سنکرون دیزل ژنراتور با توان‌های مختلف

سنکرون دیزل ژنراتور با توان‌های مختلف – سنکرون کردن دیزل ژنراتور

براساس یک قانون کلی، وقتی که‌ولتاژ و فرکانس در زمان اتصال یکی و برابر باشند می‌توان هر چیزی را با هر چیزی سنکرون‌کرد.

مطمئنا در واقعیت محدودیت‌های عملی در رابطه‌با گفته‌ی بالا وجوددارد وشاید فاکتورهای طراحی سیستم همانند قابلیت اطمینان سیستم و کارایی آن باعث شوند که طراح، ژنراتور موجود رابا یک ژنراتور جدیدکه پاسخگوی نیازهای طراحی باشد جایگزین کندوحتی ممکن‌است هزینه‌ی انطباق دیزل ژنراتور‌های قبلی انقدر زیادباشد که تعویض آنها توجیح‌پذیر باشد. دراین‌ مطلب مابه موضوعات و مواردی که برای طراحی باید در نظر گرفته‌شود وهمچنین به مشکلات مرسوم در این‌باره می‌پردازیم.

 

مقالات مرتبط:

راهنمایی سنکرون کردن و تقسیم بار دیزل ژنراتورها به وسیله‌ی DeepSea

سنکرون دیزل زنراتور – روش های سنکرون دیزل ژنراتور- تابلو سنکرون دیزل ژنراتو

قابلیت سازگاری دیزل ژنراتورها

 قابلیت سازگاری در یک سیستم به کلام ساده این‌است که دیزل ژنراتورها در یک سیستم پارالل‌شده  :

• 1- دارای دیزل های‌سازگار باشند
• 2- دارای ژنراتور های‌سازگار باشند
• 3- دارای سیستم کنترلی تقسیم‌بار‌سازگار‌باشند
• 4- دارای رابط‌های دیتای سازگار با سیستم های کنترلی و مانیتوری دیگر (شامل محلی ودور دست)
• 5- دارای قابلیت کنترل “استارت اول”(“First Start” Control) باشد(سیستم کنترلی باید بتواند تعیین کندکه کدام دیزل ژنراتور باید اول روی باس سنکرون متصل‌شود و ترتیب اتصال دیگر دیزل ژنراتورها روی باس را تامین‌کند)
• 6- دارای این قابلیت باشد که بتواند با سیستم کنترل دستی، با سیستم کنترل بارتا مقدار خاص و محدود ، و با تجهیزات که قابلیت انطباق کمی‌دارند کارکند ولی این ناسازگاری‌ها ممکن‌است باعث شود تا تجهیزات جدیدی به سیستم اضافه گردد و یااینکه انعطاف پذیری سیستم را کاهش‌دهد.

قبل از تغییر و یا اصلاح درسیستم های موجود این نکته خیلی مهم‌است که تجهیزات موجود کاملا در بار کامل و ولتاژ و فرکانس مناسب تست شوند و مورد تایید قرار گیرند. اگر یک ماشین در یک بار مشخص با لود بانک نتواند به درستی کار کند غیر ممکن است این ماشین یا دیزل ژنراتور در حالت موازی به درستی عمل‌کند.

مشکلات در سطح سیستم

قبل از این که سازگاری دیزل ژنراتور‌ها را در سیستم در نظر بگیریم بهتر است نگاهی به مشکلاتی که در سیستم به خاطر استفاده از دیزل ژنراتور های نا همانند ایجاد می شود را بررسی‌کنیم. اگر سایز ژنراتور ها  برابر نباشد، ممکن است باعث تاثیر در طراحی سیستم می‌شود. یک سیستم اضطراری شامل دیزل ژنراتور ها با توان مساوی می تواند بار اولیه بیشتری در راه اندازی تحویل دهند.

