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机组自动发电控制系统设计--学位论文.doc
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1、 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 (论文)辽 宁 工 业 大 学 电力系统自动化 课程设计(论文)题目:机组自动发电控制系统设计(3) 院(系): 电气工程学院 专业班级: 电气111 学 号: 110303011 学生姓名: 左钰 指导教师: 李保国 起止时间:2014.12.01-2014.12.12I本科生课程设计(论文)课程设计(论文)任务及评语院(系):电气工程学院 教研室:电气工程及其自动化学 号110303011学生姓名左钰专业班级电气111课程设计题目机组自动发电控制系统设计(3)课程设计(论文)任务基本参数:1. 发电厂有三机组,一号机组功率为250MW,
2、二号机组功率为200MW,三号机组功率为150MW,功率因数均为0.8。2. 有功功率调差系数为0.08。3. 负荷频率调节效应系数(有功功率)为2。4. 各发电机均以85%负荷运行。设计要求1. 阐述发电机有功频率调节的基本原理。2. 系统负荷一定和变化时,分析机组有功功率调差系数和负荷频率调节效应系数对功率分配的影响,推导有功功率分配的公式。3. 确定合适的方案,使负荷变化时,机组的有功功率按各自的额定功率合理分配。4. 采用单片机,设计某台机组的自动发电控制系统,实现机组功率的合理分配。5. 对设计进行分析总结。进度计划1、布置任务,查阅资料,理解掌握系统设计要求。(1天)2、阐述发电机
3、有功频率调节和自动发电的基本原理和实现方法。(1天)3、推导有功功率分配的公式,确定机组有功功率分配方案(2天)4、自动发电控制系统总体方案设计。(1天)5、系统硬件电路设计。(2天)6、系统软件设计(2天)7、撰写、打印设计说明书(1天)指导教师评语及成绩平时: 论文质量: 答辩: 总成绩: 指导教师签字: 年 月 日注:成绩:平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘 要自动发电控制系统的任务是根据电网的实时信息及时合理地进行发电调整,将系统频率、联络线功率保持在计划值(或额定值)允许的偏差范围内,保证时差、联络线交换电能偏差为零或在规定的范围内控制全网以最经济的方式运行,并对
4、电网负荷的波动作出最快的响应.自动发电控制系统是提高电网运行质量、满足现代电网调度管理要求的必备技术手段。本次设计采用的是AT89C51单片机以及AGC控制系统,并以SCADA为平台完成设计。设计中分析了AGC的控制原理以及AGC和相关软件的配合原理,叙述了AT89C51的引脚功能和AT89C51的控制原理,通过对AT89C51最小系统的设计,时钟电路及复位电路的设计,实现了自动控制系统的设计。关键词:自动发电控制、功率调节、发电机组;目 录第1章 绪论11.1 自动发电控制概述11.2 本文主要内容3第2章 机组并联运行有功功率分配计算42.1 机组有功功率频率控制及自动发电的基本原理42.
5、1.1 机组有功功率频率控制42.1.2 自动发电的基本原理52.2 负荷变化时的功率分配计算6第3章 自动发电控制硬件设计83.1 开关量输入输出通道83.1.1 开关量输入通道83.1.2 开关量输出通道93.2 直流稳压电源设计103.3 复位电路设计103.4 时钟电路设计113.5 89C51单片机最小系统设计123.6 自动发电总体设计方案13第4章 AT89C51软件设计154.1 软件功能154.2 软件流程图154.3 软件流程图设计16第5章 课程设计总结17参考文献18III第1章 绪论1.1 自动发电控制概述自动发电控制着重解决电力系统在运行中的频率调节和负荷分配问题,
