電力系統(tǒng)自動低頻減負(fù)荷裝置設(shè)計(4).doc

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：電力系統(tǒng)自動低頻減負(fù)荷裝置設(shè)計（電力系統(tǒng)自動低頻減負(fù)荷裝置設(shè)計（4） 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101101 學(xué)學(xué) 號：號： 100303004100303004 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 張宇航張宇航 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 李寶國李寶國 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1004303004學(xué)生姓名張宇航專業(yè)班級電氣101 課程設(shè)計 題目 電力系統(tǒng)自動低頻減負(fù)荷裝置設(shè)計（4） 課程設(shè)計（論文）任務(wù) 基本參數(shù)： 某電廠采用雙回線輸送電能，滿負(fù)荷運行。當(dāng)其中一條線路故障后，加重另 一條線路負(fù)擔(dān)，為盡可能保持系統(tǒng)供電經(jīng)濟性與可靠性，切除部分發(fā)電機組，并 投入自動低頻減負(fù)荷裝置。 1 發(fā)電廠共 8 臺機組，每臺 50 萬千瓦； 2 切除一條線路后，線路傳輸功率為原來的 75%。 3 負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)為 1.85 4 切除部分機組并投入低頻減載裝置后，要求系統(tǒng)頻率恢復(fù)到 48hz 設(shè)計要求 1.闡述自動減負(fù)荷裝置作用。 2.闡述自動減負(fù)荷裝置原理及構(gòu)成。 3.整定計算。 確定切除幾臺發(fā)電機組 不投自動減負(fù)荷裝置，發(fā)電機組切除后系統(tǒng)頻率是多少？ 投入自動減負(fù)荷裝置的負(fù)荷總功率。 確定自動減負(fù)荷級數(shù)，及各級動作頻率。 確定每級最佳切除負(fù)荷大小。 4.利用單片機（或 plc 等）實現(xiàn)對接入低頻減負(fù)荷裝置負(fù)荷的控制。 5.對結(jié)果進行分析總結(jié)。 進度計劃 1、布置任務(wù)，查閱資料，理解掌握自動低頻減負(fù)荷原理及要求。 （1 天） 2、設(shè)計自動低頻減負(fù)荷裝置。 （1 天） 3、確定切除發(fā)電機組，確定投入自動減負(fù)荷裝置的負(fù)荷總功率。 （1 天） 4、確定自動減負(fù)荷級數(shù)，及各級動作頻率。 （1 天） 5、確定每級最佳切除負(fù)荷大小，驗證結(jié)果的正確性。 （1 天） 6、利用單片機（或plc等）實現(xiàn)對接入低頻減負(fù)荷裝置負(fù)荷的實時控制。 （3天） 7、對結(jié)果進行分析總結(jié)。 （1天） 8、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 注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算 摘 要 通常電力系統(tǒng)均具備有熱備用容量，正常運行時，如系統(tǒng)產(chǎn)生正常的有用功 缺額，可以通過對有功功率的調(diào)節(jié)來保持系統(tǒng)頻率在額定值附近。但是在事故情 況下，系統(tǒng)可能產(chǎn)生嚴(yán)重的有功缺額，因而導(dǎo)致系統(tǒng)頻率大幅度下降。這是因為 系統(tǒng)所缺功率以大大超過系統(tǒng)熱備用容量，系統(tǒng)已經(jīng)無可調(diào)輸出功率以資利用， 因此只能在系統(tǒng)頻率下降到某一值以下時，采用切除相應(yīng)用戶的辦法來減少系統(tǒng) 的有功缺額，使系統(tǒng)頻率保持在事故允許的限額之內(nèi)。以往的模擬式的低頻減載 裝置由于測量精度差，特別是當(dāng)系統(tǒng)正常運行中電壓下降或者頻率瞬時變化較大 時可能會誤動作，并且整定不方便，更不能組網(wǎng)，已不能滿足新的要求。