低频减载(自动装置原理课设)
电力系统低频减载自动装置——主电路设计【文献综述】
毕业设计开题报告电气工程及其自动化电力系统低频减载自动装置——主电路设计一、前言电力系统按频率自动减载历来被看作防止电力系统发生频率崩溃的重要手段。
前苏联对电力系统低频减载问题早已非常重视，我国在50年代就有感应型低频减载装置投入系统使用。
美国1996年纽约大停电事故时，因无适当的减载装置而导致系统频率崩溃，其后美国各电力系统普遍装设了低频减载装置。
人们之所以对它如此重视，不仅是因为这一装置投资很少，产生的经济效益十分巨大，而且从国内外电力系统发生频率事故时发挥的作用来看，使它被视为电力系统安全控制的基本手段之一。
电力系统的频率自动减载装置历经了一个发展过程。
从40年代至今，大体上经历了感应型、模拟型和数字型三个发展阶段。
这三个发展阶段，不仅反应了电力系统自动装置在技术进步方面的共同发展规律，而且也反应了现代电力系统对低频减载装置在高精度、多功能、高稳定性和高抗干扰性方面提出的愈来愈多的要求。
模拟型的低频减载装置，主要由分立半导体器件或线性电路构成，同感应型的机电式频率继电器相比，无疑在技术上是一个进步。
但从测频精度还比较低、温度稳定性尚比较差、功能还比较单一这几个方面来看，还不能满足现代电力系统对减载的要求。
因此发展数字型减载装置是一个必然的发展趋势。
[1]近年来，在我国发展的数字型低频减载装置主要由数字集成电路构成。
由于这类装置对系统频率采取数字化测频方法，显然在测频精度方面同模拟式相比较有了很大提高。
但这类装置只能由一些硬件构成，因而功能比较单一，增加功能就要增加硬件的复杂程度，对于比较复杂的功能，单由硬件来实现，实际上是比较困难的。
当前微机技术发展是十分迅速的，特别是单片机技术的发展，为我们构成各类自动装置提供了很好的手段。
利用单片机构成低频减载装置，不仅价格比较低廉，而且硬件电路标准化，各种功能可以通过软件设计来实现。
增加功能只需改变软件的内容而无需改变硬件电路本身。
基于以上一些特点，开发以单片机为核心的低频减载装置应是新一代减载装置的发展方向。
低频减载课程设计
低频减载课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握低频减载的概念，理解其在工程应用中的重要性。
2. 使学生掌握低频减载的基本原理，包括电路组成、工作原理及影响参数。
3. 引导学生运用数学知识分析低频减载过程中的电流、电压变化。
技能目标：1. 培养学生运用低频减载知识解决实际问题的能力。
2. 提高学生动手实践能力，学会搭建简单的低频减载电路。
3. 培养学生运用图表、数据等分析低频减载效果，提高数据分析能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对低频减载技术研究的兴趣，激发学习热情。
2. 培养学生团队合作精神，学会在小组讨论中倾听他人意见，共同解决问题。
3. 增强学生对我国低频减载技术发展的认识，培养学生的科技创新意识。
课程性质：本课程为电子技术基础课程，旨在帮助学生掌握低频减载知识，培养实际操作能力。
学生特点：学生具备一定的电子技术基础知识，但对低频减载技术了解较少，需要通过实践操作加深理解。
教学要求：注重理论与实践相结合，强调知识在实际应用中的价值。
通过本课程的学习，使学生能够独立搭建简单的低频减载电路，并分析其工作原理和性能。
将课程目标分解为具体的学习成果，以便在教学设计和评估中明确学生的学习进度。
二、教学内容1. 低频减载概念及分类：介绍低频减载的定义、作用和分类，结合教材相关章节，让学生了解低频减载的基本概念。
- 教材章节：第一章第二节- 内容：低频减载的定义、分类及其在电力系统中的应用。