6、以及与相邻电力系统间按计划进行功率交换。电力系统的供电频率是系统正常运行的 主要参数之一。系统电源的总输出功率与包括电力负荷在内的功率消耗相平衡时,供电频率保持恒定;若总输出功率与总功率消耗之间失去平衡时,频率就发生波动,严重时会出现频率崩溃。电力系统的负荷是不断变化的,这种变化有时会引起系统功率不平衡,导致频率波动。要保证电能的质量,就必须对电力系统频率进行监视和调整。当频率偏离额定值后,调节发电机的出力以使电力系统的有功功率达到新的平衡,从而使频率能维持在允许范围之内。所以,自动发电控制是通过对供电频率的监测、调整实现的。一、AGC的任务在联合电力系统中,AGC是以区域系统为单位,各自对本
7、区内的发电机的出力进行控制。它的任务可以归纳为如下三项:(1)维持系统频率为额定值,在正常稳态运行工况下,其允许频率偏差在正负(0.050.2)Hz之间,视系统容量大小而定。(2)控制本地区与其他区间联络线上的交换功率为协议规定的数值。(3)在满足系统安全性约束条件下,对发电量实行经济调度控制EDC。二、AGC的基本功能在正常系统运行状态下,AGC的功能如下:1、 使发电自动跟踪电力系统负荷变化。2、 影响负荷和发电的随机变化,维持电力系统为额定值(30Hz)3、 在各区域间分配系统发电功率,维持区域间净交换功率为计划值。4、 对周期性负荷变化按发电计划调整发电功率。5、 监事和调整备用容量,
8、满足电力系统要求。三、AGC的一般过程通过电力系统调度中心的通信系统,AGC获取各发电机发出的功率、各联络线传输功率以及系统频率信息,并向各个发电厂甚至是发电机发布响应的控制信号。当系统中出现频率或频率的偏差时,可以通过测量和计算确定区域控制偏差,获得进行系统时所需要增减的功率总值。再将这些需要增加难度功率总值分配给区域或子系统中各调节电厂和调节机组。在进行机组功率分配的时候,如果采用等耗量微增率法则来分配各各机组承担的功率增减,这就是所谓经济调度计算。当系统中用户的负荷增加时,初始的负荷增量由释放汽轮发电机组的动能来提供。即整个系统频率开始下降。于是系统中所有的调速器开始响应,并使频率在几秒
9、内实现大幅提高,即一次调频。二次调频由AGC实现。发电基点功率与负荷预测,机组经济组合。水电计划及交换功率计划有关,担负主要调峰任务,这就是所谓的三次调整。四、AGC与其他应用软件的关系AGC在例如发点计划、负荷预测、机组组合、水电计划、交换机化、状态估计、安全约束调度和优潮流等应用软件下工作。此外,AGC的实现与系统调度员和发电厂调度员有着密切的关系。如图1.1所示,系统负荷预测、机组组合、水电计划和交换计划均与发电计划协调,并经过发电计划与AGC相联系。这种联系一种是按负荷曲线以周期性的形式实现,一种是计划外的负荷变动的消化。AGC所需要的负荷预测不仅是短期的,还需要预测超短期的,尤其在生
10、负荷阶段。机组组合水电计划发电计划AGC交换计划负荷预测最优潮流安全约束调度状态估计 图1.1 AGC在其他软件下支持工作1.2 本文主要内容 本文阐述发电机有功频率调节的基本原理,分析了系统负荷变化时机组有功功率调差系数和负荷频率调节效应系数对功率分配的影响,并推出相关有功功率的分配公式。本次设计采用的是AT89C51单片机以及AGC控制系统。设计中分析了AGC的任务功能和控制原理以及AGC和相关软件的配合原理,叙述了AT89C51的引脚功能和AT89C51的原理作用,通过对时钟电路及复位电路的设计以及对AT89C51最小系统的设计,完成发电机组自动发电控制系统的设计。第2章 机组并联运行有
11、功功率分配计算2.1 机组有功功率频率控制及自动发电的基本原理2.1.1 机组有功功率频率控制当电力系统负荷发生变化引起系统频率变化时,系统内并联运行机组的凋速器会根据电力系统频率变化自动调节进入它所控制的原动机的功力元素,改变输入原动机的功率,使系统频率维持在某值运行,这就是电力系统频率的一次调整,也称为一次调频。一次调频是电力系统内并联运行机组的调速器在没有手动和自动调频装置参与调节的情况下,自动调节原动机的输入功率与系统负衙功率变化相平衡来维持电力系统频率的一种自动调节。电力系统负荷是不断变化的,而原动机输入功率的改变则比较缓慢,因此系统中频率的波动是难免的。 系统负荷不同分量及对应的频