برای مثال یک سیستم شامل دو دیزل ژنراتور با توان 500 کیلووات می‌تواند در لحظه ی اول باری تا 500 کیلو وات را تامین می‌کند ولی در صورت استفاده از دو دیزل ژنراتور با توان‌های 750 کیلو وات و 250 کیلوات، اگرچه دارای توان به مجموع 1000 کیلوات می‌باشد. ولی در لحظه‌ی اول فقط می‌تواند 250 کیلووات بار را تامین کرد به این علت که اگر دیزل ژنراتور 250 کیلووات دیزل اولی باشد که به باس وصل شده‌باشد با اتصال بار بزرگتر از 250 کیلو وات امکان دارد دیزل ژنراتور اضافه بار‌گردد.

برای حل  این مشکل طراحان باس‌های اضافی در سیستم اضافه می‌کنند که خود این باعث پیچیدگی بیشتر سیستم می‌شود همچنین اضافه شدن باس‌های بیشتر کارکد دستی سیستم را پیچیده‌تر می‌کند. امکان‌دارد تغییر در ترتیب کلید زنی در صورت استفاده از دیزل ژنراتور های غیر مساوی مورد نیاز باشد. پیشنهاد نمی گردد سیستم های که دارای دیزل ژنراتور های سنکرون شونده هستند با قید راه اندازی در زمان کمتر از 10 ثانیه طراحی‌شوند. خیلی از سازنده‌ها توانایی تامین تجهیزاتی که مطمئن باشند در کمتر از 10 ثانیه سنکرون می‌شوند را ندارند در نتیجه در شرایطی که نیاز به سرویس قرار دادن بار ها در کمتر از 10 ثانیه مورد نیاز‌است، طراح باید از بسته شدن دیزل ژنراتور کوچکتر  در باس در لحظه ی اول جلوگیری کند ( این عمل باعث از بین رفتن قابلیت جایگزینی دیگر ژنراتور- Redundancy)  و یا اینکه باید مطمئن شد که بار اولیه متصل شونده به باس کمتر از کوچکترین دیزل ژنراتور موجود‌است.

از دیدگاه Load Shedding مشکل کمتر‌است، اما هنوز نیاز به کمی مطالعه می‌باشد. اگر شرایط افت فرکانسی در شبکه موجود باشد سیستم نیاز دارد تا بارهای متصل را کم کند. در شرایطی که از دیزل ژنراتور های ناهمسان استفاده شده باشد واگر دیزل ژنراتور  500 کیلووات از دسترس خارج شود‌نیاز‌است تا مقدار بار بزرگی  کم کنیم تا ژنراتور 250 کیلووات آزاد شود . در سیستم cascading load shedding، سیستم به صورت اتوماتیک لود را کم می‌کند تا سیستم به شرایط عادی برگردد . زمان طراحی سیستم زمانی که طراح مقدار KW دیزل ژنراتور‌ها موجود را می‌داند می‌تواند اختلافات در سایز را به وسیله ی  استفاده از Sequence ‌های مختلف زمانی که ترکیبی از تجهیزات مختلف موجود می‌باشد را جبران کند.

چقدر اختلاف در سایز کاربردی و قابل اجرا می‌باشد؟

این سوال خیلی در صنعت بحث شده‌است. ما می دانیم که تکنیکالی می‌توان همه چیز را با هم موازی کرد، اما در واقعیت این کاملا متفاوت می‌باشد. در کل، سیستمی قابل مدیریت می‌باشد که کوچکترین ژنراتور آن 30 درصد بزرگترین ژنراتور آن باشد. اگر در سیستم ژنراتور بزرگتر از این مقدار موجود می‌باشد بهتر است آن را بزرگتر در نظر بگیریم و ژنراتور کوچکتر را حذف کنیم.

