電氣工程及其自動化專業(yè)【畢業(yè)設(shè)計 文獻(xiàn)綜述 開題報告】電力系統(tǒng)低頻減載自動裝置——主電路設(shè)計

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1、電氣工程及其自動化專業(yè)【畢業(yè)設(shè)計+文獻(xiàn)綜述+開題報告】電力系統(tǒng)低頻減載自動裝置——主電路設(shè)計 （20_ _屆） 本科畢業(yè)設(shè)計 電力系統(tǒng)低頻減載自動裝置――主電路設(shè)計 摘 要 低頻減載是防止電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)崩潰的一種有效措施，低頻減載裝置和方案的研究已成為當(dāng)今電力技術(shù)研究的重要課題。本文結(jié)合課題背景、意義和發(fā)展現(xiàn)狀，并分析電力系統(tǒng)頻率狀態(tài)、特性、最大功率缺額以及各輪動作頻率的選擇，最終確定了低頻減載裝置的設(shè)計方案。 本裝置采用89C51單片機(jī)，充分利用單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)功能和強(qiáng)大的系統(tǒng)指令功能，對低頻減載裝置進(jìn)行設(shè)計。其主電路部分

2、包括電壓互感降壓電路、電壓變換電路、切負(fù)荷動作電路和各種保護(hù)器件等。硬件部分其功能有頻率測量、電壓模擬量信號采樣、A/D轉(zhuǎn)換、開關(guān)量的輸入輸出、主程序模塊、鍵盤電路和顯示電路。 關(guān)鍵詞：低頻減載，系統(tǒng)頻率，單片機(jī)，各輪動作 UFLS Automatic Device in Power System Main Circuit Design Abstract Under Frequency Load Shedding UFLS is an effective way to prevent power system network collapse, UFLS automatic dev

3、ice and scheme research has become today the important topic power technology.Based on the background, significance and development of subject status quo,And analyses the power system frequency status, characteristics, the imum power space and choice of each wheel action frequency,Final low-frequenc

4、y reducing load device design scheme. This device uses 89C51,Make full use of microcontroller hardware structure function and powerful system instruction function to design UFLS automatic device .Its main circuit part includes voltage mutual inductance step-down circuit, voltage transform circu

5、it, cutting load movement circuit and various protection devices, etc.Hardware part of its function is frequency measurements, voltage analogue signal sampling, A/D conversion, the switch quantity input and output, the main program module, keyboard circuit and display circuit. Keywords: Under Frequ

6、ency Load Shedding, system frequency, single chip, each round action 目錄 摘 要 III Abstract IV 1 緒論 1 1.1課題的背景 1 1.2課題的意義 1 1.3低頻減載裝置的發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.4課題研究的主要內(nèi)容 3 2低頻減載方法的理論研究 4 2.1電力系統(tǒng)頻率狀態(tài)及頻率偏差標(biāo)準(zhǔn) 4 2.2.1電力系統(tǒng)頻率狀態(tài) 4 2.2.2電力系統(tǒng)頻率偏差標(biāo)準(zhǔn) 5 2.2電力頻率特性分析 5 2.3按頻率自動減負(fù)荷裝置 ZPJH 的工作原理 6 2.4最大功率缺額的確

7、定 7 2.5各輪動作頻率的選擇 8 2.6各輪最佳斷開功率的計算 8 2.7特殊輪的功用與斷開功率的選擇 9 3低頻減載方案 11 3.1低頻減載裝置的基本要求和設(shè)計思想 11 3.2 低頻減載方案的確定 11 3.2.1 基本方案 11 3.2.2 頻率范圍及頻率下降事故的判別 12 3.2.3 防止裝置誤動作的閉鎖措施 14 4.1 低頻減載裝置主電路設(shè)計 14 4.1.1 主電路設(shè)計思路 14 4.1.2 主電路整體結(jié)構(gòu)框圖 14 4.1.3 電壓互感器TV接線圖 15 4.1.4 頻率測量電路 16 4.1.5 跳閘信號執(zhí)行電路 17

8、 4.2低頻減載裝置的控制電路設(shè)計 18 4.2.1 控制電路硬件結(jié)構(gòu) 18 4.2.2 采樣保持電路 21 4.2.3 A/D轉(zhuǎn)換電路 22 4.2.4 開關(guān)量輸入輸出電路 23 4.2.5 鍵盤輸入電路和顯示電路 25 5低頻減載裝置的軟件設(shè)計 27 5.1軟件的基本結(jié)構(gòu) 27 5.1.1 系統(tǒng)的定義 27 5.1.2 軟件基本結(jié)構(gòu) 28 5.2功能模塊軟件設(shè)計 29 5.2.1 A/D轉(zhuǎn)換模塊軟件設(shè)計 29 5.2.2 頻率測量判斷處理軟件模塊 29 5.2.3 頻率事故判斷處理模塊 31 結(jié)束語 33 參考文獻(xiàn) 34 致謝 35 附錄 36

