改7-機(jī)組自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(3)

1、 遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 電力系統(tǒng)自動(dòng)化電力系統(tǒng)自動(dòng)化 課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）題目：題目：機(jī)組自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（機(jī)組自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（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(jí)：專業(yè)班級(jí)： 電氣電氣104104 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 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(shí)間：起止時(shí)間：2013.12.162013.12.16 12.2912.29本科生課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué) 號(hào)1003031

2、31學(xué)生姓名凃龍專業(yè)班級(jí)電氣104課程設(shè)計(jì)題目機(jī)組自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（3）課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)基本參數(shù)：1. 發(fā)電廠有三機(jī)組，一號(hào)機(jī)組功率為 250MW，二號(hào)機(jī)組功率為 200MW，三號(hào)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(yùn)行。設(shè)計(jì)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(shí)，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(duì)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(shí)，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)

3、，設(shè)計(jì)某臺(tái)機(jī)組的自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組功率的合理分配。5.對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析總結(jié)。進(jìn)度計(jì)劃1、布置任務(wù)，查閱資料，理解掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。 （1 天）2、闡述發(fā)電機(jī)有功頻率調(diào)節(jié)和自動(dòng)發(fā)電的基本原理和實(shí)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(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)。 （1 天）5、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)。 （2 天）6、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)（2 天）7、撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書（1天）指導(dǎo)教師評(píng)語及成績(jī)平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日本科生課程設(shè)計(jì)（論文）I注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算摘 要自動(dòng)發(fā)電

4、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(dòng)控制系統(tǒng)。采用自動(dòng)發(fā)電控制方式對(duì)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(yùn)行，對(duì)用戶提供優(yōu)質(zhì)電能有著重要意義。同時(shí)也是電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化水平的突出標(biāo)志。本課程設(shè)計(jì)闡述了發(fā)電機(jī)有功頻率調(diào)節(jié)的基本原理，通過對(duì)比系統(tǒng)負(fù)荷一定和變化時(shí)，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(duì)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(lì)磁控制系統(tǒng)勵(lì)磁原理，通過對(duì)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)計(jì)，本次設(shè)計(jì)采用的是 AT89C51 單片機(jī)以及 AGC 控制系統(tǒng)，并以 SCADA 為平臺(tái)完成設(shè)

5、計(jì)。設(shè)計(jì)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(duì)AT89C51 最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，時(shí)鐘電路及復(fù)位電路的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：自動(dòng)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(jì)（論文）II目 錄第 1 章 緒論 .11.1 自動(dòng)發(fā)電控制概述.11.2 本文主要內(nèi)容.3第 2 章 機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行有功功率分配計(jì)算 .42.1 機(jī)組有功功率頻率控制及自動(dòng)發(fā)電的基本原理 .42.1.1 機(jī)組有功功率頻率控制 .42.1.2 自動(dòng)發(fā)電的基本原理 .52.2 單臺(tái)機(jī)組有功控制的基本方法 .7

6、2.3 負(fù)荷變化時(shí)的功率分配計(jì)算 .7第 3 章 自動(dòng)發(fā)電控制硬件設(shè)計(jì) .103.1 模擬量輸入輸出通道 .103.1.1 基于 V/F 轉(zhuǎn)換的模擬量輸入回路設(shè)計(jì) .103.1.2 模擬量輸出通道設(shè)計(jì) .103.2 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) .113.3 復(fù)位電路設(shè)計(jì) .133.4 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) .143.5 89C51 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) .143.6 自動(dòng)發(fā)電總體設(shè)計(jì)方案.15第 4 章 AT89C51 軟件設(shè)計(jì).174.1 軟件功能 .174.2 軟件流程圖 .17第 5 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) .18參考文獻(xiàn) .19本科生課程設(shè)計(jì)（論文）0第 1 章 緒論1.1 自動(dòng)發(fā)電控制概述發(fā)電機(jī)組自動(dòng)發(fā)電控制

