بررسی حالت های کارکرد ژنراتور، موارد و نکات موازی کردن ژنراتورها و شبکه

بررسی حالت های عملکرد ژنراتور، تعریف مستقل ، جزیره ای و موازی با شبکه

یک آلترناتور یا ژنراتور توان تولید می کند تا بتواند دو هدف را تأمین کند. مورد اول تأمین نیرو به طور مستقیم به بار یا مصرف کننده است. مورد دوم تأمین برق شبکه است. به عنوان مثال در مورد نیروگاه، چند آلترناتور برق شبکه را تامین میکنند و مصرف کننده مستقیمی وجود ندارد. بر اساس هدف تولید توان ژنراتورهای میتوانند در حالتها و آرایش های مختلف استفاده شوند.

حالت های عملکرد ژنراتور

برای ژنراتورها سه حالت کار وجود دارد: مستقل ، جزیره ای و موازی با شبکه. هر حالت بهره برداری نیاز به کنترل سوخت توربین خاص و کنترل تحریک ژنراتور دارد. در این پست ویژگی های هر روش عملکرد را شرح می دهیم.

حالت کارکرد ژنراتور مستقل یا Stand-alone Operation

در عملکرد مستقل ، یک ژنراتور با سایر ژنراتورها یا یوتیلیتی ها ارتباطی ندارد. به عنوان یک واحد جدا شده ، توان تمام بارهای متصل را تامین مینماید. نمونه ها این حالت عبارتند از: ژنراتورهای اضطراری ، ست دیزل ژنراتورهای به هم پیوسته یا قابل حمل.

امکانات:

• سوخت بیشتر / کمتر، باعث افزایش / کاهش فرکانس (هرتز) می شود.
• جریان تحریک بیشتر / کمتر باعث افزایش / کاهش ولتاژ (kV) خواهد شد.
• بار کل، میزان توان خروجی ژنراتور را تعیین می کند (MW، MVAr)
• گزینه های کنترل سوخت موتور: کنترل سرعت ایزوکرون (isochronous) ، کنترل سرعت دروپ (droop)
• گزینه های کنترل جریان تحریک: کنترل ولتاژ ثابت ، کنترل ولتاژ دروپ (droop)
• در صورت فعال بودن حالت های کنترل دروپ ، سیستم مدیریت توان می تواند فرکانس باس و ولتاژ را ثابت نگه دارد.(در غیر اینصورت لازم نیست).
• مدل آنالیزهای پخش بار (load flow ): باس منقطع (همچنین باس مرجع ، باس سوئینگ)

حالت ژنراتور موازی با شبکه یوتیلیتی یا سراسری

اگر یک ژنراتور با شبکه یوتیلیتی یا سراسری موازی شود و به عنوان یک باس نامتناهی در نظر گرفته شود ، شبکه،  فرکانس ، سرعت و ولتاژ ژنراتور را تعیین می کند. به عنوان مثال، یک ژنراتور صنعتی است که برای تولید همزمان مورد استفاده قرار می گیرد. در عمل چنین مجموعه ژنراتور نمی تواند فرکانس را تغییر دهد ، اما می تواند ولتاژ ترمینال ژنراتور را کمی تغییر دهد.

امکانات:

• سوخت بیشتر / کمتر، باعث افزایش / کاهش قدرت فعال ژنراتور (MW)
• جریان تحریک بیشتر یا کمتر باعث افزایش / کاهش قدرت واکنش ژنراتور (MVAr)
• اشبکه، فرکانس (هرتز) ، سرعت (دور در دقیقه) و ولتاژ (کیلو ولت) را تعیین می کند
• مقدار تفاوت بین بار کل کارخانه و توان خروجی ژنراتور وارد یا صادر می شود (MW ، MVAr)
• گزینه های کنترل سوخت موتور: کنترل سرعت دروپ ، کنترل بار پایه (MW)
• گزینه های کنترل جریان تحریک: کنترل ولتاژ دروپ ، کنترل VAR ، کنترل PF
• سیستم مدیریت انرژی می تواند قدرت ورودی یا صادر شده (MW ، MVAR) یا ضریب توان را ثابت نگه دارد.
• مدل تحلیل پخش بار: باس PQ (همچنین باس بار) ، باس PV (همچنین باس ژنراتور)

کارکرد جزیره ای ژنراتور یا Island Operation

در جالت کارکرد جزیره (آیسلند)؛ یک ژنراتور با ژنراتورهای دیگر متصل است ، اما با شبکه متصل نیست. به عنوان یک سیستم جدا شده ، ژنراتورها تمام قدرت بار متصل شده را تأمین می کنند. به عنوان نمونه می توان به سیستم های قدرت در کشتی ها ، روی سکوهای دریایی یا در بیابان اشاره کرد. ژنراتورها با هم فرکانس ، سرعت و ولتاژ را تعیین می کنند و کل بار (MW ، MVAr) باید به اشتراک گذاشته شود. در مورد نحوه تنطیم فرکانس و سرعت یا ولتاژ ژنراتورها در این حالت، در ادامه توضیح داده خواهد شد.