9、附錄一 37 附錄二 38 附錄三 39 1 緒論 1.1課題的背景 1978年的法國大停電、1983年的瑞典大停電、1987年的日本大停電，臺灣1999年的大停電事故[1]以及2005年的美加“8．14”停電等許許多多的停電事件表明大型電力系統(tǒng)一旦發(fā)生人為或者自然的故障，如果不能采取及時有效的措施進(jìn)行控制，將可能引發(fā)連鎖反應(yīng)，使事故進(jìn)一步擴(kuò)大，甚至?xí)＜罢麄€電網(wǎng)的安全運(yùn)行，使電力網(wǎng)絡(luò)癱瘓，釀成大面積的停電，給國家?guī)砭薮蟮膿p失。 在事故情況下，由于發(fā)電廠的退出，打破了系統(tǒng)內(nèi)有功功率的供需平衡，將引起系統(tǒng)頻率的下降，頻率降低值與功率的缺額有關(guān)，頻率下降較大時，對系統(tǒng)運(yùn)行極為不利，甚

10、至?xí)斐蓢?yán)重后果[2]。 電力系統(tǒng)按頻率自動減載歷來被看作防止電力系統(tǒng)發(fā)生頻率崩潰的重要手段。前蘇聯(lián)對電力系統(tǒng)低頻減載問題早已非常重視，我國在50年代就有感應(yīng)型低頻減載裝置投入系統(tǒng)使用。美國1996年紐約大停電事故時，因無適當(dāng)?shù)臏p載裝置而導(dǎo)致系統(tǒng)頻率崩潰，其后美國各電力系統(tǒng)普遍裝設(shè)了低頻減載裝置。人們之所以對它如此重視，不僅是因?yàn)檫@一裝置投資很少，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益十分巨大，而且從國內(nèi)外電力系統(tǒng)發(fā)生頻率事故時發(fā)揮的作用來看，使它被視為電力系統(tǒng)安全控制的基本手段之一。 1.2 課題的意義 《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》將電力系統(tǒng)的擾動分為三類：第一類為常見的普通故障，要求系統(tǒng)在承受此類故障時能保持穩(wěn)

11、定運(yùn)行與正常供電；第二類故障為出現(xiàn)概率較低的較嚴(yán)重的故障，要求系統(tǒng)在承受此類故障時能保證穩(wěn)定運(yùn)行，但允許損失部分負(fù)荷[3]；第三類故障為罕見的嚴(yán)重復(fù)雜故障，電力系統(tǒng)在承受此類故障時，如不能保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，則必須防止系統(tǒng)崩潰并盡量減少負(fù)荷損失。 上述第三種情況所采取的措施，即所謂保證安全穩(wěn)定的第三道防線，就是在主系統(tǒng)發(fā)生穩(wěn)定破壞時對電壓及頻率緊急控制，有計劃、合理地實(shí)施解列的自動裝置或手動方案，以及解列后為防止小系統(tǒng)崩潰而設(shè)置的低頻減載裝置，以維持整個電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，保證電力系統(tǒng)在嚴(yán)重復(fù)雜的故障F，防止事故擴(kuò)大，防止導(dǎo)致長時間的大范圍停電，以免造成巨大經(jīng)濟(jì)損失和社會影響[4] 。 電力系統(tǒng)

12、自動低頻減載是反事故保護(hù)措施之一，在電力系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重事故時，系統(tǒng)的有功將嚴(yán)重缺額，電力系統(tǒng)的頻率會很快下降，當(dāng)系統(tǒng)的熱備用容量不足時，為保證電力系統(tǒng)不至于頻率崩潰，必須采取按頻率下降進(jìn)行負(fù)荷的切除。模擬式自動按頻率減負(fù)載（ZPJH）裝置的測量精度差，特別是當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行中電壓下降或者頻率瞬時變化較大時可能會產(chǎn)生誤動作，設(shè)計數(shù)字式低頻減載裝置，具有實(shí)用價值。 1.3低頻減載裝置的發(fā)展現(xiàn)狀 電力系統(tǒng)低頻減載裝置經(jīng)歷了一個漫長的發(fā)展過程，從40年代至今，大體上經(jīng)歷了如下三個發(fā)展階段：感應(yīng)型、模擬型和數(shù)字型。這三個發(fā)展階段，不僅反應(yīng)了電力系統(tǒng)自動裝置在技術(shù)進(jìn)步方面的共同發(fā)展規(guī)律，而且也反應(yīng)了現(xiàn)代電

