theme wordpress
دیزل ژنراتور

سنکرون کردن دیزل ژنراتور های متفاوت: قسمت۴ – تطبیق پذیری سیستم تقسیم بار

پیشنهاد می شود قبل از مطالعه ای این مطلب، قسمت ۱ و ۲ و ۳ که در لینک های زیر نمایش داده شده است را بخوانید
سنکرون یا موازی کردن دیزل ژنراتور های متفاوت – قسمت ۱
سنکرون یا موازی کردن دیزل ژنراتور های متفاوت – قسمت ۲
سنکرون کردن دیزل ژنراتور های متفاوت: قسمت ۳ – ژنراتور های سازگار
دیزل ژنراتور ها در صورتی می‌توانند به صورت پایدار و صحیح در  حالت موازی کار کنند که بار روی ژنراتور‌ها کاملا کنترل شود. زمانی که ژنراتورها با هم روی یک باس که با شبکه سنکرون نشده است کار می‌کنند، دارای تجهیزاتی هستند که این امکان را ایجاد می‌کنند تا هر ماشین درصد برابری از بار  روی کل سیستم را تامین کند. به این قابلیت سیستم کنترل تقسیم بار می‌گویند. آپشن های زیادی برای تقسیم بار از شرکت های مختلف موجود می‌باشد، و خیلی از این قابلیت‌ها انطباق پذیر با یکدیگر نیستند. در نتیجه، وقتی سنکرون کردن ژنراتور‌های متفاوت را در نظر می‌گیریم، یا یک ژنراتور به سیستم موازی و سنکرون قبلی اضافه می‌کنیم، مهم است که تا بفهمیم تقسیم بار چگونه اتفاق می‌افتد. فاکتور‌های تقسیم بار وقتی یک دیزل ژنراتور در شرایط سنکرون و موازی است، شبکه ولتاژ و فرکانس دیزل ژنراتور را در مقدار معینی ثابت می کند و فرکانس و ولتاژ شبکه به دیزل ژنراتور تحمیل می‌شود.(به علت این که شبکه باس بی‌نهایت است در زمان سنکرون شدن با آن مقدار ولتاژ و فرکانس دیزل ژنراتور با شبکه یکی می‌شود.)در نتیجه، کنترلر دیزل ژنراتور نمی‌تواند با اندازه گیری ولتاژ و فرکانس باس و مرجع قرارد دادن آن ها یک مقدار ثابت توان اکتیو و راکتیو در خروجی دیزل ژنراتور ایجاد کند. اگر، برای مثال، یک دستگاه در سطح تحریک بالاتری نسبت به دیگر دستگاه کار کند، توان راکتیو به مقدار مساوی تقسیم نخواهد شد. اگر، سرعت یک دیزل ژنراتور نسبت به دیگر دیزل ژنراتور در مقدار متفاوتی تنظیم گردد، این دیزل ژنراتور ها توان حقیقی مساوی تقسیم نخواهند کرد. هر دیزل ژنراتور در سیستم دارای دو سیستم کنترلی همیشه فعال است: کنترل کننده تحریک که باعث تنظیم ولتاژ می شود، و سیستم کنترل سوخت که باعث تنظیم سرعت دیزل ژنراتور می شود. دیزل ژنراتور‌ها می‌توانند بار اکتیو تقسیم کنند و در تقسیم بار راکتیو مشکل داشته باشند و بالعکس. تقسیم باری، مورد تایید است که تقسیم بار اکتیو و راکتیو را در هر دو حالت  گذارا و پایدار به درستی انجام دهد،. تقسیم بار اکتیو ( Kw و یا ضریب توان 1) بستگی به کنترل سرعت و کنترل مقدار نرخ سوخت بین دیزل ژنراتورها بر اساس درصد بار اکتیو دارد.  تقسیم بار راکتیو( kvar و یا بار با ضریب توان صفر) مستقیما بستگی به کنترل ولتاژ و سیستم تحریک دارد که آن وابسته به درصد بار بین ژنراتور ها است. اگرچه گاهی اوقات ممکن است سیستم های متفاوت برای سازندگان مختلف را ترکیب کرد، گاورنر دیزل ژنراتورها و سیستم کنترل بار باید از یک سازنده باشند تا از تداخل و مشکل در سیستم جلوگیری کرد. اگر این ممکن نبود، از گزینه‌هایی که در این مقاله عنوان می‌گردد، می توان به عنوان راه حل استفاده کرد. چندین نوع کنترل تقسیم بار وجود دارد:
