第5章 电力系统自动低频减载装置

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。

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——控制电路一、前言电力系统的频率是电能质量的重要指标之一，在稳定状态下电力系统的频率一般是一个全系统统一的运行参数，在正常运行的情况下电力系统能够通过热备用容量来调节正常的有功缺额带来的频率的变化。

但是在系统出现事故的情况下，有可能产生严重的有功缺额，出现系统频率的大幅度下降。

在这个时候系统所缺少的有功功率已经远远大于系统的热备用容量，只能在系统的频率下降到某一预定值的时候，采取切除相应用户来减少系统的缺额，维持系统的频率稳定，这一方法我们称之为电力系统的低频减载。

1、低频减载的发展概况现代电力系统不断通过建设新型大规模变电站、大容量机组不断并入网内，使得电力系统的规模不断扩大，但同时也削弱了系统在大动下维持频率稳定的能力，极易发生恶性频率事故，导致全系统的瓦解。

国内外近些年来发生了一系列频率异常事故以及因此而导致大规模停电时事故，使得频率控制特别是极端事故下的频率控制成为近年来电力系统研究的热点问题之一。

如2007年欧盟“11。

4”停电事故和我国河南电网发生的“7。

1”事故等，故障分析表面都和频率调整有较大的联系。

面对这种严峻的局面，各国电力系统都把研究频率稳定作为十分重要的研究课题。

电力系统的频率稳定一般规划为电力系统的长期动态分析，主要研究电力系统受到扰动后同步稳定过程已基本结束时电力系统的频率动态行为。

与电压的稳定和功角的稳定相比，频率稳定的研究显的很不够。

事实上功角失稳、电压崩溃和频率崩漏的发生许多情况下都是同时存在、相互关联并且相互激发的。

显然不能只重视前两者而忽略第三者。

近些年多次惨痛的大停电事故表明电力系统的频率稳定已经成为相当严重问题。

［1］2、电力系统低频减载的意义《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；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。

低频减载装置目录1电力系统低频减载装置2低频减载动作顺序3低频率的危害1电力系统低频减载装置为了提高供电质量，保证重要用户供电的可靠性，当系统中出现有功功率缺额引起频率下降时，根据频率下降的程度，自动断开一部分不重要的用户，阻止频率下降，以使频率迅速恢复到正常值，这种装置叫做自动低频减载装置。

电力系统自动低频减载装置: 过去叫低周减载，现在标准叫法为-低频减载。

是电力部门(主要为电厂)在电网频率下降超出允许范围时（如低于49HZ），切除部分非重要用户的一种技术手段英文简称: AFL2低频减载动作顺序1、第一级启动频率f1 ：这个为事故的早期，频率下降不严重，因些启动值要高些一般整定为：48.5~49Hz ,在以水电厂为主的电力系统中，因水轮机调整速度较慢，因些常取48.5Hz.。

2、末级启动频率fn ：这是电力系统能允许的最低安全频率，这时，火电厂的厂用设备已不能正常工作，低于45Hz时，很可能发生“频率崩溃”或“电压崩溃”，因此，末级启动频率以不低于46~46.5Hz为宜。

3、频率差问题：即第一级和末级启动频率的差值，在这个差值内有，频率级差=（首级频率－末级频率）除以 (级数-1). 频率级差通常为0.3~0.5Hz./ 级数在10级以内.当动作从第一启动切负荷开始后,一直切到某一级,系统频率不再下降时,就停止切负荷.3低频率的危害1、运行经验表明，汽轮机在频率低于49~49.5Hz以下长期运行，叶片容易产生裂纹，当低于45HZ时，为发生叶片共振而造成叶片断裂。

2、当频率下降到47~48HZ时，为电厂厂用电设备的出力，明显下降，会引起电厂出力减小，更加引起系统有功不足，频率进一步下降，最后导致崩溃。

3、当频率下降到45~46HZ时，系统电压水平，极不稳定，如再加之有短路等故障的情况下，会导致系统瓦解。

电力系统自动低频减载电力系统频率及有功功率的自动调节1． 电力系统自动调频1.1电力系统频率波动的原因频率是电能质量的重要指标之一，在稳态条件下，电力系统的频率是一个全系统一致的运行参数。

系统频率的波动直接原因是发电机输入功率＆输出功率之间的不平衡，众所周知，单一电源的系统频率是同步发电机转速的函数：60np f =n ――电机的转速，r/min ； f ――电力系统的频率，HZ ； p ――电机的极对数；对于一般的火力发电机组，发电机的极对数为1，额定转速为3000 r/min ，亦即额定频率为50HZ 。

此时，系统频率又可以用同步发电机的角速度的函数来表示：π2w f =为了研究系统频率变换的规律，需要研究同步发电机的运动规律。

同步发电机组的运动方程为：dtdw JT T T e m =∆=-mT ――输入机械转距；e T ――输出电磁转距（忽略空载转距，即负荷转距）；J ――发电机组的转动惯量；dtdw ――发电机组的角加速度；由于功率和力矩之间存在转换关系（P=wT ）上式经过规格化处理和拉氏变换后，可得传递函数：w H P P S e m ∆=-2P――原动机功率（发电机的输入功率）；mP――发电机电磁功率；eH――发电机组的惯性常数；S――角速度变化量；w由此可知，当原动机功率和发电机电磁功率之间产生不平衡的时候，必然引起发电机转速的变化，即引起系统频率的变化。