13、力系統(tǒng)對低頻減載裝置在高精度、多功能、高穩(wěn)定性和高抗干擾性方面提 出的愈來愈多的要求。 模擬型的低頻減載裝置，主要由分立半導(dǎo)體器件或線性電路構(gòu)成，同感應(yīng)型的機(jī)電式頻率繼電器相比，無疑在技術(shù)上是一個進(jìn)步。但從測頻精度還比較低、溫度穩(wěn)定性尚比較差、功能還比較單一這幾個方面來看，還不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)對減載的要求。因此發(fā)展數(shù)字型減載裝置是一個必然的發(fā)展趨勢[5] 。 目前，低頻減載方案大致分為三類:傳統(tǒng)法、半適應(yīng)法、自適應(yīng)法以及計算機(jī)輔助算法[6] 。 傳統(tǒng)的低頻減載是采用分級斷開并逐步修正的方法，在電力系統(tǒng)發(fā)生故障伴隨著頻率下降的過程，系統(tǒng)按照不同的頻率整定值，依次的切除負(fù)荷。這種方法不能反

14、映系統(tǒng)實(shí)際功率缺額的大小，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，就會影響抑制頻率下降的效果。 隨著計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了一些基于計算機(jī)在線應(yīng)用的低頻減載方法，國外的一些電力系統(tǒng)，使用頻率變化率RO-COF啟動減負(fù)荷裝置[7]，用的信息來判斷是否應(yīng)該加速切除負(fù)荷或是應(yīng)該進(jìn)行閉鎖。但這種方式并未充分發(fā)揮計算機(jī)的快速計算與分析能力，只能算是一種改良。隨著微機(jī)保護(hù)的發(fā)展，出現(xiàn)了智能型繼電器。這種繼電器基于可編程器件的控制，于局域網(wǎng) LAN 相連，通過ClientServer結(jié)構(gòu)，接收來自基于信息采集系統(tǒng)的命令發(fā)布，實(shí)現(xiàn)在線編程控制[8]，提高了事故下減載裝置的反應(yīng)，改善了性

15、能，是低頻減負(fù)荷裝置的發(fā)展方向。 1.4 課題研究的主要內(nèi)容 低頻減載裝置通過硬件部分和軟件模塊相結(jié)合的方式得以實(shí)現(xiàn)。軟件部分可以對硬件電路進(jìn)行檢查和調(diào)試，并實(shí)現(xiàn)頻率測量、跳閘閉鎖判斷、重合閘處理、基本級跳閘處理、特殊級跳閘處理等功能。以下介紹本次畢業(yè)設(shè)計所需要的各個模塊，及其應(yīng)具有的功能： （1）電壓電流變換器模塊：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等各元器件正常的工作電壓。 （2）采樣模塊：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。從電網(wǎng)中獲得模擬模擬量電壓信號。 （3）采樣計算模塊：主要完成模擬量的采集算法、低頻事故判別、故障判斷

16、、數(shù)據(jù)記錄。 （4）頻率檢測模塊：可以通過傳感器或者單片機(jī)自身所具有的功能測得頻率。然后將所測得的頻率及通過軟件計算得出的頻率變化率傳遞給單片機(jī)的管理模塊。 （5）執(zhí)行模塊：該模塊接受單片機(jī)所處理后的信息，將反饋的信息在電網(wǎng)中執(zhí)行，對電網(wǎng)中的負(fù)載進(jìn)行投切控制，保證電網(wǎng)的正常安全運(yùn)行。 2 低頻減載方法的理論研究 2.1 電力系統(tǒng)頻率狀態(tài)及頻率偏差標(biāo)準(zhǔn) 2.2.1電力系統(tǒng)頻率狀態(tài) 所謂電力系統(tǒng)頻率是指電力系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)電壓在ls內(nèi)交變的次數(shù)，其單位為Hz。電力系統(tǒng)頻率在運(yùn)行中的狀態(tài)，隨著機(jī)組攜能工質(zhì)的輸入和電能輸出之間的平衡程度而變化著，而這種平衡又依賴于其輸出的電能與負(fù)荷電能需

17、求之間的平衡程度。平衡點(diǎn)為系統(tǒng)機(jī)組功-頻特性曲線 PT-f特性 與負(fù)荷功-頻特性曲線 PL-f特性 的交點(diǎn)。 系統(tǒng)頻率的變化，可分為兩種主要狀態(tài)[9][10][11]： 1 正常運(yùn)行狀態(tài) 系統(tǒng)負(fù)荷吸收電能的大小時刻處于變動之中，促使系統(tǒng)頻率隨之波動。系統(tǒng)調(diào)頻就是靠機(jī)組追隨負(fù)荷功率波動，調(diào)節(jié)自身所需工質(zhì)的輸入，即平移自身頻率特性曲線，使其與負(fù)荷頻率特性曲線相交，以滿足系統(tǒng)功率平衡。當(dāng)交點(diǎn)處于系統(tǒng)頻率正常允許的偏差范圍之內(nèi)，即構(gòu)成系統(tǒng)頻率的正常運(yùn)行狀態(tài)，要求系統(tǒng)95％～99％以上的運(yùn)行時間處于這種狀態(tài)之內(nèi)，此時系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)頻率相等。 在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，整個電力系統(tǒng)的各個節(jié)點(diǎn)的電壓和頻率必須

