机组自动发电控制系统设计

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（2）

院（系）：电气工程学院

专业班级：电气08？

学号： 080303xxx

学生姓名：

指导教师：（签字）

起止时间：2011.12.26—2012.01.06

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

注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算

摘要

自动发电控制（AGC）就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。

本次课程设计对三台机组并联运行时各自有功率的分配进行设计当某台发电机组负荷改变导致频率改变时，由SCADA发送改变信号通过A/D转换器给单片机89C51，再由单片机89C51通过程序识别信号，再由输出口通过D/A转换器向AGC发送执行指令。最后AGC向发电机组发送改变运行状态指令。

关键词：AGC；89C51；SCADA；经济运行状态

目录

第1章绪论 (1)

1.1自动发电控制概述 (1)

1.2本文主要内容 (1)

第2章机组并联运行有功功率分配计算 (1)

2.1机组有功功率频率控制及自动发电的基本原理 (1)

2.1.1 机组有功功率频率控制 (1)

2.1.2 自动发电的基本原理 (2)

2.2单台机组有功控制的基本方法 (4)

2.3负荷变化时的功率分配计算 (4)

第3章自动发电系统硬件设计 (7)

3.1自动发电系统功能 (7)

3.2自动发电总体设计方案 (7)

3.3单片机最小系统设计 (8)

3.3.1 89C51单片机引脚功能 (8)

3.3.2 复位电路设计 (9)

3.3.3 时钟电路设计 (10)

3.3.4 直流稳压电源设计 (10)

3.3.5 单片机最小系统 (11)

3.4输入输出接口设计 (12)

第4章自动发电系统软件设计 (13)

4.1软件实现功能综述 (13)

4.2流程图设计 (13)

4.3程序清单 (15)

第5章课程设计总结 (17)

参考文献 (18)

第1章绪论

1.1自动发电控制概述

电力系统中发电量的控制，一般分为三种情况：一是由同步发电机的调速器实现的控制；而是由自动发电控制（AGC）实现的控制；三十按照经济调度（EDC）要求实现的控制。

第一种情况通常叫作频率的一次调整控制；第二种情况称为频率的二次调整控制；而第三种称为频率的三次调整控制。这三种调整控制频率的方式是有差别的。由调速器实现调频一控制发电机组的输出功率，其响应速度较快，可适应小负荷短时间的波动；对周期在10s之多2~3min以内而幅度变化较大的负荷，已经不能由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与其他地区相连的输电线上的功率的便宜程度，启动AGC来控制负荷；对于周期在3min以上的负荷波动，可以根据以往实测的负荷变化情况（即所谓的负荷曲线）和预测几分钟后总负荷变化趋势，由计算机算出大电机组最经济的输出功率，然后发出控制命令道个发电厂进行调整，即按经济调度（EDC）实现负荷分配控制。

AGC是以控制调整发电机组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。发电机组的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，所以在某种意义哈桑将也具有自动发电控制的功能，但通常不称为自动发电控制。在理指的AGC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，有时也成为AGC系统。

1.2本文主要内容

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。因此本次课程设计主要针对发电厂机组自动发电控制系统进行设计。首先对机组的有功功率频率特性进行系统研究，阐

述自动发电控制的基本原理、功能与实现方法。最后，采用单片机，设计某台机组的自动发电控制系统，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

2.1.1 机组有功功率频率控制

频率是衡量电能质量的重要指标，频率质量的下降不仅影响用户的用电质量，同时对电力系统本身影响也很大，严重时可造成系统崩溃。为保证用户和电厂的正常运行和安全，我们需要进行频率调整与控制，使得系统的频率波动不超过±0.2HZ 。根据符合变动的不同特点，可将调整划归为一次调节和二次调节及互联系统的频率调节。在这里着重分析前两种调整的原理和方法。

电力系统频率的一次调节是指利用系统固有的负荷频率特性，以及发电机的调速器作用，来阻止系统频率偏离标准的调节方式。

（1）其原理如下：当电力系统中原动机功率或负荷功率发生变化时，必然引起电力系统频率的变化，此时，存储在系统负荷的电磁场和旋转质量（如电动机、照明镇流器等）中的能量会发生变化，以阻止系统频率的变化，即当系统频率下降时，系统负荷减少；当系统频率上升时，系统负荷会增加。这称为系统负荷的惯性作用，它用负荷的频率调节效应系数（又称为系统负荷阻尼常数）D 来表示：

)/(/Hz Mw f P D ??= （1） 系统负荷阻尼常数D 常用标幺值来表示，其典型值为1~2。D=2意味着1%的频率变化会引起系统负荷2%的变化。

（2）其作用：当电力系统频率发生变化时，系统中所有的发电机转速即发生变化，如转速的变化超出发电机组规定的不灵敏去，该发电机的调速器就会动作，改变其原动机的阀门位置，调整原动机的功率，以求改善原动机功率或负荷功率的不平衡状况，即当系统频率下降时，发电机的蒸汽阀门或进水阀门的开度就会增大，增加原动机的功率；当系统频率上升时，发电机的蒸汽阀门或进水阀门的开度就减少，减少原动机的功率。发电机调速器的这种特性称为机组的调差特性，它用调差率R 来表示：

