电力系统课程设计基于 DSP 的微机准同期装置的设计.doc
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1、电力系统自动装置课程设计基于DSP的微机准同期装置的设计学 号:XXXXXXXX姓 名:XXX2012年 11月22日课程设计说明书要求要求如下:1.以书面(3000-10000字)和讲述方式,对设计作答辩。2. 设计中应包括以下内容:1)课题来源和选题依据。对研究领域内近1020年的国内外1020篇(近5年内文献不少于1/3)相关文献进行阅读、分析和总结,基本掌握本研究课题领域国内外发展动态和研究水平,了解该领域存在问题和进一步开展科研工作的必要性和可行性;2)课题的设计内容;3)课题设计采用的总体方案、具体的设计方法、技术路线;目录引言1第1章 课题设计概述21.1 课题研究的背景及意义2
2、1.2国内外研究现状2第2章 自动并列装置硬件设计42.3 理论分析及具体设计过程4第3章 自动并列装置软件设计7参考文献8引言上个世纪六十年代以来,各国相继发生了多起大规模停电事故,波及范围广、停电时间长,严重影响了人们的正常生活,造成了巨大的社会影响和经济损失。虽然大停电事故发生的概率极小,但从根本上讲,大停电事故是不可避免的。所以,研究大停电事故后如何进行快速有效的电力系统恢复具有非常重要的意义。随着研究的深入,对电力系统恢复的研究已经由原来的黑启动阶段扩展到网架恢复阶段。其中,系统间的并列作为网架恢复的一个重要组成部分,伴随在系统恢复的整个过程中。系统的并列涉及诸多问题,并列点、并列时
3、机的选择在很大程度上影响到电网的安全和恢复进程的快慢,应该作为网架恢复方案制定与优选的考虑因素。由于并列两网的相互影响,并列后系统会出现振荡,尤其是在恢复初期,且当两侧系统规模相当时,系统很有可能会振荡失稳。为了保证系统并列的安全,加快并列进程,减少停电损失,本文进一步实现了对特定电网下合理并列条件的估算,并以此指导同期装置的参数整定以及并列条件的调整,以保证设定的并列条件能够更适合目前的电网状态,有利于同期装置快速准确的把握并列时机。关键词:系统并列;并列条件:电力系统恢复第1章 课题设计概述1.1 课题研究的背景及意义同期并列是电力系统中经常进行的一项重大操作随着计算机技术、通信技术和电子
4、技术的迅猛发展,电力系统自动化程度也日益提高,对更先进、更方便的自动准同期装置提出了要求自动准同期装置的发展可分为两个阶段,第1个阶段为模拟式自动准同期装置,现在已经基本被淘汰第2阶段是微机式自动准同期装置,具有高精度、高可靠性、人机界面友好、操作方便、接线简单等特点在提高并网速度和可靠性的同时,大大提高了合闸准确度但现有的微机同期装置多为8位或16位单片机式,随着电力系统日益庞大以及自动化程度的不断提高,在数据采集计算能力上已不能满足实际需要2本文介绍的新型微机自动准同期装置,采用DSP芯片作为数据处理模块,其强大的数据采集和计算能力满足了快速性要求,整个装置结构轻巧,调试方便,有很好的应用
5、前景1.2国内外研究现状随着电网互联和远距离交直流输电技术的发展,大容量机组、超高压设备、远距离大型电厂以及新技术新产品大量引入电力系统,网络结构变得更加复杂,给系统的安全稳定带来很大的隐患。局部电网的某些个别问题,若处理不当其影响将波及邻近的广大地域,并可能诱发恶性连锁反应,最终酿成大面积停电的重大系统事故。如1977年7月的纽约大停电,经25小时后才全部恢复供电:1982年8月,意大利南部电网发生了一次全停事故;1987年7月,日本东京大停电事故,损失负荷8186MW,影响用户280万;1996年7月,美国西部发生大停电事故,整个系统被分成了5个子系统,中断了225万用户的供电。该系统在一
6、个月后又发生过一次更大的停电事故,整个系统被分成了4个子系统,受影响的用户达到750万。近几年来,尽管电力系统在安全稳定技术方面取得了很大的进展,但是国内外大停电事故仍然时有发生:2003年8月14日发生了历史上最严重的停电事故,共使大约5000万居民受到影响,并给美加两国造成了重大经济损失。2005年5月25日,莫斯科发生了近年来最严重的停电事故,其南部、西南和东南城区大面积停电,公共设施全面瘫痪。2005年9月26日,台风“达维”对海南电力设施造成了严重破坏,引发了部分电厂连续跳机解列,最终系统全部瓦解,导致全省范围大面积停电。随着现代社会对电力供应的依靠度越来越高,大停电事故造成的后果也
