 I O 口 具有第二功能 有上拉電阻 能驅(qū)動 4 個 LSTTL 門電路 89C51 單片機(jī)的引腳圖 40 腳雙列直插封裝 如下圖 EA 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 論文 10 圖 3 2 89C51 單片機(jī)的引腳圖 3 3 2 復(fù)位電路設(shè)計 復(fù)位電路是使單片機(jī)的CPU或系統(tǒng)中的其他部件處于某一確定的初始狀態(tài) 并從這上狀態(tài)開始工作 除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外 當(dāng)由于程序運(yùn)行出現(xiàn) 錯誤或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時 為了擺脫困境 也需 按復(fù)位電路以重 新啟動 復(fù)位電路包括上電復(fù)位 按鍵電平復(fù)位 按鍵脈沖復(fù)位 本設(shè)計中采用按鍵 電平復(fù)位 按鍵電平復(fù)位是通過是復(fù)位端經(jīng)過電阻與 VCC 電源接通而實現(xiàn)的 如下圖 S1 SW PB C1 22uF R2 1K R1 200 VCC Vcc RESET Vss 圖 3 3 按鍵電平復(fù)位電路 復(fù)位信號及其產(chǎn)生 RST 引腳是復(fù)位信號的輸入端 復(fù)位信號時高電平有效 其有效時間持續(xù) 24 個振蕩脈沖周期 即 2 個機(jī)器周期 以上 若使用頻率為 12MHz 的晶振 則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)超過 2us 才能完成復(fù)位操作 整個復(fù)位電 路包括片內(nèi)外兩部分 外部電路產(chǎn)生的復(fù)位電路送施密特觸發(fā)器 再由片內(nèi)復(fù)位 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 論文 11 電路在每個機(jī)器周期的 S5P2 時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進(jìn)行采樣 然后才得到 內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號 3 3 3 時鐘電路設(shè)計 時鐘電路由一個晶體振蕩器 12MHZ和兩個 33pF 的瓷片電容組成 時鐘電路 產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時鐘信號 而時序所研究的是指令執(zhí)行中各信號之間的 相互關(guān)系 單片機(jī)本身就如一個復(fù)雜的同步時序電路 為了保證同步工作方式的 實現(xiàn) 電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴(yán)格工作 單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器 其輸入端為芯片引腳 XTAL1 輸 出端為引腳 XTAL2 在芯片外部通過兩個引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容 形成 反饋電路 就構(gòu)成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器 如下圖 C1 33uF C2 33uF 令令 12MHz XTAL2 XTAL1 圖 3 4 時鐘電路 3 3 4 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計 T1 1 2 3 4 D1 C1 3300uF C2 100uF C3 100uF C4 100uF w7805 VinVout 1 2 3 GN D 圖 3 5 直流穩(wěn)壓電源 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 論文 12 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 如下圖所示變 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 三端穩(wěn)壓電器具有體積小 重量輕 性能好 成本低 可靠性好和使用方便 等特點 當(dāng)輸出電壓 U0因某種原因 如電網(wǎng)電壓的波動和負(fù)載的變化 而增大時 內(nèi) 部比較放大電路的反相器輸入端電位隨之升高 使得放大電路輸出端電位下降 使得 U0隨之減小 當(dāng)輸出電壓減小時 各部分的變化與上述過程相反 因而能夠 得到穩(wěn)定的輸出電壓 3 3 5 單片機(jī)最小系統(tǒng) P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 RE SE T 9 P3 0 10 P3 2 12 P3 3 13 P3 4 14 P3 5 15 P3 6 16 P3 7 17 XT AL 2 18 XT AL 1 19 VSS 20 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 