ممکن‌است در حالت پرایم تفاوت توانی زیادی بین دیزل ژنراتور‌ها باشد. این حالت بیشتر در شهر‌های دور  و یا کارخانه‌ها که برق شهر موجود نمی‌باشد به وجود می‌اید. بار در طول روز خیل بیشتر از شب می‌باشد و ممکن‌است 2 دیزل ژنراتور 300 کیلو وات و 50 کیلووات در طول روز بار را تامین کند و در شب فقط دیزل 50 کیلووات بار را تامین کند. در این حالت موازی کردن دیزل ژنراتور ها مشکلی ندارد به خاطر این که مقدار بار به سرعت تغییر نمی کند و در واقع سیستم مدیرت بار اتوماتیک ندارد.

در حالت تکنیکالی کوچکترین کلید قدرت که می توان تامین کرد 800 آمپر باشد و شاید این باعث افزایش هزینه سنکرون کردن دیزل ژنراتور های کوچک شود و در این شرایط می‌توان از کلید‌های کامپکت که قابلت وصل در 5 سیکل را دارند برای پارالل کردن استفاده کرد. این کلید‌ها کوچکتر هستند و به فضای کمی نیاز دارند و ارزان تر هم می‌باشند. می توان از کنتاکتور هم استفاده کرد ولی حتما باید با فیوز مناسب حفاظت شوند.

دیزل‌های سازگار

مقدار توان حقیقی یا اکتیو (KW) تامین‌شده توسط دیزل ژنراتور دارای رابطه‌ی مستقیم با توان حقیقی دیزل دارد. دیزل های سازگار تقریبا توانایی تامین بار برابر در هر دو حالت پایدار و  گذرا  را در تمامی ضریب بارهای مختلف دارا می‌باشند. در مقابل، اگر دیزل های غیر سازگار موازی شوند، مشکلات تقسیم بار ایجاد خواهد‌شد،  مخصوصا در زمان‌های اتصال و قطع بارهای بزرگ

زمانی که بار به دیزل ژنراتور متصل می‌شود، مخصوصا در مقادیر بزرگ، به صورت لحظه ای مقدار فرکانس افت می‌کند تا زمانی که گاورنر مقدار بیشتری سوخت به دیزل تحویل دهد تا دیزل ژنراتور به سرعت و فرکانس نامی برسد. مقدار افت فرکانس و زمان برگشت (Recovery time) تابعی از اینرسی تجهیزات چرخنده سیستم (شامل روتور ژنراتور و اجزای متحرک دیزل ) و سرعت عمل گاورنر و سیستم ورودی هوا می‌تواند که  مقدار سوخت و هوا را افزایش دهند بستگی دارد. مقدار زمان بازگشت به سرعت نرمال به نوع گاورنر دیزل، نوع طراحی سیستم سوخت و هوا و نوع سیکل دیزل (2 سیکل یا 4 سیکل) بستگی دارد.

تقسیم بار در زمان گذرا خیلی مهم‌است زیرا دیزل ژنراتور‌ها با سایز مختلف معمولا توانایی مختلفی (منظور از توانایی مقدار ثابت زمانی و مقدار تغییر فرکانس و لتاژ از حالت نرمال می باشد) در قطع و وصل بار دارند.

برای مثال، یک دیزل ژنراتور  250 کیلووات موازی با 500 کیلو وات در نظر بگیرید. اعمال بار250 کیلووات به یک دیزل ژنراتور 250 کیلووات تقریبا باعث 25 درصد افت ولتاژ و 3 ثانیه زمان می‌برد

تا به فرکانس نرمال برگردد. برای دیزل ژنراتور 500 کیلووات اعمال 500 کیلووات بار باعث افت ولتاژ (Voltage Dip) 30 درصدی و زمان مورد نیاز برای برگشت به فرکانس نرمال 5ثانیه می‌باشد.

در نتیچه اگر یک بار 750 کیلووات (بار کامل) به 2 دیزل ژنراتور اعمال گردد و یا 750 کیلو وات بار ناگهان از روی دیزل ژنراتور قطع گردد،

این دو دیزل ژنراتور به اندازه ی مساوی بار را در طول زمان گذرا تقسیم نمی‌کنند. امکان دارد باعث اضافه بار روی دیزل ژنراتور سریع‌تر شود و مخصوصا در زمان قطع ناگهانی بار باعث برگشت توان به یکی از دیزل ژنراتورها و عمل کردن رله‌ی Reverse Power گردد .

