力系統(tǒng)自動化課程設(shè)計--機(jī)組自動發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　電力系統(tǒng)自動化 課程設(shè)計（論文）</p><p>　　題目：　　機(jī)組自動發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計（1） </p><p>　　院（系）： 電氣工程學(xué)院 </p><p>　　課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語</p><p>　　院（系）：電氣工程學(xué)院 　教研室：電氣工程及其自動化&l

2、t;/p><p>　　注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　自動發(fā)電控制（AGC）就是通過監(jiān)視電廠出力和負(fù)荷系統(tǒng)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，并且使整個系統(tǒng)處于經(jīng)濟(jì)的運行狀態(tài)。</p>

3、<p>　　本次課程設(shè)計對三臺機(jī)組并聯(lián)運行時各自有功率的分配進(jìn)行設(shè)計當(dāng)某臺發(fā)電機(jī)組負(fù)荷改變導(dǎo)致頻率改變時，由SCADA發(fā)送改變信號通過A/D轉(zhuǎn)換器給單片機(jī)89C51，再由單片機(jī)89C51通過程序識別信號，再由輸出口通過D/A轉(zhuǎn)換器向AGC發(fā)送執(zhí)行指令。最后AGC向發(fā)電機(jī)組發(fā)送改變運行狀態(tài)指令。</p><p>　　關(guān)鍵詞：AGC；89C51；SCADA；經(jīng)濟(jì)運行狀態(tài)</p><p

4、><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 自動發(fā)電控制概述1</p><p>　　1.2 本文主要內(nèi)容1</p><p>　　第2章 機(jī)組并聯(lián)運行有功功率分配計算3</p><p>　　2.1

5、機(jī)組有功功率頻率控制及自動發(fā)電的基本原理3</p><p>　　2.2 單臺機(jī)組有功控制的基本方法6</p><p>　　2.3負(fù)荷變化時的功率分配計算6</p><p>　　第3章 自動發(fā)電系統(tǒng)硬件設(shè)計9</p><p>　　3.1 自動發(fā)電系統(tǒng)功能9</p><p>　　3.2 自動發(fā)電總體設(shè)計方案9&

6、lt;/p><p>　　3.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計10</p><p>　　3.3.1 89C51單片機(jī)引腳功能10</p><p>　　3.3.2 復(fù)位電路設(shè)計11</p><p>　　3.3.3 時鐘電路設(shè)計12</p><p>　　3.3.4 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計12</p><p>　

7、　3.3.5 單片機(jī)最小系統(tǒng)13</p><p>　　3.4 自動發(fā)電控制原理圖設(shè)計14</p><p>　　第4章 自動發(fā)電系統(tǒng)軟件設(shè)計15</p><p>　　4.1 軟件功能15</p><p>　　4.2 軟件流程圖15</p><p>　　第5章 課程設(shè)計總結(jié)16</p><p

8、><b>　　參考文獻(xiàn)17</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　自動發(fā)電控制概述</b></p><p>　　自動發(fā)電控制是并網(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)速率實時調(diào)整發(fā)電出

9、力，以滿足電力系統(tǒng)頻率和聯(lián)絡(luò)線功率控制要求的服務(wù)?；蛘哒f,自動發(fā)電控制(AGC)對電網(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;其基本功能為：負(fù)荷頻率控制（LFC），經(jīng)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)線潮流與計劃相等，最小區(qū)域化運行成本。</p><p>　　自

10、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(fù)荷分配問題，以及與相鄰電力系統(tǒng)間按計劃進(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，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(yán)重時會出現(xiàn)頻率崩潰。電力系統(tǒng)的負(fù)荷是不斷變化的，這種變化有時會引起系統(tǒng)功率不平衡，導(dǎo)致頻率波動。要保證電能的質(zhì)量，就必須對電力系統(tǒng)頻率進(jìn)行監(jiān)視和調(diào)整。當(dāng)頻率偏