2. 低频减载工作原理：分析低频减载的电路组成、工作原理，使学生掌握低频减载的基本原理。
- 教材章节：第二章- 内容：低频减载电路的组成、各部分功能、工作原理及影响参数。
3. 低频减载电路分析：引导学生运用数学知识分析低频减载过程中的电流、电压变化，提高学生分析问题的能力。
- 教材章节：第三章- 内容：低频减载电路的数学模型、分析方法及实际应用。
4. 低频减载电路设计：教授学生如何设计简单的低频减载电路，培养学生的动手实践能力。
微机电力自动装置原理课件 第6章 自动低频减载
第6章 常用的输入输出接口芯片
问题1、什么叫频率崩溃现象？
电力系统功率缺少，频率下降，水泵汽泵转速下降，发 电机转速下降，发电机输出电压下降。功率进一步减 少---系统电压、频率进一步下降到47~48HZ。中枢点 上频率低于某临界值。系统频率就崩溃瓦解。 问题、什么叫电压崩溃现象？ 电力系统功率缺少，频率下降，水泵汽泵转速下降，发 电机转速下降，发电机输出电压下降。系统功率进一
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第6章 常用的输入输出接口芯片
（二） 自动低频减载装置的工作顺序
A、规则：对于各种可能发生的事故都要求自动低 频减载装置能作出恰当的反应。切除相应的负荷， 既不能过多也不能过少，只有分批切除，以适应不 同功率缺额的需要。所以根据启动频率的不同，低 频减载可以分若干级，也就是若干轮。 B、如何确定自动低频减载装置的工作级数？ （1）选择第一级启动频率f1.他在48。5~49HZ之间。
2
第6章 常用的输入输出接口芯片 （2）设双回输电线路传输的功率为PA比较交大，当其中一回路发 生三相短路时，继电器保护装置正确动作，将故障电路拆除。但是 由于输送的功率PA已经超出一回路运行的暂态稳定极限功率，如 不及时减少传输功率，则可能由于系统稳定遭到破坏而导致系统解 列，同样会造成受端B系统更严重的缺电，使系统遭到破坏。
4、电力系统频率动态特性fx(t)的求解 忽略负载负载机械拖动机械的转动惯量的影响。 只考虑发电机组转动惯量在频率调节的作用。将电力系统等值于发 电机组
11
第6章 常用的输入输出接口芯片
（1）同步发电机的运动方程为
2WkN d J M ; J ; 2 dt N J转子转动惯量， 转子机械角速度， M轴上的不平衡转矩。 当机械角速度不大时。 转矩标么值与功率标么 值相等。机械 角速度标么值 电角度标么值。表达式 为： 2WkN d d * TG PT * PL* (6 7C ) PG N N dt dt PT *为以PG N 为基准的机组输入功率 标么值。 PL*为以PG N 为基准的负荷功率标么 值。
第九章电力系统自动低频减载
1 . 2 ( 0 . 02 0 . 01 ) P ( 1 0 ) 0 . 0121 L 1 1 1 . 2 0 . 01 P 0 . 0121 2000 24 . 3 MW L 1
i 2
1 . 2 ( 0 . 03 0 . 01 ) P ( 1 0 . 0121 ) 0 . 024 L 2 1 1 . 2 0 . 01
四、自动低频减载工作原理 1。最大功率缺额的确定 （接至自动低频减载装置的总功率） 发生事故后，低频减载不要求频率能恢复到额定 频率，约49.5～50Hz之间，称为恢复频率fh。接至自 动低频减载装置的总功率将小于50Hz时的最大功率缺 额，两者之差为频率由50Hz下降至fh所少吸收的功率
P P h max L max Δ Phmax 最大功率缺额 K f L P P LN L max P K P f Δ PLmax 减载总功率 h max L LN P L max 1 K f L
