電力系統(tǒng)自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置設(shè)計(jì)(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(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：電力系統(tǒng)自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置設(shè)計(jì)（電力系統(tǒng)自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置設(shè)計(jì)（4） 院（系）：院（系）： 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 電氣電氣101101 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 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(guó)李寶國(guó) 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） i 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ) 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)1004303004學(xué)生姓名張宇航專(zhuān)業(yè)班級(jí)電氣101 課程設(shè)計(jì) 題目 電力系統(tǒng)自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置設(shè)計(jì)（4） 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù) 基本參數(shù)： 某電廠采用雙回線(xiàn)輸送電能，滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行。當(dāng)其中一條線(xiàn)路故障后，加重另 一條線(xiàn)路負(fù)擔(dān)，為盡可能保持系統(tǒng)供電經(jīng)濟(jì)性與可靠性，切除部分發(fā)電機(jī)組，并 投入自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置。 1 發(fā)電廠共 8 臺(tái)機(jī)組，每臺(tái) 50 萬(wàn)千瓦； 2 切除一條線(xiàn)路后，線(xiàn)路傳輸功率為原來(lái)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(jī)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(jì)要求 1.闡述自動(dòng)減負(fù)荷裝置作用。 2.闡述自動(dòng)減負(fù)荷裝置原理及構(gòu)成。 3.整定計(jì)算。 確定切除幾臺(tái)發(fā)電機(jī)組 不投自動(dòng)減負(fù)荷裝置，發(fā)電機(jī)組切除后系統(tǒng)頻率是多少？ 投入自動(dòng)減負(fù)荷裝置的負(fù)荷總功率。 確定自動(dòng)減負(fù)荷級(jí)數(shù)，及各級(jí)動(dòng)作頻率。 確定每級(jí)最佳切除負(fù)荷大小。 4.利用單片機(jī)（或 plc 等）實(shí)現(xiàn)對(duì)接入低頻減負(fù)荷裝置負(fù)荷的控制。 5.對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)。 進(jìn)度計(jì)劃 1、布置任務(wù)，查閱資料，理解掌握自動(dòng)低頻減負(fù)荷原理及要求。 （1 天） 2、設(shè)計(jì)自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置。 （1 天） 3、確定切除發(fā)電機(jī)組，確定投入自動(dòng)減負(fù)荷裝置的負(fù)荷總功率。 （1 天） 4、確定自動(dòng)減負(fù)荷級(jí)數(shù)，及各級(jí)動(dòng)作頻率。 （1 天） 5、確定每級(jí)最佳切除負(fù)荷大小，驗(yàn)證結(jié)果的正確性。 （1 天） 6、利用單片機(jī)（或plc等）實(shí)現(xiàn)對(duì)接入低頻減負(fù)荷裝置負(fù)荷的實(shí)時(shí)控制。 （3天） 7、對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析總結(jié)。 （1天） 8、撰寫(xiě)、打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（1天） 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)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） ii 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 通常電力系統(tǒng)均具備有熱備用容量，正常運(yùn)行時(shí)，如系統(tǒng)產(chǎn)生正常的有用功 缺額，可以通過(guò)對(duì)有功功率的調(diào)節(jié)來(lái)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?yàn)?系統(tǒng)所缺功率以大大超過(guò)系統(tǒng)熱備用容量，系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)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(shí)，采用切除相應(yīng)用戶(hù)的辦法來(lái)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(cè)量精度差，特別是當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行中電壓下降或者頻率瞬時(shí)變化較大 時(shí)可能會(huì)誤動(dòng)作，并且整定不方便，更不能組網(wǎng)，已不能滿(mǎn)足新的要求。