در بارهای کمتر، مقدار حالت های گذرا  کمتر می‌باشد لذا زمان برگشت (Recovery Time) کمتر‌می‌باشد، در نتیجه زمانی که اندازه‌ی بار را در زمان کلید‌زنی کمتر کنیم

ادامه

در نهایت به نقطه‌ای خواهیم رسید که حالت گذرا های 2 دیزل ژنراتور خیلی شبیه هم می‌گردد. این به معنای این‌است که حالت گذراهای نا متقارن را می‌توان با اضافه یا کم کردن بار در مقادیر کمتر در حالتی که از 2 دیزل ژنراتور همانند استفاده‌می‌شود

حل کرد. طراح می‌تواند با بررسی مشخصات بارگیری و قطع بار دیزل ژنراتور‌ها در حالت‌های گذرا مشکلات بالقوه سیستم در دیزل‌ها( آیا توانایی پاسخگوی را دارا می باشند) به دست آورد.

وقتی این کار انجام‌‍شد، باید اطلاعات از تست دیزل ژنراتور‌های واقعی برای بررسی استفاده‌گردد،

نه فقط افت ولتاژ ژنراتور و یا پاسخگویی حالت گذرای دیزل به تنهایی. در کل اگر مقدار بار ناگهانی اعمالی به دیزل ژنراتور‌ها کمتر از 25 درصد کوچکترین دیزل ژنراتور باشد تاثیر منفی به خاطر اختلاف توانی دیزل ژنراتور‌ها در سیستم به وجود نمی آید.

تریپ‌های مزاحم رله ی توان معکوس (Reverse Power) به علت قطع بار از روی دیزل ژنراتور ها را می توان با بیشتر کردن زمان تاخیر رله‌ی Reverse Power بیشتر از مقدار زمان ریکاوری کند ترین دیزل ژنراتورها حل‌کرد. این کار را با افزایش مقدار حد توان معکوس در رله انجام ندهید. این امکان دارد باعث غیر حساس کردن رله‌ی ریورس پاور و حذف آن از سیستم حفاظتی گردد.

ژنراتور های سازگار

ژنراتو‌‌رها زمانی سازگار هستند که بتوانند بدون جاری بودن جریان مخرب نول، بین آنها کار کنند. بسته به مشخصات افزایش دمای ژنراتور(Temperature Rise)، عمر ژنراتور و سیستم عایق آن (Insulation Class) ممکن‌است جریان بین نول‌های ژنراتور  آسیب رسان نباشد، ولی جریان در نول باعث اختلال در عملکرد رله‌های حفاظتی گردد، مخصوصا برای حفاظت زمین. جریان در سیستم نول به خاطر اختلاف ولتاژ در بین ژنراتور‌ها ایجاد می‌گردد. اختلاف ولتاژ ممکن‌است به خاطر عدم دقت در تنظیمات مقدار کیلوولت آمپر راکتیو (KVAR)، و یا به خاطر اختلاف در شکل موج  ولتاژ (وجود هارمینک در شکل موج ولتاژ که در شکل یک نمایش داده‌شده‌است) ایجاد‌شود.

 

اگر یک سیستم در حال کار ناسازگاری بین ژنراتورها نشان‌دهد (همانند جریان بین ژنراتور‌ها که امکان از بین بردن آن با تنظیم مقدار KVAR نباشد)، می‌توان یک تست هارمونیکی جریان ارت بین ژنراتورها با بار خطی متعادل انجام داد(حتی بدون بار). اگر فرکانس اصلی جریان همانند فرکانس کاری سیستم باشد، جریان ایجاد‌شده به خاطر تقسیم بار راکتیو  (KVAR) نا صحیح می‌باشد. اگر فرکانس اصلی 150 هرتز و یا بیشتر باشد،  جریان ایجاد شده به خاطر ناسازگاری ژنراتور ها می‌باشد. و یک راهکار باید برای آن پیدا کرد. جریان هارمونیکی نول به خاطر اختلاف بین شکل موج ولتاژ‌های ژنراتور های موازی شده ایجاد می‌شود.