電力系 統(tǒng)自動低頻減載是一種反事故措施，在電力系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重事故時，系統(tǒng)的有功將 嚴(yán)重缺額，電力系統(tǒng)的頻率會很快下降，為保證電力系統(tǒng)不至于頻率崩潰，必須 采取快速明確的措施，必要時按頻率下降進行負(fù)荷的切除。 本文通過對低頻減負(fù)荷裝置的原理與技術(shù)要求的闡述，確定整定方案和控制 方式，并進行了運行分析與整定計算。通過電力系統(tǒng)的靜態(tài)頻率特性與動態(tài)頻率 特性的分析計算，確定了符合要求的實驗裝置。 關(guān)鍵詞：低頻減載；整定計算；頻率特性； 本科生課程設(shè)計（論文） iii 目 錄 第 1 章 緒論 1 1.1 電力系統(tǒng)自動低頻減負(fù)荷裝置概況 .1 1.2 本文主要內(nèi)容 .3 第 2 章 自動低頻減負(fù)荷裝置原理與構(gòu)成 4 2.1 自動低頻減負(fù)荷裝置的作用 .4 2.2 自動低頻減負(fù)荷裝置原理 .4 2.3 自動低頻減負(fù)荷裝置構(gòu)成 .5 第 3 章 自動低頻減負(fù)荷裝置的整定計算 7 3.1 自動低頻減負(fù)荷的整定計算 .7 3.1.1 整定計算的目的和內(nèi)容 7 3.1.2 整定計算的基本假定和方法 7 3.1.3 自動低頻減負(fù)荷裝置的整定原則 8 3.2 自動低頻減載的運行分析 .8 3.3 自動減負(fù)荷整定計算 10 第 4 章 單片機軟件設(shè)計 .12 4.1 單片機軟件概述 12 4.2 主程序流程圖設(shè)計 12 4.2.1 模擬量檢測流程圖設(shè)計 .13 4.2.2 頻率判斷流程圖設(shè)計 .14 第 5 章 課程設(shè)計總結(jié) .15 參考文獻 16 本科生課程設(shè)計（論文） 1 第 1 章 緒論 1.1 電力系統(tǒng)自動低頻減負(fù)荷裝置概況 自動低頻減負(fù)荷裝置是防止電力系統(tǒng)發(fā)生頻率崩潰的系統(tǒng)保護。為了加強自 動低頻減負(fù)荷的管理工作，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，保證向重要用戶不間 斷供電，對自動低頻減負(fù)荷的管理實行統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，分級管理的原則，各網(wǎng)局、省 局應(yīng) 分別指定一名主管生產(chǎn)的領(lǐng)導(dǎo)負(fù)責(zé)本網(wǎng)、本省的自動低頻減負(fù)荷工作。電 力系統(tǒng)必須合理安排自動低頻減負(fù)荷的順序及所切復(fù)合數(shù)量。當(dāng)系統(tǒng)全部或解列 后的局部出現(xiàn)有功功率缺額時，能夠有計劃地按頻率下降情況自動減去足夠數(shù)量 的較次要負(fù)荷，以保證系統(tǒng)安全運行和重要用戶的不間斷供電。低頻減負(fù)荷的基 本要求，裝置的配置、輪數(shù)、每輪啟動頻率值及人為附加延時的整定、每輪所切 負(fù)荷數(shù)量以及整定計算的基本內(nèi)容作了原則或提出了推薦意見，但鑒于各地區(qū)電 力系統(tǒng)中，發(fā)電機組的組合(水、火、核電、機組及電廠容量大小及比重，機組 對異常頻率的適應(yīng)性等)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運行方式等有較大的不同，因而在實際執(zhí) 行中需結(jié)合具體系統(tǒng)情況運用。 a) 正常運行時，如系統(tǒng)產(chǎn)生正常的有用功缺額，可以通過對有功功率的調(diào)節(jié) 來保持系統(tǒng)頻率在額定值附近 b) 事故情況時，系統(tǒng)可能產(chǎn)生嚴(yán)重的有功缺額，因而導(dǎo)致系統(tǒng)頻率大幅度 下降。