電力系統(tǒng)低頻減載自動(dòng)裝置——控制電路【開題報(bào)告】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告</b></p><p><b>　　電氣工程及其自動(dòng)化</b></p><p>　　電力系統(tǒng)低頻減載自動(dòng)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(jī)組的時(shí)代,電網(wǎng)互聯(lián)和電力市場(chǎng)的發(fā)

2、展使電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為越來越復(fù)雜,對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求也越來越高。隨著電網(wǎng)互聯(lián)規(guī)模的擴(kuò)大，高放大倍數(shù)快速勵(lì)磁的廣泛采用，以及受經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保等因素影響下，電網(wǎng)的運(yùn)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(guān)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(yùn)行的最后一道防線,是保證電力系統(tǒng)在受到嚴(yán)重?cái)_動(dòng)下,防止頻率崩潰導(dǎo)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(yán)重威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，很有可能誘發(fā)連鎖反應(yīng)事故，造成系統(tǒng)穩(wěn)定破壞，使大面積用戶停電。</p><p>　　實(shí)際電力系統(tǒng)是個(gè)高維、多變量、非線性的大規(guī)模復(fù)雜動(dòng)力系統(tǒng)，元件眾多并且相互關(guān)聯(lián)，低頻振蕩作為電力系統(tǒng)的一種復(fù)雜動(dòng)態(tài)行為，分析與控制的難度都較大。目前對(duì)電力系統(tǒng)低頻振蕩的研究要包括三個(gè)方面:分析它的發(fā)生機(jī)理，分析它與各種相關(guān)因素的關(guān)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(jìn)行

4、有效控制的基礎(chǔ)和保證，當(dāng)前人們從分析角度對(duì)低頻振蕩問題進(jìn)行探討，包括發(fā)生機(jī)理和分析方法，指出在低頻振蕩發(fā)生機(jī)理研究，存在的局限性和需要進(jìn)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(xiàng)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(jī)組承受能力，形成連鎖反應(yīng)所致。根據(jù)大量研究成果，考慮到機(jī)組在頻率異常時(shí)的運(yùn)行能力，分析系統(tǒng)在低頻減負(fù)荷等緊急控制作用下的頻率特性及其與機(jī)組特

5、性防調(diào)的問題，制定出具體適合電網(wǎng)運(yùn)行的相應(yīng)措施。</p><p>　　電力系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)過由于擾動(dòng)引起系統(tǒng)電壓下降導(dǎo)致低頻減載拒動(dòng),或者由于有功功率缺額過大致使低頻減載來不及動(dòng)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(dāng)電力系統(tǒng)因發(fā)電和用電負(fù)荷的需求之間出現(xiàn)缺額而引起頻率下降時(shí)，按照事先整定的動(dòng)作頻率值，依次將系統(tǒng)中預(yù)先安排好的一部分次要負(fù)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(dǎo)致頻率崩潰事故的最主要的一種安全措施。</p><p>　　相關(guān)研究的最新成果及動(dòng)態(tài)</p><p>　　早期使用的自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置是以感應(yīng)型和晶體管型頻率繼電器為主構(gòu)成的,它對(duì)當(dāng)時(shí)電網(wǎng)安全運(yùn)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(dòng)作慢,不適應(yīng)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(duì)

7、值動(dòng)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?dòng)作延時(shí)。如果延時(shí)較長(zhǎng)或出現(xiàn)較大功率缺額時(shí)就影響抑制頻率下降的效果。由于電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式、負(fù)荷的大小及其構(gòu)成在不同時(shí)間內(nèi)不斷地變化,而且系統(tǒng)發(fā)生故障地點(diǎn)、時(shí)間及有功功率缺額數(shù)量又具隨機(jī)性,因此很難找到一種適用于系統(tǒng)所有運(yùn)行方式變化的最佳自動(dòng)低頻減負(fù)荷方案為了在系統(tǒng)發(fā)生電源事故時(shí)能快速切除負(fù)荷、有效抑制頻率下降、避免大機(jī)組解列導(dǎo)致事故進(jìn)一步惡化,1989年開始研制的以反應(yīng)系統(tǒng)頻率下降

