机组自动发电控制系统研究与设计开发

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（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：2014.12.01-2014.12.12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- 电励目 程题3)3)课程设计论文任务机号二o o 么M M 2 2 罡勺制 o o 亠 8j8j 且 广 o o E Em 一 - rmTHU 、一 乙 为有率机 发 勺 原纽珈 ，动 为 r r 率 本机功时 自 率旳 功。M-M-析和化 的 - -nVnV 娄 。力 一 丁 勺 FT

2、T 弓8 8 J J 彳 白子国 X X 9 有 运 节 ，推荷 机 H脣 a a +何 调0t0t，负 台 。 号#数负 率化响使 某 结 ”为系D%D%频变影，计 总 ，/|/|W W数应8888功和的案设 析 组0 0M M系效 有定配方 ，分 :机5 5 差节以 机 分的 机 行 数二 调调均求电荷率适 片 进 参有为机要发负功合 单 计 本厂率珈频电计迹宪对定。用。设 基电功功荷发设阐系数确配采配对 发组有负各1 1 2 2 3 3 4 4 1 1 2 2 3 3L0L0进度计划兀1 12 2方 求原率天 要本珈1 1 计基功 设的有 统电组 握动定计e e) )天 掌自确设天 1

3、1 解和，案2 2 理节式方 * .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 n台机组运行，则连理调解方程式：(1 1)有铭值n门 1 1PG 八 R R 二-()()(2-4)(2-4)i=1 按照调差系数的定义，可定义等效发电机组的调差系数为:GfPG1- n1、丄) i-i(2-5)(2-5)等效发电机组的单位调节功率为：1 1 J J1 1 nKG() )八 K KGi(2-(2-6)6)-G V -G i d这样系统的三台发电机组同样可以当做单独一台发电机对

4、待，满足调节公式。 同时，考虑负荷调节效应后，全系统负荷的变化量为：PL =心巳 一= -= -(KG +心0 0(2-7)(2-7)物理意义：表示全系统的频率没变化 1Hz1Hz时，其调节的负荷有功功率大小。(2 2)标幺值：由于标幺值的基准是不一致的，故采用标幺值要涉及基准值的转换。 发电机组：以自身的额定容量为 PGe负荷：以额定负荷容量为基准 PLe全系统：以负荷额定容量为基准 PLe等效发电机组的单位调节功率:KG* 二-半二 J J (KG* 字)(2-8)(2-8)丄f f*i丄P Pse这样可以算出发电出力以及负荷调节效应后的实际功率。根据任务书给的参数可进行以下计算：P=P1

5、+P2+P3=250+200+150=500W将标幺值化为有名值，等效发电机的单位调节功率为：KG = P( * f)= 500/(0.05* 50) = 200(MW / Hz)假设系统的额定负荷为500MV500MV荷的调节效应系数为：KL = PLeKL* / fe = 500* 2/50 = 20(MW / Hz)当负荷增加200M200M刖，频率变化量为：f = - P/(KG KL)二200/(200 20) = -0.9(Hz)系统频率为：f 二 fef 二 50 - 0.9 二 49.1(Hz)等效发电机组发出的功率增加量为：PG = - f * KG = 0.9*200 =

6、180MW系统的实际负荷为：P_= PLe 十也 PG =500 + 180= 680MW微型计算机数据缓冲、地址译码、控制逻辑第3章自动发电控制硬件设计3.1开关量输入输出通道为了实现计算机对生产过程或装置的控制，需要将对象的各种测量参数按要 求的方式送入计算机，经计算机运算处理后的数字信号也要变换成适合于对生产 过程或装置进行控制的形式。因此，在计算机和生产过程之间必须设置信息传递 和变换的装置，这种装置就称为开关量输入输出通道。如图3.13.1为开关量输入输出通道结构图。图3.1开关量输入输出结构图3.1.1开关量输入通道开关量输入电路如图3.23.2：最常用的是利用光耦合器作为开关量输

7、入计算机的隔离器件，其简单接线原 理图如图3.23.2,当有输出信号时，开关S S闭合，二极管导通，发出光束，使光敏 三极管饱和导通，于是输出端 U U表示出低电位。在光电耦合器件中，信息的传 递介质为光，但输入输出都是电信号，由于信息的传递和转换的过程都是在密闭 环境下进行，没有电的直接联系，它不受电磁信号的干扰，所以隔离信号比较 好。图3.2光电耦合器接线原理图3.1.2开关量输出通道为了提高干扰能力，开关量输出通道最好也经过一级光电隔离，如图3.23.2所示。只要通过软件使并行口的PB0PB0俞出“ 0 0”，PB1PB1 俞出“1 1”，便可使与非门DAN1DAN1 输出低电平，光敏三

8、极管导通，继电器 K K被吸合。在初始化和需要继电器K K返回时，应该使PB0PB0俞出“ 1 1”，PB1PB1 俞出“ 0 0”。设置反相器DN1DN1及与非门DANDAN而不将发光二极管直接与并行口连接，一方面是并 行口带负荷能力有限，不足以驱动发光二极管；另一方面是因为采用与非门后要 满足两个条件才能使继电器K K动作，增加饿了抗干扰能力。图3.2开关量输入电路图3.2装置开关输出回路接线图3.2直流稳压电源设计电源电路设计的要求是将 220V220V交流电转化为5V5V的直流电，如图3.33.3所示 变压器将220V220V交流电变换成12V12V交流电，经过整流桥又变换为 12V1