18、統(tǒng)一為一個值的原因是：電機(jī)內(nèi)部的各個磁場和電力系統(tǒng)的各個節(jié)點(diǎn)的電壓必須相對靜止才能保證功率的穩(wěn)定傳輸 由超前的一方向滯后的一方傳輸 ，這是同步發(fā)電機(jī)或者是異步發(fā)電機(jī)作為電源的系統(tǒng)都必須遵守的法則。 2 異常運(yùn)行狀態(tài) 系統(tǒng)中由于某種原因使機(jī)組出力不能滿足負(fù)荷在正常允許偏差范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)的功率需求，被迫在低于頻率正常允許偏差下限之下，借系統(tǒng)負(fù)荷功率一頻率特性調(diào)節(jié)作用，壓低負(fù)荷功率正常實(shí)際需求，使系統(tǒng)在低頻率下運(yùn)行，以滿足系統(tǒng)功率平衡的條件。這種狀態(tài)雖然系統(tǒng)仍維持在同步運(yùn)行狀態(tài)之下，但系統(tǒng)損耗增加，發(fā)、供、用電效率下降，是一種安全穩(wěn)定性很差的運(yùn)行狀態(tài)，安全裕度很小，其危急程度視機(jī)組和負(fù)荷的構(gòu)成及系統(tǒng)

19、頻率偏差的程度而定。這種運(yùn)行狀態(tài)潛伏著系統(tǒng)頻率和電壓事故，甚至存有崩潰的危機(jī)，必須迅速采取措施，提高電能供應(yīng)能力，削減負(fù)荷功率需求，以減小系統(tǒng)頻率偏差，迅速恢復(fù)到正常允許偏差范圍之內(nèi)。 與之相反，當(dāng)機(jī)組出力超過負(fù)荷在頻率正常允許偏差范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)的功率需求，同樣也是借負(fù)荷頻率特性的調(diào)節(jié)作用，增加負(fù)荷功率實(shí)際需求，迫使系統(tǒng)在高頻率下運(yùn)行。高頻率運(yùn)行，同樣也會降低發(fā)、供、用電設(shè)備效率，增加系統(tǒng)損耗，并易引起過電壓和飛逸轉(zhuǎn)速損傷系統(tǒng)設(shè)備。因此必須迅速采取措施，果斷削減電源機(jī)組攜能工質(zhì)的輸入和電能的輸出，以恢復(fù)頻率至正常值范圍之內(nèi)。 不論系統(tǒng)是低頻率或高頻率運(yùn)行，均是處于系統(tǒng)頻率的異常狀態(tài)之中，此時一

20、旦發(fā)生系統(tǒng)功率平衡進(jìn)一步遭受破壞，系統(tǒng)阻尼和同步力矩的減弱，勢必導(dǎo)致頻率異常運(yùn)行狀態(tài)的惡化，而進(jìn)入同步振蕩甚至進(jìn)入振蕩失步的境地，因此，系統(tǒng)頻率異常狀態(tài)不能任其自流，而應(yīng)盡快采取相應(yīng)的技術(shù)措施，使其恢復(fù)至正常狀態(tài)[12]。 2.1.2 電力系統(tǒng)頻率偏差標(biāo)準(zhǔn) 國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15945-1995《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差》規(guī)定：電力系統(tǒng)正常頻率偏差允許值在±0.2Hz范圍內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)容量較小時，頻率偏差值可以放寬到±0.5Hz。而且用戶沖擊負(fù)荷所引起的系統(tǒng)頻率的變化一般不能超過±0.2Hz。在近區(qū)電網(wǎng)、發(fā)電機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行得到保證和正常供應(yīng)用戶的情況下，可以根據(jù)沖擊負(fù)荷的大小和性質(zhì)以及

21、系統(tǒng)的條件適當(dāng)改動限值。 2.2 電力頻率特性分析 電力系統(tǒng)頻率特性分為靜態(tài)頻率特性和動態(tài)頻率特性[13]。靜態(tài)頻率特性是指穩(wěn)定狀態(tài)下功率和頻率之間的關(guān)系。電力系統(tǒng)的靜態(tài)頻率特性取決于發(fā)電機(jī)的靜態(tài)頻率特性和負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性。電力補(bǔ)償出現(xiàn)功率缺額時，系統(tǒng)的穩(wěn)定頻率必然低于額定頻率，系統(tǒng)頻率從變化到的過程就反映出電力系統(tǒng)的動態(tài)頻率特性。系統(tǒng)頻率變化不是瞬間完成的，而是按指數(shù)規(guī)律變化，其表示式為： （2-1） 式中 -由功率缺額引起的另一個穩(wěn)定運(yùn)行頻率 -系統(tǒng)頻率變化的時間