8、速率為工作原理的新型自動(dòng)低頻快速減負(fù)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(fù)荷還是延時(shí)減負(fù)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(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,特別是單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展,為進(jìn)一步提高 自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置的性能開辟了廣闊的前景它不但能提高自動(dòng)低頻減負(fù)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?jī)?nèi)容及切負(fù)荷原理及算法</p&

9、gt;<p>　　1、低頻減載裝置的實(shí)現(xiàn)（單片機(jī)）</p><p>　　1.1裝置的基本構(gòu)成原理</p><p><b>　　圖1設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖</b></p><p>　　思路說明：如上圖所示在低頻減載的裝置設(shè)計(jì)中，我們首先應(yīng)該根據(jù)之前所論述的低頻減載過程中輪次的整定，負(fù)荷的計(jì)算，對(duì)相應(yīng)的低頻減載過程中負(fù)荷的投切，斷路器的動(dòng)作進(jìn)行計(jì)

10、算。然后對(duì)低頻減載裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。如圖1中所示為低頻減載裝置設(shè)計(jì)的基本原理。一下對(duì)其進(jìn)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(jì)算控制器所識(shí)別的較低的電壓與電流，以便于對(duì)電網(wǎng)母線狀況進(jìn)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(hào)經(jīng)

11、過PT變換為二次信號(hào)。低通濾波單元由一個(gè)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(hào)中的高次諧波，并能很好地和負(fù)載隔離。</p><p>　　頻率檢測(cè)裝置：頻率計(jì)算裝置通常由CPU本身自帶的計(jì)數(shù)器進(jìn)行檢測(cè)，也可以通過一些特殊的傳感器或者原件構(gòu)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(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀況進(jìn)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(yùn)行狀況下通過斷路器對(duì)負(fù)載的投切進(jìn)行控制，保證電網(wǎng)能夠安全運(yùn)行。</p><p>　　1.2采用單片機(jī)作為控制器的基本設(shè)計(jì)</p><p>　　在許多的控制器中，以單片機(jī)作為低頻減載的控制元件是比較常見的，所以對(duì)單片機(jī)的低頻減載進(jìn)行設(shè)計(jì)。</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(cè)，它將母線上的電壓應(yīng)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(duì)應(yīng)的方波，輸入控制器中，利用單片機(jī)

14、中本身所具有的自動(dòng)計(jì)數(shù)與計(jì)時(shí)功能，得出此時(shí)對(duì)應(yīng)的母線的電壓頻率，以確定是否在正常運(yùn)行狀態(tài)</p><p>　?。?）線路2為母線的電壓電流檢測(cè)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(duì)應(yīng)的低電壓，輸入單片機(jī)控制器中，進(jìn)行判斷，是否切負(fù)載。</p><p>　　（3）線路3是利用單片機(jī)根據(jù)所檢測(cè)到的電壓電流頻率等電網(wǎng)信息對(duì)是負(fù)載的投切做出處理后利用中間繼電器等裝置對(duì)負(fù)

15、荷進(jìn)行投切。</p><p>　?。?）顯示和操作元件可以使用計(jì)算機(jī)，也可以應(yīng)用單片機(jī)本身所帶的端口的特殊功能和LED管實(shí)現(xiàn)顯示和操作的功能。</p><p><b>　　軟件的設(shè)計(jì)思路</b></p><p><b>　　2.1輪次的確定</b></p><p>　　1) 第一輪動(dòng)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(gè)措施所需要的時(shí)間內(nèi)，不會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)引起嚴(yán)重的后果就能使頻率恢復(fù)的情況下，不應(yīng)使自動(dòng)低頻減載裝置動(dòng)作。第一輪動(dòng)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(dòng)作速度較慢，易取低值。</p><p>　　2) 末輪動(dòng)作頻率的配置： 末輪動(dòng)作頻率因由系統(tǒng)所允許的最低頻率確定。對(duì)于以高溫高壓火電廠為主的電力系統(tǒng)，考慮到當(dāng)頻率低于46 -46.5Hz時(shí)， 廠用