امکانات:

• سوخت بیشتر / کمتر باعث افزایش / پایین آمدن قدرت فعال ژنراتور و فرکانس باس (MW ، هرتز) می شود.
• جریان تحریک بیشتر یا کمتر باعث افزایش / کاهش قدرت واکنش ژنراتور و ولتاژباس (MVAr ، kV) می شود.
• کل بار کارخانه مجموع قدرت کلیه ژنراتورها را تعیین می کند (MW ، MVAr)
• گزینه های کنترل سوخت موتور: کنترل سرعت دروپ
• گزینه های کنترل جریان تحریک: کنترل ولتاژ دروپ
• سیستم مدیریت نیرو ، فرکانس و ولتاژ باس را ثابت نگه می دارد ، در حالی که شیرینگ بار (MW ، MVAr) متناسب یا هزینه را نسبت به تمام مجموعه های ژنراتور بهینه می کند.
• مدل تجزیه و تحلیل پخش بار: حداقل یک ژنراتور (یا یک شبکه ساختگی فرضی) باید باس slack باشد، ژنراتورهای دیگر ممکن است باس PQ یا PV باشند.

توجه داشته باشید که در عین ثابت نگهداشتن ولتاژ باس ، گاهی اوقات از جبران جریان متناوب برای به اشتراک گذاشتن توان راکتیو استفاده می شود. اما ما سیستم مدیریت انرژی یا تجهیزات اشتراک گذاری بار VAr را ترجیح می دهیم.

حالت تغییرات کارکرد ژنراتور

کلیه حالت های عملکرد پس از بستن یا باز شدن بریکرها، در پیکربندی موجود در تصویر زیر امکان پذیر است. در طول مطالعه سیستم برق ، این مورد باید مورد توجه قرار گیرد. ما به شدت توصیه می کنیم در این پیکربندی از سیستم مدیریت نیرو ( PMS ) استفاده کنید.

آیزوکرون یا دروپ کنترل برای ژنراتورها (Isochronous Vs Droop Control )

کنترل Isochronous یا هم زمان چیست؟ و دروپ کنترل چیست؟ چه موقع باید از کنترل سرعت ایزوکرون استفاده کنید و چه زمانی نیاز به کنترل دروپ دارید؟ جبران دروپ راکتیو چیست؟ اینها سؤالاتی است که درکارکرد ژنراتورها بسیار مهم بوده و در اینجا به آن پاسخ خواهیم داد.

چرا باید از کنترل دروپ استفاده کنید؟

فرض کنید که یک ژنراتور با شبکه موازی است. اگر به عنوان یک باس نامتناهی در نظر گرفته شود ، شبکه، فرکانس ژنراتور (سرعت) و ولتاژ را تعیین می کند. هنگامی که میزان تنظیم سرعت (و فرکانس) ژنراتور کمی پایین تر باشد، گاورنر سرعت، در تلاش برای کاهش فرکانس، منبع سوخت را به طور کامل می بندد. اگر میزان تنظیم کمی بالاتر باشد، گاورنر سرعت، تأمین سوخت را به طور کامل باز می کند. برای تنظیم کننده ولتاژ خودکار(رگولاتور ولتاژ) و توان راکتیو  چیزی مشابه این اتفاق می افتد. برای حل این مشکلات ، از کنترل دروپ (droop) استفاده می کنیم.

کنترل سرعت ایزوکرون و دروپ

در حالت کنترل سرعت ایزوکرون، سرعت پس از اعمال یا رد یک بار، به نقطه تنظیم سرعت اصلی باز می گردد. اما در کارکرد موازی ژنراتورها ، این امر باعث بی ثباتی فرکانس می شود.

در حالت کنترل سرعت دروپ، سرعت در هنگام بارگذاری ژنراتور از حالت بی باری تا بار کامل، توسط یک درصد ثابت کاهش می یابد. این عمل در صورت کار موازی ژنراتورها، یک نقطه کاری پایدار را برای هر بار فراهم می کند.

شیب دروپ یک تنظیم ثابت است که عمدتا بین ۳ تا ۵ درصد است. اما اپراتور یا سیستم مدیریت انرژی می تواند نقطه تعیین سرعت را به منظور تنظیم موارد ذیل تنظیم کند:

• بازگشت به فرکانس نامی در حالت عملکرد مستقل ژنراتور
• تغییر توان اکتیو (MW)، در  حالت کارکرد موازی ژنراتور

کنترل ولتاژ ثابت و جبران دروپ راکتیو

در حالت کنترل ولتاژ ثابت ، ولتاژ پس از اعمال یا رد یک بار ، به نقطه تنظیم ولتاژ اصلی باز می گردد. اما در عمل موازی ، این امر باعث بی ثباتی همانطور که در بالا توضیح داده شد ، می شود.

در حالت کنترل ولتاژ دروپ یا حالت جبران دروپ راکتیو ، هنگامی که ژنراتور از حالت بدون بار تا بار کامل می رود ، ولتاژ با درصد ثابت کاهش می یابد. این کار در صورت کار موازی یک نقطه کاری پایدار را برای هر بار فراهم می کند.

شیب دروپ یک تنظیم ثابت است که عمدتا بین ۲ تا ۴٪ است. اما اپراتور یا سیستم مدیریت انرژی می تواند نقطه ولتاژ را تنظیم کند تا:

• بازگشت به ولتاژ نامی در حالت عملکرد مستقل ژنراتور
• تغییر توان اکتیو (MVAr)، در  حالت کارکرد موازی ژنراتور