7、技術(shù)，簡(jiǎn)單來說，就是根據(jù)負(fù)荷的變化，對(duì)機(jī)組的發(fā)電量進(jìn)行自動(dòng)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(gè)系統(tǒng)處于經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)。自動(dòng)發(fā)電控制技術(shù)的基本任務(wù)有四點(diǎn)，第一，必須保證供電的質(zhì)量?jī)?yōu)良。第二，保證系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)行方式。第四，保證提供強(qiáng)有力的事故處理措施。自動(dòng)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)行等步驟，同時(shí)還應(yīng)該具備一定的自診斷功能。一、AGC 的基本功能因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)模型的不準(zhǔn)確和算法上考慮不

8、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(cè)得到的負(fù)荷總是純?cè)谝欢ú罹?。自?dòng)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(gè)系統(tǒng)的處于經(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(shí)現(xiàn)機(jī)組出力的自動(dòng)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(yùn)行狀態(tài)下，AGC的功能如下。1、使發(fā)電自動(dòng)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，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(jì)劃值。4、對(duì)周期性負(fù)荷變化按發(fā)電計(jì)劃調(diào)整

9、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(gè)發(fā)電廠甚至是發(fā)電機(jī)發(fā)布響應(yīng)的控制信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)頻率或頻率的偏差時(shí)，可以通過測(cè)量和計(jì)算確定區(qū)域控制偏差，獲得進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)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)電廠和調(diào)節(jié)機(jī)組。在進(jìn)行機(jī)組功率分配的時(shí)候，本科生課程設(shè)計(jì)（論文）1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(jì)算。其

10、自動(dòng)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(shí)，初始的負(fù)荷增量由釋放汽輪發(fā)電機(jī)組的動(dòng)能來提供。即整個(gè)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(shí)現(xiàn)大幅提高，即一次調(diào)頻。二次調(diào)頻由 AGC 實(shí)現(xiàn)。發(fā)電基點(diǎn)功率與負(fù)荷預(yù)測(cè)，機(jī)組經(jīng)濟(jì)組合。水電計(jì)劃及交換功率計(jì)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(jì)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)荷預(yù)測(cè)機(jī)組組合水電計(jì)劃交換機(jī)化區(qū)域控制誤差 ACE圖 2.1 自動(dòng)發(fā)電控制 AGC 示意圖三、AGC 與其他應(yīng)用軟件的關(guān)系A(chǔ)GC 是 EMS 的有機(jī)組成部分，需要在其他應(yīng)用軟件的支持

11、下工作，例如發(fā)點(diǎn)計(jì)劃、負(fù)荷預(yù)測(cè)、機(jī)組組合、水電計(jì)劃、交換機(jī)化、狀態(tài)估計(jì)、安全約束調(diào)度和優(yōu)潮流等應(yīng)用軟件。此外，AGC 的實(shí)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(cè)、機(jī)組組合、水電計(jì)劃和交換計(jì)劃均與發(fā)電計(jì)劃協(xié)調(diào)，并經(jīng)過發(fā)電計(jì)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(shí)現(xiàn)，一種是計(jì)劃外的負(fù)荷變動(dòng)的消化。AGC 所需要的負(fù)荷預(yù)測(cè)不僅是短期的，還需要預(yù)測(cè)超短期的，尤其在生負(fù)荷階段。狀態(tài)估計(jì)可以每 10 分鐘向 AGC 提供各機(jī)組和各聯(lián)絡(luò)線交點(diǎn)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(jì)發(fā)現(xiàn)有線路潮流過負(fù)荷，則啟動(dòng)實(shí)時(shí)安全約束調(diào)度軟件

12、，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(gè)周期開始 AGC 將自動(dòng)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(shí)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(shí)現(xiàn)這幾項(xiàng)功能的這幾項(xiàng)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(jì)（論文）2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(jì)安全約束調(diào)度交換計(jì)劃AGC負(fù)荷預(yù)測(cè)水電計(jì)劃發(fā)電計(jì)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(dòng)化的，但實(shí)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(shí)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