PSEN 29 AL E PROG 30 EA VPP 31 P0 7 32 P0 6 33 P0 5 34 P0 4 35 P0 3 36 P0 2 37 P0 1 38 P0 0 39 VCC 40 P1 7 8 P3 1 11 AT 89C51 C1 C2 XT AL 2 XT AL 1 R1 200 R2 1K C 22uF RE SE T VCC VCC RE SE T VSS 圖 3 6 單片機(jī)最小系統(tǒng) 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 論文 13 3 4 輸入輸出接口設(shè)計 C2 33uF C3 33uF Y1 12MHz SW PB C1 22uF R1 200 R2 1k V CC GND GND RD WR P2 6 P0 0 32 P1 2 37 P1 1 38 P1 0 39 ALE 30 EA 31 89C51 V CC 40 RESET 9 V SS 20 X T AL2 18 X T AL1 19 AGC SCADA 89C51 令令1 令令2 令令3 圖 3 7 輸入輸處接口圖 如上圖所示 為輸入輸出接口原理圖 SCADA 實時監(jiān)測發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài) 不斷地向單片機(jī) 89C51 發(fā)送信號 當(dāng)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)改變時 SCADA 發(fā)送改 變信號 單片機(jī)接受信號并且辨別信號的內(nèi)容 經(jīng)過程序辨別后向 AGC 發(fā)出執(zhí) 行指令類別信號 再由 AGC 向發(fā)電機(jī)組發(fā)送改變運(yùn)行狀態(tài)的指令 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 論文 14 第 4 章 自動發(fā)電系統(tǒng)軟件設(shè)計 4 1 軟件實現(xiàn)功能綜述 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) 89C51 發(fā)一個信號 89C51 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 向單片機(jī) 89C51 發(fā)一個信號 單片機(jī)通過 P1 1 向 AGC 發(fā)執(zhí)行指令 AGC 在向發(fā)電機(jī)組發(fā) 出調(diào)節(jié)的指令 同理 在發(fā)電機(jī)組 3 的負(fù)荷改變時 SCADA 向單片機(jī)發(fā)信號 單 片機(jī)經(jīng)過 P1 2 向 AGC 發(fā)送信號 AGC 向發(fā)電機(jī)組調(diào)節(jié)指令 4 2 流程圖設(shè)計 當(dāng)單片機(jī)接受到頻率信號時 通過程序先識別頻率是否改變 如果頻率沒有 改變 說明發(fā)電機(jī)組中的負(fù)荷沒有發(fā)生改變 如果頻率發(fā)生了改變 程序再繼續(xù) 識別是否是發(fā)電機(jī)組 1 負(fù)荷發(fā)生了改變 如果是 則執(zhí)行指令 1 改變發(fā)電機(jī)組 1 的運(yùn)行狀態(tài) 如果不是發(fā)電機(jī)組 1 則在繼續(xù)識別 如果是發(fā)電機(jī)組 2 負(fù)荷發(fā)生 了改變 則執(zhí)行指令 2 改變發(fā)電機(jī)組 2 的運(yùn)行狀態(tài) 如果也不是發(fā)電機(jī)組 2 則 判斷是否發(fā)電機(jī)組 3 的負(fù)荷發(fā)生了改變 如果是則執(zhí)行指令 3 來改變發(fā)電機(jī)組 3 的運(yùn)行狀態(tài) 如果也不是發(fā)電機(jī)組 3 負(fù)荷發(fā)生了改變 則程序結(jié)束 主程序流程 圖如下圖 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 論文 15 開始 初始化 頻率改變 頻率檢測 發(fā)電機(jī)組 1 發(fā)電機(jī)組 2 發(fā)電機(jī)組 3 結(jié)束 指令 1 指令 2 指令 3 N Y N Y Y N Y N 圖4 1 主程序流程圖 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 論文 16 4 3 程序清單 ORG 0000H SJMP MAIN ORG 0030H START MOV SP 60H MOV TMOD 10H MOV TL1 00H MOV TH1 4BH MOV R0 00H MOV R1 20H SETB TR1 SETB EA LCALL L DELAY SJMP INT T1 PUSH ACC PUSH PSW PUSH DPL PUSH DPH 返 CLR TR1 MOV TL1 00H MOV TH1 48H SETB TR1 MAIN MOV TMOD 21H SETB TR0 SETB TR1 MOV R7 8 MOV R6 8 MOV R5 4 MOV A 00H LOOP MOV P1 A RL