22、常數(shù)，它與系統(tǒng)等值機(jī)組慣性常數(shù)以及負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)有關(guān)，一般在（4～10）間。大系統(tǒng)較大，小系統(tǒng)較小。 2.3 按頻率自動減負(fù)荷裝置 ZPJH 的工作原理 由圖2-1可知， “輪” ：計算點(diǎn)、,… ； 點(diǎn)1：系統(tǒng)發(fā)生了大量的有功功率缺額，系統(tǒng)頻率隨之急劇下降； 點(diǎn)2：頻率下降到，第一輪頻率繼電器起動 ； 點(diǎn)3：經(jīng)一定時間Δt1，斷開一部分用戶，第一次對功率缺額進(jìn)行的計算； 點(diǎn)3-4：如果功率缺額比較大，第一次計算不能得出系統(tǒng)有功功率缺額值，頻率還將繼續(xù)下降，很顯然由于切除了一部分負(fù)荷，功率缺額已經(jīng)減小，所有頻率將按3-4的曲線而不是3-3'

23、曲線繼續(xù)下降； 點(diǎn)4：當(dāng)頻率下降到時，ZPJH的第二輪頻率繼電器啟動； 點(diǎn)5：經(jīng)一定時間Δt2后，又?jǐn)嚅_了接于第二輪頻率繼電器上的用戶； 點(diǎn)5-6：系統(tǒng)有功功率缺額得到補(bǔ)償。頻率開始沿5～6曲線回升，最后穩(wěn)定在 。 如果第二輪動作后，斷開的負(fù)載依然不是系統(tǒng)缺額功率的數(shù)值，那么頻率還會繼續(xù)下降，并通過、…的實(shí)際斷開，進(jìn)行一次又一次的計算，直到找到系統(tǒng)功率缺額的數(shù)值，系統(tǒng)頻率再次穩(wěn)定或者回升時，此過程才結(jié)束。這里用到了“逐次逼近”的計算方法。 2.4 最大功率缺額的確定 按上述原理工作的低頻減載裝置，必須保證在系統(tǒng)發(fā)生最大可能的功率缺額時，也能斷開相應(yīng)的用戶，避免系統(tǒng)的瓦解，

24、使頻率趨于穩(wěn)定。 對系統(tǒng)中可能發(fā)生的最大功率缺額應(yīng)作具體分析：有的按系統(tǒng)中斷開最大容量的機(jī)組來考慮；有的要按斷開發(fā)電廠高壓母線來考慮等。 系統(tǒng)功率最大缺額確定以后，就可以考慮接于減負(fù)荷裝置上的負(fù)荷的總數(shù)。要求恢復(fù)頻率fhf可以會低于額定頻率?？紤]到負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)后，接于減負(fù)荷裝置上的負(fù)荷總功率PJH可以比最大功率缺額Pqe小些。根據(jù)負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)公式： （2-2） 可以得到

25、 （2-3） 或 （2-4） 式中 ――恢復(fù)頻率偏差的相對值， ――減負(fù)荷前系統(tǒng)用戶的總功率。 2.5 各輪動作頻率的選擇 1）第一級動作頻率

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46、 一般的一級啟動頻率整定在49Hz。 2）最后一輪的動作頻率 自動減負(fù)荷裝置最后

47、一輪的動作頻率最好不低于46～46.5Hz 3）前后兩級動作的頻率間隔 前后兩級動作的時間間隔是受頻率測量元件的動作誤差和開關(guān)固有跳閘時間限制的。 由于電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，電力網(wǎng)越來越復(fù)雜，導(dǎo)致事先難以預(yù)見事故的發(fā)展變化。在這種情況下，級數(shù)過少，可能會減負(fù)荷過多，是頻率上升過高，也可能減負(fù)荷不足，造成頻率下降過低。對此，需增加級數(shù)和縮小各級之間差的方法來解決。 2.6 各輪最佳斷開功率的計算 目前在低頻減載裝置的第i輪動作后，只能做到系統(tǒng)頻率的最后穩(wěn)定值在最大恢復(fù)頻率與最小恢復(fù)頻率之間。當(dāng)ZPJH動作后，可能出現(xiàn)的最大誤差為最小時，ZPJH就具有最高的選擇性。事實(shí)上等于特殊輪的動

48、作頻率。 當(dāng)頻率緩慢下降時，第n輪繼電器動作，動作頻率為，并斷開相應(yīng)的用戶功率，于是頻率回升到這一輪的最大恢復(fù)頻率，即。存在以下關(guān)系： （2-5 由（2-5 可得各輪斷開功率表。 ZPJH裝置各輪斷開功率之和應(yīng)等于低頻減載自動裝置總的見負(fù)荷功率，由公式（2-4）可以得到，總的減負(fù)荷功率用系統(tǒng)全部負(fù)荷的百分值表示有： （2-6） 聯(lián)立由（2-5 得到的各輪斷開功率方程及式（2-6），可解出，然后再一次代回原方程，依次求出各輪的應(yīng)斷開功率。 2.7 特殊輪的功用與斷開功率的選擇 當(dāng)?shù)趇輪