ادامه

طراحان ژنراتور می‌توانند مقدار هارمونیک‌های تولید‌‌شده را با بکار بردن چندین فاکتور طراحی (که مهم‌ترین آن ضریب سیم پیچی می باشد)کنترل کنند. از ضریب سیم پیچی می توان شکل موج ولتاژ و هزینه ساخت ژنراتور را بهینه کرد. ضریب سیم پیچی ژنراتور مربوط به طراحی مکانیکی دیزل ژنراتور می‌باشد. ضریب سیم پیچ نسبت تعداد شیار در برگرفته‌شده توسط سیم پیچ به تعداد شیار در برگرفته شده توسط قطب می‌باشد. ژنراتور هایی که همانند هستند کاملا تطتبیق پذیر می‌‌باشند.

ژنراتور‌ها با ضریب سیم پیچ 2/3 دارای شکل موجی هستند که تطابق لازم جهت سنکرون با یک دیگر و برق شهر را دارا می‌باشند. زمانی که ژنراتور‌های غیر متفاوت را موازی کرد جهت جبران کردن اختلاف ناشی از ضریب سیم پیچ ، طراح چندین گزینه برای از بین بردن مشکل هارمونک مربوط به عدم تطابق ژنراتور‍ها را دارد: اگر ممکن‌بود بهتر‌است تجهیزات همانند تجهیزات موجود باشند این نیازمند تعویض یک یا چندین ژنراتور باشد. با در نظر گرفتن این که عمر موثر یک دیزل ژنراتور در حالت Standby 25 سال می‌باشد، و دیزل در این عمر کاملا قابل کار باشد امکان دارد تعویض امکان پذیر نباشد.

خرید ژنراتور با ضریب سیم پیچ 3/2 ، قابلیت انطباق ژنراتور ها را برای کارکرد موازی در آینده تضمین می‌کند. به علت قیمت بالای ژنراتور‌های MV و HV تعویض ژنراتور در ولتاژ پایین (LV) امکان پذیرتر و کاربردی‌تر از تغییر ژنراتور در MV  و HV می باشد. استفاده از سیستم 3 سیم . یا استفاده از سیستم که دارای سیسم نول نباشد باعث می‌شود تا مسیری برای عبور جریان نول موجود نباشد در نتیجه بزرگترین علت عدم تطابق ژنراتور ها از بین خواهد رفت در نظر بگیرید که نول ژنراتور های نا همسان زمانی که ژنراتور های دیگر متصل می‌باشد نباید به زمین متصل باشد. با این شرایط جریان هارمونیکی هنوز در فاز های ژنراتور جریان خواهد‌داشت ولی تاثیر آن کمتر خواهد‌بود و سیستم آسیبی ناشی از وجود جریان نول را نخواهد‌داشت. باید از ترانسفورماتور برای بار‌های تکفاز  که نیاز به سیم نول دارند استفاده کرد. فقط نول ژنراتور‌های همانند را با هم متصل کنید، و از بسته شدن ژنراتور‌های نا همانند به عنوان ژنراتور‌های روی باس جلوگیری کنید

یک کنتاکتور به نول کلیدخانه اضافه کنید که فقط زمانی که سیستم اول در مدار قرار می‌گیرد نول وصل شود. این راهکار مشکلات دیگری به وجود می‌آورد و پیشنهاد نمی گردد. نصب راکتور در شاخه ی نول هر ژنراتور تا بتوان جریان هارمونیک 3 و یا بالاتر را محدود کرد. راکتور‌ها را می توان برای فرکانس‌هایی که بیشترین مشکلات را ایجاد می‌کنند  تنظیم کرد. جبران کردن عدم تطابق به وسیله‌ی افزایش سایز سیم و سایز ژنراتور . ممکن‌است طراح به وسیله ی افزایش سایز ژنراتور و سیم ارت اجازه دهد جریان نول در سیستم موجود باشد.