13、了系統(tǒng)負(fù)荷一定和變化時(shí)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(duì)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(jì)采用的是 AT89C51 單片機(jī)以及 AGC 控制系統(tǒng)，并以SCADA 為平臺(tái)完成設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)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(duì) AT89C51 最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，時(shí)鐘電路及復(fù)位電路的設(shè)計(jì)，最終完成本次發(fā)電機(jī)組自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）3本科生課程設(shè)計(jì)（論文）4 第 2 章 機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行有功功率分配計(jì)算2.1 機(jī)組有功功率頻率控制及自動(dòng)發(fā)電的基本原理2.1.1

14、 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(shí)對(duì)電力系統(tǒng)本身影響也很大，嚴(yán)重時(shí)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(dòng)不超過0.2HZ。根據(jù)符合變動(dòng)的不同特點(diǎn)，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(dòng)機(jī)功率或負(fù)荷功率發(fā)生變化時(shí)，必然引起電力系統(tǒng)頻率的變化，此時(shí)，存儲(chǔ)在系統(tǒng)負(fù)荷的電磁場(chǎng)和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量（如

15、電動(dòng)機(jī)、照明鎮(zhèn)流器等）中的能量會(huì)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(shí)，系統(tǒng)負(fù)荷減少；當(dāng)系統(tǒng)頻率上升時(shí)，系統(tǒng)負(fù)荷會(huì)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，其典型值為 12。D=2 意味著 1%的頻率變化會(huì)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(shí)，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(huì)動(dòng)作，改變其原動(dòng)機(jī)的閥門位置，調(diào)整原動(dòng)機(jī)的功率，以求改善原動(dòng)機(jī)功率或負(fù)荷功率的不平衡狀況，即當(dāng)系

16、統(tǒng)頻率下降時(shí)，發(fā)電機(jī)的蒸汽閥門或進(jìn)水閥門的開度就會(huì)增大，增加原動(dòng)機(jī)的功率；當(dāng)系統(tǒng)頻率上升時(shí)，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(dòng)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)/ )(RONNNR式中：表示無載靜態(tài)轉(zhuǎn)速（主閥在無載位置）ON 表示滿載靜態(tài)轉(zhuǎn)速（主閥全開）N本科生課程設(shè)計(jì)（論文）5 表示額定轉(zhuǎn)速RN調(diào)差率 R 的實(shí)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(diǎn)：第一，響應(yīng)速度快，一般在在 10s；第二，作用時(shí)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

17、只與一個(gè)變量有關(guān)，機(jī)組之間互相影響小，但無法實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)頻率的無差調(diào)整。但未實(shí)現(xiàn)對(duì)火力發(fā)電機(jī)組的燃燒系統(tǒng)的控制，為使原動(dòng)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(dòng)機(jī)功率的基準(zhǔn)值，達(dá)到改變?cè)瓌?dòng)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(dòng)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(jì)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(dòng)發(fā)電控制（AGC） 。（1）其作用：第一，響應(yīng)時(shí)間

18、較慢，能有效地調(diào)整分鐘級(jí)及更長(zhǎng)周期的負(fù)荷波動(dòng)；第二，實(shí)現(xiàn)頻率的無差調(diào)整。（2）特點(diǎn)：第一，采用的調(diào)整方式對(duì)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(duì)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(diǎn)。綜上所述保證輸電系統(tǒng)的頻率對(duì)于單個(gè)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(shí)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(dòng)發(fā)電的基本原理對(duì)于具有

19、多個(gè)聯(lián)絡(luò)點(diǎn)和發(fā)電機(jī)組的實(shí)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(hào)；負(fù)荷分配器根據(jù)輸入的控制信號(hào)大小并且根據(jù)等微增率準(zhǔn)則或其他原則來控制各臺(tái)發(fā)電機(jī)輸出功率的大小。自動(dòng)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(cè)量信號(hào)，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(jì)（論文）6（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