49、動作后，系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在低于恢復(fù)頻率的低限，但又不足使i+1輪減負(fù)荷裝置動作時，可采用帶時限的特殊輪。特殊輪的動作頻率，因?yàn)樗窃谙到y(tǒng)頻率已比較穩(wěn)定時動作的，所以其動作時限可以取系統(tǒng)頻率時間常數(shù)Tf的2～3倍，一般為15～25s。 特殊輪斷開功率可按以下兩個極限條件來選擇： （1）當(dāng)最后第二輪即n－1輪動作后，系統(tǒng)頻率不回升反而降到最后一輪，即第n輪動作頻率dzn附近，但又不足使第n輪動作時，則在特殊輪動作斷開其所接用戶功率后，系統(tǒng)頻率應(yīng)恢復(fù)到hf.min以上，因此特殊輪應(yīng)斷的用戶功率為：

50、 （2-7） （2）當(dāng)系統(tǒng)頻率在第i輪動作后穩(wěn)定在稍低于特殊輪的動作頻率，特殊輪動作斷開其用戶后，系統(tǒng)頻率不應(yīng)高于，因此 （2-8） 只有在按式（2-8）算出的ΔPts%小于式（2-7）的數(shù)值時，才按式（2-7）選擇 ΔPts% 。 3 低頻減載方案 3.1 低頻減載裝置的基本要求和設(shè)計思想 （1）當(dāng)電力系統(tǒng)在實(shí)際可能的各種運(yùn)行情況下，因故障

51、發(fā)生突然的有功功率缺額后，必須能及時切除相應(yīng)的負(fù)載，使未切除的系統(tǒng)剩余負(fù)荷能迅速恢復(fù)額定頻率附近繼續(xù)運(yùn)行，以致不發(fā)生頻率崩潰，也不會使故障后的頻率長期處于某一不正常值。低頻減載裝置應(yīng)滿足一下要求： 1）在任何情況下的頻率下降過程中，應(yīng)保證系統(tǒng)低頻值及所經(jīng)歷的時間，能與運(yùn)行中機(jī)組的自動低頻保護(hù)和聯(lián)合電網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線的低頻解列保護(hù)相配合；切負(fù)荷的動作要快，要在系統(tǒng)運(yùn)行的危險情況出現(xiàn)前抑制頻率的下降。 2）應(yīng)防止低頻減載裝置誤動，應(yīng)避免因發(fā)生短路故障以及失去供電電源后的負(fù)荷反饋引起的誤動，但不考慮在系統(tǒng)失步振蕩時的動作行為[16]。 （2）設(shè)計思想 在系統(tǒng)功率發(fā)生嚴(yán)重

52、缺額的開始時期，有功功率大量退出，導(dǎo)致電力系統(tǒng)的頻率下降很快。此時，低頻減載裝置根據(jù)的大小，按基本輪和緊急輪動作，切除相應(yīng)的負(fù)荷。一旦部分負(fù)荷切除后，頻率的下降速度減慢，就可以根據(jù)預(yù)測的穩(wěn)態(tài)頻率或?qū)崟r功率缺額，做出斷路器動作的決策，快速直接切除負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定的安全運(yùn)行。 3.2 低頻減載方案的確定 3.2.1 基本方案 本裝置按，，，， 49Hz，48．5Hz，48．0HZ，47 5HZ，47．0HZ， 五級負(fù)荷減載整定，實(shí)際情況下每輪減載量按最大功率的缺額平均分配。當(dāng)出現(xiàn)大功率缺額時，測量各節(jié)點(diǎn)的頻率、、，計算,然后按照基本輪和緊急輪的動作條件切負(fù)荷。很小，頻率下降深度較低的時候，

53、裝置不啟動；較大，頻率下降深度較深的時候，本級動作；很大，而且電壓瞬時下降較大時，同時動作本級與下一級。當(dāng)裝置動作并減輕了頻率快速下降的程度，則按功率缺額直接切除負(fù)荷。 3.2.2頻率范圍及頻率下降事故的判別 本裝置分為基本輪、緊急輪和特殊輪 按預(yù)測功率缺額直接減載輪 ?；据喐鬏唲幼鞯囊罁?jù)是預(yù)測的穩(wěn)態(tài)頻率是否達(dá)到相應(yīng)的條件。按照頻率變化率的大小加速切負(fù)載構(gòu)成的輪次為緊急輪。在基本輪第一輪啟動時，基本輪第二輪的為緊急第一輪，基本輪第一輪啟動時加速切基本輪第二輪，以此類推，基本輪第三輪的稱之為緊急第二輪。 1 基本輪的判別 低頻啟動

54、基本輪第一輪動作 基本論第二輪動作 基本輪第三輪動作 ， 基本輪第四輪動作 緊急輪的判別 低頻裝置啟動 ， 基本輪第一輪動作 緊急第一輪 緊急第二輪 緊急第三輪 其中，是該裝置的低頻啟動定值，，為基本輪第i輪的動作定值，、為緊急第一輪和緊急第二輪的動作定值，為滑差閉鎖定值。 3）特殊輪：已在前面討論過，這里不再討論。 3.