  • استفاده از دروپ گاورنر و تنظیم کننده ولتاژ(جبران کننده دروپ راکتیو)
  • تقسیم توان اکتیو همزمان
  • تقسیم بار توان راکتیو همزمان
  • جبران کننده ضربدری جریان برای تقسیم بار راکتیو
  کنترل تقسیم بار دروپ همانطور که در شکل  نمایش داده شده است، گاورنر دروپ یا تنظیم کننده ولتاژ دروپ اجازه می‌دهد که با افزایش بار سرعت دیزل ( Hz ) یا ولتاژ ژنراتور با درصد خاصی که از قبل تنظیم شده کاهش یابد. در مقابل، اگر هر دو ماشین با ولتاژ و فرکانس برابر در بی‌باری استارت شوند، و این مقادیر را در طول تمامی بار ها نگه دارند(در حالت پایدار)، در این حالت می‌گویند که سیستم به صورت همزمان در حال کار است.
مقایسه تقسیم بار دروپ و همزمان
شرایط زیر برای اینکه سیستم دروپ به درستی عمل کند نیاز است:
  • ژنراتورها باید فرکانس و ولتاژ برابر در حالت بی باری داشته باشند
  • هر ژنراتور باید از بی باری تا بارداری کامل در مقدار برابر دروپ ولتاژ ست شوند(دروپ ولتاژ ژنراتور ها باید برابر باشد)
  • هر ژنراتور باید در مقدار دروپ برابر از بی باری تا بار کامل ست شود(دروپ فرکانس ژنراتور ها باید برابر باشد).
هیچ ارزشی ندارد که دروپ فرکانس و ولتاژ دارای درصد برابری نباشند. دروپ را می توان از فرمول :
فرمول محاسبه دروپ ولتاژ و فرکانس
شکل شماره 2 تاثیر تنظیم ناصحیح ولتاژ بی‌باری را نمایش می‌دهد. ژنراتور ۱ همیشه بار بیشتری از ژنراتور 2 تولید می کند. ژنراتور 2 توان معکوس راکتیو در بی باری تحمل می کند.
تصویر 3 تاثیر تنظیم دروپ نامساوی را نمایش می دهد.
ژنراتور ها در یک فرکانس بی باری مساوی استارت سنکرون می شوند. ولی دروپ متفاوت دارند. ژنراتور ۱ همیشه از ژنراتور ۲ بیشتر بار دارد
در نظر داشته باشید که سیستم همیشه نیاز به تقسیم بار اکتیو و راکتیو دارد، ولی نیازی نیست که هر دو از یک سیستم باشد. یکی می‌تواند همزمان (Isochronous)  و دیگری می تواند دروپ(Droop) باشد. تقسیم کننده VAR از طریق دروپ را به اسمه ” جبران کننده دروپ ” می نامند. مهمترین امتیاز استفاده از دروپ در حالت سنکرون یا موازی، این است که اجازه می‌دهد هر ژنراتور غیر همانندی بدون نگرانی بابت رابط تقسیم بار (Load Sharing interface)با ژنراتور دیگر سنکرون شود. تغییرات ولتاژ که به خاطر کارکرد دروپ اتفاق می‌افتد، در باس تنها(باسی که با برق شهر سنکرون نشده است) زیاد نیست، اما