20、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(shí)際功率與設(shè)定的輸出功率相一致。圖 2.1 具有多臺(tái)發(fā)電機(jī)的 AGC 系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)中的負(fù)荷分配配齊使根據(jù)所測(cè)量的發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出功率和頻率偏差等信號(hào)按照一定的準(zhǔn)則分配各臺(tái)發(fā)電機(jī)組輸出功率。決定各臺(tái)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(diǎn)經(jīng)濟(jì)功率”和“分配系ciPbiP數(shù)”來表示每臺(tái)發(fā)電機(jī)組的輸出功率的方法，即每臺(tái)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)(11ninibiGiibiciPAGCPPP式中 -各臺(tái)發(fā)電機(jī)組的設(shè)定調(diào)整功率-每臺(tái)發(fā)電機(jī)的實(shí)際輸出功率ciPGiP -各臺(tái)發(fā)電機(jī)的基點(diǎn)經(jīng)濟(jì)功率；-分配系數(shù)

21、biPi也就是說，系統(tǒng)各臺(tái)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(shí)際輸出和每日臺(tái)發(fā)電機(jī)組的基點(diǎn)經(jīng)濟(jì)功率，以及系統(tǒng)頻率偏差和功率偏差(AEC)。GiPbiP偏差越大，各大電機(jī)組的設(shè)定調(diào)整功率的變動(dòng)就越大。當(dāng)頻率偏差和功率偏差趨于零時(shí)，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(shí)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Pc1Pc2Pc3Pg1Pg2Pg3+-G1G2G3 p/f本科生課程設(shè)計(jì)（論文）7分配到每臺(tái)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(dòng)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(jì)算時(shí)加以biPi修正。2

22、.3 負(fù)荷變化時(shí)的功率分配計(jì)算（1）發(fā)電廠有三機(jī)組，一號(hào)機(jī)組功率為 250MW，二號(hào)機(jī)組功率為 200MW，三號(hào)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(yùn)行系統(tǒng)負(fù)荷增加時(shí)，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eflf態(tài)調(diào)節(jié)公式：， (2-4)0*fPG因此可得出： (2-5)*1*2*2*1PP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(shí)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(dòng)。假設(shè)系統(tǒng)由 n

23、臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，則連理調(diào)解方程式：（1）有銘值 (2-6)niiniGiGfPP11)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)niiGGPf1)1(1等效發(fā)電機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率為： (2-8)niGiniGGGKK11)1(1這樣系統(tǒng)的三臺(tái)發(fā)電機(jī)組同樣可以當(dāng)做單獨(dú)一臺(tái)發(fā)電機(jī)對(duì)待，滿足調(diào)節(jié)公式。同時(shí)，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)fKKfKPPPLGGLGL)(物理意義：表示全系統(tǒng)的頻率沒變化 1Hz 時(shí)，其調(diào)節(jié)的負(fù)荷有功功率大小。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）8（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

24、定容量為GeP負(fù)荷：以額定負(fù)荷容量為基準(zhǔn)LeP全系統(tǒng)：以負(fù)荷額定容量為基準(zhǔn)LeP等效發(fā)電機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率： (2-10)niGeGeiGiGGPPKfPK1*)(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(shí)際功率。根據(jù)任務(wù)書給的參數(shù)可進(jìn)行以下計(jì)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)*(HzMWfPKeG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/*HzMWfKPKeLLeL當(dāng)負(fù)荷增加 200MW 時(shí)，頻率變化量為： )(9 . 0)20