11、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，自動發(fā)電控制是通過對供電頻率的監(jiān)測、調(diào)整實現(xiàn)的?！?lt;/p><p>　　一個大電力系統(tǒng)是由幾個區(qū)域電力系統(tǒng)通過聯(lián)絡(luò)線互聯(lián)構(gòu)成。各區(qū)域電力系統(tǒng)按預(yù)定計劃進(jìn)行功率交換。每一個區(qū)域電力系統(tǒng)的負(fù)荷、線路損耗與聯(lián)絡(luò)線凈交換功率之和必須與該地區(qū)的發(fā)電出力相等。</p><p><b>　　本

12、文主要內(nèi)容</b></p><p>　　電力系統(tǒng)自動發(fā)電控制的實施是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在一個大型電力系統(tǒng)中，自動發(fā)電控制的實施涉及到幾十個、乃至上百個單位的協(xié)作；在專業(yè)技術(shù)的跨度上，則涉及調(diào)度、運行方式、通信、自動化、熱工、汽機(jī)、鍋爐、水工等專業(yè)；即使是在技術(shù)條件基本具備的情況下，自動發(fā)電控制的實施從起步到比較完善，也要經(jīng)過幾年時間的努力才能完成。因此，一個大型電力系統(tǒng)（特別是互聯(lián)電力系統(tǒng)）自動發(fā)電

13、控制的實施，應(yīng)該制定實施規(guī)劃，明確總體目標(biāo)和實施步驟，研究技術(shù)原則和技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，對發(fā)電資源的利用進(jìn)行優(yōu)化組合，對發(fā)電機(jī)組、信息系統(tǒng)等的技術(shù)改造作出安排?！　?lt;/p><p>　　電力系統(tǒng)自動發(fā)電控制實施規(guī)劃是開展自動發(fā)電控制工作的綱領(lǐng)性文件，通過制定規(guī)劃和實施規(guī)劃，有助于在互聯(lián)電力系統(tǒng)中對這項工作的開展統(tǒng)一思想、統(tǒng)一政策、統(tǒng)一步調(diào)，經(jīng)濟(jì)、高效地實現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)。華東電力系統(tǒng)的成功實踐充分證明了自動發(fā)電控制實施規(guī)劃的

14、作用。</p><p>　　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(fù)荷分配問題，以及與相鄰電力系統(tǒng)間按計劃進(jìn)行功率交換。因此本次課程設(shè)計主要針對發(fā)電廠機(jī)組自動發(fā)電控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。首先對機(jī)組的有功功率頻率特性進(jìn)行系統(tǒng)研究，闡述自動發(fā)電控制的基本原理、功能與實現(xiàn)方法。最后，采用單片機(jī)，設(shè)計某臺機(jī)組的自動發(fā)電控制系統(tǒng)，實現(xiàn)機(jī)組功率的合理分配。</p><p>　　機(jī)組并聯(lián)運行有功功率

15、分配計算</p><p>　　機(jī)組有功功率頻率控制及自動發(fā)電的基本原理</p><p>　　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，同時對電力系統(tǒng)本身影響也很大，嚴(yán)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(jìn)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

16、率調(diào)節(jié)。在這里著重分析前兩種調(diào)整的原理和方法。</p><p>　　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。</p><p>　?。?）其原理如下：當(dāng)電力系統(tǒng)中原動機(jī)功率或負(fù)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(fù)荷的電磁場和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量（如電動機(jī)、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

17、變化，即當(dāng)系統(tǒng)頻率下降時，系統(tǒng)負(fù)荷減少；當(dāng)系統(tǒng)頻率上升時，系統(tǒng)負(fù)荷會增加。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：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　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1~2。D=2意味著1%的頻率變化會引起系統(tǒng)負(fù)荷2%的變化。</p><

18、p>　?。?）其作用：當(dāng)電力系統(tǒng)頻率發(fā)生變化時，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)速器就會動作，改變其原動機(jī)的閥門位置，調(diào)整原動機(jī)的功率，以求改善原動機(jī)功率或負(fù)荷功率的不平衡狀況，即當(dāng)系統(tǒng)頻率下降時，發(fā)電機(jī)的蒸汽閥門或進(jìn)水閥門的開度就會增大，增加原動機(jī)的功率；當(dāng)系統(tǒng)頻率上升時，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

