机组自动发电控制系统设计.

1、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（1 1）院（系）： 电气工程学院专业班级： _学 号： _学生姓名： _指导教师： _起止时间：2013.12.162013.12.16 12.2912.29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号 学目 程题11课程设计论文任务组机 号 攵 氏 一 款 伽。W W 灿 他包 M M 机 脅呼 O O声吁 O O 调 功合 1-1- /nJ/nJ 乜 。 T T T T ， 5 5 率 式 有 系H HO O粕用 扌 5 5 。有配 机电 o o Lll|Lll| 44 9 9， a

2、a原柳率时动 。力 - TJTJ - - 力一- 歹均0606鸽彩 的 有荷组 两册a a u u W W 眄叭峋的。 号率 丁擞莎 率化，彳某结 一加灿潯0 00 0频变响，计总 !讖炯8 8 功和影案设析 W W/V/V有定的、方，分 :机 W W 磋用川 机 配 的机行 数二加聊聊岀求电荷分适片进 参萌 WWWW揪要发负率 合单计 本r r为M M眇沁计述统功定用设 基黄率抄曲汝设阐系对确采对 发功有负各1 1 . .23412341.2.3.d.2.3.d & &进度计划兀1 1z(z(兀2 2 兀淇1 1 ( ( 现案 XEXE 兀.一 - s s ruru 1 1 、！ z/lxz

3、/lxo o 握动定计 天 掌自确设p 1 1 解 和 ，案 2 2 m 二 HJHJ 、一、一 j j J J / / z z z/kz/k 理节式方 応髓止林 天书 料率的总 2 2明 资频配统计 说 阅功分系设 计 查和率涮晞计收 釦电功电件常打 任发知发硬软、 置述导动统统写 布阐推自系系撰 、 、 、 、 、 、 、 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7指导教师评语及成绩日月年 辩 导 客指 :旅 时 成 平 总注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算电网调度中的电网控制功能是多种多样的，包括电压控制、负荷控制以及自 动发电控制。自动发电控制就

4、是通过监视电厂出力和负荷系统之间的差异，来控 制调频机组的出力，以满足不断变化的用户电力需要，达到电能的发供平衡，并 且使整个系统处于经济的运行状态。自动发电控制能实现机组出力的自动调节， 是电力调度EMSEMS系统中最重要的控制功能。本文主要针对三台功率不同的发电机组并联运行时电力的自动分配进行设 计。当其中一台发电机负荷改变导致系统频率改变时，通过89C5189C51单片机与自动发电控制系统（AGCAGC相互配合实现自动调整达到最经济发电状态。关键词：AGCAGC 89C5189C51; ;自动调节；经济发电；目录第1 1章绪论 . 1 11.11.1自动发电控制概述. 1 11.21.2

5、本文主要内容. 1 1第2 2章机组并联运行有功功率分配计算 . 2 22.12.1机组有功功率频率控制及自动发电的基本原理 . 2 .1机组有功功率频率控制 . 2 .2自动发电的基本原理. 2 22.22.2负荷变化时的功率分配计算 . 4 4第3 3章自动发电控制系统硬件设计 . 6 63.13.1自动发电系统功能 . 6 63.23.2自动发电总体设计方案 . 6 63.33.3单片机最小系统设计. 7 .1 89C5189C51单片机引脚功能 . 7 .2时钟电路设计. 8 .3复位电路设计.

6、9 .4 直流稳压电源设计 . 9 .5单片机最小系统. 10103.43.4输入输出接口设计. 1111第4 4章自动发电控制系统软件设计 . 12124.14.1软件实现功能综述 . 12124.24.2流程图设计. 12124.34.3程序清单. 1414第5 5章课程设计总结 . 1616参考文献 . 1717第1章绪论1.1自动发电控制概述在电力系统中，电力系统负荷预测模型的不精确和算法上考虑的不周全，发 电机组的出力和系统调度EMEM鋪的负荷预测得到的负荷总是存在一定的差距。自 动发电控制系统（AGCAGC就是通过监视电厂输出功率和系统负荷之间的

7、差异，来控 制调频机组的出力，以满足不断变化的用户电力需要，达到电能的发供平衡，并 且使整个系统处于经济的运行状态。在联合电力系统中，AGCAGC是以区域系统为单位。AGCAGC能实现机组出力的自动调节，是电力调度EMSEMSS统中最重要的控制功能。 在正常的运行状态下，AGCAGC勺基本任务如下：1 1是全系统的发电机输出功率和总负荷功率相匹配。2 2将电力系统的频率偏差调整到零，保持系统频率为额定值。3 3控制区域间联络线的交换功率与计划值相等，以实现各个区域内有功功率 和负荷功率的平衡。4 4在区域网内各个发电厂之间进行负荷的经济分配。1.2本文主要内容本文对机组自动发电控制系统进行设计