電力系 統(tǒng)自動(dòng)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(shí)，系統(tǒng)的有功將 嚴(yán)重缺額，電力系統(tǒng)的頻率會(huì)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(shí)按頻率下降進(jìn)行負(fù)荷的切除。 本文通過(guò)對(duì)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(jìn)行了運(yùn)行分析與整定計(jì)算。通過(guò)電力系統(tǒng)的靜態(tài)頻率特性與動(dòng)態(tài)頻率 特性的分析計(jì)算，確定了符合要求的實(shí)驗(yàn)裝置。 關(guān)鍵詞：低頻減載；整定計(jì)算；頻率特性； 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） iii 目 錄 第 1 章 緒論 1 1.1 電力系統(tǒng)自動(dòng)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(dòng)低頻減負(fù)荷裝置原理與構(gòu)成 4 2.1 自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置的作用 .4 2.2 自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置原理 .4 2.3 自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置構(gòu)成 .5 第 3 章 自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置的整定計(jì)算 7 3.1 自動(dòng)低頻減負(fù)荷的整定計(jì)算 .7 3.1.1 整定計(jì)算的目的和內(nèi)容 7 3.1.2 整定計(jì)算的基本假定和方法 7 3.1.3 自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置的整定原則 8 3.2 自動(dòng)低頻減載的運(yùn)行分析 .8 3.3 自動(dòng)減負(fù)荷整定計(jì)算 10 第 4 章 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì) .12 4.1 單片機(jī)軟件概述 12 4.2 主程序流程圖設(shè)計(jì) 12 4.2.1 模擬量檢測(cè)流程圖設(shè)計(jì) .13 4.2.2 頻率判斷流程圖設(shè)計(jì) .14 第 5 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) .15 參考文獻(xiàn) 16 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 緒論 1.1 電力系統(tǒng)自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置概況 自動(dòng)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(hù)。為了加強(qiáng)自 動(dòng)低頻減負(fù)荷的管理工作，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，保證向重要用戶(hù)不間 斷供電，對(duì)自動(dòng)低頻減負(fù)荷的管理實(shí)行統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，分級(jí)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(dòng)低頻減負(fù)荷工作。電 力系統(tǒng)必須合理安排自動(dòng)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(shí)，能夠有計(jì)劃地按頻率下降情況自動(dòng)減去足夠數(shù)量 的較次要負(fù)荷，以保證系統(tǒng)安全運(yùn)行和重要用戶(hù)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(dòng)頻率值及人為附加延時(shí)的整定、每輪所切 負(fù)荷數(shù)量以及整定計(jì)算的基本內(nèi)容作了原則或提出了推薦意見(jiàn)，但鑒于各地區(qū)電 力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)組的組合(水、火、核電、機(jī)組及電廠容量大小及比重，機(jī)組 對(duì)異常頻率的適應(yīng)性等)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式等有較大的不同，因而在實(shí)際執(zhí) 行中需結(jié)合具體系統(tǒng)情況運(yùn)用。 a) 正常運(yùn)行時(shí)，如系統(tǒng)產(chǎn)生正常的有用功缺額，可以通過(guò)對(duì)有功功率的調(diào)節(jié) 來(lái)保持系統(tǒng)頻率在額定值附近 b) 事故情況時(shí)，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(shí)，采用切除相應(yīng)用戶(hù)的辦法來(lái)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(jī)械的輸出功率大為下降，必然使得系統(tǒng)所有發(fā)電 機(jī)的有功輸出功率進(jìn)一步降低，有時(shí)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(lì)磁機(jī)等的轉(zhuǎn)速也相應(yīng)降低，當(dāng)勵(lì)磁電流一定時(shí)，發(fā)送 的無(wú)功功率會(huì)隨著頻率的降低而減少，當(dāng)頻率降到 4546hz 時(shí)，系統(tǒng)電壓水平就 會(huì)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(duì)用戶(hù)的不利影響： 1） 頻率變化將引起異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。 