25、200/(200)/(HzKKPfLG系統(tǒng)頻率為：)( 1 .499 . 050Hzfffe等效發(fā)電機(jī)組發(fā)出的功率增加量為： MWKfPGG180200*9 . 0*系統(tǒng)的實(shí)際負(fù)荷為： MWPPPGLeL680180500本科生課程設(shè)計(jì)（論文）9第 3 章 自動(dòng)發(fā)電控制硬件設(shè)計(jì)3.1 開關(guān)量輸入輸出通道 開關(guān)量信息輸入微機(jī)系統(tǒng)的電路稱為開關(guān)量輸入通道，簡(jiǎn)稱開入。開關(guān)量信息自微機(jī)系統(tǒng)輸出去遙控遠(yuǎn)方的開關(guān)狀態(tài)，則稱為開出。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(jì)算機(jī)的隔離器件其簡(jiǎn)單接線原理圖如圖 3.1，當(dāng)有輸出信號(hào)時(shí)，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

26、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(hào)，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(hào)的干擾，所以隔離洗好比較好。 UABGND1SRGND2R1Uc圖 3.1 光電耦合器接線原理圖本科生課程設(shè)計(jì)（論文）103.1.2 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(jí)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。在初始化和需要繼電器K返回時(shí)，應(yīng)該使PB0輸出“1” ，PB1輸出“0” 。設(shè)

27、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(dòng)發(fā)光二極管；另一方面是因?yàn)椴捎门c非門后要滿足兩個(gè)條件才能使繼電器K動(dòng)作，增加餓了抗干擾能力。3.2 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)電源電路設(shè)計(jì)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 的作用是將 12V 的直流電轉(zhuǎn)化成 5V 的直流電，圖中的 4 個(gè)電容是濾波電容。集成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路有三個(gè)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)

28、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(jì)中使用的 W7805 三端穩(wěn)壓器為固定式穩(wěn)壓器，型號(hào)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&圖 3.2 裝置開關(guān)輸出回路接線圖本科生課程設(shè)計(jì)（論文）11T11234D1C13300uFC2100uFC3100uFC4100uFw7805VinVout123GND.圖 3.3 直流穩(wěn)壓電源220V+5V本科生課程設(shè)計(jì)（論文）0三端穩(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(diǎn)。當(dāng)輸出電壓 U0因某種原因（如電網(wǎng)電壓的波

29、動(dòng)和負(fù)載的變化）而增大時(shí)，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?。寒?dāng)輸出電壓減小時(shí)，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 復(fù)位電路設(shè)計(jì)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(cuò)誤或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為了擺脫困境，也需 按復(fù)位電路以重新啟動(dòng)。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(jì)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(shí)現(xiàn)的，如圖 3.420 0R E S2

30、1kR E S222 0u FC A PS1SW -P B圖 3.4 按鍵電平復(fù)位電路復(fù)位信號(hào)及其產(chǎn)生：RST 引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端，復(fù)位信號(hào)時(shí)高電平有效，其有效時(shí)間持續(xù) 24 個(gè)振蕩脈沖周期（即 2 個(gè)機(jī)器周期）以上，若使用頻率為12MHz 的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過 2us 才能完成復(fù)位操作。整個(gè)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)位電路在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 時(shí)刻對(duì)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(hào)。200220uF1K本科生課程設(shè)計(jì)（論文）13.4 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路由一個(gè)晶體振蕩器 12MHZ和兩個(gè) 33

31、pF 的瓷片電容組成。時(shí)鐘電路產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互關(guān)系。單片機(jī)本身就如一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格工作。單片機(jī)芯片內(nèi)部有一個(gè)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(gè)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(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，如圖 3.5 CAPC A PC A PC RY ST A LX T A L 1X T A L 2圖 3.5 時(shí)鐘電路3.5 89C51 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）XTAL1：接外部晶體和微調(diào)電容的一

32、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(shí)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(shí)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(shí)此引腳應(yīng)懸浮。通過示波器查看XTAL2 端是否有脈沖信號(hào)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(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)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(hào)。ALE 鎖存 P0 口傳送的低 8 位地址PROG信號(hào)，實(shí)現(xiàn)低