9、2V的直流 电，三断集成稳压器 W7805W7805的作用是将12V12V的直流电转化成5V5V的直流电，图 中的4 4个电容是滤波电容。集成串联型稳压电路有三个脚，分别为输入端、输出端和公共端，因此称为 三端稳压器。按功能分为固定式和可调节式稳压电路；前者输出地电压不能进行 调节，为固定值；后者可通过外接元件使输出电压得到很宽的调节范围。本设计 中使用的 W7805W7805三端稳压器为固定式稳压器，型号最后两位数为输出电压值， 所以W7805W7805的输出电压为+5V+5V。图3.3直流稳压电源三端稳压电器具有体积小、重量轻、性能好、成本低、可靠性好和使用方便 等特点。+5V当输出电压U

10、 Uo因某种原因（如电网电压的波动和负载的变化）而增大时， 内部比较放大电路的反相器输入端电位随之升高，使得放大电路输出端电位下 降，使得U Uo随之减小：当输出电压减小时，各部分的变化与上述过程相反：因 而能够得到稳定的输出电压。3.3复位电路设计复位电路是使单片机的 CPU或系统中的其他部件处于某一确定的初始状 态，并从这上状态开始工作，除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行 出现错误或操作错误使系统处于死锁状态时，为了摆脱困境，也需按复位电路以重新启动。复位电路包括上电复位，按键电平复位，按键脉冲复位。本设计中采用按键电平复位。按键电平复位是通过是复位端经过电阻与VCCVCC电源接

11、通而实现的,如图3.43.4S 1S W-PBO2 00RES 22 20 uFCA P1 kRES 2图3.4按键电平复位电路复位信号及其产生：RSTRST引脚是复位信号的输入端，复位信号时高电平有 效，其有效时间持续2424个振荡脉冲周期（即2 2个机器周期）以上，若使用频率 为12MHz12MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过 2us2us才能完成复位操作。整个复 位电路包括片内外两部分，外部电路产生的复位电路送施密特触发器，再由片内 复位电路在每个机器周期的 S5P2S5P2时刻对施密特触发器的输出进行采样。然后才 得到内部复位操作所需要的信号。3.4时钟电路设计时钟电路由一个晶体振

12、荡器12MHZ和两个30pF30pF的瓷片电容组成。时钟电路 产生单片机工作所需要的时钟信号，而时序所研究的是指令执行中各信号之间的 相互关系。单片机本身就如一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的 实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格工作。单片机芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1XTAL1，输出端为引脚XTAL2XTAL2，在芯片外部通过两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容， 形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡器，如图3.53.5coco/TTXIrAL图3.5时钟电路3.5 89C51单片机最小系统设计（1 1）XTAL1XTAL1 :接外部晶体和微调电

13、容的一端。在 89C5189C51片内，它是振荡电 路反向放大器的输入端及内部时钟发生器的输入端，振荡电路的频率就是晶体的 固有频率。当采用外部振荡器是次引脚输入外部时钟脉冲。（2 2）XTAL2XTAL2 :解外部晶体和微调电容的另一端。在 89C5189C51片内，它是振荡 电路反向放大器的输出端。在采用外部振荡器时此引脚应悬浮。通过示波器查看 XTAL2XTAL2端是否有脉冲信号输出，可以确认 89C5189C51的振荡电路是否正常工作。（3 3）RSTRST:复位信号输入端，高电平有效。当振荡器工作时，在此引脚上 出现两个机器周期一上的高电平，就可以使单片机复位。（4 4）ALE/AL

14、E/ PROGPROG :地址锁存允许信号。ALEALE锁存P0P0 口传送的低8 8位地址 信号，实现低8 8位地址与数据的分离。（5 5）PESN :外部程序存储器的读选通信号。当 89C5189C51由外部程序存储器 取指令（或常数）时，每个机器周期内 PESN两次有效输出。（6 6）EA/VPP/VPP:内，外ROMROM选择端。当EA端接高电平时，CPUCPU访问并执 行内部ROMROM的指令；但当PCPC值超过4KB4KB时，将自动转去执行外部 ROMROM中的 程序。但E端接低电平时，CPUCPU只访问外部ROMROM中的指令。（7 7） P0P0 口 ：双向8 8位三态I/OI

15、/O 口，在访问外部存储器时，可分时用做低 8 8 位地址线和8 8位数据线。无上拉电阻，能驱动 8 8个LSTTLLSTTL门电路。P1P1 口： 8 8位双向I/OI/O 口，用做普通I/OI/O 口。有上拉电阻，能驱动 4 4个 LSTTLLSTTL门电路。P2P2 口： 8 8位双向I/OI/O 口，做高8 8位地址线。有上拉电阻，能驱动 4 4个LSTTLLSTTL门电路。P3P3 口： 8 8位双向I/OI/O 口，具有第二功能。有上拉电阻，能驱动 4 4个LSTTLLSTTL门电路。RES ETVS SVC Cp 1.0P 0.0p 1.2P 0.1p 1.3P 0.2p 1.4