2） 系統(tǒng)頻率降低將使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率降低。 3） 國(guó)防部門(mén)和工業(yè)使用的測(cè)量、控制等電子設(shè)備將因?yàn)轭l率的波動(dòng)而 影響準(zhǔn)確性和工作性能 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 2 （4）汽輪機(jī)對(duì)頻率的限制。 （5）頻率升高對(duì)大機(jī)組的影響。 （6）頻率對(duì)核能電廠的影響。 二、低頻運(yùn)行對(duì)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(yùn) 行的重要質(zhì)量指針，也是影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。低頻運(yùn)行對(duì)電 力系統(tǒng)的有以下影響: 1、對(duì)發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)安全運(yùn)行的影響 1) 頻率下降時(shí)，汽輪機(jī)葉片的振動(dòng)會(huì)變大，輕則影響使用壽命，重則可 能產(chǎn)生裂紋。對(duì)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(shí)， 某些汽輪機(jī)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(shí)，由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的送風(fēng)機(jī)、吸風(fēng)機(jī)、給 水泵、循環(huán)水泵和磨煤機(jī)等火電廠廠用機(jī)械的出力隨之下降，火電廠鍋爐和汽輪 機(jī)的出力也隨之下降，從而使火電廠發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率下降。這種趨勢(shì)如果 不能及時(shí)制止，就會(huì)在短時(shí)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(chēng)為頻率雪崩。出現(xiàn)頻率雪崩會(huì)造成大面積停電，甚至使整個(gè)系統(tǒng)瓦解。 3) 在核電廠中，反應(yīng)堆冷卻介質(zhì)對(duì)供電頻率有嚴(yán)格要求。當(dāng)頻率降到一 定數(shù)值時(shí)，冷卻介質(zhì)泵會(huì)自動(dòng)跳開(kāi)，使反應(yīng)堆停止運(yùn)行。 4) 電力系統(tǒng)頻率下降使異步電動(dòng)機(jī)和變壓器的勵(lì)磁電流增加，使異步電 動(dòng)機(jī)和變壓器的無(wú)功消耗增加，從而使系統(tǒng)電壓下降。頻率下降還會(huì)引起勵(lì)磁機(jī) 出力下降，并使發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)下降，導(dǎo)致全系統(tǒng)電壓水平降低。如果電力系統(tǒng)原 來(lái)的電壓水平偏低，在頻率下降到一定值時(shí)，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(huì)造成大面積停電，甚至使整個(gè)系統(tǒng)瓦解。 2、低頻運(yùn)行對(duì)電力用戶(hù)的影響 1) 電力系統(tǒng)頻率變化會(huì)引起異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化，這會(huì)使得電動(dòng)機(jī)所驅(qū) 動(dòng)的加工工業(yè)產(chǎn)品的機(jī)械轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。有些產(chǎn)品對(duì)加工機(jī)械的轉(zhuǎn)速要求很高， 轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定會(huì)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(dòng)會(huì)影響某些測(cè)量和控制用的電子設(shè)備的準(zhǔn)確性和性 能，頻率過(guò)低時(shí)有些設(shè)備甚至無(wú)法工作。 3) 電力系統(tǒng)頻率降低將使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率降低，導(dǎo)致所帶動(dòng)機(jī) 械的轉(zhuǎn)速和出力降低，影響用戶(hù)設(shè)備的正常運(yùn)行。 電力系統(tǒng)規(guī)定，系統(tǒng)頻率不能長(zhǎng)時(shí)期運(yùn)行在 49.549hz 一下；事故情況下 不能較長(zhǎng)時(shí)間的停留在 47hz 一下，瞬時(shí)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(shí)，必須迅速斷開(kāi)相應(yīng)的用戶(hù)，使頻率維持在運(yùn)行人員可 本科生課程設(shè)計(jì)（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(jiàn)，按頻率自動(dòng)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(guò)對(duì)電力系統(tǒng)裝置的分析，整定計(jì)算以及單片機(jī)仿真等的綜合設(shè)計(jì)， 研究低頻自動(dòng)減負(fù)荷在電力系統(tǒng)中對(duì)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(guò)程中了解到電力系統(tǒng)低頻運(yùn)行的危害。