A INC A ACALL MAIN0 DJNZ R7 LOOP 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 論文 17 MAIN1 MOV A 0FFH MOV P1 A RR A SUBB A 08H ACALL MAIN0 DJNZ R6 MAIN1 MAIN2 MOV A 00H MOV P1 A CPL A ACALL MAIN0 DJNZ R5 MAIN2 LJMP LOOP MAIN0 MOV DPTR 15536 MOV TL0 DPL MOV TH0 DPH MOV TL1 236 MOV TH1 236 JNB TF0 0ms CLR TF0 0ms CPL P3 5 JNB TF1 MAIN0 CLR TF1 RET 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 論文 18 第 5 章 課程設(shè)計總結(jié) 本次設(shè)計對機(jī)組的并列運(yùn)行及有功功率的分配情況進(jìn)行分析計算分析了機(jī)組 有功功率調(diào)查系數(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)出了有功功 率分配的公式 總結(jié)了系統(tǒng)頻率下降與發(fā)電機(jī)調(diào)差系數(shù)和負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)的關(guān) 系 此時的機(jī)組功率該如何分配 并確定了合適方案 使機(jī)組的有功功率按各自 的額定功率合理分配 分析和總結(jié)了當(dāng)負(fù)荷增加時的結(jié)果 根據(jù)要求 采用單片 機(jī) 設(shè)計出了系統(tǒng)當(dāng)中一臺機(jī)組的自動發(fā)電控制系統(tǒng) 實現(xiàn)了機(jī)組功率的合理分 配 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 論文 19 參考文獻(xiàn) 1 商國才 電力系統(tǒng)自動化 天津大學(xué)出版社 2000 2 趙晶 Prote199 高級應(yīng)用 人民郵電出版社 2000 3 何仰贊等 電力系統(tǒng)分析 華中科技大學(xué)出版社 2002 3 4 于海生 微型計算機(jī)控制技術(shù) 清華大學(xué)出版社 2003 4 5 王士政 電網(wǎng)調(diào)度自動化與配網(wǎng)自動化技術(shù) 中國水利水電出版社 2007 3 6 梅麗鳳等 單片機(jī)原理及接口技術(shù) 清華大學(xué)出版社 2009 7 7 王葵等 電力系統(tǒng)自動化 中國電力出版社 2007 1 8 李廣弟 單片機(jī)基礎(chǔ) 北京航空航天大學(xué)出版社 1994 9 郭培源等 電力系統(tǒng)自動控制技術(shù) 北京 科學(xué)出版社 2001 10 方富淇等 配電網(wǎng)自動化 北京 中國電力出版社 2000 內(nèi) 部資料 僅 供參考 內(nèi) 部資料 僅 供參考 9JWKffwvG tYM Jg 6a CZ7H dq8KqqfHVZFedswSyXTy QA9wkxFyeQ djs XuyUP2kNXpRWXmA UE9aQ Gn8xp R 849Gx Gjqv UE9wEwZ Qc UE qYp Eh5pDx2zVkum gTXRm6X4NGpP vSTT ksv 3tnGK8 z89AmYWpazadNu KN MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc vR9CpbK zn Mz849Gx Gjqv UE9wEwZ Qc UE qYp Eh5pDx2zVkum gTXRm6X4NGpP vSTT ksv 3tnGK8 z89AmYWpazadNu KN MuWFA5ux Gjqv UE9wEwZ Qc UE qYp Eh5pDx2zVkum gTXRm6X4NGpP vSTT ksv 3tnGK8 z89AmYWpazadNu KN MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc vR9CpbK zn Mz849Gx Gjqv UE9wEwZ Qc UE qYp Eh5pDx2zVkum gTXRm6X4NGpP vSTT ksv 3tnGK8 z89AmUE9aQ Gn8xp R 849Gx Gjqv UE9wEwZ Qc UE qYp Eh5pDx2zVkum gTXRm6X4NGpP vSTT ksv 3tnGK8 z89AmYWpazadNu KN MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc vR9CpbK zn Mz849Gx Gjqv UE9wEwZ Qc UE qYp Eh5pDx2zVkum gTXRm6X4NGpP vSTT ksv 3tnGK8 z89AmYWpazadNu KN MuWFA5ux Gjqv UE9wEwZ Qc UE qYp Eh5pDx2zVkum 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