55、2.3防止裝置誤動作的閉鎖措施 4.1.1主電路設(shè)計思路 主電路部分選用JD6-35型電壓互感器（TV），其一次繞組并接于電力系統(tǒng)一次回路，將母線的35KV電壓降壓到100V，二次繞組并接測量儀表、繼電保護(hù)裝置或自動裝置的電壓線圈。接著經(jīng)過電壓變換器變換成與輸出成正比的+5V～-5V范圍內(nèi)的頻率不變的電壓信號，再經(jīng)過光電耦合器和D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為相同頻率的矩形波，利用矩形波上升沿啟動89C51單片機(jī)的內(nèi)部時鐘脈沖開始計數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)下降沿時結(jié)束計數(shù)，由此可通過單片機(jī)一個周期內(nèi)的計數(shù)值，得到系統(tǒng)的頻率。 得到的系統(tǒng)頻率傳遞給低頻減載裝置的控制部分。當(dāng)電力系統(tǒng)在實(shí)際可能的各種運(yùn)行情況下，因故障發(fā)生突

56、然的有功功率缺額后，低頻減載的控制部分完成頻率下降事故的判別，并給出相應(yīng)繼電器的的動作信號，切除動作繼電器上所帶的負(fù)荷，使系統(tǒng)頻率恢復(fù)到允許值或穩(wěn)定值，保證電網(wǎng)的正常安全運(yùn)行。 4.1.2 主電路整體結(jié)構(gòu)框圖 4.1.3 電壓互感器TV接線圖 本裝置主電路部分的電壓互感器選擇型號為JD6-35，該型電壓互感器為單相、雙繞組、油浸式、戶外型產(chǎn)品，適用于交流50Hz、35KV電路中，供電壓、電能和功率測量以及繼電保護(hù)用[17]。電壓互感器一次電流很小，不需要選擇額定電流。外部電網(wǎng)短路電流也不會通過電壓互感器TV，所以不需要進(jìn)行短路穩(wěn)定性校驗(yàn)。當(dāng)電壓互感器內(nèi)部出現(xiàn)短路故障時，會有專用的

57、熔斷器保護(hù)來切除。為節(jié)約成本考慮，在滿足本裝置技術(shù)要求的情況下選擇準(zhǔn)確級為1級的JD6-35電壓互感器，其電壓誤差為±1.0%。本裝置中電壓互感器的功能就是將35KV的高電壓降低到100V的低電壓，頻率不變化。 FU熔斷器安裝在互感器前端，當(dāng)被保護(hù)電路的電流超過規(guī)定值，并經(jīng)過一定時間后，由熔體自身產(chǎn)生的熱量熔斷熔體，，從而起到保護(hù)的作用。4.1.4 頻率測量電路 35KV系統(tǒng)電網(wǎng)電壓經(jīng)電壓互感器TV降壓到同頻率100V后，再經(jīng)過電壓變換器變換成與原端成正比的同頻率的電壓信號，幅值范圍在+5V～-5V。 再經(jīng)過半波整流電路，當(dāng)電壓值處于負(fù)半軸時，二極管D1導(dǎo)通，此時光電耦合器件中的

58、三極管不導(dǎo)通，D觸發(fā)器輸入的是高電平；當(dāng)電壓值處于正半軸時，發(fā)光二極管導(dǎo)通，使三極管導(dǎo)通接地，所以此時D觸發(fā)器輸入的是低電平。 如上圖4-4所示，當(dāng)輸入電壓幅值在負(fù)半軸時，D觸發(fā)器獲得一個高電平輸入，從當(dāng)CLK第一個上升沿到達(dá)后開始觸發(fā)，第二個上升沿到達(dá)后開始翻轉(zhuǎn)。經(jīng)過D觸發(fā)器，得到一個周期為系統(tǒng)電壓頻率周期2倍矩形波，然后將此矩形波連接到89C51單片機(jī)的P3.2 INT0）引腳，利用矩形波的上升沿啟動單片機(jī)，對內(nèi)部時鐘脈沖開始計數(shù)，當(dāng)?shù)竭_(dá)矩形波下降沿時結(jié)束計數(shù)。通過一個周期內(nèi)單片機(jī)得計數(shù)值，推算出系統(tǒng)頻率。 4.1.5跳閘信號執(zhí)行電路 如圖4-5所示，正常工作狀態(tài)下，825