頻率 對(duì)電力用戶(hù)有一定的影響，頻率對(duì)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(wèn)題。電力系統(tǒng)頻率和有功功率自動(dòng)控制是電力系 統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的頻率控制，控制的目的是克服有計(jì)劃外負(fù)荷引起的頻率波動(dòng)，維 持電力系統(tǒng)有合格的頻率。微機(jī)低頻減載裝置代替常規(guī)的低頻減載裝置是必然的 趨勢(shì)。近年來(lái)，不少研究單位和廠家研究開(kāi)發(fā)了不同類(lèi)型的微機(jī)低頻減載裝置， 有些采用專(zhuān)用的低頻減載裝置，有些是作為綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)獨(dú)立模塊，但 是，他們存在如下幾點(diǎn)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(mǎn)足變電站綜合自動(dòng)化建設(shè)的需要。 針對(duì)上述現(xiàn)象，本文以某電廠采用雙回線(xiàn)輸送電能，滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行。當(dāng)其中一 條線(xiàn)路故障后，加重另一條線(xiàn)路負(fù)擔(dān)，為盡可能保持系統(tǒng)供電經(jīng)濟(jì)性與可靠性， 切除部分發(fā)電機(jī)組，并投入自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置為例，設(shè)計(jì)了一種新型的微機(jī)自 動(dòng)，低頻減負(fù)荷裝置，該裝置有以下特點(diǎn)：(1)采用新的測(cè)頻方法，提高了測(cè)頻 精確度，可防止超調(diào)和懸停現(xiàn)象；(2)改善了閉鎖條件，在變電站的饋電線(xiàn)路故 障或變壓器跳閘造成失壓時(shí)，裝置不誤動(dòng)，電力系統(tǒng)低頻振蕩或受諧波干擾時(shí)， 不誤動(dòng)；(3)增加了遠(yuǎn)方控制和當(dāng)?shù)卣ǖ墓δ埽?4)為了配合無(wú)人值班變電站， 增加了重合閘功能：(5)提高了微機(jī)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(jì)（論文） 4 第 2 章 自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置原理與構(gòu)成 2.1 自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置的作用 自動(dòng)減負(fù)荷裝置是為了提高供電質(zhì)量，保證重要用戶(hù)的供電可靠性，當(dāng)系統(tǒng) 中出現(xiàn)有功功率缺額時(shí)引起的頻率下降時(shí)，根據(jù)頻率下降的程度，自動(dòng)斷開(kāi)一部 分用戶(hù)，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(dòng)減負(fù)荷 裝置。它不但可以保證對(duì)正常用戶(hù)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(shí)，能夠有計(jì)劃地 按頻率下降情況自動(dòng)減去足夠數(shù)量的較次要負(fù)荷，以保證系統(tǒng)安全運(yùn)行和向重要 用戶(hù)的不間斷供電。自動(dòng)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(dòng)低頻減負(fù)荷是自動(dòng)減負(fù)荷的必要補(bǔ)充，當(dāng)電源容量恢復(fù)后， 應(yīng)逐步地手動(dòng)或自動(dòng)地恢復(fù)被切負(fù)荷。 2.2 自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置原理 自動(dòng)低頻減負(fù)荷(zdpj)的基本原理可以用圖 1.1 來(lái)說(shuō)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(shí)，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(guò)一個(gè)短時(shí)間下降之后，隨著旋轉(zhuǎn)備用容量作用的發(fā)揮，會(huì) 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(huì)重新恢復(fù)到故障前的的水 平，頻率 f 隨時(shí)間 t 變化如圖曲線(xiàn) 1 所示。在這種情況下，zdpj 不動(dòng)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(méi)有時(shí)，系統(tǒng)頻率就會(huì)比較快地 下降，如圖曲線(xiàn) 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(jì)（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(jí)(輪)動(dòng)作頻率 f1 時(shí)， zdpj 裝置動(dòng)作，自動(dòng)地切除一部分不重要的負(fù)荷，以使 f 回開(kāi)到允許較長(zhǎng)時(shí)間 運(yùn)行的頻率值(以下簡(jiǎn)稱(chēng)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(huì)恢復(fù)到額定值，如圖曲線(xiàn) 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(xiàn) 4 所示。當(dāng) f 降低 到 zdpj 的第二級(jí)動(dòng)作頻率 f2 時(shí)，則 zdpj 裝置動(dòng)作，再切除一部分重要的負(fù)荷。 如果 zdpj 的第二級(jí)切除的負(fù)荷比較大，f 可能上升，如圖曲線(xiàn) 5 所示。