P Tx GN Txf P KL* LN
以负荷总容量为基准的频率下降 过程时间常数； Tx发电机容量为基准的时间常数
系统频率的变化过程可用指数曲线来描述。
三、电力系统频率动态特性 1.频率下降幅度与功率缺额成正比; 2.事故初期, 功率缺额越小,频率下降速度越慢; 3.频率下降至f1切除部分负荷，若切除后系统仍存在 缺额，则频率继续下降， 但下降速度减缓； 4.若切除后系统不存在 缺额,即切除功率刚好等 于系统在f1时的缺额， 频率将维持f1； 5.若切除后系统出现功 率余额，则频率将上升。
答：Δ Ph=100-（450-430）=80MW 50 80 f 6 . 2 Hz 1 . 5 430
继电保护安全自动装置课件——第五章电力系统自动低频减载及其他安全自动控制装置
频率降低较大时对系统运行的影响 ➢ 对汽轮机的影响
➢ 发生频率崩溃现象
➢ 发生电压崩溃现象
精品文档
2、电力系统频率(pínlǜ)静态特性
KL
Ph f
KL*
Ph f
• 50 PLe
f
Ph • 50 K L* PLe
f
Ph* % 2 K L*
精品文档
3、电力系统(diàn lì xì tǒnɡ)频率动态 特性
频率崩溃
电压崩溃
46 46.5 Hz
精品文档
自动低频减载装置是在电力系统发生事故时系统频率下降过程中，按照频率的 不同数值按顺序地切除负荷。也就是将接至低频减载装置的总功率分配在不同 起动频率值来分批地切除，以适应不同功率缺额的需要。根据起动频率的不同 低频减载可分为若干级。 1．第一级起动频率f1的选择 由系统频率动态特性曲线所示的规律可知，在事故初期如能及早切除负荷功率， 这对于延缓频率下降过程是有利的。因此第一级的起动频率值宜选择得高些， 但又必须计及电力系统动用旋转备用容量所需的时间延迟，避免因暂时性频率 下降而不必要地断开(duàn kāi)负荷的情况，所以一般第一级的起动频率整定在 48.5—49Hz。在以水电厂为主的电力系统中，由于水轮机调速系统动作较慢， 所以第一级起动频率宜取低值。 2．末级起动频率fN的选择 电力系统允许的最低频率受“频率崩溃”或“电压崩溃”的限制，对于高温高 压的火电厂，在频率低于46～46.5Hz时，厂用电已不能正常工作。在频率低于 45Hz时，就有“电压崩溃”的危险。因此，末级的起动频率以不低于46～ 46.5Hz为宜。
电力系统自动低频减载装置设计
电力系统自动低频减载装置设计设计背景随着电力系统负荷的不断增加和电力网络规模的扩大，电力系统频率异常变化的问题日益突出。
频率异常变化可能会导致发电机转子振动增大、发电机转矩波动、电力设备过热等，严重影响电力系统的正常运行和设备寿命。
因此，设计一种自动低频减载装置对于保护电力系统设备的稳定运行非常必要。
设计目标本设计的主要目标是实现对电力系统中频率异常变化的快速检测和自动减载，以保护电力系统设备免受频率异常的影响。
具体来说，设计要求如下：1.快速检测频率异常：装置能够实时监测电力系统的频率变化情况，对异常频率进行迅速判断。
2.准确判断异常变化：装置能够准确判断频率变化是否属于异常范围，避免误判和误报。
3.自动低频减载：一旦检测到频率异常变化，装置能够自动启动低频减载操作，保护设备免受影响。
4.故障自恢复：当频率恢复正常后，装置能够自动解除减载操作，确保电力系统快速恢复正常运行。
设计原理本设计主要依靠电力系统的频率检测模块和执行控制模块实现。
具体原理如下：1.频率检测：装置通过连接电力系统的频率检测装置，监测电力系统频率的变化情况。
通过对频率变化速度和幅度的检测，确定是否属于异常范围。
2.异常判断：装置内部设定异常范围并与检测到的频率变化进行对比，判断是否属于异常范围。