因此只能在系統(tǒng)頻率下降到某一值以下時，采用切除相應(yīng)用戶的辦法來減 少系統(tǒng)的有功缺額，使系統(tǒng)頻率保持在事故允許的限額之內(nèi) 一、系統(tǒng)頻率的事故限額 （1）系統(tǒng)頻率降低使廠用機械的輸出功率大為下降，必然使得系統(tǒng)所有發(fā)電 機的有功輸出功率進一步降低，有時可能形成惡性循環(huán)，直至頻率雪崩。 （2）系統(tǒng)頻率降低使勵磁機等的轉(zhuǎn)速也相應(yīng)降低，當(dāng)勵磁電流一定時，發(fā)送 的無功功率會隨著頻率的降低而減少，當(dāng)頻率降到 4546hz 時，系統(tǒng)電壓水平就 會受到嚴(yán)重影響，使系統(tǒng)陷于分裂或崩潰。 （3）電力系統(tǒng)頻率變化對用戶的不利影響： 1） 頻率變化將引起異步電動機轉(zhuǎn)速的變化。 2） 系統(tǒng)頻率降低將使電動機的轉(zhuǎn)速和功率降低。 3） 國防部門和工業(yè)使用的測量、控制等電子設(shè)備將因為頻率的波動而 影響準(zhǔn)確性和工作性能 本科生課程設(shè)計（論文） 2 （4）汽輪機對頻率的限制。 （5）頻率升高對大機組的影響。 （6）頻率對核能電廠的影響。 二、低頻運行對電力系統(tǒng)的影響 電力系統(tǒng)頻率反映了系統(tǒng)中有功功率的供需平衡情況，它不僅是電力系統(tǒng)運 行的重要質(zhì)量指針，也是影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要因素。低頻運行對電 力系統(tǒng)的有以下影響: 1、對發(fā)電機和系統(tǒng)安全運行的影響 1) 頻率下降時，汽輪機葉片的振動會變大，輕則影響使用壽命，重則可 能產(chǎn)生裂紋。對于額定頻率為 50 hz 的電力系統(tǒng)，當(dāng)頻率降低到 45hz 附近時， 某些汽輪機的葉片可能因產(chǎn)生共振而斷裂，造成重大事故。 2) 頻率下降到 47 48hz 時，由異步電動機驅(qū)動的送風(fēng)機、吸風(fēng)機、給 水泵、循環(huán)水泵和磨煤機等火電廠廠用機械的出力隨之下降，火電廠鍋爐和汽輪 機的出力也隨之下降，從而使火電廠發(fā)電機發(fā)出的有功功率下降。這種趨勢如果 不能及時制止，就會在短時間內(nèi)使電力系統(tǒng)頻率下降到不能允許的程度，這種現(xiàn) 象稱為頻率雪崩。出現(xiàn)頻率雪崩會造成大面積停電，甚至使整個系統(tǒng)瓦解。 3) 在核電廠中，反應(yīng)堆冷卻介質(zhì)對供電頻率有嚴(yán)格要求。當(dāng)頻率降到一 定數(shù)值時，冷卻介質(zhì)泵會自動跳開，使反應(yīng)堆停止運行。 4) 電力系統(tǒng)頻率下降使異步電動機和變壓器的勵磁電流增加，使異步電 動機和變壓器的無功消耗增加，從而使系統(tǒng)電壓下降。頻率下降還會引起勵磁機 出力下降，并使發(fā)電機電動勢下降，導(dǎo)致全系統(tǒng)電壓水平降低。如果電力系統(tǒng)原 來的電壓水平偏低，在頻率下降到一定值時，可能出現(xiàn)電壓快速且不斷下降，即 所謂的電壓雪崩現(xiàn)象。出現(xiàn)電壓雪崩會造成大面積停電，甚至使整個系統(tǒng)瓦解。 2、低頻運行對電力用戶的影響 1) 電力系統(tǒng)頻率變化會引起異步電動機轉(zhuǎn)速變化，這會使得電動機所驅(qū) 動的加工工業(yè)產(chǎn)品的機械轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。有些產(chǎn)品對加工機械的轉(zhuǎn)速要求很高， 轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定會影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至?xí)霈F(xiàn)次品和廢品。 2) 電力系統(tǒng)頻率波動會影響某些測量和控制用的電子設(shè)備的準(zhǔn)確性和性 能，頻率過低時有些設(shè)備甚至無法工作。 3) 電力系統(tǒng)頻率降低將使電動機的轉(zhuǎn)速和輸出功率降低，導(dǎo)致所帶動機 械的轉(zhuǎn)速和出力降低，影響用戶設(shè)備的正常運行。 電力系統(tǒng)規(guī)定，系統(tǒng)頻率不能長時期運行在 49.549hz 一下；事故情況下 不能較長時間的停留在 47hz 一下，瞬時值則不能低于 45hz。