如果第二 級(jí)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(jí)動(dòng)作頻率時(shí)，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(dòng)低 頗減負(fù)荷必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的整定計(jì)算，一般經(jīng)過(guò) zdpj 動(dòng)作五級(jí)(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(dòng)低頻減負(fù)荷裝置切除負(fù)荷時(shí)，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(jí)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(yùn)行歷不能允許的。為此 zdpj 裝置中設(shè)有特殊級(jí)，在出現(xiàn)上述情況時(shí) 特殊級(jí)動(dòng)作，使系統(tǒng)頻率恢復(fù)到允許值。與特殊級(jí)相對(duì)應(yīng)，將前面所介紹的各級(jí) 稱(chēng)為基本級(jí)。特殊級(jí)也稱(chēng)為后備級(jí)。 2.3 自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置構(gòu)成 自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置所控制的是整個(gè)電力系統(tǒng)的頻率，而不是系統(tǒng)內(nèi)某一臺(tái) 發(fā)電機(jī)組的運(yùn)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(lái)阻止系統(tǒng)頻率下降。圖 1.2 是 zdpj 裝登的原理接線(xiàn)圖。圖(b)是 圖(a)中的單級(jí)接線(xiàn)圖。 圖 2.2 zdpj 原理接線(xiàn)圖 本科生課程設(shè)計(jì)（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(shí)，它的接點(diǎn)閉合； ，t 是延時(shí)閉合時(shí)間繼電器；zx 是執(zhí)行繼電器，其接點(diǎn)接入電力線(xiàn)路斷路器的跳 閘控制同路，用于跳開(kāi)線(xiàn)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(lái)出現(xiàn)了模擬電子式頻率繼電器和自動(dòng)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(jī)低頻減負(fù)荷裝置。目前電力系統(tǒng)中的自動(dòng)低頻減 負(fù)荷裝置是由頻率啟動(dòng)的。這種方式的缺點(diǎn)是：當(dāng)系統(tǒng)有功缺額較大時(shí)制比頻 率下降的效果較差。據(jù)此，國(guó)內(nèi)外都在研究用 df/dt 啟動(dòng)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(huì)較大，可以在 df/dt 大于某一整定 值時(shí)，提前將下級(jí)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(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)損量和離故障點(diǎn)的電氣距離不問(wèn)，在頻率下降過(guò)程中，系統(tǒng)中 各節(jié)點(diǎn)(母線(xiàn))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(dòng) zdpj 裝置尚無(wú)公認(rèn)良策。也有的提出將f 和 dfi/dt 進(jìn)行組合作為啟動(dòng) zdpj 的依據(jù)。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 7 第 3 章 自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置的整定計(jì)算 3.1 自動(dòng)低頻減負(fù)荷的整定計(jì)算 3.1.1 整定計(jì)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(yùn)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(dòng)低頻減負(fù) 荷裝置的動(dòng)作行為，求得在各種情況下運(yùn)行系統(tǒng)的頻率變化極限，檢查其是否滿(mǎn) 足自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置配置整定的基本要求 3.1.2 整定計(jì)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(shí)引起系統(tǒng)中運(yùn)行機(jī)組間的同步搖擺。其結(jié)果，在系統(tǒng)頻率下降的 動(dòng)態(tài)過(guò)程中，在同一時(shí)間的系統(tǒng)中各樞紐點(diǎn)的絕對(duì)頻率及頻率變化率并不相等， 個(gè)別點(diǎn)的絕對(duì)頻率與系統(tǒng)平均頻率的相差可達(dá)0.2hz，而頻率變化率則可能相 差達(dá)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(diǎn)以及事件 前后的系統(tǒng)運(yùn)行情況不同而各異。 （1）分析和評(píng)價(jià)系統(tǒng)中不同點(diǎn)自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置的動(dòng)作行為時(shí)，需要考慮 到上述的系統(tǒng)特點(diǎn)?？