فایل مارکت

ميزان‌سازي تنظيم كننده‌هاي ولتاژ ژنراتورهاي سنكرون با به كارگيري مدل ژنراتور درون خطي (on-line generator)

چكيده

تنظيم، رگولاتورهاي ولتاژ اتوماتيك براي كنترل ولتاژ ژنراتورهاي يك سيستم قدرت در بسياري وضعيت ها براي حالت مدار باز يك ژنراتور سنكرون انجام شده است. معادلات اساسي ماشين هاي الكتريكي و همچنين اندازه گيري هاي دقيق نشان داده است كه AVR ها در حالتي كه به شبكه متصل هستند و تحت بار نامي كار مي كنند بكلي رفتار متفاوتي نسبت به حالتي كه مدار باز هستند از خود نشان مي دهند. اين مقاله  روشي را براي تنظيم يك AVR تحت بار نامي ارائه كرده و سپس مقايسة حالت گذرا را در ولتاژ ترمينال در حالت متصل به شبكه و open-circuit مي پردازد.

موضوع مورد مطالعه نصب يك ژنراتور در calgorcg ، Canada بود و در آن مشاهده كرديم كه هنگامي كه يك AVR را در حالتي كه به شبكه متصل است تنظيم مي كنيم بهبودي  بيشتري در ميرايي حالت گذرا حاصل مي شود. همچنين در اين حالت در انتقال توان نيزف ميرايي بيشتري در در حالت گذرا حاصل مي شود.

1. مقدمه

در بسياري از مواقع، رگولاتورهاي ولتاژ در نيروگاه ها براي ايجاد ميرايي قابل توجه براي شرايط گذرا در حالت مدار باز نصب مي شوند، در بسياري از مواقع، در اين رويه ميزان سازي لازم است كه ابتدا هم خود AVR و هم ژنراتور سنكرون را بر روي يك كامپيوتر آنالوگ و يا ديجيتال مدل كنيم (همانند شكل 1) تنظيمات مربوط به AVRها معمولاً در نيروگاه و در حين تصدي فازهاي ژنراتور و كنترل كننده ها، انجام مي گيرد.

شكل 1) بلاك دياگرام مربوط به مدل مدار باز يك ژنراتور به منظور تنظيم AVR ها

با كمي تلاش مي توان اي ن روش تنظيم سازي در شرايط مدار باز را به گونه اي به كار بريم كه بتوانيم با كمك آن AVR ها را تحت بار نيز تنظيم كنيم. اگر AVR هاي مدار باز تأثير منفي بر روي عملكرد سيستم هنگام فعاليت در حالت مدار بسته نداشته باشد نيازي به اعمال تغيير بر روي تنظيمات AVR نداريم اما اگر نوسانات سيستم همچنان تداوم داشته باشد، هنگامي كه بار ژنراتور در حال كاهش است و يا هنگامي كه يك خط اتصال و يا يكي از بارها غالب هستند. آنگاه اين به منزلة تنظيم نبودن AVR مي باشد در چنين شرايطي معمولاً بواسطه چندين فيدبك حول ژنراتور سعي در پايدارسازي سيستم مي‌كنند. اين فيدبك ها كه مشتمل بر پايدارسازي هاي قدرتي هستند در سال‌هاي اخير عنوان بسياري از مقالات در اين زمينه بوده كه از بين آنها نتايج بسياري قدرتي هستند در سالهاي اخير عنوان بسياري از مقالات در اين زمينه بوده كه از بين آنها نتايج بسيار مثبتي نيز اخذ شده كه بكارگيري آن نتايج در هنگام نوسانات سيستم و يا مواقعي كه  مسأله تداخل مشكلاتي را در سيستم قدرت ايجاد نموده بسيار سودمند بوده است.

اولين سوالي كه معمولاً به ذهن خواننده مي رسد اين است كه آيا در شرايطي كه با مدل هاي سنتي تنظيم AVR ها سروكار داريم، تنظيم يك AVR تحت بار مي توان سبب بهبود  ميرايي گردد و يا مي تواند پايداري ژنراتور را در حالت بي باري متضمّن شود؟ اين نوشتار سعي بر آن دارد كه به اين سوال در نمونه عملي از كاربرد يك AVR ايستا (STATIC) بر روي يك خط 400  MW در نيروگاه Canada , Calgary پاسخ دهد. در ابتدا روشي براي تعيين مدل ژنراتور خط از دو سر AVR ارائه مي كنيم، از اين مدل براي تحقيق در مورد وضعيت ها و حالات مختلف AVRها استفاده مي كنيم. و از شيوه ROOT LOCUS براي تعيين تأثيرات بر روي حالت گذراي سيستم هنگام تنظيم مجدد AVRها استفاده مي كنيم و سرانجام بين حالت گذراي ايجاد شده در اين روش و حالت گذراي ايجاد شده در روشي كه AVRها در تحت شرايط مدار باز تنظيم مي شوند مقايسه اي صورت مي دهيم. كنترل كننده هاي پيش سو را به كار برده و سرانجام حالت گذراي ايجاد در AVR‌هاي بهينه شده را با حالت گذراي ايجاد شده در AVRهاي مدار باز را با هم مقايسه مي كنيم و البته حالات گذرا در هر دو نوع AVR را در حوزة زمان نيز با هم مقايسه خواهيم نمود.