سیستم تقسیم بار تطابق پذیر سنکرون دیزل ژنراتور

در یک سیستم پارالل، فرکانس و ولتاژ خروجی ژنراتور ها مجبور می شوند در مقدار مساوی و همانند با باسی که روی آن  بسته شده‌اند شوند. در نتیجه، سیستم کنترل ژنراتور نمی تواند به راحتی مقدار ولتاژ باس و فرکانس آن را به عنوان یک مرجع برای تنظیم خروجی‌ها (ولتاژ و فرکانس) در نظر بگیرد. برای مثال ، اگر یک دیزل ژنراتور در سطح تحریک بالاتری نسبت به ژنراتور دیگری کار کند، بار راکتیو به مقدار مساوی تقسیم نمی گردد و یا اگر یک دیزل ژنراتور نسبت به دیزل ژنراتورهای دیگر در سرعت متفاوتی نتنظیم‌شده باشد، آن ژنراتور به مقدار مناسبی تقسیم بار اکتیو نخواهد داشت. هر دیزل ژنراتور در سیستم دارای 2 سیستم کنترل فعال می‌باشد:

کنترل سیستم تحریک که مقدار ولتاژ را تنظیم می‌کند و سیستم کنترل سوخت که سرعت دیزل ژنراتور را تنظیم می‌کند. ژنراتور ها می‌توانند تقسیم بار  KW به صورت صحیح داشته باشند ولی در تقسیم بار راکتیو دارای مشکل باشند و بالعکس. در نتیجه تقسیم بار توان اکتیو(KW) متناسب با تنظیم سرعت بین دیزل ژنراتورها و تنظیم سوخت (گاورنر)می‌باشد. بار راکتیو(KVAR) مستقیما متناسب با تنظیم مقدار ولتاژ بین ژنراتور ها و سیستم تحریک ژنراتور ها می باشد. اگرچه گاهی اوقات امکان‌پذیر‌است سیستم‌های سازنده‌های مختلف را با هم ترکیب کرد، بهتر‌است سیستم گاورنر و کنترل تقسیم بار از یک سازنده باشند تا از مشکلات ناشی از عدم تطابق جلوگیری کرد.

چندین سیستم کنترل تقسیم بار وجود دارد

• استفاده از دروپ گاورنر و تنظیم کننده ولتاژ( جبران کننده دروپ راکتیو)
• تقسیم بار توان اکتیو همزمان
• جبران کننده ضربدری جریان برای تقسیم بار راکتیو
• تقسیم بار توان راکتیو همزمان

تقسیم بار دروپ (Droop load sharing) در سنکرون دیزل ژنراتور

استفاده از دروپ گاورنر و تنظیم کننده ولتاژ (جبران کننده دروپ راکتیو)  در قدیم برای دیزل ژنراتور‌های سنکرون‌شده روی یک باس (با برق شهر سنکرون نباشد) به این دلیل که این روش تقسیم بار مناسب بین یک دیزل ژنراتور با دیزل ژنراتور دیگر و یا چندین دیزل ژنراتور دیگر سنکرون‌شده روی یک باس فراهم می‌کند، تا جایی که بتوان مقدرا نرخ دروپ ولتاژ و فرکانس ژنراتورها را ا ایجاد کرد و بتوان ولتاژ و فرکانس در مقدار پایدار کنترل کرد. ( دروپ به معنی کاهش فرکانس یا ولتاژ متناسب با با بار می‌باشد به این معنی که بار افزایش پیدا می‌کند با یک نسبت مشخص فرکانس یا ولتاژ کاهش می‌یابد در شکل کاملا مشخص است) همانطور که در شکل 2 نمایش داده‌شده‌است، استفاده از دروپ یا تنظیم کننده ولتاژ این امکان را فراهم می‌آورد تا مقدار سرعت دیزل (اندازه‌گیری شده Hz) و یا ولتاژ ژنراتور تا مقدار از قبل تعیین‌شده (معمولا 3 درصد) متناسب با افزایش بار کاهش یابد.