8、，首先对发电机有功频率调节的基本 原理进行阐述，在系统负荷一定或变化时，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，并推导有出功功率分配的公式。最后确定合 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。然后再 通过89C56189C561和AGCAGC SCADSCAD系统进行整体控制和调节，最终实现机组功率的合理 分配。第2章机组并联运行有功功率分配计算2.1机组有功功率频率控制及自动发电的基本原理.1机组有功功率频率控制电力系统的频率是电力系统中同步发电机产生的交流正弦电压的频率，它是 电力系统运行参数中最重要的参数之一。在稳定运行条

9、件下所有发电机同步运行， 整个电力系统的频率是相等的。当系统的负荷功率增加时，系统就出现了功率缺 额。此时，机组的转速下降，整个系统的频率会降低，由此可见，系统频率的变 化是由于发电机的负荷功率与原动机输入功率之间失去平衡所致，因此调频与有 功功率调节是密不可分的。在电力系统开始形成以来，调频就是一个要有整个系统来统筹调度与协调的 问题，而且，调频与运行费用的关系也十分密切。因为调频就是通过调整各机组 的输出功率来达到系统有功平衡的措施，机组的输出功率一旦改变，所消耗的燃 料及费用就随着改变，直接关系着运行费用的经济性，所以要力求使系统负荷在 发电机组之间实现经济分配。负荷的变化必将导致电力系

10、统频率的变化，因此要求电力系统中发电机发出 的有功功率也要做相应的变化，以使系统在一定的频率水平上达到功率平衡。第一种负荷变化引起的频率偏移，一般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，这称为频率的一次调整。第 二种负荷变化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 移限制在允许范围内，这时必须由调频器参与控制和调整，这种调整称为频率的 二次调整。此外，第三种负荷变化可以用负荷预测的方法预先估计得到。调度部 门预先编制的系统日负荷曲线主要反映这部分负荷的变化规律，这部分负荷要求 在满足系统有功功率平衡的条件下，按照经济分配原则在各个发电厂

11、间进行分配。.2自动发电的基本原理电力系统中发电量的控制，一般分为三种情况，其中，对于周期在10s10s至2-3min2-3min以内而幅度变化比较大的负荷，已经不能有调速器本身的调频特性来进行 调整控制，就需要由电力系统控制中心，根据系统的频率以及其他地区相连的输 系统电线上得功率的偏移程度，启动 AGCAGC来进行控制负荷。AGCAGC是以控制调整发电机输出功率来适应负荷波动的反馈控制。电力系统中 功率的不平衡将导致频率的偏移，所以电网的频率可以作为控制发电机输出功率 的一个信息。发电机组上得调速器能根据电力系统频率变化自动地调节发电机的 输出功率，所以在某种意义上讲也具有

12、自动发电控制功能，但通常不称为自动发 电控制。这里所说的AGCAGC是一种控制性能比较完善和作用较好的发电机输出功率 的自动控制。它利用电子计算机来实现控制功能，是一个小型的计算机闭环控制 系统，有时也称为AGCAGC系统。最简单的AGCAGC系统的结构如图2.12.1所示，它是具有一台发电机组的联络线 AGCAGC 系统。图中P PSet为输电线路功率的整定值，f fset为系统频率整定值，P为输电线路 功率的实际值，f为系统频率的实际值，Bf为频率偏差因子，K(S)K(S)为外部控制回 路，用来根据电力系统频率偏差和输电线路上得功率偏差来确定输出控制信号， Pef为系统要求调整的控制信号，

13、N(S)N(S)为内部控制回路，用来调整调速器阀门开 度，以达到所需要的输出功率。图2.1单台发电机的AGC系统而对于具有多个联络点和发电机组的实际电力系统，则AGCAGC系统将变为包含许多并联发电机组控制回路的形式。如图2.22.2所示，其内部控制回路和外部控制回路的基本结构并未改变，但是增设了负荷分配器，根据输入控制信号大小并且 根据等微增率准则或其他原则来控制各台发电机输出功率的大小。图22具有多台发电机的 AGC控制系统2.22.2负荷变化时的功率分配计算(1)(1) 发电厂有三机组，一号机组功率为50MW50MW，二号机组功率为1OOM01OOM0三号机组功率为70MW70MW，功率