17、電已經(jīng)不能正常工作，因此末輪動(dòng)作頻率以不低46-46.5Hz為宜。對(duì)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(jí)差及自動(dòng)低頻減載裝置級(jí)數(shù)的配置：自動(dòng)低頻減載裝置的各輪動(dòng)作應(yīng)具有選擇性，即前一輪動(dòng)作后，若不能阻止系統(tǒng)頻率的繼續(xù)下降，后一輪才應(yīng)該動(dòng)作。因此相鄰兩輪的動(dòng)作頻率間應(yīng)具有一定的頻率級(jí)差。取決于頻率繼電器的正負(fù)誤差及前一輪動(dòng)作到負(fù)荷斷開的時(shí)間內(nèi)頻率的下降值(即斷

18、路器跳閘時(shí)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(shí)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(jí)差一般取 0。5Hz。</p><p>　　已知及 后 ， 其他各輪的動(dòng)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(dòng)作頻率和 fn以及頻率級(jí)差 ，可確定自動(dòng)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(dòng)低頻減載裝置的動(dòng)作過程中,可能會(huì)出現(xiàn)這樣的情況 ， 即前一輪動(dòng)作后，系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在恢復(fù)頻率以下，但又不足以使下

20、一輪動(dòng)作的情況。于是系統(tǒng)頻率將較長(zhǎng)時(shí)間低于恢復(fù)頻率運(yùn)行，這是不允許的。為此,在自動(dòng)低頻減載裝置中設(shè)置特殊輪，其動(dòng)作頻率取恢復(fù)頻率的下限，考慮到特殊輪動(dòng)作時(shí)系統(tǒng)頻率已經(jīng)比較穩(wěn)定，所以特殊輪應(yīng)帶15-25s的時(shí)限。特殊輪又可按時(shí)間分成若干輪，即動(dòng)作頻率相同，動(dòng)作時(shí)間不同，各輪時(shí)間級(jí)差不小于5s。</p><p>　　5) 基本輪的動(dòng)作時(shí)間：按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置的動(dòng)作時(shí)間，原則上應(yīng)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(dòng)作 ，因此要求自動(dòng)低頻減載裝置帶有一定時(shí)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(gòu)思</p><p><b>　　3、預(yù)期目標(biāo)</b></p><p>　　（1）合理的對(duì)電路中的負(fù)荷情況頻率特性進(jìn)行分析；</p><p>

22、;　?。?）根據(jù)合理計(jì)算出現(xiàn)頻率異常的時(shí)候頻率結(jié)點(diǎn)以及負(fù)荷投切量；</p><p>　?。?）根據(jù)電路實(shí)際情況對(duì)負(fù)荷的重要性進(jìn)行分類，整定負(fù)荷的切除順序，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的合理切除，減少故障的影響范圍。</p><p>　?。?）利用單片機(jī)作為線路的控制器，應(yīng)用匯編語言或C語言編寫軟件實(shí)現(xiàn)上述計(jì)算分析的控制。</p><p>　　四、論文詳細(xì)工作進(jìn)度和安排</p>

23、;<p>　　09年11月查閱相關(guān)文獻(xiàn)，認(rèn)真閱讀完成文獻(xiàn)綜述初稿。</p><p>　　09年12月完成開題報(bào)告初稿，完成外文翻譯。</p><p>　　假期：考慮設(shè)計(jì)的初步方案。</p><p>　　第1-3周：完成文獻(xiàn)綜述、開題報(bào)告定稿。指導(dǎo)教師與學(xué)生討論確定題目的基本方案。學(xué)生進(jìn)行綜合課程設(shè)計(jì)。</p><p>　　第4-

24、6周：學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)實(shí)習(xí)，完成后提交實(shí)習(xí)報(bào)告，備查。</p><p>　　第7-8周：總體方案設(shè)計(jì)。</p><p>　　第9-11周：分單元設(shè)計(jì)。</p><p>　　第12周：完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）初稿。</p><p>　　第13周：完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）定稿，準(zhǔn)備答辯。</p><p><b>　　五、主要

25、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　?。?］孫瑩，孫明信.單片機(jī)低頻減載系統(tǒng)[J] 山東電力技術(shù) 1989.1</p><p>　　［2］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(yīng)用[J]</

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