如果是异常变化，则进入下一步操作。
3.自动减载：装置通过控制电力系统负荷开关或关闭一部分负荷设备，实现低频减载操作。
这样可以降低电力系统负荷，使得发电机等设备不再过负荷运行，保护设备的正常运行。
4.故障恢复：当频率恢复正常后，装置自动解除低频减载操作，恢复电力系统的正常运行。
实施方案考虑到电力系统的复杂性和可靠性要求，进行实施方案设计时需要注意以下几个方面：1.模块化设计：将频率检测模块、异常判断模块、执行控制模块等划分为独立的模块，方便装置的维护和升级。
2.可靠性保障：采用双备份设计，确保装置的可靠性和稳定性。
设计备用频率检测模块和执行控制模块，确保一旦主模块故障，备用模块能够顺利接管，并及时发出警报。
电力系统自动装置 第3版 第六章 电力系统自动低频减载装置
5、电力系统受谐波干扰时，低频减载装置不应 误动作。
§6-2 自动低频减载装置的工作原理 二、最大功率缺额的确定
当系统出现有功功率缺额时，为了使停电的用户 尽可能少，一般希望系统频率恢复到可运行的水平 即可，并不要求恢复到额定频率，即系统恢复频率 小于额定功率。这样，低频减载装置可能断开的最 大功率△ PL.max 可小于最大功率缺额△Ph.max 。设正常 运行时系统负荷为 PL ，根据式（6-7）可得
Ph.max PL.max PL PL.max
K Lf
PL. m a x
Ph. m a x 1
K L PL f K Lf
§6-2 自动低频减载装置的工作原理 三、自动低频减载装置动作顺序
根据起动频率的不同，低频减载装置可分为若 干级，按所接负荷的重要性又分为n个基本级和n个 特殊级。
1、基本级。基本级的作用是根据频率下降的程 度，依次切除不重要的负荷，制止系统频率的继续 下降。为了确定基本级的级数，首先应该确定第一 级起动频率 f1 和最末一级起动频率 fn 的数值。
§6-1 概述 一、低频运行的危性
(3)系统频率若长时间运行在49．5～49Hz以下 时，某些汽轮机的叶片容易产生裂纹；当频率 降低到45Hz附近时，汽轮机个别级别的叶片可 能发生共振而引起断裂事故。
运行实践表明：电力系统的运行频率偏差不 超过±o.2Hz；系统频率不能长时间运行在（49 ．5～49）Hz以下；事故情况下．不能较长时间 停留在47Hz以下；系统频率的瞬时值绝对不能 低于45Hz。
§6-1 概述 二、系统的动态频率特性
§6-2 自动低频减载装置的工作原理 一、对自动低频减载装置的基本要求
低频减载(自动装置原理课设)
1.3低频减载的意义《电力系统安全稳定导则》将电力系统的扰动分为三类:第一类为常见的普通故障，要求系统在承受此类故障时能保持稳定运行与正常供电;第二类故障为出现概率较低的较严重的故障，要求系统在承受此类故障时能保证稳定运行，但允许损失部分负荷〔’幻;第三类故障为罕见的严重复杂故障，电力系统在承受此类故障时，如不能保持系统稳定运行，则必须防止系统崩溃并尽量减少负荷损失。
针对上述三种情况所采取的措施，即所谓保证安全稳定的三道防线。
其中第三道防线就是要保证电力系统在严重复杂的故障下，防止事故扩大，防止导致长时间的大范围停电，以免造成巨大经济损失和社会影响。
这也是设置第三道防线的意义。
调节系统功率不平衡主要有两种措施:增加功率输入或裁切负荷。
如果事故发生出现功率缺额时，系统旋转备用容量将积极、尽可能快的阻止系统崩溃，这一方案称为低频调速控制(证GC)〔’‘，。
FuGc必须在系统频率刚开始下降时动作，并且是一种独立于能量管理系统E(MS)地区性的控制。
但当系统发生严重事故，旋转备用容量不足以弥补系统功率缺额时，就应该有选择地切掉一部分负荷，从而阻止频率下降，这一方案称为低频减载控制(UFLS)。