14、因数均为0.90.9。(2)(2) 有功功率调差系数为0.060.06。3负荷频率调节效应系数(有功功率)为 1.51.5。(4)(4)各发电机均以80%80%负荷运行。当系统的负荷发生变化时，系统的频率也一定发生变化，假设某个系统有1 1号和2 2号两台发电机并联运行，设系统的频率为f fN，1 1号发电机承担的负荷为R， 2 2号发电机承担的负荷为p2，于是有：R P2 八 PL当系统负荷增加，经过调速器的调节后，系统频率稳定在和，这是1 1号发电机组的负荷为P/，增加了也P ； 2 2号发电机组的负荷为P；，增加了即即2，两台发电WssPL丄丄，-0.061.7 3.3 0.4= 0.0

15、111机组增量的和等于心R R。根据系统调差系数：R R = = ，由此可以得出：PP占R R R R2。：.P.P2 2 R R上式表明，发电机组间的功率分配与机组的调差系数成反比。调差系数小的 机组承担的负荷增量大，而调差系数大的机组承担的负荷增量小。电力系统中，如果多台机组调差系数等于零是不能并联运行的，所有机组的调速 器都为有差调节，它们共同承担负荷的波动。本设计中，3 3台发电机均以80%80%负荷进行运行，则在正常情况下3 3台发电机并联运 行所带负荷为176MW176MWV假设由于负荷变化，现在需要增加 30MV30MV的负荷，首先将每 个发电单元的调速器调差系数转化为同一基准下

16、的值：500R-!0.06 = 0.650500R20.06 = 0.3100500R30.06 = 0.470负荷功率变化为：0PL0.06500考虑到负荷频率调节效应，则稳态频率偏差为:因此，稳态频率偏差为：计-0.0111 60 - -0.666(Hz)系统新的频率为：f f 二 f f0=60=60 - -0.6660.666 = = 59.334(Hz)59.334(Hz)每个发电机组的发电量变化为：w w - - 0.01110.0111R R = =-= = -= = 0.01850.0185 = = 9.25MW9.25MWR R10.60.6w w-0.0111-0.0111

17、：P P20.0370.037 =18.5MW=18.5MWR R20.30.3W W - - 0.01110.0111P P30.027750.02775 = = 13.875MW13.875MWR Ra0.40.4再通过AGCAGC勺调节，使系统保证最经济运行状态。第3章自动发电控制系统硬件设计3.1自动发电系统功能自动发电控制系统（AGCAGC主要完成系统区域间交换功率的限制和系统频率的 维持功能。可以通过电力系统调度中心的通信系统获取各发电机发出功率、各个 联络线传输功率以及系统频率的信息，并向各个发电厂甚至是发电机发布相应的 控制信号。当系统中出现频率或交换功率的偏差时，就可以通过测

18、量和计算确定 区域控制偏差，获得进行系统所需要增减的功率总值，从而对各个发电机的发出 功率进行调节，达到最佳经济运行状态，其主要功能主要分为以下几点：（1 1）使发电自动跟踪电力系统负荷变化。（2 2）响应负荷和发电的随机变化，维持电力系统频率为额定值。（3 3）在各区域间分配系统发电功率，维持区域间净交换功率的计划值。（4 4）对周期性的负荷变化按发电计划调整发电功率。（5 5）监事和调整备用容量，满足电力系统的安全要求。3.2自动发电总体设计方案在电力系统中，SCADASCADA系统应用最为广泛，可以对系统现场的运行设备进行 监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号

19、报警等 各项功能。本文所设计的自动发电控制系统，就是由 SCADSCAD系统对发电机组进行监视， 再与单片机相互配合进行总体控制，如图3.13.1所示，当系统中的负荷发生变化时， 对系统进行监视和控制的 SCADA系系统马上检测到负荷发生变化的信号，通过 A/DA/D 转换器，讲信号转换后传送给 89C5189C51单片机，单片机接收到变化信号，由已经编 辑好的程序进行识别、分析、处理后，将信号再经过D/AD/A转换器传递给自动控制系统（ADCADC，ADCADC获得信号后，根据其设定的参数，对各个发电机的发出功率进 行调节，以达到新负荷的输出功率要求，从而达到自动发电控制的目的。P10P00

20、,P11P01P12P02P13P03,P14P04P15P05P16P06P17P07IN T1P20IN T0P21P22T1P23T0P24P25EA/VPP26P27,X1X2RE SETRXDTXDRDAL E/ PWRPSEN39383736353433322122232425262728101130图3.1自动发电总体设计方案3.3单片机最小系统设计.1 89C5189C51单片机引脚功能图3.23.2是89C5189C51单片机的引脚图。其中有2 2条主电源引脚，2 2条外接晶体引 脚，4 4条控制或其他电源复用的引脚，3232条I/OI/O引脚，下面分别叙述部