所以在電力系統(tǒng)發(fā) 生有功功率缺額的事故時，必須迅速斷開相應(yīng)的用戶，使頻率維持在運行人員可 本科生課程設(shè)計（論文） 3 以從榮處理事故的水平上，然后再逐步恢復(fù)到正常。由此可見，按頻率自動減負(fù) 荷裝置“zpjh”是電力系統(tǒng)的一種有力的反事故措施。 1.2 本文主要內(nèi)容 本文通過對電力系統(tǒng)裝置的分析，整定計算以及單片機仿真等的綜合設(shè)計， 研究低頻自動減負(fù)荷在電力系統(tǒng)中對有功功率缺額的控制，低頻減載裝置在電力 系統(tǒng)中的重要作用。之前我們學(xué)習(xí)過程中了解到電力系統(tǒng)低頻運行的危害。頻率 對電力用戶有一定的影響，頻率對電力系統(tǒng)有一定的影響，所以電力系統(tǒng)頻率控 制是關(guān)系電力系統(tǒng)全局的控制問題。電力系統(tǒng)頻率和有功功率自動控制是電力系 統(tǒng)正常運行時的頻率控制，控制的目的是克服有計劃外負(fù)荷引起的頻率波動，維 持電力系統(tǒng)有合格的頻率。微機低頻減載裝置代替常規(guī)的低頻減載裝置是必然的 趨勢。近年來，不少研究單位和廠家研究開發(fā)了不同類型的微機低頻減載裝置， 有些采用專用的低頻減載裝置，有些是作為綜合自動化系統(tǒng)的一個獨立模塊，但 是，他們存在如下幾點不足：(1)閉鎖條件不盡完善；(2)存在多切負(fù)荷的現(xiàn)象： (3)尚不能完全滿足變電站綜合自動化建設(shè)的需要。 針對上述現(xiàn)象，本文以某電廠采用雙回線輸送電能，滿負(fù)荷運行。當(dāng)其中一 條線路故障后，加重另一條線路負(fù)擔(dān)，為盡可能保持系統(tǒng)供電經(jīng)濟性與可靠性， 切除部分發(fā)電機組，并投入自動低頻減負(fù)荷裝置為例，設(shè)計了一種新型的微機自 動，低頻減負(fù)荷裝置，該裝置有以下特點：(1)采用新的測頻方法，提高了測頻 精確度，可防止超調(diào)和懸?，F(xiàn)象；(2)改善了閉鎖條件，在變電站的饋電線路故 障或變壓器跳閘造成失壓時，裝置不誤動，電力系統(tǒng)低頻振蕩或受諧波干擾時， 不誤動；(3)增加了遠(yuǎn)方控制和當(dāng)?shù)卣ǖ墓δ埽?4)為了配合無人值班變電站， 增加了重合閘功能：(5)提高了微機裝置的故障自診斷能力，從而提高了裝置的 可靠性。 本科生課程設(shè)計（論文） 4 第 2 章 自動低頻減負(fù)荷裝置原理與構(gòu)成 2.1 自動低頻減負(fù)荷裝置的作用 自動減負(fù)荷裝置是為了提高供電質(zhì)量，保證重要用戶的供電可靠性，當(dāng)系統(tǒng) 中出現(xiàn)有功功率缺額時引起的頻率下降時，根據(jù)頻率下降的程度，自動斷開一部 分用戶，阻止頻率下降，以使頻率迅速的恢復(fù)到正常值，這種裝置叫自動減負(fù)荷 裝置。它不但可以保證對正常用戶的供電，而且還可以避免由于頻率下降引起的 系統(tǒng)瓦解故障。當(dāng)系統(tǒng)全部或解列后的局部出現(xiàn)有功功率缺額時，能夠有計劃地 按頻率下降情況自動減去足夠數(shù)量的較次要負(fù)荷，以保證系統(tǒng)安全運行和向重要 用戶的不間斷供電。自動低頻減負(fù)荷裝置的數(shù)量需隨系統(tǒng)電源投產(chǎn)容量的增加而 相應(yīng)地增加。事故手動低頻減負(fù)荷是自動減負(fù)荷的必要補充，當(dāng)電源容量恢復(fù)后， 應(yīng)逐步地手動或自動地恢復(fù)被切負(fù)荷。 2.2 自動低頻減負(fù)荷裝置原理 自動低頻減負(fù)荷(zdpj)的基本原理可以用圖 1.1 來說明。設(shè)系統(tǒng)故障前頻率 為 fe當(dāng)系統(tǒng)因故障出現(xiàn)有功缺額時，如果缺額較小，且系統(tǒng)內(nèi)有足夠的旋轉(zhuǎn)備用 容量，在系統(tǒng)頻率經(jīng)過一個短時間下降之后，隨著旋轉(zhuǎn)備用容量作用的發(fā)揮，會 重新恢復(fù)到故障后，隨著旋轉(zhuǎn)備用容量作用的發(fā)揮，會重新恢復(fù)到故障前的的水 平，頻率 f 隨時間 t 變化如圖曲線 1 所示。