由于现代电网经济运行的要求，系统的备用容量偏低，低频减载成为严守第三道防线，防止系统崩溃的主要手段。
电网事故暴露的问题包括:低频减载切除容量严重不足;低频减载方案同机组低频跳闸定值不协调;电网结构不合理等。
根据故障严重程度的不同，有必要加强电网防止稳定破坏和大面积停电的三道防线:第一道防线，电网快速保护及预防控制;第二道防线，稳定控制;第三道防线，就是在主系统发生稳定破坏时的电压及频率紧急控制，有计划、合理地实施解列的自动装置或手动方案，以及解列后为防止小系统崩溃而设置的低频减载装置，以维持整个电网的稳定运行。
1．2低频减载技术发展现状防止电力系统频率崩溃事故有效的措施就是采用低频自动减载和解列装置，在系统频率下降时及时切除足够数量较次要的负荷，或在合适的点上将系统解列，以保证系统的安全稳定运行，并保证重要负荷供电。
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1.3低频减载的意义
《电力系统安全稳定导则》将电力系统的扰动分为三类:第一类为常见的普通故障，要求系统在承受此类故障时能保持稳定运行与正常供电;第二类故障为出现概率较低的较严重的故障，要求系统在承受此类故障时能保证稳定运行，但允许损失部分负荷〔’幻;第三类故障为罕见的严重复杂故障，电力系统在承受此类故障时，如不能保持系统稳定运行，则必须防止系统崩溃并尽量减少负荷损失。
针对上述三种情况所采取的措施，即所谓保证安全稳定的三道防线。
其中第三道防线就是要保证电力系统在严重复杂的故障下，防止事故扩大，防止导致长时间的大范围停电，以免造成巨大经济损失和社会影响。
这也是设置第三道防线的意义。
调节系统功率不平衡主要有两种措施:增加功率输入或裁切负荷。
如果事故发生出现功率缺额时，系统旋转备用容量将积极、尽可能快的阻止系统崩溃，这一方案称为低频调速控制(证GC)〔’‘，。
FuGc必须在系统频率刚开始下降时动作，并且是一种独立于能量管理系统E(MS)地区性的控制。
但当系统发生严重事故，旋转备用容量不足以弥补系统功率缺额时，就应该有选择地切掉一部分负荷，从而阻止频率下降，这一方案称为低频减载控制(UFLS)。
由于现代电网经济运行的要求，系统的备用容量偏低，低频减载成为严守第三道防线，防止系统崩溃的主要手段。
电网事故暴露的问题包括:低频减载切除容量严重不足;低频减载方案同机组低频跳闸定值不协调;电网结构不合理等。
根据故障严重程度的不同，有必要加强电网防止稳定破坏和大面积停电的三道防线:第一道防线，电网快速保护及预防控制;第二道防线，稳定控制;第三道防线，就是在主系统发生稳定破坏时的电压及频率紧急控制，有计划、合理地实施解列的自动装置或手动方案，以及解列后为防止小系统崩溃而设置的低频减载装置，以维持整个电网的稳定运行。
1．2低频减载技术发展现状
防止电力系统频率崩溃事故有效的措施就是采用低频自动减载和解列装置，在系统频率下降时及时切除足够数量较次要的负荷，或在合适的点上将系统解列，以保证系统的安全稳定运行，并保证重要负荷供电。
国内外几乎所有的电网都采取了低频减载措施，做为安全运行的最后一道防线。
前苏联早在20世纪40年代就采取了低频减载措施。
我国在50年代即开始在电力系统中使用低频减载装置。
考虑低频减载方案时，应从以下几点出发：首先，在各种运行方式和功率缺额下有效地防止系统频率下降至系统安全运行的最低频率值，即频率危险点；
其次，使系统尽快恢复至49.5～50Hz之间或低频减载装置首轮动作值和50Hz之间，无超调和悬停现象；
第三，在保证恢复系统稳定性和不越过系统安全运行频率点的前提下切除的负荷尽可能少；
第五，联络线传输功率不过载，结点电压不越限；
第六，应能保证解列后的各孤立子系统也不发生频率崩溃。
