電力系統(tǒng)低頻減載自動裝置——控制電路【開題報告】

1、<p><b>　　畢業(yè)設計開題報告</b></p><p><b>　　電氣工程及其自動化</b></p><p>　　電力系統(tǒng)低頻減載自動裝置——控制電路</p><p>　　一、選題的背景、意義</p><p>　　電力系統(tǒng)已經(jīng)步入大電網(wǎng)、高電壓和大機組的時代,電網(wǎng)互聯(lián)和電力市場的發(fā)

2、展使電力系統(tǒng)的動態(tài)行為越來越復雜,對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的要求也越來越高。隨著電網(wǎng)互聯(lián)規(guī)模的擴大，高放大倍數(shù)快速勵磁的廣泛采用，以及受經(jīng)濟性、環(huán)保等因素影響下，電網(wǎng)的運行越來越接近穩(wěn)定極限，在世界各地許多電網(wǎng)都觀察到低頻振蕩，低頻振蕩問題逐漸受到關注。低頻減載是最早被采用的頻率穩(wěn)定控制的方法,目前仍是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的最后一道防線,是保證電力系統(tǒng)在受到嚴重擾動下,防止頻率崩潰導致大面積停電的主要措施之一。由于表現(xiàn)為等幅或增幅形式的低頻振

3、蕩一旦發(fā)生，將嚴重威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，很有可能誘發(fā)連鎖反應事故，造成系統(tǒng)穩(wěn)定破壞，使大面積用戶停電。</p><p>　　實際電力系統(tǒng)是個高維、多變量、非線性的大規(guī)模復雜動力系統(tǒng)，元件眾多并且相互關聯(lián)，低頻振蕩作為電力系統(tǒng)的一種復雜動態(tài)行為，分析與控制的難度都較大。目前對電力系統(tǒng)低頻振蕩的研究要包括三個方面:分析它的發(fā)生機理，分析它與各種相關因素的關系以及研究各種有效的抑制控制方法手段。深入、透徹的分析是進行

4、有效控制的基礎和保證，當前人們從分析角度對低頻振蕩問題進行探討，包括發(fā)生機理和分析方法，指出在低頻振蕩發(fā)生機理研究，存在的局限性和需要進一步研究的問題。</p><p>　　防止電力系統(tǒng)頻率崩潰是防止系統(tǒng)大面積停電的一項重要措施。系統(tǒng)頻率崩潰往往是由于系統(tǒng)頻率降低到超出發(fā)電機組承受能力，形成連鎖反應所致。根據(jù)大量研究成果，考慮到機組在頻率異常時的運行能力，分析系統(tǒng)在低頻減負荷等緊急控制作用下的頻率特性及其與機組特

5、性防調(diào)的問題，制定出具體適合電網(wǎng)運行的相應措施。</p><p>　　電力系統(tǒng)在實際運行中出現(xiàn)過由于擾動引起系統(tǒng)電壓下降導致低頻減載拒動,或者由于有功功率缺額過大致使低頻減載來不及動作,系統(tǒng)已經(jīng)崩潰等情況。所謂低頻減載是一種有效防止電力系統(tǒng)出現(xiàn)頻率崩潰的安全控制措施。即當電力系統(tǒng)因發(fā)電和用電負荷的需求之間出現(xiàn)缺額而引起頻率下降時，按照事先整定的動作頻率值，依次將系統(tǒng)中預先安排好的一部分次要負荷切除，從而使系統(tǒng)有功

6、功率重新趨于平衡，頻率得到回升。迄今為止，這是防止電力系統(tǒng)因頻率下降導致頻率崩潰事故的最主要的一種安全措施。</p><p>　　相關研究的最新成果及動態(tài)</p><p>　　早期使用的自動低頻減負荷裝置是以感應型和晶體管型頻率繼電器為主構成的,它對當時電網(wǎng)安全運行起了重要作用。但上述兩種頻率繼電器的精度低，可靠性差,動作慢,不適應電網(wǎng)發(fā)展的需要。高精度的數(shù)字式頻率繼電器仍只能反映頻率絕對

7、值動作,不能快速反映系統(tǒng)功率缺額的大小,并且?guī)в幸欢ǖ膭幼餮訒r。如果延時較長或出現(xiàn)較大功率缺額時就影響抑制頻率下降的效果。由于電力系統(tǒng)的運行方式、負荷的大小及其構成在不同時間內(nèi)不斷地變化,而且系統(tǒng)發(fā)生故障地點、時間及有功功率缺額數(shù)量又具隨機性,因此很難找到一種適用于系統(tǒng)所有運行方式變化的最佳自動低頻減負荷方案為了在系統(tǒng)發(fā)生電源事故時能快速切除負荷、有效抑制頻率下降、避免大機組解列導致事故進一步惡化,1989年開始研制的以反應系統(tǒng)頻率下降

