改7-機組自動發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計(3)

1、 遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學學 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：機組自動發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計（機組自動發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計（3 3） 院（系）：院（系）： 電氣工程學院電氣工程學院 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 電氣電氣104104 學學 號：號： 100303131100303131 學生姓名：學生姓名： 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）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）：電氣工程學院 教研室：電氣工程及其自動化學 號1003031

2、31學生姓名凃龍專業(yè)班級電氣104課程設(shè)計題目機組自動發(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)電廠有三機組，一號機組功率為 250MW，二號機組功率為 200MW，三號機組功率為 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)電機均以 85%負荷運行。設(shè)計要求1.闡述發(fā)電機有功頻率調(diào)節(jié)的基本原理。2.系統(tǒng)負荷一定和變化時，分析機組有功功率調(diào)差系數(shù)和負荷頻率調(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，使負荷變化時，機組的有功功率按各自的額定功率合理分配。4.采用單片機

3、，設(shè)計某臺機組的自動發(fā)電控制系統(tǒng)，實現(xiàn)機組功率的合理分配。5.對設(shè)計進行分析總結(jié)。進度計劃1、布置任務(wù)，查閱資料，理解掌握系統(tǒng)設(shè)計要求。 （1 天）2、闡述發(fā)電機有功頻率調(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）I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

4、控制是根據(jù)電網(wǎng)負荷指令，直接控制發(fā)電機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志。本課程設(shè)計闡述了發(fā)電機有功頻率調(diào)節(jié)的基本原理，通過對比系統(tǒng)負荷一定和變化時，分析機組有功功率調(diào)差系數(shù)和負荷頻率調(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)電機組并列原則以及幾種發(fā)電機勵磁控制系統(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)計，本次設(shè)計采用的是 AT89C51 單片機以及 AGC 控制系統(tǒng)，并以 SCADA 為平臺完成設(shè)

5、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)電機組；本科生課程設(shè)計（論文）II目 錄第 1 章 緒論 .11.1 自動發(fā)電控制概述.11.2 本文主要內(nèi)容.3第 2 章 機組并聯(lián)運行有功功率分配計算 .42.1 機組有功功率頻率控制及自動發(fā)電的基本原理 .42.1.1 機組有功功率頻率控制 .42.1.2 自動發(fā)電的基本原理 .52.2 單臺機組有功控制的基本方法 .7

6、2.3 負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 .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 .103.1.2 模擬量輸出通道設(shè)計 .103.2 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計 .113.3 復(fù)位電路設(shè)計 .133.4 時鐘電路設(shè)計 .143.5 89C51 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 .143.6 自動發(fā)電總體設(shè)計方案.15第 4 章 AT89C51 軟件設(shè)計.174.1 軟件功能 .174.2 軟件流程圖 .17第 5 章 課程設(shè)計總結(jié) .18參考文獻 .19本科生課程設(shè)計（論文）0第 1 章 緒論1.1 自動發(fā)電控制概述發(fā)電機組自動發(fā)電控制

7、技術(shù)，簡單來說，就是根據(jù)負荷的變化，對機組的發(fā)電量進行自動控制，從而達到經(jīng)濟、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)負荷之間的差異，來控制調(diào)頻機組的出力，以滿足不斷變化的用戶電力需要，達到電能的發(fā)供平衡。并且使整個系統(tǒng)處于經(jīng)濟的運行狀態(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)負荷預(yù)測模型的不準確和算法上考慮不

8、周全，發(fā)電機機組的出力和系統(tǒng)調(diào)度EMS中的負荷預(yù)測得到的負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)負荷之間的差異，來控制調(diào)頻機組的出力，滿足不斷變化的用戶電力需要，達到大能發(fā)供平衡，并且是整個系統(tǒng)的處于經(jīng)濟的運行狀態(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)負荷變化。2、影響負荷和發(fā)電的隨機變化，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劃值。4、對周期性負荷變化按發(fā)電計劃調(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)電機發(fā)布響應(yīng)的控制信號。當系統(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)電廠和調(diào)節(jié)機組。在進行機組功率分配的時候，本科生課程設(shè)計（論文）1如果采用等耗量微增率法則來分配各各機組承擔的功率增減，這就是所謂 經(jīng)濟調(diào)度計算。其