]/)[(R O N N N R -= (2)

式中：O N 表示无载静态转速（主阀在无载位置）

N 表示满载静态转速（主阀全开）

R N 表示额定转速

调差率R 的实际含义是，如R-5%，则系统频率变化5%，将引起主阀位置变化

100%。

（3）特点：第一，响应速度快，一般在在10s；第二，作用时间短暂，一般在0.5到2分钟不等；第三，一次调节是有差调节，所有机组的调整只与一个变量有关，机组之间互相影响小，但无法实现无差调整。

电力系统的二次调节：由于发电机组一次调节实行的是频率有差调节，因此，早期的频率二次调节，是通过控制调速系统的同步电机，改变发电机组的调差特性曲线的位置，实现频率的无差调整。但未实现对火力发电机组的燃烧系统的控制，为使原动机的功率与负荷功率保持平衡，需要依靠人工调整原动机功率的基准值，达到改变原动机功率的目的。随着科学技术的进步，火力发电机组普遍采用了协调的控制系统，由自动控制来代替人工进行此类操作。在现代化电力系统中，各控制区则采用集中的计算机控制。这就是电力系统频率的二次调节，即自动发电控制（AGC）。

（1）其作用：第一，响应时间较慢，能有效地调整分钟级及更长周期的负荷波动；第二，实现频率的无差调整。

（2）特点：第一，采用的调整方式对系统频率是无差的；第二，响应比较慢，一般需要1~2分钟；第三，对机组管理往往是比例分配，是发电机组偏离经济运行点。

综上所述保证输电系统的频率对于单个用户和发电厂都有重要的意义。电力系统的稳定和安全需要频率的一次调整和二次调整。一次调整靠调速器完成。二次调整由系统中的调频机组实现，通过调频器控制。既可为有差调节，也可以做到无差调节。选择的调频厂有主调频厂和辅助调频厂之分并且满足：第一，具有足够的容量。第二，具有较快的调整速度。第三，调整范围内的经济性好

2.1.2自动发电的基本原理

对于具有多个联络点和发电机组的实际电力系统，则AGC将变为包含许多并联发电机组控制回路的形式，如图2.1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。G1、G2、G3为发电机组；AGC称为区域内控制误差，用来根据系统频率偏差以及输电线路功率偏差来确定控制信号；负荷分配器根据输入的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。

自动发电控制系统包括两大部分：

（1）负荷分配器。根据电力系统频率和其他有关测量信号，按照一定的调节控制准则确定各发电机组的最佳设定输出功率。

（2）发电机组控制器。根据负荷分配器所确定的各发电机组最佳输出功率，控制调速器的调节特性，使发电机组在电力系统额定频率下所发出的实际功率与

设定的输出功率相一致。

图2.1 具有多台发电机的AGC 系统

自动发电控制系统中的负荷分配配齐使根据所测量的发电机实际输出功率和频率偏差等信号按照一定的准则分配各台发电机组输出功率。决定各台发电机组设定的功率ci P 的负荷分配器，目前广泛采用以“基点经济功率bi P ”和“分配系数i α”来表示每台发电机组的输出功率的方法，即每台发电机组的设定调整功率按以下公式分配:

)(11

∑∑==-++=n i n

i bi Gi i bi ci P AGC P P P α （1）

式中 ci P --各台发电机组的设定调整功率

bi P --各台发电机的基点经济功率；

Gi P --每台发电机的实际输出功率；

i α--分配系数。

也就是说，系统各台发电机组的设定功率，取决于系统发电机组总的实际输出Gi P 和每日台发电机组的基点经济功率bi P ，以及系统频率偏差和功率偏差(AEC)。偏差越大，各大电机组的设定调整功率的变动就越大。当频率偏差和功率偏差趋于零时，AGC 系统发电机组总的设定调整功率就与发电机总的实际输出功率相等。分配到每台发电机组的设定功率值则有分配系数i α来决定。这种方法把自动调频与经济功率分配联系起来了。其中bi P 和i α的值可以在每次经济分配计算时加以修正。

2.2 单台机组有功控制的基本方法

最简单的AGC 系统的结构如图 2.2所示，它是具有一台发电机组和联络的AGC 系统。

图中zd P 为输电线路功率的整定值；zd f 为系统频率整定值；P 为触电线路功率的实际值；f 为系统频率的实际值；f B 为频率修正系数；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的功率偏差来确定输出控制信号；c P 为系统要求调整的控制信号功率；N(S)为内部控制回路，用来控制调整调速器阀门开度，以达到所需要的输出功率。

图2.2 单台发电机组的AGC 系统

2.3 负荷变化时的功率分配计算

2.4

（1）发电厂有三机组，一号机组功率为150MW ，二号机组功率为100MW ，三号机组功率为200MW ，功率因数均为0.9。

（2）有功功率调差系数为0.05。

（3）负荷频率调节效应系数（有功功率）为1.75。

（4）各发电机均以75%负荷运行

系统负荷增加时，经过频率的一次调整，频率由e f 降为l f ，由发电机组的静

电力系 统