59、5A單片機(jī)的PB口保持高電平輸出，此情況下，光電耦合器不動作，使三極管Q1的基極有高電平，因此Q1不導(dǎo)通，保證繼電器不動作。當(dāng)8255A單片機(jī)發(fā)出跳閘信號時，PB口輸出低電平，使光電耦合器TLP521-2啟動，三極管Q1的基極加通低電平導(dǎo)通，此時繼電器SSR1動作，使下接的斷路器的線圈通電吸合。在通電的情況下，由于電磁力的作用使斷路器的脫口機(jī)構(gòu)釋放，斷路器在跳閘彈簧力F的作用下斷開，負(fù)荷被切除。其中，繼電器實(shí)際上是利用較小電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”，當(dāng)輸入量達(dá)到規(guī)定值時，將是被控輸出電路導(dǎo)通或斷開，即使斷路器的線圈電路導(dǎo)通或斷開。本裝置選用固態(tài)繼電器SSR，是一種兩個接線端為輸入端，

60、另兩個接線端為輸出端的四端器件，中間采用隔離器件實(shí)現(xiàn)輸入輸出的電隔離。 斷路器的選擇：高壓斷路器應(yīng)根據(jù)其安裝地點(diǎn)、環(huán)境條件、使用技術(shù)條件等進(jìn)行選擇，并考慮便于施工調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)，以及經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后確定 。35KV的電網(wǎng)一般選用少油、真空和六氟化硫斷路器。本次畢業(yè)設(shè)計選用的斷路器型號為：SN10-35型戶內(nèi)高壓少油斷路器，適用于35KV電力系統(tǒng)快速切負(fù)荷。斷路器可裝與35KV手車式高壓開關(guān)柜中使用，也可單獨(dú)裝與配電間使用。其基本結(jié)構(gòu)，三相是通過絕緣子裝在同一手推車上，由一根轉(zhuǎn)軸通過拐壁帶動

61、觸頭一起動作，斷路器分閘由四根分閘彈簧完成。 高壓隔離開關(guān)型號選用GN6系列的GN6-35T/1000開關(guān)，該系列隔離開關(guān)是三相交流50Hz高壓開關(guān)設(shè)備，裝在有壓無荷載的情況下，用于斷開和閉合線路。該產(chǎn)品由底座、支柱絕緣子、操作絕緣子和導(dǎo)電部分組成，刀閘通過操作絕緣子及拐壁與轉(zhuǎn)軸連接轉(zhuǎn)軸兩端伸出底座，可在隔離開關(guān)的任一端與手動操作機(jī)構(gòu)連接。用于斷路器檢修或更換時切斷電路。 因?yàn)楸镜皖l減載裝置設(shè)計按五級減負(fù)荷整定，分為5個基本輪、3個緊急輪、一個特殊輪，所以在本裝置保護(hù)的電力網(wǎng)絡(luò)中需裝設(shè)受裝置控制的6個斷路器，6個斷路器分別控制某一區(qū)域用戶負(fù)荷的切除和重合閘。 4.2 低頻減載裝置的控制電

62、路設(shè)計 4.2.1 控制電路硬件結(jié)構(gòu) 控制電路硬件結(jié)構(gòu)框圖如下： 功能模塊介紹： （1）電壓電流變換器模塊：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等各元器件正常的工作電壓。 （2）采樣模塊：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。從電網(wǎng)中獲得模擬量電壓信號。 （3）單片機(jī)模塊：采用89C51單片機(jī)，主要完成模擬量的采集算法、低頻事故判別、故障判斷、數(shù)據(jù)記錄。 （4）開關(guān)量輸入輸出：通過單片機(jī)的P1.0～P1.6口實(shí)現(xiàn)對裝置的功能設(shè)置和選擇，以及定值的修改，利用8255A的B口和C口輸出開關(guān)量。 89C

63、51引腳功能介紹： VCC：供電電壓端。 　　GND：接地端。 　 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)地址的低八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 　　 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLAS

64、H編程和校驗(yàn)時，P1口作為第八位地址接收。 　 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信號和控制信號。 　　 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/

65、O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 　　 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 　　 管腳備選功能 　　 P3.0 RXD（串行輸入口） 　　 P3.1 TXD（串行輸出口） 　　 P3.2 /INT0（外部中斷0） 　　 P3.3 /INT1（外部中斷1） 　　 P3.4 T0（記時器0外部輸入） 　　 P3.5 T1（記時器1外部輸入） 　　 P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） 　　 P3.7 /RD（外部數(shù)

66、據(jù)存儲器讀選通） 　　 P3口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。 　　 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 　　 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 　　 PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 　　 EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為R