تغییرات فرکانسی به خاطر کارکرد دروپ می تواند چشم گیر باشد، مخصوصا در حالت استندبای و امرجنسی که بار تغییرات زیادی در طول کارکرد دارد. مقدار معمول دروپ برای فرکانس و ولتاژ معمولا بین 3-5 درصد از بی‌باری تا بار کامل است. دروپ گاورنر را می‌توان برای کنترل بارگیری در یک ژنراتور موازی با شبکه استفاده کرد، به دلیل اینکه فرکانس شبکه معمولا خیلی ثابت است. دروپ راکتیو خیلی برای موازی کردن با شبکه موثر نیست به این دلیل که تغییر بار در شبکه باعث تغییر زیاد ولتاژ در شبکه می گردد. زمانی که ژنراتور ها با شبکه بی‌نهایت سنکرون می‌شوند حتما باید از کنترل کننده ی Var/power factor ( ضریب قدرت)  استفاده کرد. جبران کننده ضربدری جریان جبران کننده جریان ضربدری، عبور جریان الکتریکی بین ژنراتور ها است که به علت تحریک های مختلف در آن دیزل ژنراتور‌ها ایجاد می شود. جبران کننده ضربدری یک ویژگی  است که کارکرد ژنراتورها را بدون استفاده از دروپ ولتاژ امکان پذیر می کند .این به وسیله‌ی نصب یک CT  جریان دروپ، معمولا در فاز “B”  هر ژنراتور و اتصال CT ها به یکدیگر  ایجاد می‌شود تا یک تغذیه بایاس(Bias) همانند برای تمام AVR ها ایجاد کند این سیستم وقتی تمام تنظیم کننده های ولتاژ(AVR) از یک سازنده و یک مدل هستند بهترین کارکرد را دارند. همه ی AVR ها نمی توانند با هم در این شرایط کار کنند، در نتیجه بهترین روش این هست که تمام تنظیم کننده های ولتاژ که از جبران کننده ضربدری استفاده می کنند همانند باشند. اگر کارکرد همزمان سیستم مورد نیاز است، بهترین روش این است که تمام سیستم های تقسیم بار همانند باشند. ممکن است نیاز باشد که تمام تنظیم کننده های ولتاژ را با یک مدل جدید تعویض کنیم. استفاده از جبران کننده جریان ضربدری باعث می‌شود دروپ عمدی در ولتاژ از بی باری تا بار کامل نداشته باشیم، در نتیجه از دیدگاه کارایی این سیستم بهتر از سیستم جبران کننده دروپ راکتیو است. تقسیم بار KW و KVAR همزمان سیستم های کنترل تقسیم بار همزان سیستم های فعال کنترلی هستند که مقدرا توان اکتیو و راکتیو را در یک ژنراتور خاص اندازه گیری می‌کنند، مقدار آن را با بار اکتیو و راکتیو روی شبکه مقایسه می‌کنند، وسیستم تحریک و گاورنر را کنترل می کنند تا درصد بار روی ژنراتور برابر با درصد بار روی سیستم باشد. تقسیم بار برای قابلیت انطباق موازی کار کردن حیاتی می باشد، زیرا ارتباط تقسیم بار تنها نقطه ای است که کنترلر های دیزل ژنراتورها زمانی که روی یک باس تنها سنکرون هستند ارتباط برقرار می‌کنند
شکل ۴ نمایش دهنده یک باس تنها و رابط دیزل ژنراتورها توابع سنکرون کننده و سیستم کنترل اصلی است تنها رابط بین دیزل ژنراتورها سیگنال تقسیم بار است