8、速率為工作原理的新型自動低頻快速減負荷裝置,能直接根據(jù)頻率下降速度來確定系統(tǒng)有功功率缺額的大小,以決定是快速減負荷還是延時減負荷,從而有效地抑制了頻率下降,提高了系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定性。微型計算機技術的發(fā)展,特別是單片機技術的發(fā)展,為進一步提高 自動低頻減負荷裝置的性能開辟了廣闊的前景它不但能提高自動低頻減負荷裝置的精度和可靠性,降低成本 ,而且更</p><p>　　三、課題的研究內(nèi)容及切負荷原理及算法</p&

9、gt;<p>　　1、低頻減載裝置的實現(xiàn)（單片機）</p><p>　　1.1裝置的基本構成原理</p><p><b>　　圖1設計結構圖</b></p><p>　　思路說明：如上圖所示在低頻減載的裝置設計中，我們首先應該根據(jù)之前所論述的低頻減載過程中輪次的整定，負荷的計算，對相應的低頻減載過程中負荷的投切，斷路器的動作進行計

10、算。然后對低頻減載裝置進行設計。如圖1中所示為低頻減載裝置設計的基本原理。一下對其進行說明</p><p>　　電流電壓變換器：電流電壓變換器的主要作用是將電網(wǎng)母線上的高電壓轉(zhuǎn)化為可以為采樣單元以及計算控制器所識別的較低的電壓與電流，以便于對電網(wǎng)母線狀況進行判斷。</p><p>　　采樣單元：采樣單元由三部分組成：模擬量輸入變換部分、模擬低通濾波部分A /D變換部分。模擬量交流電壓信號經(jīng)

11、過PT變換為二次信號。低通濾波單元由一個一階有源低通濾波器和 RC低通濾波電路組成。它可有效地濾掉二次信號中的高次諧波，并能很好地和負載隔離。</p><p>　　頻率檢測裝置：頻率計算裝置通常由CPU本身自帶的計數(shù)器進行檢測，也可以通過一些特殊的傳感器或者原件構成。</p><p>　　控制器：控制器的主要作用是通過采樣器電流變換器所采集來的電網(wǎng)信息對電網(wǎng)運行狀況進行判斷，根據(jù)上文中所提

12、到的頻率的整定輪次的配置編輯軟件，在不同的運行狀況下通過斷路器對負載的投切進行控制，保證電網(wǎng)能夠安全運行。</p><p>　　1.2采用單片機作為控制器的基本設計</p><p>　　在許多的控制器中，以單片機作為低頻減載的控制元件是比較常見的，所以對單片機的低頻減載進行設計。</p><p><b>　　線路1</b></p>

13、<p><b>　　線路2</b></p><p><b>　　線路3</b></p><p><b>　　說明：</b></p><p>　?。?）線路1的作用是頻率檢測，它將母線上的電壓應用電壓變換器變?yōu)榈碗妷?，然后?jīng)過濾波后產(chǎn)生于頻率母線電壓頻率相對應的方波，輸入控制器中，利用單片機

14、中本身所具有的自動計數(shù)與計時功能，得出此時對應的母線的電壓頻率，以確定是否在正常運行狀態(tài)</p><p>　?。?）線路2為母線的電壓電流檢測線路，同樣通過電壓電流變換器將母線電壓電流變換，將母線電壓轉(zhuǎn)換為對應的低電壓，輸入單片機控制器中，進行判斷，是否切負載。</p><p>　?。?）線路3是利用單片機根據(jù)所檢測到的電壓電流頻率等電網(wǎng)信息對是負載的投切做出處理后利用中間繼電器等裝置對負

15、荷進行投切。</p><p>　?。?）顯示和操作元件可以使用計算機，也可以應用單片機本身所帶的端口的特殊功能和LED管實現(xiàn)顯示和操作的功能。</p><p><b>　　軟件的設計思路</b></p><p><b>　　2.1輪次的確定</b></p><p>　　1) 第一輪動作頻率的配置：凡

16、是能夠由調(diào)度人員采取措施，而且在執(zhí)行這個措施所需要的時間內(nèi)，不會在系統(tǒng)內(nèi)引起嚴重的后果就能使頻率恢復的情況下，不應使自動低頻減載裝置動作。第一輪動作頻率f一般取48–48.5Hz， 以水電廠為主的系統(tǒng)，考慮到調(diào)速系統(tǒng)動作速度較慢，易取低值。</p><p>　　2) 末輪動作頻率的配置： 末輪動作頻率因由系統(tǒng)所允許的最低頻率確定。對于以高溫高壓火電廠為主的電力系統(tǒng)，考慮到當頻率低于46 -46.5Hz時， 廠用