针对以上要求，低频减载方案的整定成为研究重点，其中切负荷量和切负荷点以及动作时间的选择是衡量减载方案的关键。
基于近50年以来减负荷的研究可将低频减载方案大致分为以下几类：传统法、半适应法、自适应法以及计算辅助算法。
一.新型低频减载装置的设计
在大型电力系统中，系统接线复杂，难以事先预见各种事故的发展变化。
在这种情况下，采用轮数不多的减负荷措施，往往很难凑效。
增加动作轮数和缩小各轮之间的级差成为电力系统运行部门的现实要求，这必将使常规的低频减负荷装置趋于复杂，在精度上也由于无法满足现场要求而难以实现。
高性能数字信号处理器(DSP)具有全新的哈佛总线结构、专门的硬件乘法器以及广泛采用流水线操作等特点，为研发高精度、误差小的数字式低频减载装置提供了可能。
本文针对电力系统频率异常特性，采用TI公司的TM3s20c32实现低频减载装置。
一.新型低频减载装置的硬件结构
该装置由采样计算功能模块和管理功能模块两部分组成，如图1所示。
图1低频减载装置的硬件结构图
1.1采样计算功能模块
（1）采样单元由三部分组成:模拟量输入变换部分、模拟低通滤波部分、A/D变换部分。
模拟量交流电压信号经过PT变换为二次信号。
低通滤波单元由一个一阶有源低通滤波器和RC低通滤波电路组成。
它能有效地滤掉二次信号中的高次谐波，并能很好地和负载隔离。
A/D转换器使用MAX125。
MAX125是一片高速度、复用输入通道的14位户以D转换器。
(2)CPU单元采样计算CPU是本装置的核心，主要完成模拟量的采集、算法、低频事故判别、故障判断、数据记录。
CPU采用数字信号处理器TM3s20C32，该产品是一种非常通用的32位浮点处理器，能工作于30MIPS/60MFLOPS，占用的电路板面积小，性价比高，而且以浮点处理，算法编程也比较容易。
这些特点使它很适用于高分辨率、高采集率以及高速计算的场合。
(3)开关量输入输出单元开关量输入由开关量的辅助接点取得，经过光电隔离和驱动后，送入DSP。
可输入4路开关量，分辨率小于lms。
输出开关量信号经过锁存、光电隔离后，控制继电器。
用继电器控制断路器、信号等。
1.2管理功能模块
管理CPU采用8031单片机，设有RS232串行口和CAN总线接口。
硬件时钟采用DS12887芯片。
液晶屏为128x64点显示器。
该模块通过DIT7132双口RAM和采样计算CPU 通信。
管理功能模块完成装置的定值整定，数据上传，液晶显示。
装置运行时，管理功能模块通过循环查询采集计算功能模块将实时采集的数据通过液晶屏显示，并将状态数据上传至数据采集计算机。
管理功能模块可以通过CAN总线〔川接口组网，还可通过RS232接口连接至光纤通讯MODEM。
二.新型低频减载装置的软件设计
该装置软件由主程序、采样中断程序和计算判断中断程序构成。
流程图如图2所示。
图2低频减载装置的程序设计流程图（1）主程序主程序先对中断、定时器、各种变量进行初始化。
然后调用一个子程序，先判断管理单元8031有没有请求。
如没有，跳出子程序:如有，判断命令字，看需要什么数据，根据通信规约，向双口RAM写入信息。
管理单元8031到双口RAM中取数据。
循环执行该子程序。
（2）采样中断程序采样中断程序使用DSPO号定时器，通过设置相应的寄存器，使装
置达到每隔一定的延时进行一次采样，达到每周期采样64点的要求。
（3）计算判断中断程序该程序采用软件DMA中断，即对采样计数，采样数达到定值发生中断。
利用.44.3所述测频方法计算频率及频率变化率。
根据计算结果，结合低频事故判据判断事故类型，动作于切负荷或发信号。
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