تصویر 4 این رابط را نمایش می دهد. برای فراهم کردن قابلیت تقسیم بار، هر ژنراتور روی سیستم باید کنترلر هایی داشته باشند که مقدار کل درصد برا اکتیو و راکتیو را روی ماشین ها محاسبه کنند، و سپس آنها را با سیستم مقایسه کند. روشهای مختلفی در بازار برای فراهم کردن این ارتباط وجود دارد. در کل، آنها را می توان به 2 گروه بزرگ تقسیم کرد:
  • سیستم هایی که از سیگنال های آنالوگ برای تقسیم بار استفاده می کنند
  • سیستم های که از سیگنال های دیجیتال برای ارتباط تقسیم بار استفاده می کنند
سیستم های کنترل آنالوگ معمولا سریع تر از سیستم های دیجتال هستند و آنها را معمولا می‌توان بین سازنده‌های مختلف تطبیق دارد. کامینز یک ماژول رابط آنالوگ برای تقسیم بار (ILSI) تولید می کند که می‌توان به عنوان رابط بین سییتم کنترل کامینر PowerCommand  با دیگر سیستم های آنالوگ استفاده کرد. سیستم های کنترل/ارتباط دیجیتال برای هر سازنده متفاوت است، در نتیجه هر سیستم که از این کنترل ها استفاده می‌کند نیاز دارد که توابع تقسیم بار را با همان مدل و سازنده استفاده کند. کنترلر‌های متمرکز سنکرون کننده جدید ( آنهایی که تمام قابلیت و توابع سنکرون رای یک یک برد تنها دارند) از ارتباط دیجیتال خاص خودشان برای تقسیم بار استفاده می کنند. در نتیجه، وقتی نیاز به اضافه کردن دیزل ‌ژنراتور جدید در سیستم است پیشنهاد این است که کنترلر های قدیم قبلی تعویض و همه یکسان گردند. تعویض برد مرسوم است زیرا قیمت آن نسبت به گذشته خیلی کمتر شده است و برد های با قابلیت تقسیم بار خیلی ارزان تر شده اند. این روش شاید در گذشته امکان پذیر نبود ولی الان یک راه حل مناسب می باشد. برد‌های جدید قابلیت تقسیم بار و سنکرون را کامل به صورت مجتمع و یکی شده در خود به عنوان یک برد کامل دارند، که یک رابط تقسیم بار مشترک دارند( سیگنال کنترل سرعت برای گاورنر و سیگنال کنترل ولتاژ برای AVR)، که باعث می‌شود کنترلر با هر دیزل ژنراتوری به راحتی کار کند. استفاده از مودهای مختلف برای تقسیم بار در دسترس بودن برد‌های کنترل سنکرون کننده جهت ارتقای تجهیزات باعث شده که روش های مختلفی برای اضافه کردن یک دیزل ژنراتور به سیستم موجود  ایجاد شود و همچنین چندین راهکار برای چگونگی ارتقا پیشنهاد می‌دهند. وقتی که سعی می کنیم تجهیزات تقسیم بار سازنده‌های مختلف را ارتباط دهیم، این ممکن است که تا سیستم را طوری تنظیم کنیم که تعدادی از دیزل ژنراتور‌ها در یک بار ثابت کار کنند ُ و بقیه در حالت تقسیم بار کار کنند. دیزل ژنراتوری که در حالت بار پایه‌ای کار می‌کند فقط در یک بار تولید می‌کند در حالی که ژنراتور‌های دیگر که در حالت تقسیم بار همزمان کار می‌کنند، با بار موجود بالانس می‌شوند و شناور هستند.گاهی اوقات بار ثابت ماشین ها به وسیله PLC تغییر می کند. این سیستم زمانی که تغییرات بار زیاد لحظه‌ای در سیستم وجود ندارد مناسب است.