10、自動發(fā)電控制結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2.1，當系統(tǒng)中用戶的負荷增加時，初始的負荷增量由釋放汽輪發(fā)電機組的動能來提供。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)電基點功率與負荷預(yù)測，機組經(jīng)濟組合。水電計劃及交換功率計劃有關(guān)，擔負主要調(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）機組控制調(diào)速器電力系統(tǒng)負荷預(yù)測機組組合水電計劃交換機化區(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A(chǔ)GC 是 EMS 的有機組成部分，需要在其他應(yīng)用軟件的支持

11、下工作，例如發(fā)點計劃、負荷預(yù)測、機組組合、水電計劃、交換機化、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)負荷預(yù)測、機組組合、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)系一種是按負荷曲線以周期性的形式實現(xiàn)，一種是計劃外的負荷變動的消化。AGC 所需要的負荷預(yù)測不僅是短期的，還需要預(yù)測超短期的，尤其在生負荷階段。狀態(tài)估計可以每 10 分鐘向 AGC 提供各機組和各聯(lián)絡(luò)線交點的網(wǎng)損微增率，使 AGC 做到最恰當?shù)木W(wǎng)損修正。如果狀態(tài)估計發(fā)現(xiàn)有線路潮流過負荷，則啟動實時安全約束調(diào)度軟件

12、，提出解除過負荷的措施，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 將自動進行解除之路過負荷的調(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)濟負荷分配方案給 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）2流的在線應(yīng)用理論上不存在問題。機組組合最優(yōu)潮流狀態(tài)估計安全約束調(diào)度交換計劃AGC負荷預(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)電機有功功率的基本原理，分析

13、了系統(tǒng)負荷一定和變化時機組有功功率調(diào)差系數(shù)和負荷頻率調(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，最終完成本次發(fā)電機組自動發(fā)電控制系統(tǒng)的設(shè)計。本科生課程設(shè)計（論文）3本科生課程設(shè)計（論文）4 第 2 章 機組并聯(lián)運行有功功率分配計算2.1 機組有功功率頻率控制及自動發(fā)電的基本原理2.1.1

14、 機組有功功率頻率控制頻率是衡量電能質(zhì)量的重要指標，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)固有的負荷頻率特性，以及發(fā)電機的調(diào)速器作用，來阻止系統(tǒng)頻率偏離標準的調(diào)節(jié)方式。（1）其原理如下：當電力系統(tǒng)中原動機功率或負荷功率發(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)負荷的電磁場和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量（如

15、電動機、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，即當系統(tǒng)頻率下降時，系統(tǒng)負荷減少；當系統(tǒng)頻率上升時，系統(tǒng)負荷會增加。這稱為系統(tǒng)負荷的慣性作用，它用負荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)（又稱為系統(tǒng)負荷阻尼常數(shù)）D 來表示： (2-1)/(/HzMwfPD系統(tǒng)負荷阻尼常數(shù) D 常用標幺值來表示，其典型值為 12。D=2 意味著 1%的頻率變化會引起系統(tǒng)負荷 2%的變化。（2）其作用：當電力系統(tǒng)頻率發(fā)生變化時，系統(tǒng)中所有的發(fā)電機轉(zhuǎn)速即發(fā)生變化，如轉(zhuǎn)速的變化超出發(fā)電機組規(guī)定的不靈敏去，該發(fā)電機的調(diào)速器就會動作，改變其原動機的閥門位置，調(diào)整原動機的功率，以求改善原動機功率或負荷功率的不平衡狀況，即當系

16、統(tǒng)頻率下降時，發(fā)電機的蒸汽閥門或進水閥門的開度就會增大，增加原動機的功率；當系統(tǒng)頻率上升時，發(fā)電機的蒸汽閥門或進水閥門的開度就減少，減少原動機的功率。發(fā)電機調(diào)速器的這種特性稱為機組的調(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（論文）5 表示額定轉(zhuǎn)速RN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)，所有機組的調(diào)整

17、只與一個變量有關(guān)，機組之間互相影響小，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，改變發(fā)電機組的調(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)電機組的燃燒系統(tǒng)的控制，為使原動機的功率與負荷功率保持平衡，需要依靠人工調(diào)整原動機功率的基準值，達到改變原動機功率的目的。隨著科學技術(shù)的進步，火力發(fā)電機組普遍采用了協(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

18、較慢，能有效地調(diào)整分鐘級及更長周期的負荷波動；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，對機組管理往往是比例分配，是發(fā)電機組偏離經(jīng)濟運行點。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)濟性好2.1.2 自動發(fā)電的基本原理對于具有