16、P 0.3p 1.5P 0.4p 1.6P 0.5p 1.7P 0.6RES ETP 0.7p 3.0EA/VP Pp 3.1ALE/ O Gp 3.2P SENp 3.3P 2.7p 3.4P 2.6p 3.5P 2.5p 3.6P 2.4p 3.7P 2.3XTAL2P 2.2XTAL1P 2.1VS s|P 2.04 039383 7363 53 43 332-3130292 82 72 62 5242 32 22 189C5189C51单片机的最小系统接线图如图 3.63.6图3.6单片机最小系统3.6自动发电总体设计方案自动发电控制系统是利用调度监控计算机、通道、远方终端、执行（分配

17、） 装置、发电机组自动化装置等组成的闭环控制系统，监测、调整电力系统的频 率，以控制发电机出力。它是电力系统调度自动化的主要内容之一。自动发电控制系统是并网发电厂提供的有偿辅助服务之一，发电机组在规定 的出力调整范围内，跟踪电力调度交易机构下发的指令，按照一定调节速率实时 调整发电出力，以满足电力系统频率和联络功率控制要求的服务。或者说，自动 发电控制（AGCAGC对电网部分机组出力进行二次调整，以满足控制目标要求。其基本 功能为：负荷频率控制（LFCLFC，经济调度控制（EDCEDC，备用容量监视（RMRM， AGCAGC性能监视（AGCAGC PMPM，联络线偏差控制（TBCTBC等；以达

18、到其基本的目标： 保证发电出力与负荷平衡，保证系统频率为额定值，使净区域联络线潮流与计划 相等，最小区域化运行成本。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，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 VC CS1?VC CC200 Q2 20 uFRRES22

19、 001 K1KQRRES2CAP33uFXTAL2CRYSY12MHz33uFXTAL11234567891 01 21 31 41 51 61 71 81 92 01 1A?CO MP ON EN T 1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。本次设计采用AGCAGC自动发电控制系统和SCADSCAD平台实现自动发电控制，如图 4.74.7通过时钟电路和复位电路给 AT89C51AT89C51发出负荷功率的变化信息，AT89C51AT89C51根 据

20、软件事先预设的控制要求并结合发电机组反馈来的信息发出控制信号，经过 D/AD/A转换转换为模拟量给AGCAGC控制系统，最终实现对发电机的自动发电控制。当SCADSCAD传来负荷改变的实时信息时，经过 A/DA/D转换器，将信号传给单片机 AT89C51AT89C51然后单片机AT89C51AT89C51经过程序，将信号经过 D/AD/A转换器传给AGCAGC最 后通过AGCAGC区域控制模块，将区域控制设定功率与区域当前的发电功率相比较， 按照AGCAGC程序设定的控制参数，重新分配各电厂控制器的目标功率。图3.7自动发电系统控制框图识别是否是发电机组1 1负荷发生了改变，如果是，则执行指令

21、 的运行状态，如果不是发电机组 1 1,则在继续识别。发电机组 发电机组1 1 一样第4章AT89C51软件设计4.1软件功能当发电机组1 1的负荷改变时，SCADASCADA经过A/DA/D向单片机AT89C51AT89C51发一个 信号，AT89C51AT89C51经过程序然后通过P1.0P1.0通道经过D/AD/A向AGCAGC发送执行指令， AGCAGC再向发电机组发送执行指令。当发电机组2 2的负荷改变时，SCADASCADA经过A/DA/D向单片机AT89C51AT89C51发一个信号，单片机通过 P1.1P1.1向AGCAGC发执行指令， AGCAGC在向发电机组发出调节的指令。

22、同理，在发电机组3 3的负荷改变时SCADASCADA向单片机发信号，单片机经过 P1.2P1.2向AGCAGC发送信号，AGCAGC向发电机组调节指 令。4.2软件流程图当单片机接受到频率信号时，通过程序先识别频率是否改变，如果频率没有 改变，说明发电机组中的负荷没有发生改变。如果频率发生了改变，程序再继续 1 1改变发电机组1 1 2 2、发电机组3 3与主程序流程图如图4.14.10图4.1软件流程图4.3软件流程图设计当单片机接受到频率信号时，通过程序先识别频率是否改变，如果频率没有改 变，说明发电机组中的负序没有发生改变。如果频率发生了改变，程序再继续识 别是否是发电机组1 1负荷发生了改变，如果是，则执行指令 1 1改变发电机组1 1的 运行状态，如果不是发电机组 1 1,则再继续识别。如果是发电机组 2 2负荷发生了 改变，则执行指令2 2改变发电机组2 2的运行状态。如果也不是发电机组 2 2,则判 断是否发电机组3 3的负荷发生了改变，如果是则执行指令 3 3来改变发电机组3 3的 运行状态。如果也不是发电机组 3 3负荷发生了改变，则程序结束。第5章课程