دو ژنراتور همانند و یکی نا همانند. نول نا همانند وصل نشده است
عکس شماره ۵ شرایطی را نمایش می‌دهد که سه عدد ژنراتور ‍۱۰۰۰ کیلووات در یک سیستم به هم متصل شده اند، که یکی از آنها متفاوت است. در این حالت، به خاطر این که سیستم به صورت باس تنها است، فرض می کنیم که ژنراتورها از طریق دروپ تقسیم بار راکتیو انجام می‌دهند. تقسیم بار توان اکتیور از طریق روش هایی که گفته می‌شود امکان پذیر است. ژنراتور ۳ (ژنراتوری که رنگ آن زرد است) طوری تنظیم می‌شود که به عنوان دیزل ژنراتور اول استارت نمی‌شود، و از آن استفاده نمی‌شود تا زمانی که یکی از دیگر ژنراتور‌ها روی باس باشد. برای تقسیم بار اکتیو از دروپ استفاده می‌کند. در شرایطی که ژنراتورهای دیگر در فرکانس ۵۰ هرتز کار کنند، ژنراتور ۳ در یک سرعتی مقداری کمتر از حالتی که باید با ماشین‌‌های دو ژنراتور دیگر سنکرون باشد و ۵۰۰ کیلووات بار تامین کند ست می‌شود. با حالتی که ژنراتور یک و دو در حال کار هستند و بار را تامین می کنند، ژنراتور ۳ سنکرون می‌شود و روی باس بسته‌ می‌شود و مقدار بار تعیین شده را تامین می‌کند. این دیزل ژنراتور(سه) مقدار بار ثابتی را تامین می کند تا وقتی که از باس خارج شود(شکل۶). در یک حالت همانند، کنترل کننده بار (موازی با شبکه) را می توان استفاده کرد تا تعدادی از دیزل ژنراتورها در یک مقدار بار اکتیو و یا راکتیو ثابت کار کنند، در حالی که بالانس سیستم همزمان در حال کار است و بار را متناسب تقسیم می‌کند. در حالتی که از این روش استفاده می‌شود و بار سیستم تغییرات زیادی دارد، یک PLC و یا تجهیزات دیگری می‌توان استفاده کرد تا مقدار بار ثابت دیزل ژنراتورها را تغییر داد تا از اضافه بار و یا بی باری ماشین ها در تقسیم بار جلوگیری شود. دیزل ژنراتور‌هایی که به صورت سنکرون کار می‌کنند باید دارای قابلیتی باشند که بر اساس بار سیستم تقسیم بار انجام دهند و از اضافه بار یا بی باری جلوگیری کنند. ۲ راه معمول تقسیم بار روی باس تنها استفاده از دروپ و تقسیم بار همزمان است. اجرای دروپ راحت است و ذاتا این اجازه را می‌دهد تا سیستم های کنترل متفاوت استفاده شوند، اما عیب تغییر بیشتر فرکانس و ولتاژ را دارند. تغییر فرکانس بیشتر مشکل زا است. سیستم تقسیم بار همزمان باعث می‌شود تمام دیزل ژنراتور‌ها در سیستم به صورت مناسب تقسیم بار انجام دهند، ولی باید تمام سیستم‌های تقسیم بار در سیستم همانند باشند تا به درستی کار کند. همه‌ی کنترل کننده‌ها باید همانند و از یک سازنده باشند.راه‌های دیگری برای تقسیم بار امکان پذیر است، اما نیاز است تا یک فهم کامل از آن‌ها داشت تا از خطای احتمالی و آسیب به ژنراتورها به علت توان معکوس اکتیو و راکتیو که ممکن است ایجاد شود جلوگیری کرد. حتما باید فروشنده یا تکنسینی که کار سنکرون را انجام می‌دهد دارای توانایی و مهارت لازم باشد زیرا ممکن است صدمه های جبران ناپذیری به دیزل ژنراتور ها و سیستم

محسن ترابی

مهندس برق قدرت، فوق لیسانس برق قدرت از دانشگاه سراسری یزد، موسس ماه صنعت، متخصص در ژنراتور، دیزل، طراحی و ساخت موتورهای الکتریکی، سنکرون و سیستم های حفاظت الکتریکی به خصوص حفاظت ژنراتور. دارای گواهی ثبت اختراع ساخت موتور PMSM‌ معکوس گرد. هدف از ایجاد این وبسایت و مقالات آن آموزش در راستای توسعه ی صنعت برق کشور عزیزمان ایران می باشد و سعی می کنم مقالات کاربردی در راستای این هدف در وبسایت انتشار بدهم

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

همچنین ببینید

بستن
بستن
بستن