روند ميزان سازي توصيف شده در اين مقاله از مدل سادة تك ورودي، تك خروجي بهره مي گيرد. كاملاً‌ بديهي است كه يك سيستم قدرت يك سيستم چند متغيره و بنابراين به كار بردن يك مدل گسترده قطعاً دقيق تر خواهد بود. همچنان كه مقالات زيادي نيز در مورد سيستم هاي كنترل مدرن (در سيستم هاي نوع 2 و 3 و 4) نوشته شده است كه از دقت بالاتري نيز برخوردار هستند اما به هر حال بايد بگوييم كه تمامي اين سيستم ها براي تحليلشان از كامپيوترا و روش هاي همسان بهره گرفته اند كه نتيجه تحليل آنها طراحي سيستم هاي رتبه بالا و Multi-feedback شده كه اجرا عملي آنها غيرممكن مي‌باشد.

بسياري از مقالات نيز بر روي مدل state-space (فضاي حالت) در ارتباط با سيستم هاي چند ورودي و چند خروجي كار كرده اند و تأثير بر روي مقادير ويژة يك كنترل كننده را مورد مطالعه قرار داده اند. اين نوشتار نيز يك سيستم چند ورودي و چند خروجي را مورد مطالعه قرار داده و به تحليل گر سيستم اين امكان را مي دهد كه بتواند تأثير آن بر روي يك سيستم مجزا، ببيند. تعداد مقادير ويژه در يك سيستم پيچيده نسبتاً بزرگ است اما تكنيك‌هايي در جهت كاهش تعداد آنها به كار خواهيم برد تا بتوانيم تنها بر روي مقايدر مهم و غالب آنها كار كنيم. روش تنظيم AVR بحث شده در اين نوشتار مشتمل بر دو مرحله است : مرحلة اول : روش هاي پاسخ فركانسي بر روي سيستم تا بتوان از روي آن مدل درون خطي (on-line) ژنراتور را كه رگولاتور ولتاژ تحت بار نرمال مي بيند بدست آوريم.

مرحلة دوم : به كار بردن اين مدل در روي root locus و فضاي حالت و استفاده از مقادير ويژه به منظور مطالعه تأثيرات ناشي از تغيير پارامترهاي AVR بر روي پايداري سيستم. يكي از مزاياي استفاده از مدل كاهش يافته (ساده شده) ژنراتور اين است كه اين مدل نگرشي جديد نسبت به، به كار گيري AVR ها درون خطوط به منظور بهبود كارآيي ژنراتورهاي ارائه مي‌دهد.

2. ژنراتور، AVR و مدل هاي سيستم

همانطور كه پيشتر بيان شد، سيستم تحت مطالعه يك ژنراتور 400 MW حرارتي بوده كه در منطقه  در كانادا مستقر شده است. بلاك دياگرام سيستم مزبور در شكل 2 به همراه بازة تغييرات هر يك از پارامترهاي AVR نشان داده شده است. و در اين شكل هم چنين مقادير پيش فرض براي متغيرهاي AVR كه توسط كارخانة سازنده و يا نيروگاه مزبور تعيين شده نيز به نمايش درآمده است. كه ميزان ميرايي مطلوب را در حالت مدار باز بيان مي كند. مدل نشان داده شده در شكل 2 براي ژنراتور مدار باز مي باشد. همانگونه كه بيان شد، AVR توسط جبران ساز Lead-Lag و در يك مسير پيش سو و در يك حلقة جريان پس خور توصيف شده است.

شكل 2ژنراتور مدار باز مي باشد

مدل ژنراتور درون خطي از روي نرم افزار  پايداري گذرا كه در نيروگاه Calgary مورد استفاده قرار مي گيرد. اقتباس شده كه در آن سيستم مورد نظر حاوي 9 ژنراتور مي باشد. روش پاسخ فركانسي براي بدست آوردن پاسخ تبديل مربوط به  و همچنين مربوط به  مي باشد (در SD3) در حالي كه ماشين در بار كامل و تحت ضريب توان 9/0 پس فاز در حال كار كردن است. تابع تبديل ژنراتور درون خطي نيز در شكل 3 نشان داده شده است. اين توابع تبديل جايگزين توابع تبديل مربوط به مدل حلقه باز شده و سرانجام به تنظيم ژنراتور در مدل درون خطي مي پردازيم.

شکل 3تابع تبديل ژنراتور درون خطي

اكنون مايليم تا مقايسه اي بين حالت گذراي ژنراتور در مدل ساده شده كه در شكل 3 نشان داده شده و حالت گذراي بدست آمده از نرم افزار پايداري گذراي كه در آن تمامي ماشين ها منظور گشته اند، داشته باشيم.

شكل 4 نتايج اين مقايسه را در ولتاژ پايانة «SD3» (Sundance#3 : نام نيروگاه) يعني vf به ازاي يك disturbance (اختلال) همسان كه به AVR ها در هر دو مدل اعمال شده را نشان مي دهد، از اين شكل چنين برمي آيدكه منحني مربوط به مدل مختصر شده با دقت قابل قبولي منطبق بر نمودار واقعي مي‌باشد بنابراين اين تعريف، تقريب مناسبي بوده و قابل استفاده است.

گام بعدي به تشريح حالت گذرا در ولتاژ پايانه هنگامي كه ژنراتور در مدل مدار باز تنظيم مي شود و هنگامي كه در مدل درون خطي دستخوش تغيير مي گردد مي پردازد، حالت گذراي بدست آمده از ميزان سازي AVR براي يك مدل مدار باز مي توان ملاكي براي اندازه گيري و يا تنظيم ساير AVRها باشد.

ميزان‌سازي تنظيم كننده‌هاي ولتاژ ژنراتورهاي سنكرون