33、 8 位地址與數(shù)據(jù)的分離。（5）：外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。當(dāng) 89C51 由外部程序存儲(chǔ)器PESN取指令（或常數(shù)）時(shí)，每個(gè)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(shí)，CPU 訪問并執(zhí)EAEA33uF33uF晶振 12MHz本科生課程設(shè)計(jì)（論文）2行內(nèi)部 ROM 的指令；但當(dāng) PC 值超過 4KB 時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部 ROM 中的程序。但 端接低電平時(shí)，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(chǔ)器時(shí)，可分時(shí)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(dòng) 8 個(gè) LSTTL 門電路。

34、 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(dòng) 4 個(gè)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(dòng) 4 個(gè)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(dòng) 4 個(gè)LSTTL 門電路。89C51 單片機(jī)的最小系統(tǒng)接線圖如圖 3.6 圖 3.6 單片機(jī)最小系統(tǒng)3.6 自動(dòng)發(fā)電總體設(shè)計(jì)方案自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)是利用調(diào)度監(jiān)控計(jì)算機(jī)、通道、遠(yuǎn)方終端、執(zhí)行（分配）裝置、發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化裝置等組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)、調(diào)整電力系統(tǒng)的頻率，以控制發(fā)電機(jī)出力。它是電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化的主要內(nèi)容之一。自

35、動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)是并網(wǎng)發(fā)電廠提供的有償輔助服務(wù)之一，發(fā)電機(jī)組在規(guī)定的出力調(diào)整范圍內(nèi)，跟蹤電力調(diào)度交易機(jī)構(gòu)下發(fā)的指令，按照一定調(diào)節(jié)速率實(shí)時(shí)調(diào)整發(fā)電出力，以滿足電力系統(tǒng)頻率和聯(lián)絡(luò)功率控制要求的服務(wù)?；蛘哒f，自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)對(duì)電網(wǎng)部分機(jī)組出力進(jìn)行二次調(diào)整,以滿足控制目標(biāo)要求;其基本EA12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940p1 .0p1 .0p1 .2p1 .3p1 .4p1 .5p1 .6p1 .7p3 .0p3 .1R E SE Tp3 .2p3 .3p3 .4p3 .5p3 .6p3 .

36、7X T A L 2X T A L 1V SSP0 .0P0 .1P0 .2P0 .3P0 .4P0 .5P0 .6P0 .7V C CP2 .0P2 .1P2 .2P2 .3P2 .4P2 .5P2 .6P2 .7E A /V PPPS E NA L E / O GA ?C O M PO N E N T _1R 21KR 120 0C22 0u FC 2C 1S?SW -P BV C CV C CV SSR E SE TX T A L 1X T A L 2CRYSY12MHzCAP33uFCAP33uFRES2200RES21KS1本科生課程設(shè)計(jì)（論文）3功能為：負(fù)荷頻率控制（LFC） ，經(jīng)

37、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(jì)劃相等，最小區(qū)域化運(yùn)行成本。自動(dòng)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(jì)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(yùn)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(shí)，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(shí),頻率就發(fā)生波動(dòng),嚴(yán)重時(shí)會(huì)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(shí)會(huì)引起系統(tǒng)功率不平衡，導(dǎo)致頻率

38、波動(dòng)。要保證電能的質(zhì)量，就必須對(duì)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(dòng)發(fā)電控制是通過對(duì)供電頻率的監(jiān)測(cè)、調(diào)整實(shí)現(xiàn)的。本次設(shè)計(jì)采用 AGC 自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)和 SCADA 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)發(fā)電控制，如圖4.7 通過時(shí)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(hào)，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(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)的自動(dòng)發(fā)電控制。當(dāng) SCADA 傳來負(fù)荷改變的實(shí)時(shí)信息時(shí)，經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器，將信號(hào)傳給單片機(jī)AT89C51。然后單片機(jī) AT89C51 經(jīng)過程序，將信號(hào)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(dòng)發(fā)電系統(tǒng)控制框圖復(fù)位電路時(shí)鐘電