19、調(diào)差率R來表示：</p><p><b>　　（2-2）</b></p><p>　　式中：表示無載靜態(tài)轉(zhuǎn)速（主閥在無載位置）</p><p>　　表示滿載靜態(tài)轉(zhuǎn)速（主閥全開）</p><p><b>　　表示額定轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　調(diào)差率R的實際含義是，如R-

20、5%，則系統(tǒng)頻率變化5%，將引起主閥位置變化100%。</p><p>　　（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(jī)組的調(diào)整只與一個變量有關(guān)，機(jī)組之間互相影響小，但無法實現(xiàn)無差調(diào)整。</p><p>　　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

21、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，實現(xiàn)頻率的無差調(diào)整。但未實現(xiàn)對火力發(fā)電機(jī)組的燃燒系統(tǒng)的控制，為使原動機(jī)的功率與負(fù)荷功率保持平衡，需要依靠人工調(diào)整原動機(jī)功率的基準(zhǔn)值，達(dá)到改變原動機(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)，即自動發(fā)電控制（AGC）。</p><

22、p>　?。?）其作用：第一，響應(yīng)時間較慢，能有效地調(diào)整分鐘級及更長周期的負(fù)荷波動；第二，實現(xiàn)頻率的無差調(diào)整。</p><p>　?。?）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1~2分鐘；第三，對機(jī)組管理往往是比例分配，是發(fā)電機(jī)組偏離經(jīng)濟(jì)運行點。</p><p>　　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

23、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。</p><p>　　對于具有多個聯(lián)絡(luò)點和發(fā)電機(jī)組的實際電力系統(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

24、的基本結(jié)構(gòu)并未改變。G1、G2、G3為發(fā)電機(jī)組；AGC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(fù)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(zhǔn)則或其他原則來控制各臺發(fā)電機(jī)輸出功率的大小。</p><p>　　自動發(fā)電控制系統(tǒng)包括兩大部分：</p><p>　?。?）負(fù)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(zhǔn)則確定各發(fā)電機(jī)組的最

25、佳設(shè)定輸出功率。</p><p>　　（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)出的實際功率與設(shè)定的輸出功率相一致。</p><p>　　圖2.1 具有多臺發(fā)電機(jī)的AGC系統(tǒng)</p><p>　　自動發(fā)電控制系統(tǒng)中的負(fù)荷分配配齊使根據(jù)所測量的發(fā)電機(jī)實際輸出功率和頻率偏差等信號按照一定的

26、準(zhǔn)則分配各臺發(fā)電機(jī)組輸出功率。決定各臺發(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“基點經(jīng)濟(jì)功率”和“分配系數(shù)”來表示每臺發(fā)電機(jī)組的輸出功率的方法，即每臺發(fā)電機(jī)組的設(shè)定調(diào)整功率按以下公式分配：</p><p>　?。?-3） </p><p>　　式中 --各臺發(fā)電機(jī)組的設(shè)定調(diào)整功率</p><p>　　--各臺發(fā)電機(jī)的基點

27、經(jīng)濟(jì)功率；</p><p>　　--每臺發(fā)電機(jī)的實際輸出功率；</p><p><b>　　--分配系數(shù)。</b></p><p>　　也就是說，系統(tǒng)各臺發(fā)電機(jī)組的設(shè)定功率，取決于系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組總的實際輸出和每日臺發(fā)電機(jī)組的基點經(jīng)濟(jì)功率，以及系統(tǒng)頻率偏差和功率偏差(AEC)。偏差越大，各大電機(jī)組的設(shè)定調(diào)整功率的變動就越大。當(dāng)頻率偏差和功率偏差趨于

28、零時，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)總的實際輸出功率相等。分配到每臺發(fā)電機(jī)組的設(shè)定功率值則有分配系數(shù)來決定。這種方法把自動調(diào)頻與經(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)分配計算時加以修正。</p><p>　　2.2 單臺機(jī)組有功控制的基本方法</p><p>　　最簡單的AGC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2.2所示，它是具有一臺發(fā)電機(jī)組和聯(lián)絡(luò)的AGC系統(tǒng)。</p>