梢岳么笮统绦蛴?jì)算每一種發(fā)生有功功率突然缺額情況下， 系統(tǒng)中各點(diǎn)頻率的變化絕對(duì)情況，但一般并不用以整定計(jì)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(dòng)態(tài)過(guò)程中的系統(tǒng)潮流變化， 分析校核各種自動(dòng)裝置，包括低頻減負(fù)荷裝置的動(dòng)作行為，重要聯(lián)絡(luò)線(xiàn)的運(yùn)行穩(wěn) 定性，以及可能的設(shè)備過(guò)負(fù)荷或電壓越限情況，特別是對(duì)實(shí)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(guò)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(guò)程中機(jī)組間的同步搖擺，系統(tǒng)中的潮流與各點(diǎn)電壓也都要發(fā)生 動(dòng)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(dòng)態(tài)過(guò)程。 但有鑒于在系統(tǒng)頻率變化過(guò)程中，系統(tǒng)中各點(diǎn)的電壓有的升高，有的降低，有的 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 8 基本保持不變，在進(jìn)行自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置的整定計(jì)算時(shí)，一般情況下，可以略 去電壓變化對(duì)系統(tǒng)綜合負(fù)荷特性的影響。但對(duì)于個(gè)別特殊情況，例如因短路故障 (使機(jī)組強(qiáng)行勵(lì)磁)形成孤立網(wǎng)后，隨著自動(dòng)減負(fù)荷，系統(tǒng)可能出現(xiàn)短時(shí)電壓過(guò)高， 引起短時(shí)負(fù)荷增大進(jìn)而出現(xiàn)負(fù)荷過(guò)切析。 （4）推薦采用單機(jī)帶集中負(fù)荷的最簡(jiǎn)單模型計(jì)算系統(tǒng)平均頻率的動(dòng)態(tài)變化過(guò) 程。 3.1.3 自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置的整定原則 （1）自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置動(dòng)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(yùn)行方式下自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置動(dòng)作,不應(yīng)導(dǎo)致系統(tǒng)其它設(shè)備過(guò)載 和聯(lián)絡(luò)線(xiàn)超過(guò)穩(wěn)定極限。 （3）自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置動(dòng)作,不應(yīng)因系統(tǒng)功率缺額造成頻率下降而使大機(jī)組 低頻保護(hù)動(dòng)作。 （4）自動(dòng)低頻減負(fù)荷順序應(yīng)次要負(fù)荷先切除,較重要的用戶(hù)后切除。 （5）自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置所切除的負(fù)荷不應(yīng)被自動(dòng)重合閘再次投入,并應(yīng)與其 它安全自動(dòng)裝置合理配合使用。 （6）全網(wǎng)自動(dòng)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(cè)最大平均負(fù)荷 計(jì)算,并對(duì)可能發(fā)生的電源事故進(jìn)行校對(duì)。 3.2 自動(dòng)低頻減載的運(yùn)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(jì)（論文） 9 圖 3.2 頻率選擇性級(jí)差示意圖 1、確定第一級(jí)動(dòng)作頻率 f 第一級(jí)超級(jí)動(dòng)頻率取行高一些，自動(dòng)低頻率負(fù)荷的效果會(huì)好一些，但是這樣 有可能在系統(tǒng)頻率暫時(shí)下降而備用容量尚未來(lái)得及發(fā)揮作用之前就把一部分切掉。 一般第一級(jí)動(dòng)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(jī)組的調(diào)速控制系統(tǒng)動(dòng)較慢，第一級(jí)動(dòng)作頻率應(yīng)取低些。因此 f 取 48.5hz. 2、確定頻率級(jí)差 fn 對(duì)于高溫高壓火電廠，在頻率低于 46hz46.5hz時(shí)，電廠已不能正常工作。 當(dāng)頻率低于 45hz 時(shí)就有出現(xiàn)“電壓雪崩”的危險(xiǎn)，因此末級(jí)動(dòng)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(jí)數(shù) 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 3.3 頻率特性曲線(xiàn)圖 確定 pjh可用圖 2.3 說(shuō)明。設(shè)系統(tǒng)故障前負(fù)荷的頻率特性為曲線(xiàn) pli，f=fe，負(fù) 荷功率 pl等于 ple。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn) pqe時(shí)，如果 zdpj 不動(dòng)作，系統(tǒng)的頻率會(huì)穩(wěn)定在 f 無(wú)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(dòng)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(dòng)減負(fù)荷整定計(jì)算 1、 確定動(dòng)作級(jí)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(jì)（論文） 11 圖 3.4 頻率特性與功率的關(guān)系曲線(xiàn)圖 當(dāng)確定延時(shí)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(dòng)作 值時(shí)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(dòng)作，造成誤切負(fù)荷，所以在 adpj 裝置的基本級(jí)中增加了一個(gè)延時(shí)t 以躲 過(guò)暫態(tài)過(guò)程可能出現(xiàn)的誤動(dòng)作。