在這種情況下，zdpj 不動作。如果 有功缺額較大，而且系統(tǒng)中備用容量又比較少或沒有時，系統(tǒng)頻率就會比較快地 下降，如圖曲線 2.1 所示。 圖 1.1 低頻減載頻率變化示意圖 本科生課程設(shè)計（論文） 5 在這種情況下當(dāng)系統(tǒng)頻率 f 下降到 zdpj 的第一級(輪)動作頻率 f1 時， zdpj 裝置動作，自動地切除一部分不重要的負(fù)荷，以使 f 回開到允許較長時間 運行的頻率值(以下簡稱允許頻率值)。如果 zdpj 裝置切除的負(fù)荷功率正好等于 故障失去的電源功率，f 就會恢復(fù)到額定值，如圖曲線 3 所示。如果 zdpj 裝置切 除的負(fù)荷功率比較少，系統(tǒng)頻率就有可能繼續(xù)下降，如圖曲線 4 所示。當(dāng) f 降低 到 zdpj 的第二級動作頻率 f2 時，則 zdpj 裝置動作，再切除一部分重要的負(fù)荷。 如果 zdpj 的第二級切除的負(fù)荷比較大，f 可能上升，如圖曲線 5 所示。如果第二 級切除的負(fù)荷功率比較小系統(tǒng)頻率 f 則有可能繼續(xù)下降。當(dāng) f 下降到 zdpj 的 第三級動作頻率時，zdpj 裝置就再切除部分更比較重要的負(fù)荷。如果頻率一 直下降，zdpj 就一直切負(fù)荷，直到使系統(tǒng)頻率恢復(fù)到允許頻率值為止。自動低 頗減負(fù)荷必須經(jīng)過嚴(yán)格的整定計算，一般經(jīng)過 zdpj 動作五級(輪)之后，就合使 系統(tǒng)頻率恢復(fù)到允許頻率值。電力系統(tǒng)自動低頻減負(fù)荷裝置切除負(fù)荷時，系統(tǒng)頻 率變化情況是比較復(fù)雜的，常出現(xiàn)這樣的情況：在某一級切除負(fù)荷之后，領(lǐng)率不 再下降了，不能使 zdpj 繼續(xù)切除負(fù)荷，而頻率又恢復(fù)不到允許值。出現(xiàn)這樣情 況是系統(tǒng)運行歷不能允許的。為此 zdpj 裝置中設(shè)有特殊級，在出現(xiàn)上述情況時 特殊級動作，使系統(tǒng)頻率恢復(fù)到允許值。與特殊級相對應(yīng)，將前面所介紹的各級 稱為基本級。特殊級也稱為后備級。 2.3 自動低頻減負(fù)荷裝置構(gòu)成 自動低頻減負(fù)荷裝置所控制的是整個電力系統(tǒng)的頻率，而不是系統(tǒng)內(nèi)某一臺 發(fā)電機組的運行參數(shù)，因此 zdpj 裝置分散文裝在電力系統(tǒng)的各變電站之中，由 它們共同作用來阻止系統(tǒng)頻率下降。圖 1.2 是 zdpj 裝登的原理接線圖。圖(b)是 圖(a)中的單級接線圖。 圖 2.2 zdpj 原理接線圖 本科生課程設(shè)計（論文） 6 其中 fi 是低頻繼電器，當(dāng)輸入電壓的頻率低于整定值時，它的接點閉合； ，t 是延時閉合時間繼電器；zx 是執(zhí)行繼電器，其接點接入電力線路斷路器的跳 閘控制同路，用于跳開線路的斷路器。早期的 zdpj 裝置由電磁式繼電器構(gòu)成(圖 (b)，后來出現(xiàn)了模擬電子式頻率繼電器和自動低頻減負(fù)荷裝置。20 世紀(jì) 80 年代 出現(xiàn)了數(shù)字式頻率繼電器和微機低頻減負(fù)荷裝置。目前電力系統(tǒng)中的自動低頻減 負(fù)荷裝置是由頻率啟動的。這種方式的缺點是：當(dāng)系統(tǒng)有功缺額較大時制比頻 率下降的效果較差。據(jù)此，國內(nèi)外都在研究用 df/dt 啟動的 zdpj 裝置。這種方法 的基本思想是：如果有功缺額很大，df/dt 也會較大，可以在 df/dt 大于某一整定 值時，提前將下級應(yīng)切除的負(fù)荷切掉，以提高 zdpj 制讓頻率下降的作用。但是 由于各機組的轉(zhuǎn)動損量和離故障點的電氣距離不問，在頻率下降過程中，系統(tǒng)中 各節(jié)點(母線)電壓的頻率 fi 是不一樣的，dfi/dt 也可能存在較大的差異。由于 dfi/dt 和系統(tǒng)平均頻率 fx 的變化率 dfx/dt 之間存在差別，使得如何利用 dfi/dt 啟動 zdpj 裝置尚無公認(rèn)良策。也有的提出將f 和 dfi/dt 進行組合作為啟動 zdpj 的依據(jù)。 