12、率调整方法如下:(1)随机分量变化周期小于10s-利用发电机组上装设的调速器来控制和调整原动机的输入功率,以维持系统的频率水平,成为一次调频。(2)脉动分量变化周期在10s-3min之间此负荷引起的频率偏移较大,仅仅靠调速器的控制作用往往不能将频率偏移限制在允许范围之内,这是必须加调频器参与控制和调整,这种调整称为二次调频。(3)持续分量变化十分缓慢可进行负荷预测频率是电能质量的重要指标之一,负荷变动将会导致有功功率的不平衡,其变化过程为:负荷变化-发电机转速变化-频率变化-负荷的调节效应-新频率达到平衡。电力系统的二次调节:由于发电机组一次调节实行的是频率有差调节,因此,早期的频率二次调节,
13、是通过控制调速系统的同步电机,改变发电机组的调差特性曲线的位置,实现频率的无差调整。但未实现对火力发电机组的燃烧系统的控制,为使原动机的功率与负荷功率保持平衡,需要依靠人工调整原动机功率的基准值,达到改变原动机功率的目的。随着科学技术的进步,火力发电机组普遍采用了协调的控制系统,由自动控制来 代替人工进行此类操作。在现代化电力系统中,各控制区则采用集中的计算机控制。这就是电力系统频率的二次调节,即自动发电控制(AGC)。(1)作用:第一,响应时间较慢,能有效地调整分钟级及更长周期的负荷波动;第二,实现频率的无差调整。(2)特点:第一,采用的调整方式对系统频率是无差的;第二,响应比较慢,一般需要
14、1-2分钟;第三,对机组管理往往是比例分配,是发电机组偏离经济运行点。综上所述保证输电系统的频率对于单个用户和发电厂都有重要的意义。电力系统的稳定和安全需要频率的一次调整和二次调整。一次调整靠调速器完成。二次调整由系统中的调频机组实现,通过调频器控制。既可为有差调节,也可以做到无差调节。选择的调频厂有主调频厂和辅助调频厂之分并且满足:第一,具有足够的容量。第二,具有较快的调整速度。第三,调整范围内的经济性好2.1.2 自动发电的基本原理ACE称为区域内控制误差,用来根据系统频率偏差以及输电线路功率偏差来确定控制信号;负荷分配器根据输入的控制信号大小并且根据等微增率准则或其他原则来控制各台发电机
15、输出功率的大小。自动发电控制系统包括两大部分:(1)负荷分配器。根据电力系统频率和其他有关测量信号,按照一定的调节控制准则确定各发电机组的最佳设定输出功率。(2)发电机组控制器。根据负荷分配器所确定的各发电机组最佳输出功率,控制调速器的调节特性,使发电机组在电力系统额定频率下所发出的实际功率与设定的输出功率相一致。自动发电控制系统中的负荷分配配齐使根据所测量的发电机实际输出功率和频率偏差等信号按照一定的准则分配各台发电机组输出功率。决定各台发电机组设定的功率的负荷分配器,目前广泛采用以“基点经济功率”和“分配系数”来表示每台发电机组的输出功率的方法,即每台发电机组的设定调整功率按以下公式分配:
16、 (2-1)式中 -各台发电机组的设定调整功率-每台发电机的实际输出功率 -各台发电机的基点经济功率;-分配系数也就是说,系统各台发电机组的设定功率,取决于系统发电机组总的实际输出和每日台发电机组的基点经济功率,以及系统频率偏差和功率偏差(AEC)。偏差越大,各大电机组的设定调整功率的变动就越大。当频率偏差和功率偏差趋于零时,AGC系统发电机组总的设定调整功率就与发电机总的实际输出功率相等。分配到每台发电机组的设定功率值则有分配系数来决定。这种方法把自动调频与经济功率分配联系起来了。其中和的值可以在每次经济分配计算时加以修正。2.2 负荷变化时的功率分配计算(1)发电厂有三机组,一号机组功率为
17、250MW,二号机组功率为200MW,三号机组功率为150MW,功率因数均为0.8。(2)有功功率调差系数为0.08。(3)负荷频率调节效应系数(有功功率)为2。(4)各发电机均以85%负荷运行系统负荷增加时,经过频率的一次调整,频率由降为,由发电机组的静态调节公式:, (2-2)可得出: (2-3)表明并列运行的发电机组之间的功率分配与调差系数成发比关系(标幺值),与单位调节功率成正比。实际运行的发电机组的调速器均为有差调节,由其共同承担负荷的波动。设系统由n台机组运行,则连理调解方程式:(1)有铭值 (2-4)按照调差系数的定义,可定义等效发电机组的调差系数为: (2-5)等效发电机组的单
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