t 一般取 0.5s 以下。 引起頻率繼電器誤動(dòng)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(shí)中斷，但是一些重要負(fù)荷（如某些同步發(fā)電機(jī)、電步電動(dòng)機(jī)和異步 電動(dòng)機(jī)）并不立即跳開(kāi)，它們?nèi)匀唤釉谧冸娬镜哪妇€(xiàn)上當(dāng)電壓恢復(fù)之后這些旋轉(zhuǎn) 機(jī)械又隨之升速在這饋到變電站的母線(xiàn)上，使得母線(xiàn)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(shí)，系統(tǒng)頻率 也會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)下跌現(xiàn)象。出現(xiàn)上述情況時(shí)如不加延時(shí)就會(huì)引起 zdpj 裝置誤動(dòng)作， 也可能采用一些閉鎖措施防止誤動(dòng)作。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 12 第 4 章 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì) 4.1 單片機(jī)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(duì)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(kāi)了基于單片機(jī)的自動(dòng) 低頻減載裝置的研究。 根據(jù)要求，確定設(shè)計(jì)方案，本系統(tǒng)使用瑞薩 rl78/g14 單片機(jī)及目前普遍使 用的 c 語(yǔ)言進(jìn)行編程，而且利用相關(guān)的程序?qū)崿F(xiàn)了實(shí)時(shí)信息顯示功能，對(duì)基于單 片機(jī)的自動(dòng)低頻減載裝置系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。 在軟件設(shè)計(jì)中，該系統(tǒng)充分考慮了單片機(jī)的外部接口擴(kuò)展功能，使本系統(tǒng)具 有頻率測(cè)量、電壓電流測(cè)量和友好的人機(jī)交互等功能得以實(shí)現(xiàn)。在計(jì)算速度上， 本系統(tǒng)使用了一顆 16 位單片機(jī)，充分滿(mǎn)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(jì) 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(cè)量計(jì)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(duì)中斷、定時(shí)器、各種接口芯片及變量進(jìn)行初始化，對(duì)裝置 自檢，循環(huán)執(zhí)行檢測(cè)，等待按鍵處理模塊的中斷請(qǐng)求（int0）和a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束產(chǎn) 生的中斷請(qǐng)求，在a/d轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)執(zhí)行完畢時(shí)發(fā)出有效的軟中斷請(qǐng)求，主程序 將執(zhí)行本軟件的核心模塊（頻率檢測(cè)功率缺額預(yù)測(cè)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(jìn)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(jì)（論文） 13 圖 4.1 主流程圖 4.2.1 模擬量檢測(cè)流程圖設(shè)計(jì) 當(dāng)adc0809進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，是p3.3變?yōu)橛行?，向cpu產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。 cpu及時(shí)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(duì)裝置進(jìn)行檢查（a/d通道檢查） ，若裝置有故障，則報(bào)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(cè)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(cè)流程圖 開(kāi)始 系統(tǒng)初始化 清軟中斷狀態(tài) 啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換 判斷執(zhí)行程序 按鍵中斷服務(wù) 開(kāi)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(cè)量判斷處理 開(kāi)int1中斷 清理中斷標(biāo)志位 返回主程序循環(huán) 啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換 int0int1 開(kāi)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(bào)警 延時(shí) 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 14 4.2.2 頻率判斷流程圖設(shè)計(jì) 該模塊主要完成頻率的測(cè)量計(jì)算和穩(wěn)態(tài)頻率及功率缺額的預(yù)測(cè)、頻率異常情 況（60hzf40hz）的判斷處理、頻率下降事故