本科生課程設(shè)計（論文） 7 第 3 章 自動低頻減負(fù)荷裝置的整定計算 3.1 自動低頻減負(fù)荷的整定計算 3.1.1 整定計算的目的和內(nèi)容 考慮事故前后電力系統(tǒng)的各種不同運行方式(包括可能因事故與主系統(tǒng)解列而 形成孤立網(wǎng)，依照可能的不同份額的各種有功功率缺額情況，估算自動低頻減負(fù) 荷裝置的動作行為，求得在各種情況下運行系統(tǒng)的頻率變化極限，檢查其是否滿 足自動低頻減負(fù)荷裝置配置整定的基本要求 3.1.2 整定計算的基本假定和方法 在大電力系統(tǒng)中，在任何一種突然失去某一電源引起有功功率缺額沖擊的情 況下，必然同時引起系統(tǒng)中運行機組間的同步搖擺。其結(jié)果，在系統(tǒng)頻率下降的 動態(tài)過程中，在同一時間的系統(tǒng)中各樞紐點的絕對頻率及頻率變化率并不相等， 個別點的絕對頻率與系統(tǒng)平均頻率的相差可達0.2hz，而頻率變化率則可能相 差達數(shù)倍，這種差別，因電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、引起有功功率缺額的事故發(fā)生地點以及事件 前后的系統(tǒng)運行情況不同而各異。 （1）分析和評價系統(tǒng)中不同點自動低頻減負(fù)荷裝置的動作行為時，需要考慮 到上述的系統(tǒng)特點。可以利用大型程序計算每一種發(fā)生有功功率突然缺額情況下， 系統(tǒng)中各點頻率的變化絕對情況，但一般并不用以整定計算低頻減負(fù)荷裝置；為 了研究復(fù)雜電網(wǎng)在某些有功功率缺額情況下系統(tǒng)頻率動態(tài)過程中的系統(tǒng)潮流變化， 分析校核各種自動裝置，包括低頻減負(fù)荷裝置的動作行為，重要聯(lián)絡(luò)線的運行穩(wěn) 定性，以及可能的設(shè)備過負(fù)荷或電壓越限情況，特別是對實際系統(tǒng)的事故后分析， 則有此需要。 （2）減負(fù)荷裝置的配置和整定，需要適應(yīng)電力系統(tǒng)各種可能的有功功率突然 缺額情況，為此，宜按反應(yīng)主系統(tǒng)(或解列后的孤立網(wǎng))頻率的平均變化過程考慮。 （3）由于系統(tǒng)發(fā)生突然有功功率缺額引起系統(tǒng)頻率下降，系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化 以及在頻率變化過程中機組間的同步搖擺，系統(tǒng)中的潮流與各點電壓也都要發(fā)生 動態(tài)變化，電壓的變化又影響負(fù)荷量的變化，轉(zhuǎn)而影響系統(tǒng)的頻率變化動態(tài)過程。 但有鑒于在系統(tǒng)頻率變化過程中，系統(tǒng)中各點的電壓有的升高，有的降低，有的 本科生課程設(shè)計（論文） 8 基本保持不變，在進行自動低頻減負(fù)荷裝置的整定計算時，一般情況下，可以略 去電壓變化對系統(tǒng)綜合負(fù)荷特性的影響。但對于個別特殊情況，例如因短路故障 (使機組強行勵磁)形成孤立網(wǎng)后，隨著自動減負(fù)荷，系統(tǒng)可能出現(xiàn)短時電壓過高， 引起短時負(fù)荷增大進而出現(xiàn)負(fù)荷過切析。 （4）推薦采用單機帶集中負(fù)荷的最簡單模型計算系統(tǒng)平均頻率的動態(tài)變化過 程。 3.1.3 自動低頻減負(fù)荷裝置的整定原則 （1）自動低頻減負(fù)荷裝置動作,應(yīng)確保全網(wǎng)及解列后的局部網(wǎng)頻率恢復(fù)到 49.50hz 以上,并不得高于 51hz。 （2）在各種運行方式下自動低頻減負(fù)荷裝置動作,不應(yīng)導(dǎo)致系統(tǒng)其它設(shè)備過載 和聯(lián)絡(luò)線超過穩(wěn)定極限。 （3）自動低頻減負(fù)荷裝置動作,不應(yīng)因系統(tǒng)功率缺額造成頻率下降而使大機組 低頻保護動作。 （4）自動低頻減負(fù)荷順序應(yīng)次要負(fù)荷先切除,較重要的用戶后切除。 （5）自動低頻減負(fù)荷裝置所切除的負(fù)荷不應(yīng)被自動重合閘再次投入,并應(yīng)與其 它安全自動裝置合理配合使用。 （6）全網(wǎng)自動低頻減負(fù)荷裝置整定的切除負(fù)荷數(shù)量應(yīng)按年預(yù)測最大平均負(fù)荷 計算,并對可能發(fā)生的電源事故進行校對。 3.2 自動低頻減載的運行分析 圖 3.1 負(fù)荷功率與頻率的關(guān)系 mw fk pfkp p f ff f l lelqe jh e ye 150 03 . 0 21 100003 . 0 2218 1 03 . 0 50 5 . 4850 * * * 本科生課程設(shè)計（論文） 9 圖 3.2 頻率選擇性級差示意圖 1、確定第一級動作頻率 f 第一級超級動頻率取行高一些，自動低頻率負(fù)荷的效果會好一些，但是這樣 有可能在系統(tǒng)頻率暫時下降而備用容量尚未來得及發(fā)揮作用之前就把一部分切掉。 一般第一級動作頻率整定在 48.5hz49.0hz。在以水電廠為主的電力系統(tǒng)中。由 于水輪發(fā)電機組的調(diào)速控制系統(tǒng)動較慢，第一級動作頻率應(yīng)取低些。因此 f 取 48.5hz. 2、確定頻率級差 fn 對于高溫高壓火電廠，在頻率低于 46hz46.5hz時，電廠已不能正常工作。 當(dāng)頻率低于 45hz 時就有出現(xiàn)“電壓雪崩”的危險，因此末級動作頻率以不低于 46hz46.5hz為宜。因此，取 0.5。 確定切除負(fù)荷的級數(shù) 本科生課程設(shè)計（論文） 10 圖 3.3 頻率特性曲線圖 確定 pjh可用圖 2.3 說明。設(shè)系統(tǒng)故障前負(fù)荷的頻率特性為曲線 pli，f=fe，負(fù) 荷功率 pl等于 ple。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn) pqe時，如果 zdpj 不動作，系統(tǒng)的頻率會穩(wěn)定在 f 無窮；如果切除的負(fù)荷功率等于 pqe則系統(tǒng)的頻率要求 zdpj 裝置動作使系統(tǒng)頻 率恢復(fù)到 fe，只要恢復(fù)到允許頻率 fy即可。 1 1 *1 ( i k kilhiipfkpp 3.3 自動減負(fù)荷整定計算 1、 確定動作級數(shù) n * 1 1 fk f f k pp pp l e i l i k kle hii * 1 hl e h l i k kle hi fk f f k pp p fefhfefh fefifefi pppppp ppppp pppp ppp pp fhkl fhfikl pkpi i k / )(* / )(* 039 . 0 202 . 0 1 )02. 007 . 0 (2 *)5*4*3*2*11 ( 036. 0 202. 01 )02 . 0 06. 0(2 *)4*3*2*11 ( 031. 0 02 . 0 21 )02 . 0 05. 0(2 *)3*2*11 ( 028 . 0 02 . 0 21 )02. 004. 0(2 *)2*11 ( 022 . 0 02. 021 )02 . 0 03 . 0 (2 *)11 ( *)*(1 *)*(* ) *1 (* *5 *4 *3 *2 *1 1 1 51 1 f ff n h 本科生課程設(shè)計（論文） 11 圖 3.4 頻率特性與功率的關(guān)系曲線圖 當(dāng)確定延時t 為了盡快制止頻率下降，在系統(tǒng)頻率下降到 zdpj 裝置的動作 值時應(yīng)盡快切除負(fù)荷。但是考慮到電力系統(tǒng)電壓急劇下降期間有可能引起頻率電 器誤動作，造成誤切負(fù)荷，所以在 adpj 裝置的基本級中增加了一個延時t 以躲 過暫態(tài)過程可能出現(xiàn)的誤動作。t 一般取 0.5s 以下。 引起頻率繼電器誤動作的原因有多種。如地區(qū)變電站中的某些操作可能造成 供電電源短時中斷，但是一些重要負(fù)荷（如某些同步發(fā)電機、電步電動機和異步 電動機）并不立即跳開，它們?nèi)匀唤釉谧冸娬镜哪妇€上當(dāng)電壓恢復(fù)之后這些旋轉(zhuǎn) 機械又隨之升速在這饋到變電站的母線上，使得母線電壓具有一定的水平，而頻 率卻很低。又如當(dāng)電力系統(tǒng)容量不大，系統(tǒng)中又有很大的沖擊負(fù)荷時，系統(tǒng)頻率 也會出現(xiàn)瞬時下跌現(xiàn)象。