在众多发电机组并联运行的电力系统中，尽管原动机功率P不是恒定不变的，但它主要m取决与本台发电机的原动机和调速器的特性，因而是相对容易控制的因素；而发电机电磁功率P的变化则不仅与本台发电机的电磁特性有关，更取决于电力系统的负荷特性，是难以控e制的因素，而这正是引起电力系统频率波动的主要原因。

1.2调频的必要性电力系统的频率变动对用户、发电厂和电力系统本身都会产生不良的影响，所以必须保持频率在额定值50hz上下，且其偏移量不能超过一定范围。

低频低压减载装置低频低压减载装置是一种用于电力系统中的装置，它的主要作用是减轻电力系统的负荷，以保证电力系统的正常运行。

在电力系统中，负荷是指电力系统所需供应的电能，也可以理解为电力系统所承受的电流负荷。

负荷的大小直接影响着电力系统的稳定性和可靠性。

电力系统的负荷会随着用电设备的使用情况而变化，有时会出现突然的负荷波动，这就给电力系统的运行带来了极大的压力。

如果负荷过大，电力系统可能会出现过载现象，导致设备损坏甚至引发事故。

为了避免这种情况的发生，低频低压减载装置就应运而生。

低频低压减载装置通过控制电力系统的电压和频率来实现对负荷的减载。

当电力系统的负荷过大时，低频低压减载装置会自动降低电压和频率，从而减轻电力系统的负荷。

这种减载方式可以有效地保护电力设备，防止电力系统发生过载现象，提高电力系统的可靠性和稳定性。

低频低压减载装置通常由控制器、传感器和执行器等组成。

控制器是整个减载装置的核心部件，它负责监测电力系统的负荷情况，并根据设定的参数进行调节。

传感器用于实时监测电力系统的电压和频率，将监测到的数据传输给控制器。

执行器根据控制器的指令，通过调整电力系统的电压和频率来实现负荷的减载。

低频低压减载装置的工作原理是基于电力系统的负荷特性来设计的。

在电力系统中，电流负荷和电压负荷是紧密相关的。

当电流负荷增加时，电压负荷也会相应增加。

低频低压减载装置通过降低电压和频率来减少电流负荷的大小，从而实现对负荷的减载。

低频低压减载装置具有很多优点。

首先，它可以实现对电力系统的精确控制，根据实际负荷情况进行减载，避免了负荷过大或过小的情况发生。

其次，它可以提高电力系统的运行效率，降低能耗，减少电力系统的损耗。

此外，低频低压减载装置还可以延长电力设备的使用寿命，减少维修和更换的频率，降低了维护成本。

低频低压减载装置是电力系统中一种非常重要的装置，它可以有效地减轻电力系统的负荷，保护电力设备，提高电力系统的可靠性和稳定性。

电力系统自动低频减载装置设计任务书一、设计任务电力系统自动低频减载是一种反事故措施，在电力系统发生严重事故时，系统的有功将严重缺额，电力系统的频率会很快下降，为保证电力系统不至于频率崩溃，必须采取快速明确的措施，必要时按频率下降进行负荷的切除。

随着电力系统快速发展，以往的模拟式的低频减载装置由于测量精度差，特别是当系统正常运行中电压下降或者频率瞬时变化较大时可能会误动作，并且整定不方便，更不能组网，所以已不能满足新的要求，所以对微机式低频减载装置进行研究，具有实用价值。

通过对该装置的研究，使学生熟练掌握单片机的运用与编程技术，同时对电力系统运行，控制等本专业的基础理论进一步加深，强化学生理论联系实际的能力。

二、应完成的任务和成果1.设计出微机低频自动减载原理图；2.熟悉相应的硬件电路；3.编写相应的软件并调试（A/D，采样，通讯，显示等程序）；4.撰写毕业设计论文（论文字数1.5～2万，打印工整，论文观点正确，条理清晰，附上原程序清单和原理图）。

三、毕业设计的进度2008年2.月18日----2004年2月29日；在指导老师的指导下查找，熟悉本课题相关的文献资料。

2008年3月1日----2004年3月30日；进行数据采集电路的设计，用PROTEL画出原理图。

2008年4月1日----2004年5月25日；编写相关程序，进行电路调试实验。

2008年5月26日----2004年6月15日；整理设计成果，撰写毕业论文，准备答辩。

2008年6月16日---------2004年6月18日；毕业答辩建议参考文献[1] 丁元杰，单片机原理与运用，机械工业出版社，1999年10月[2] 李华等，MCS-51系列单片机实用接口技术，北京航空航天大学出版，1993年8月[3] 杨冠成，电力系统自动装置原理，中国电力出版社，1995年11月[4] 谭浩强，C语言程序设计，清华大学出版社，[5] 钱能，C++程序设计教程，清华大学出版社，1995年5月[6] 杨博等，电力系统低频减载的现状和研究，华东电力，2002，9[7] 余虹云等，华东电力系统低频减载方案的整定，浙江电力，1995，1[8] 孙莹等，单片机智能低频减载装置的研究，继电器，1996，2[9] 陈祥光，裴旭东人工神经网络技术与运用，中国电力出版社，2003年9月[10] 王洪元，史国栋，人工神经网络技术及应用中国石化出版社，2002.12[11] 闻新，周露，王丹力，Matlab神经网络应用设计，科学出版社，2000.9[12] 丛爽，神经网络、模糊系统及其在运动控制中的应用，中国科学技术大学出版社[13] 程相君，神经网络原理及应用，国防工业出版社，1995[14] 中国期刊网相关文献。