29、<p>　　圖中為輸電線路功率的整定值；為系統(tǒng)頻率整定值；P為觸電線路功率的實際值；f為系統(tǒng)頻率的實際值；為頻率修正系數(shù)；K(S)為外部控制回路，用來根據(jù)電力系統(tǒng)頻率偏差和輸電線路上的功率偏差來確定輸出控制信號；為系統(tǒng)要求調(diào)整的控制信號功率；N(S)為內(nèi)部控制回路，用來控制調(diào)整調(diào)速器閥門開度，以達(dá)到所需要的輸出功率。</p><p>　　圖2.2 單臺發(fā)電機(jī)組的AGC系統(tǒng)</p><

30、p>　　2.3負(fù)荷變化時的功率分配計算</p><p>　　課程設(shè)計基本參考設(shè)計參數(shù)如下：</p><p>　?。?）發(fā)電廠有三機(jī)組，一號機(jī)組功率為50MW，二號機(jī)組功率為100MW，三號機(jī)組功率為70MW，功率因數(shù)均為0.9。</p><p>　?。?）有功功率調(diào)差系數(shù)為0.06。</p><p>　?。?）負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)（有功

31、功率）為1.5。</p><p>　　（4）各發(fā)電機(jī)均以80%負(fù)荷運行。</p><p>　　系統(tǒng)負(fù)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(jī)組的靜態(tài)調(diào)節(jié)公式：， （2-4）</p><p>　　因此可得出： （2

32、-5）</p><p>　　表明并列運行的發(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。實際并聯(lián)運行的發(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。</p><p>　　假設(shè)系統(tǒng)由n臺機(jī)組運行，則連理調(diào)解方程式：</p><p><b>　?。?）有銘值</b></p><p>&l

33、t;b>　　（2-6）</b></p><p>　　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：</p><p><b>　　(2-7)</b></p><p>　　等效發(fā)電機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率為：</p><p><b>　　(2-8)</b></p><

34、;p>　　這樣系統(tǒng)的三臺發(fā)電機(jī)組同樣可以當(dāng)做單獨一臺發(fā)電機(jī)對待，滿足調(diào)節(jié)公式。</p><p>　　同時，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：</p><p><b>　　(2-9)</b></p><p><b>　　系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功率：</b></p><p><b>　　(2

35、-10)</b></p><p>　　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(fù)荷有功功率大小。</p><p><b>　?。?）標(biāo)幺值：</b></p><p>　　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。</p><p>　　發(fā)電機(jī)組：以自身的額定容量為</p>

36、<p>　　負(fù)荷：以額定負(fù)荷容量為基準(zhǔn)</p><p>　　全系統(tǒng)：以負(fù)荷額定容量為基準(zhǔn)</p><p>　　等效發(fā)電機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率：</p><p><b>　　(2-11)</b></p><p><b>　　系統(tǒng)單位調(diào)節(jié)功率：</b></p><p>

37、<b>　　(2-12)</b></p><p>　　其中稱為系統(tǒng)熱備用系數(shù)，表示系統(tǒng)的備用的發(fā)電容量的多少。這樣采用系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率，可以算出發(fā)電出力以及負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)后的實際功率。</p><p>　　根據(jù)任務(wù)書給的參數(shù)可進(jìn)行以下計算：</p><p>　　P=P1+P2+P3=50+100+70=220（MW）

38、 (2-13)</p><p>　　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：</p><p><b>　　(2-14)</b></p><p>　　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</p><p><b>　　(2-15)</b></p

39、><p>　　當(dāng)負(fù)荷增加200MW時，頻率變化量為：</p><p><b>　　(2-16)</b></p><p>　　系統(tǒng)頻率為： (2-17)</p><p>　　等效發(fā)電機(jī)組發(fā)出的功率增加量為：</p><p><b>　　(2-18)<

40、;/b></p><p><b>　　系統(tǒng)的實際負(fù)荷為：</b></p><p><b>　　(2-19)</b></p><p>　　自動發(fā)電系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p><b>　　自動發(fā)電系統(tǒng)功能</b></p><p>　　自動發(fā)電控制（A