21、分引脚的 功能。图3.2 ATC89C51单片机U 1A T C89C51234567813121514319171918RESETRESET引脚：复位信号输入端，高电平有效。当振荡器工作时，在此引脚上 出现两个机器周期以上的高电平，就可以使单片机复位。PSENPSEN引脚：外部程序存储器的读选通信号。EA/VPP/VPP引脚：内、夕卜ROMROM选择。ALE/ALE/PROG引脚：地址锁存允许信号。XTALi引脚：接外部晶体和微调电容的一端。XTAL2引脚：接外部晶体和微调电容的另一端。P0P0 口：是双向8 8位3 3态I/OI/O 口。在访问外部存储器时，可分时用做低 8 8位地 址线和

22、8 8位数据线。P1P1 口： P1P1 口是一个带有内部上拉电阻的 8 8位双向I/OI/O 口。在FlashFlash ROMROM编程 和程序验证时，它接收低8 8位地址。P2P2 口： P2P2 口是一个带有内部上拉电阻的8 8为双向I/OI/O 口。在访问外部存储器 时，它送出高8 8位地址。P3P3 口： P3P3 口是一个带有内部上拉电阻的 8 8位双向I/OI/O 口，P3P3 口能带动4 4个LSTTLLSTTL门电路。.2时钟电路设计89C5189C51内部有一个高增益反向放大器（即与非门的一个输入端编程为常有效 时），用于构成片内震荡器，引脚XTAL1XT

23、AL1和 XTAL2XTAL2分别是此放大器的输入端和输出 端。在XTAL1XTAL1和XTAL2XTAL2两端跨接浸提或陶瓷谐振器，就构成了稳定的自激振荡器, 陶瓷振荡器如图3.33.3所示：C2-| _OUT22PF图3.3陶瓷振荡器_._ XINC122PFY1I12MHZV C C图3.4按键电平复位S T333333复位电路设计复位操作可以使单片机初始化，也可以使死机状态下的单片机重新启动，因 此非常重要。单片机的复位都是靠外部复位电路来实现的，在时钟电路工作后， 只要在单片机的RESERESE引脚上出现2424个时钟振荡脉冲（两个机器周期）以上的高 电平，单片机就能实现复位。单片机

24、复位电路主要分为上电复位电路、按键式复 位电路、脉冲式复位电路。本文采用按键式复位电路，如图3.43.4所示。.4直流稳压电源设计对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块， 电源模块的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。5151单片机虽然使用时间最早、应用范围最广，但是在实际使用过程中，一个和典型的问题就是相比其他系 列的单片机，5151单片机更容易受到干扰而出现程序跑飞的现象，克服这种现象出 现的一个重要手段就是为单片机系统配置一个稳定可靠的电源供电模块。如图 3.53.5所示为单片机的直流稳压电源。VinVouGND 00uFC2一H00uFC3C

25、4100uF图3.5直流稳压电源.5单片机最小系统将电源电路、复位电路、时钟电路与89C5189C51连接，构成单片机最小系统，如图3.63.6所示RT1C1w7805323.4输入输出接口设计输入输出接口设计如图3.73.7所示:C1 ST+22PFXINC222PFR410kY112MHZXOUTS1vccX X1 1RD7WR16P0INT1P1INT0P2T1T0P3EA/VPX1X2RESETRXDTXDRDALE7PWRPSENX2 18RESET9U139 137362189C5110305 54 49 93 3INOUTSCADAININOUTINAGC图3.7

26、输入输出接口设计第4章自动发电控制系统软件设计4.1软件实现功能综述系统在运行过程中，当总体负荷发生变化时，系统频率也随之改变，此时， 对系统进行监视和控制的 SCADASCADA系统把检测到的信号，通过 A/DA/D转换器经过P0P0 口传送给89C5189C51单片机，89C5189C51单片机得到信号后，马上对其进行计算处理后经 过A/DA/D转换器，通过P1P1、P2P2、P3P3 口分别对AGCAGC发出调节信号，AGOAGO得信号后对 各发电机进行调节，达到新的输出功率和负荷功率的平衡。4.2流程图设计如图4.14.1所示，单片机从SCADSCAD模块接收信号，收到信号后通过程序判

27、断系 统频率是否改变，若没有改变，则重新接收信号，再次进行判断，如果频率发生 改变，若是1 1好几组负荷变化引起，则执行指令1 1进行调节，继续判断2 2号负荷， 若2 2号机组负荷也发生改变，则执行指令 2 2同样对2 2号机组进行调节，继续也同 样对3 3号机组进行调节，最终达到机组输出功率与负荷达到平衡。开始初始化N频率检测1 N结束图4.1自动发电控制单片机程序流程图4.3程序清单ORG 0000HSJMP MAINORG 0030HSTART: MOV SP, #60HMOV TMOD,#10HMOV TL1,#00HMOV TH1,#4BHMOV R0,#00HMOV R1,#20HSETB TR1SETB EALCALL L_DELAYSJMP $INT_