19、多個聯(lián)絡(luò)點和發(fā)電機組的實際電力系統(tǒng)，則 AGC 將變?yōu)榘S多并聯(lián)發(fā)電機組控制回路的形式，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；負荷分配器根據(jù)輸入的控制信號大小并且根據(jù)等微增率準則或其他原則來控制各臺發(fā)電機輸出功率的大小。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)控制準則確定各發(fā)電機組的最佳設(shè)定輸出功率。本科生課程設(shè)計（論文）6（2）發(fā)電機組控制器。根據(jù)負荷分配器所確定的各發(fā)電機組最佳輸出功率，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)電機的 AGC 系統(tǒng)自動發(fā)電控制系統(tǒng)中的負荷分配配齊使根據(jù)所測量的發(fā)電機實際輸出功率和頻率偏差等信號按照一定的準則分配各臺發(fā)電機組輸出功率。決定各臺發(fā)電機組設(shè)定的功率的負荷分配器，目前廣泛采用以“基點經(jīng)濟功率”和“分配系ciPbiP數(shù)”來表示每臺發(fā)電機組的輸出功率的方法，即每臺發(fā)電機組的設(shè)定調(diào)整功率i按以下公式分配: (2-3)(11ninibiGiibiciPAGCPPP式中 -各臺發(fā)電機組的設(shè)定調(diào)整功率-每臺發(fā)電機的實際輸出功率ciPGiP -各臺發(fā)電機的基點經(jīng)濟功率；-分配系數(shù)

21、biPi也就是說，系統(tǒng)各臺發(fā)電機組的設(shè)定功率，取決于系統(tǒng)發(fā)電機組總的實際輸出和每日臺發(fā)電機組的基點經(jīng)濟功率，以及系統(tǒng)頻率偏差和功率偏差(AEC)。GiPbiP偏差越大，各大電機組的設(shè)定調(diào)整功率的變動就越大。當頻率偏差和功率偏差趨于零時，AGC 系統(tǒng)發(fā)電機組總的設(shè)定調(diào)整功率就與發(fā)電機總的實際輸出功率相等。 電力系統(tǒng)N1（S）N2（S）N3（S）ACEK(S)負荷分配Pc1Pc2Pc3Pg1Pg2Pg3+-G1G2G3 p/f本科生課程設(shè)計（論文）7分配到每臺發(fā)電機組的設(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)濟功率分配聯(lián)系起來了。其中和的值可以在每次經(jīng)濟分配計算時加以biPi修正。2

22、.3 負荷變化時的功率分配計算（1）發(fā)電廠有三機組，一號機組功率為 250MW，二號機組功率為 200MW，三號機組功率為 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)電機均以 85%負荷運行系統(tǒng)負荷增加時，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表明并列運行的發(fā)電機組之間的功率分配與調(diào)差系數(shù)成發(fā)比關(guān)系（標幺值） ，與單位調(diào)節(jié)功率成正比。實際冰涼運行的發(fā)電機組的調(diào)速器均為有差調(diào)節(jié)，由其共同承擔負荷的波動。假設(shè)系統(tǒng)由 n

23、臺機組運行，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)電機組的調(diào)差系數(shù)為： (2-7)niiGGPf1)1(1等效發(fā)電機組的單位調(diào)節(jié)功率為： (2-8)niGiniGGGKK11)1(1這樣系統(tǒng)的三臺發(fā)電機組同樣可以當做單獨一臺發(fā)電機對待，滿足調(diào)節(jié)公式。同時，考慮負荷調(diào)節(jié)效應(yīng)后，全系統(tǒng)負荷的變化量為： (2-9)fKKfKPPPLGGLGL)(物理意義：表示全系統(tǒng)的頻率沒變化 1Hz 時，其調(diào)節(jié)的負荷有功功率大小。本科生課程設(shè)計（論文）8（2）標幺值：由于標幺值的基準是不一致的，故采用標幺值要涉及基準值的轉(zhuǎn)換。發(fā)電機組：以自身的額