41、GC）就是通過監(jiān)視電廠出力和系統(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，并且使整個系統(tǒng)處于經(jīng)濟(jì)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(jī)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。在正常的系統(tǒng)運行狀態(tài)下，AGC的基本功能是：</p><p>　　使發(fā)電機(jī)組自動跟蹤電力系統(tǒng)負(fù)荷變化；</p><p>　

42、　響應(yīng)負(fù)荷和發(fā)電的隨機(jī)變化，維持電力系統(tǒng)頻率為額定值（50Hz）；</p><p>　　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；</p><p>　　對周期性的負(fù)荷變化按發(fā)電計劃調(diào)整發(fā)電功率；</p><p>　　監(jiān)視和調(diào)整備用容量，滿足電力系統(tǒng)安全要求。</p><p>　　自動發(fā)電總體設(shè)計方案</p>&l

43、t;p><b>　　圖 3.1.</b></p><p>　　如圖3.1，自動發(fā)電控制系統(tǒng)是建立在SCADA系統(tǒng)之上，且與網(wǎng)絡(luò)分析等應(yīng)用軟件有著密切關(guān)系的獨立的控制系統(tǒng)。為實現(xiàn)完整的自動發(fā)電控制系統(tǒng)，需要建立一套與之相適應(yīng)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)來實現(xiàn)其各種功能。自動發(fā)電控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫是能量管理級應(yīng)用軟件的共用數(shù)據(jù)庫。它包括實時發(fā)電控制、機(jī)組發(fā)電計劃、機(jī)組組合、聯(lián)絡(luò)線交易計劃、燃料計劃、檢修

44、計劃等。</p><p>　　當(dāng)SCADA傳來負(fù)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(jī)89C51。然后單片機(jī)89C51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(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。</p><p><b>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計</b>

45、</p><p>　　89C51單片機(jī)引腳功能</p><p>　?。?）XTAL1：接外部晶體和微調(diào)電容的一端。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(dāng)采用外部振蕩器是次引腳輸入外部時鐘脈沖。</p><p>　　（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

46、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(rèn)89C51的振蕩電路是否正常工作。</p><p>　?。?）RST：復(fù)位信號輸入端，高電平有效。當(dāng)振蕩器工作時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期一上的高電平，就可以使單片機(jī)復(fù)位。</p><p>　　（4）ALE/：地址鎖存允許信號。ALE鎖存 P0口傳送的低8位地址信號，實現(xiàn)低8位地址與數(shù)據(jù)

47、的分離。</p><p>　　（5）：外部程序存儲器的讀選通信號。當(dāng)89C51由外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）時，每個機(jī)器周期內(nèi)兩次有效輸出。</p><p>　?。?）/VPP：內(nèi)，外ROM選擇端。當(dāng)端接高電平時，CPU訪問并執(zhí)行內(nèi)部ROM的指令；但當(dāng)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。</p>&l

48、t;p>　?。?）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。</p><p>　　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。</p><p>　　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。</p><

49、p>　　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。</p><p>　　89C51單片機(jī)的引腳圖（40腳雙列直插封裝），如圖3.2。</p><p>　　圖3.2 89C51單片機(jī)的引腳圖</p><p><b>　　復(fù)位電路設(shè)計</b></p><p>　　復(fù)位電路是使單片機(jī)

50、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。</p><p>　　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，如下圖</p><p>　　圖3.3

51、按鍵電平復(fù)位電路</p><p>　　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(jī)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(jī)器周期的S5P2時刻對施密特觸發(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

52、號。</p><p><b>　　時鐘電路設(shè)計</b></p><p>　　時鐘電路由一個晶體振蕩器12MHZ和兩個33pF的瓷片電容組成。時鐘電路產(chǎn)生單片機(jī)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(jī)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(yán)格工作。</p><p&g

53、t;　　單片機(jī)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，如下圖</p><p><b>　　圖3.4時鐘電路</b></p><p><b>　　直流穩(wěn)壓電源設(shè)計</b></p><p>