17、電已經(jīng)不能正常工作，因此末輪動作頻率以不低46-46.5Hz為宜。對于其他電力系統(tǒng)可取得低些，但最低不能低于45Hz。</p><p>　　3) 選擇性頻率級差及自動低頻減載裝置級數(shù)的配置：自動低頻減載裝置的各輪動作應具有選擇性，即前一輪動作后，若不能阻止系統(tǒng)頻率的繼續(xù)下降，后一輪才應該動作。因此相鄰兩輪的動作頻率間應具有一定的頻率級差。取決于頻率繼電器的正負誤差及前一輪動作到負荷斷開的時間內(nèi)頻率的下降值(即斷

18、路器跳閘時間內(nèi)的頻率下降值) 即 = 2 + + </p><p>　　式中———頻率繼電器的誤差; </p><p>　　———斷路器跳閘時間內(nèi)頻率的下降值;</p><p>　　△f———頻差裕度。</p><p>　　為了選擇性，頻率級差一般取 0。5Hz。</p><p>　　已知及 后 ， 其他各輪的動作

19、頻率可依次確定 ，</p><p><b>　　= -……。</b></p><p>　　根據(jù)首輪和末輪的動作頻率和 fn以及頻率級差 ，可確定自動低頻減載裝置的輪數(shù)。輪數(shù)一般取5～7輪。</p><p>　　4) 特殊輪的配置：在自動低頻減載裝置的動作過程中,可能會出現(xiàn)這樣的情況 ， 即前一輪動作后，系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在恢復頻率以下，但又不足以使下

20、一輪動作的情況。于是系統(tǒng)頻率將較長時間低于恢復頻率運行，這是不允許的。為此,在自動低頻減載裝置中設置特殊輪，其動作頻率取恢復頻率的下限，考慮到特殊輪動作時系統(tǒng)頻率已經(jīng)比較穩(wěn)定，所以特殊輪應帶15-25s的時限。特殊輪又可按時間分成若干輪，即動作頻率相同，動作時間不同，各輪時間級差不小于5s。</p><p>　　5) 基本輪的動作時間：按頻率自動減負荷裝置的動作時間，原則上應盡可能短，以有效地制止頻率下降，但考慮

21、到系統(tǒng)振蕩或系統(tǒng)故障過程中，頻率繼電器可能誤動作 ，因此要求自動低頻減載裝置帶有一定時限 (通常取 0.15 s) ,以躲過上述暫態(tài)過程的影響。</p><p>　　2、2軟件的基本構思</p><p><b>　　3、預期目標</b></p><p>　?。?）合理的對電路中的負荷情況頻率特性進行分析；</p><p>

22、;　?。?）根據(jù)合理計算出現(xiàn)頻率異常的時候頻率結點以及負荷投切量；</p><p>　?。?）根據(jù)電路實際情況對負荷的重要性進行分類，整定負荷的切除順序，實現(xiàn)負荷的合理切除，減少故障的影響范圍。</p><p>　?。?）利用單片機作為線路的控制器，應用匯編語言或C語言編寫軟件實現(xiàn)上述計算分析的控制。</p><p>　　四、論文詳細工作進度和安排</p>

23、;<p>　　09年11月查閱相關文獻，認真閱讀完成文獻綜述初稿。</p><p>　　09年12月完成開題報告初稿，完成外文翻譯。</p><p>　　假期：考慮設計的初步方案。</p><p>　　第1-3周：完成文獻綜述、開題報告定稿。指導教師與學生討論確定題目的基本方案。學生進行綜合課程設計。</p><p>　　第4-

24、6周：學生進行畢業(yè)實習，完成后提交實習報告，備查。</p><p>　　第7-8周：總體方案設計。</p><p>　　第9-11周：分單元設計。</p><p>　　第12周：完成畢業(yè)設計（論文）初稿。</p><p>　　第13周：完成畢業(yè)設計（論文）定稿，準備答辯。</p><p><b>　　五、主要

25、參考文獻</b></p><p>　?。?］孫瑩，孫明信.單片機低頻減載系統(tǒng)[J] 山東電力技術 1989.1</p><p>　?。?］羅景忠.新型數(shù)字頻率繼電器[J] 繼電器 1987.2</p><p>　?。?］楊博，解大，陳陳，等（YANG Bo， XIE Da， CHEN Chen， et al）。電力系統(tǒng)低頻減載的現(xiàn)狀和應用[J]</

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