24、定容量為GeP負荷：以額定負荷容量為基準LeP全系統(tǒng)：以負荷額定容量為基準LeP等效發(fā)電機組的單位調(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)可進行以下計算：由此得到 P=P1+P2+P3=250+200+150=500W將標幺值化為有名值，等效發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率為： )/(200)50*05. 0/(500)*(HzMWfPKeG假設(shè)系統(tǒng)的額定負荷為 500MW 荷的調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)為 )/(2050/2*500/*HzMWfKPKeLLeL當負荷增加 200MW 時，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)電機組發(fā)出的功率增加量為： MWKfPGG180200*9 . 0*系統(tǒng)的實際負荷為： MWPPPGLeL680180500本科生課程設(shè)計（論文）9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 開關(guān)量信息輸入微機系統(tǒng)的電路稱為開關(guān)量輸入通道，簡稱開入。開關(guān)量信息自微機系統(tǒng)輸出去遙控遠方的開關(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)量輸入計算機的隔離器件其簡單接線原理圖如圖 3.1，當有輸出信號時，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

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，由于信息的傳遞和轉(zhuǎn)換的過程都是在密閉環(huán)境下進行，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。 UABGND1SRGND2R1Uc圖 3.1 光電耦合器接線原理圖本科生課程設(shè)計（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，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)

28、節(jié)式穩(wěn)壓電路；前者輸出地電壓不能進行調(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&圖 3.2 裝置開關(guān)輸出回路接線圖本科生課程設(shè)計（論文）11T11234D1C13300uFC2100uFC3100uFC4100uFw7805VinVout123GND.圖 3.3 直流穩(wěn)壓電源220V+5V本科生課程設(shè)計（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。當輸出電壓 U0因某種原因（如電網(wǎng)電壓的波

29、動和負載的變化）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?。寒斴敵鲭妷簻p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 復(fù)位電路設(shè)計復(fù)位電路是使單片機的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，除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出現(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)位電路在每個機器周期的 S5P2 時刻對施密特觸發(fā)器的輸出進行采樣。然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。200220uF1K本科生課程設(shè)計（論文）13.4 時鐘電路設(shè)計時鐘電路由一個晶體振蕩器 12MHZ和兩個 33

31、pF 的瓷片電容組成。時鐘電路產(chǎn)生單片機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格工作。單片機芯片內(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，如圖 3.5 CAPC A PC A PC RY ST A LX T A L 1X T A L 2圖 3.5 時鐘電路3.5 89C51 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計（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 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。當振蕩器工作時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期一上的高電平，就可以使單片機復(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

33、 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 89C51 由外部程序存儲器PESN取指令（或常數(shù)）時，每個機器周期內(nèi)兩次有效輸出。PESN（6）/VPP：內(nèi)，外 ROM 選擇端。當端接高電平時，CPU 訪問并執(zhí)EAEA33uF33uF晶振 12MHz本科生課程設(shè)計（論文）2行內(nèi)部 ROM 的指令；但當 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。

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 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 單片機的最小系統(tǒng)接線圖如圖 3.6 圖 3.6 單片機最小系統(tǒng)3.6 自動發(fā)電總體設(shè)計方案自動發(fā)電控制系統(tǒng)是利用調(diào)度監(jiān)控計算機、通道、遠方終端、執(zhí)行（分配）裝置、發(fā)電機組自動化裝置等組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，監(jiān)測、調(diào)整電力系統(tǒng)的頻率，以控制發(fā)電機出力。它是電力系統(tǒng)調(diào)度自動化的主要內(nèi)容之一。自

35、動發(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)度交易機構(gòu)下發(fā)的指令，按照一定調(diào)節(jié)速率實時調(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)。或者說，自動發(fā)電控制(AGC)對電網(wǎng)部分機組出力進行二次調(diào)整,以滿足控制目標要求;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（論文）3功能為：負荷頻率控制（LFC） ，經(jīng)

37、濟調(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；以達到其基本的目標：保證發(fā)電出力與負荷平衡，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)和負荷分配問題，以及與相鄰電力系統(tǒng)間按計劃進行功率交換。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,嚴重時會出現(xiàn)頻率崩潰。電力系統(tǒng)的負荷是不斷變化的，這種變化有時會引起系統(tǒng)功率不平衡，導(dǎo)致頻率

38、波動。要保證電能的質(zhì)量，就必須對電力系統(tǒng)頻率進行監(jiān)視和調(diào)整。當頻率偏離額定值后，調(diào)節(jié)發(fā)電機的出力以使電力系統(tǒng)的有功功率達到新的平衡，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)電機的自動發(fā)電控制。當 SCADA 傳來負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AT89C51。然后單片機 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