7、越来越严重。加强对故障后系统恢复的研究、制定合理的恢复方案、采取合理的控制策略、强化对人员的培训仿真,便能加快事故处理和恢复的过程,减少事故造成的损失。因此,电力部门对恢复调度也越来越重视,已经逐步从主要依靠个人经验转变到恢复过程的规范化和标准化。从新制定的各种标准和导则中可以看到这一点,如NERCl997年发布的规划标准中新增了恢复控制一章,我国国电公司在1998年也要求各省电力公司制定自己的黑启动方案,并在2000年颁布的电力系统安全稳定控制技术导则中增加了恢复控制一章。很多电力部门都制定了各自的恢复方案,规定调度所及各发电厂在大停电事故后的应急措施和恢复策山东大学硕士学位论文略,并在实践
8、中取得了较好的效果。目前各个地区虽然都制定了适合本地区的黑启动方案,然而对于黑启动后的网架重构尤其是子系统间的并列问题的研究却相对滞后,没有形成关于系统并列的安全校验、通道选择、时机把握等一系列问题的理论。实际上,子系统间的并列操作对于系统恢复的可靠性及恢复进程有很大的影响。第一,并列操作对网架恢复方案的制定与优化有很大的影响:并列通道和并列时机的选择直接影响并列的可靠性与并列后的暂态过程,选择合理的并列方案能够减小并列风险,同时缩短并列时间。充分考虑系统并列对子系统间恢复控制的影响,有利于网架恢复方案的进一步优化和网架恢复在子系统间的扩大,该部分内容应该作为网架恢复问题的一个重要研究部分;第
9、二,并列操作的安全性必须进行校验。电力系统恢复中,并列两侧系统规模可能会比较接近,且系统网络规模较小,系统承受扰动能力较弱,很可能会出现并列后系统失稳问题,对并列操作的安全性进行校验是必要的:第三,并列条件的设定在电力系统恢复中的并列操作中至关重要:如果并列条件设定过宽,将会引起较大的暂态冲击或者产生持续的动态振荡,严重时甚至导致并列失败。如果设定并列条件过严,则会导致调整时间过长,延缓恢复进程。不同的电网状态对并列条件的要求是不同的,研究特定的电网环境下最适合的并列条件无疑具有重要的意义,如果能够根据系统恢复状态,适时合理地设定同期装置的整定值,调整电网并列条件,则能够很好的平衡并列的可靠性
10、和调整时间上的矛盾;第四,子系统间的并列为线路同期操作,在不满足并列条件时,同期装置不能对系统频率和电压进行自动调整,只能被动等待。如何进行调整以实现系统间并列条件更快的实现,对于加快系统恢复也非常重要。为了网架恢复方案制定的精确,加快系统恢复进程,同时增强并列的可靠性,研究恢复中系统间并列的问题显得十分重要。12电力系统恢复的主要研究领域及研究现状121恢复阶段的划分全系统停电或区域性全部停电后,恢复过程时间较长而且比较复杂,通常将整个过程分为黑启动、网架恢复和负荷恢复等三个阶段。1)黑启动阶段。所谓黑启动,是指整个系统因故障停电后,不依赖其它电网的帮助,通过系统中具有自启动能力机组的启动,
11、带动无自启动能力的机组,最终恢复机组运行能力的过程。黑启动过程,包括燃气轮机的自启动、空载线路及变压器充电,大型电动机启动等,从电磁暂态过程、机电暂态过程到准稳态的恢复过程,一般历时3060分钟。这一阶段主要是用系统中的黑启动电源分别向停止运行的火力发电厂提供启动电源,使它们恢复发电能力,重新并入电网,并开始形成一个个子系统。作为系统的启动电源可以是水轮发电机、燃气轮发电机、事故后存留在系统中的发电机(如跳闸后带自身厂用电的发电机)或解列后的孤立子系统和相邻系统的支援。在这一阶段涉及的主要问题有:机组的启动和运行特性、向空载线路和变压器充电引起的自励磁和过电压问题、变压器饱和引起的并联谐振问题