出現(xiàn)上述情況時如不加延時就會引起 zdpj 裝置誤動作， 也可能采用一些閉鎖措施防止誤動作。 本科生課程設(shè)計（論文） 12 第 4 章 單片機軟件設(shè)計 4.1 單片機軟件概述 本文根據(jù)電力系統(tǒng)特征，結(jié)合低頻減載裝置的發(fā)展現(xiàn)狀，針對傳統(tǒng)低頻減載 裝置存在的不足和電力系統(tǒng)低頻減載裝置的應(yīng)用情況，展開了基于單片機的自動 低頻減載裝置的研究。 根據(jù)要求，確定設(shè)計方案，本系統(tǒng)使用瑞薩 rl78/g14 單片機及目前普遍使 用的 c 語言進行編程，而且利用相關(guān)的程序?qū)崿F(xiàn)了實時信息顯示功能，對基于單 片機的自動低頻減載裝置系統(tǒng)進行了詳細(xì)設(shè)計。 在軟件設(shè)計中，該系統(tǒng)充分考慮了單片機的外部接口擴展功能，使本系統(tǒng)具 有頻率測量、電壓電流測量和友好的人機交互等功能得以實現(xiàn)。在計算速度上， 本系統(tǒng)使用了一顆 16 位單片機，充分滿足電力系統(tǒng)頻率分析的精確要求。 4.2 主程序流程圖設(shè)計 該軟件主要包括主程序模塊、裝置功能設(shè)置（按鍵中斷服務(wù)）模塊、a/d轉(zhuǎn) 換中斷服務(wù)模塊、頻率測量計算模塊、異常情況判斷處理模塊、頻率判斷處理等 模塊。 主程序的任務(wù)是對中斷、定時器、各種接口芯片及變量進行初始化，對裝置 自檢，循環(huán)執(zhí)行檢測，等待按鍵處理模塊的中斷請求（int0）和a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束產(chǎn) 生的中斷請求，在a/d轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)執(zhí)行完畢時發(fā)出有效的軟中斷請求，主程序 將執(zhí)行本軟件的核心模塊（頻率檢測功率缺額預(yù)測判斷處理模塊）執(zhí)行，執(zhí)行完 模塊后，返回到主程序循環(huán)判斷處，等待下一次中斷。 按鍵處理模塊只要是根據(jù)按鍵情況作相應(yīng)鍵處理（裝置功能設(shè)置選擇） ，一 旦有按鍵按下，則響應(yīng)按鍵處理進行裝置的功能設(shè)置選擇，直到按鍵按下才結(jié)束 模塊的執(zhí)行而中斷返回。 主流程圖如圖4.1所示： 本科生課程設(shè)計（論文） 13 圖 4.1 主流程圖 4.2.1 模擬量檢測流程圖設(shè)計 當(dāng)adc0809進行a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束時，是p3.3變?yōu)橛行В騝pu產(chǎn)生中斷請求。 cpu及時響應(yīng)，a/d轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)程序的任務(wù)主要是讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，存入指定的 ram單元中（53h-55h） 。 對裝置進行檢查（a/d通道檢查） ，若裝置有故障，則報警，裝置閉鎖。若裝 置正常，則置軟中斷標(biāo)志jj為1，然后返回。 將軟中斷標(biāo)志jj置為1的目的是使主程序能賺到頻率測量判斷處理模塊（即裝 置工作程序）執(zhí)行。 a/d轉(zhuǎn)換中斷處理模塊的流程圖如圖4.3所示： 圖4.3 模擬量檢測流程圖 開始 系統(tǒng)初始化 清軟中斷狀態(tài) 啟動a/d轉(zhuǎn)換 判斷執(zhí)行程序 按鍵中斷服務(wù) 開int1中斷 中斷返回中斷返回 a/d轉(zhuǎn)換中斷服務(wù) 中斷置1 頻率測量判斷處理 開int1中斷 清理中斷標(biāo)志位 返回主程序循環(huán) 啟動a/d轉(zhuǎn)換 int0int1 開始 關(guān)中斷 讀取結(jié)果 中斷置1 裝置是否正常 中斷返回 報警 延時 本科生課程設(shè)計（論文） 14 4.2.2 頻率判斷流程圖設(shè)計 該模塊主要完成頻率的測量計算和穩(wěn)態(tài)頻率及功率缺額的預(yù)測、頻率異常情 況（60hzf40hz）的判斷處理、頻率下降事故