54、　　圖3.5直流穩(wěn)壓電源</p><p>　　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，如下圖所示變壓器將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。</p><p>　　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

55、固定式和可調(diào)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。</p><p><b>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)</b></p><p>　　圖3.6單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　自動

56、發(fā)電控制原理圖設(shè)計</p><p>　　圖3.7 輸入輸處接口圖</p><p>　　如圖3.7所示,為自動發(fā)電控制原理原理圖。SCADA實時監(jiān)測發(fā)電機(jī)組的運行狀態(tài)，不斷地向單片機(jī)89C51發(fā)送信號，當(dāng)發(fā)電機(jī)組運行狀態(tài)改變時，SCADA發(fā)送改變信號，單片機(jī)接受信號并且辨別信號的內(nèi)容，經(jīng)過程序辨別后向AGC發(fā)出執(zhí)行指令類別信號。再由AGC向發(fā)電機(jī)組發(fā)送改變運行狀態(tài)的指令。</p>

57、<p>　　自動發(fā)電系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p><b>　　軟件功能</b></p><p>　　當(dāng)發(fā)電機(jī)組1的負(fù)荷改變時，SCADA經(jīng)過A/D向單片機(jī)AT89C51發(fā)一個信號，AT89C51經(jīng)過程序然后通過P1.0通道經(jīng)過D/A向AGC發(fā)送執(zhí)行指令，AGC再向發(fā)電機(jī)組發(fā)送執(zhí)行指令。當(dāng)發(fā)電機(jī)組2的負(fù)荷改變時，SCADA經(jīng)過A/D向單片機(jī)AT89C51發(fā)

58、一個信號，單片機(jī)通過P1.1向AGC發(fā)執(zhí)行指令，AGC在向發(fā)電機(jī)組發(fā)出調(diào)節(jié)的指令。同理，在發(fā)電機(jī)組3的負(fù)荷改變時SCADA向單片機(jī)發(fā)信號，單片機(jī)經(jīng)過P1.2向AGC發(fā)送信號，AGC向發(fā)電機(jī)組調(diào)節(jié)指令。</p><p><b>　　軟件流程圖</b></p><p>　　當(dāng)單片機(jī)接受到頻率信號時，通過程序先識別頻率是否改變，如果頻率沒有改變，說明發(fā)電機(jī)組中的負(fù)荷沒有發(fā)生

59、改變。如果頻率發(fā)生了改變，程序再繼續(xù)識別是否是發(fā)電機(jī)組1負(fù)荷發(fā)生了改變，如果是，則執(zhí)行指令1改變發(fā)電機(jī)組1的運行狀態(tài)，如果不是發(fā)電機(jī)組1，則在繼續(xù)識別。發(fā)電機(jī)組2、發(fā)電機(jī)組3與發(fā)電機(jī)組1一樣。主程序流程圖如圖4.1</p><p><b>　　課程設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　本次設(shè)計闡述了發(fā)電機(jī)有功功率的基本原理，分析了系統(tǒng)負(fù)荷一定和變化時機(jī)組有功功率調(diào)差系

60、數(shù)和負(fù)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。設(shè)計的同時，分析了AGC控制系統(tǒng)控制原理和AT89C51單片機(jī)原理，在SCADA平臺上對時鐘電路和復(fù)位電路進(jìn)行設(shè)計，闡述了AT89C51各引腳功能并對AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)進(jìn)行討論和分析設(shè)計。通過對復(fù)位電路、時鐘電路、AT89C51、AGC等小系統(tǒng)的原理進(jìn)行分析和討論，最終選出最優(yōu)方案，完成本次設(shè)計。本次設(shè)計由于時間和條件限制，還有很多地方需要改進(jìn)，比如AGC

61、和SCADA系統(tǒng)的理解不足，原理運用不到位等。但是總體完全滿足設(shè)計要求。同時，本次設(shè)計還得到了幾位老師的指導(dǎo)，比如單片機(jī)的軟件設(shè)計，控制功能的完善等。在此特別感謝！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 方富淇等 配電網(wǎng)自動化 北京：中國電力出版社，2000</p><p>　　[2] 趙晶.Prote199

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