12、、孤立小系统的调频和调压问题等。2)恢复网架阶段。这一阶段将逐步恢复主网的网架,一方面加强发电厂之间的联系以提高对厂用电的供电可靠性,另一方面对一些子系统进行并列,从而建立一个稳定的网架,为下一阶段全面恢复负荷打下基础。当然,对于一些地区系统之间的较长联络线,可以暂缓投入并将它们放在负荷恢复以后进行,以免发生稳定性问题,并减少调度人员的紧张情绪。另外,对一些向边远地区不重要的负荷供电的线路,也可以暂时不必投入。这一阶段涉及的主要问题是避免发电机吸收的无功超过其进相能力和大量无功功率流过空载线路所产生的电压升高。有时为了吸收线路电容所产生的无功功率和降低线路的空载过电压,往往需要投入一定数量的负
13、荷。3)负荷恢复阶段。当火电机组已经启动并且有一定的发电能力,而且也已建立较为稳定的网架以后,便可以逐渐恢复负荷。这一阶段主要的问题是如何使系统频率和电压保持在允许范围之内,而且使线路不过载。由于火电机组的负荷增加速率有一定的限制,因此对负荷恢复限制最大的因素是系统频率下降。122黑启动研究现状从上世纪60年代开始,国外就丌始对电力系统恢复方案的制定问题进行了研究,明确了电力系统恢复要解决的问题,取得了一些有意义的成果。以靠近法国边界的意大利高压网络为例,对黑启动和故障后的恢复进行了实地试验,结合试验数据给出了故障恢复时各部分的模型。结合美国内布拉斯加电力系统讨论了使用遥远小水电作为启动电源来
14、启动大容量火电厂的黑启动方案,并将仿真结果和实际试验结果进行了比较,得出了较一致的结论。对系统中的不同发电机进行了故障后可靠性分析,对比给出了各种发电机在系统恢复时的不同特性。在水火电系统的恢复规律的研究中指出,如果系统中具有较大无功吸收容量的大型水电厂,可以对整个停电系统同时充电,此时系统内主力机组的启动和网架的重构可以同时进行。近年来,电力系统恢复问题也逐步引起了国内学者的广泛注意。即通过上海交通大学与华东电力调度局合作的方式对黑启动过程中的各种问题进行了仿真研究,包括自励磁、空载合闸过电压问题、系统恢复初期的低频振荡问题以及恢复过程中频率、电压问题。文中通过以华东电网为例,对天荒坪抽水蓄
15、能电站作为黑启动电源启动新安江水电机组的方案进行了计算分析,对黑启动过程中问题给出了相应的措施。通过华北电网成功地进行了国内首次电力系统黑启动试验,并对黑启动中一些问题进行了分析,其各项实测系统指标都能够满足要求,说明了故障后的黑启动方案是切实可行的。与此同时,其它部分电网、省局,如华中电网、天津电网、陕西电网、山东电网、吉林电网、江苏电网等,也都根据本系统的实际情况进行了电力系统恢复方案的研究,取得了一些有意义的成果。同时部分地区调度所及发电厂也制订了在大停电事故后自身的应急措施和恢复策略。2005年9月26日,台风“达维对海南电力设施造成了严重破坏,引发了部分电厂连续跳机解列,最终系统全部
16、瓦解,导致罕见的全省范围大面积停电。海南电网公司立即按照预定方案,紧急启用“电力系统恢复”方案,这是国内迄今为止除演练以外的第一次。由于事前准备预防工作充分,就在海南电网正式下达“电力系统恢复”命令后的仅l小时25分,就有电厂宣告成功“黑启动”,系统开始逐步恢复供电。尽管各个电力系统的实际情况有所不同,但通过对以往典型事故的分析,总结出恢复过程中需要考虑的各种问题,以及解决问题的各种措施和原则,对制定实际系统的恢复方案和措施有重要的指导意义。电力系统恢复过程需要考虑大量的离散控制变量及制约因素,是一个多目标、多阶段的混合非线性多约束优化问题,难以建立精确数学模型,且难以求解。目前大部分电力系统
17、的恢复决策都是按预先制定的规程来进行。由于电力系统复杂的特性,在事故恢复过程中要考虑各种限制条件、设备状态、开关操作等,用传统的数值计算方法已不能很好地解决问题。近年来,各种电力系统恢复决策技术的出现为解决恢复问题提供了新的选择,如专家系统、模糊理论、Petri网、人工神经网络、多agent系统、混合整数规划法等。采用专家系统来优化黑启动方案,在决策支持系统中采用专家系统处理知识性的规则预选出数个较优的启动方案,通过数值仿真来检验方案的可行性,最后用风险决策中的期望值法则算出各方案的期望发电量。将恢复方案等知识转化为启发式规则,借助专家系统的知识推理能力,确定数个较优的启动方案,并通过数值仿真
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