(یعنی در فول لود مقدار ولتاژ یا فرکانس 3 درصد نصب به حالت بدون دروپ کاهش می‌یابد) دروپ ولتاژ و سرعت برابر بین ژنراتور‌ها باعث تقسیم بار برابر بین دیزل ژنراتور‌ها می‌شود. روشی که بالا گفته شد  را می‌توان در سیستم تنظیم ولتاژ ژنراتور ها در یک سیستم استفاده‌کرد.  تقسیم بار راکتیور (Var) به وسیله ی دروپ معروف به جبران دروپ راکتیو می‌باشد(“Reactive droop compensation”). تنظیمات دروپ برای ولتاژ و فرکانس می تواند متفاوت باشند و معمولا بین 3 تا 5 درصد از بی باری تا بار کامل می باشد. تغییرات ولتاژی منتج شده از کارکرد دروپ در باس جدا (isolated bus system) مقدار زیادی نمی‌باشد، اما تغییرات فرکانسی ممکن‌است کارکرد بعضی از بار‌های متصل را مختل کند، مخصوصا در سیستم‌های استندبای و امرجنسی که ممکن‌است مقدار بار در طول زمان زیاد تغییر کند.

تقسیم بار دروپ در سیستم پرایم کاربرد دارد(Prime Power Application). به دلیل این که فرکانس شبکه معمولا ثابت‌است می‌توان از دروپ برای کنترل بار ژنراتور  تنها که با شبکه سنکرون شده‌است استفاده کرد. به دلیل تغیرات زیاد ولتاژ شبکه در نقاط مختلف شبکه به خاطر تغییرات بار دروپ در توان راکتیو تاثیر گذار نیست.از کنترلر های Var/power factor در زمان موازی کردن دیزل ژنراتور با شبکه باید استفاده گردد.

تقسیم بار KW و KVAR همزمان سنکرون دیزل ژنراتور

سیستم‌های کنترل تقسیم بار همزان سیستم‌های فعال کنترلی هستند که مقدرا توان اکتیو و راکتیو را در یک ژنراتور خاص اندازه‌گیری می‌کنند، مقدار آن را با بار اکتیو و راکتیو روی شبکه مقایسه می کنند، وسیستم تحریک و گاورنر را کنترل می کنند تا درصد بار روی ژنراتور برابر با درصد بار روی سیستم باشد. تقسیم بار برای انطباق جهت کارکرد موازی حیاتی میباشد زیرا ارتباط تقسیم بار تنها نقطه‌ای‌است که ژنراتور ارتباط با دیگر ژنراتور ها را در زمان کارکرد سنکرون روی یک باس به صورت تنها (Isolated Bus)را برقرار می‌کند . برای فراهم کردن قابلت تقسیم با، هر دیزل ژنراتور باید قابلیت اندازه‌گیری مقدار مجموع درصد بار اکتیو و راکتیو را داشته باشند، و همچنین قابلیت مقایسه آن ها را با شبکه دارا باشد. چندین روش برای فراهم کردن این قابلیت در بازار وجود دارد.

در کل، آن ها را می توان به دو گروه تقسیم کرد:

• 1- سیستم‌هایی که از سیگنال‌های آنالوگ برای تقسیم بار استفاده می‌کنند
• 2- سیستم‌های که از سیگنال‌های دیجیتال برای تقسیم بار استفاده میکنند(مانند، CAN,RS485 و یا ETHERNET)

سیستم‌های آنالوگ معمولا سریع تر از سیستم‌های دیجیتال است و آن‌ها را راحت تر می توان بین سازنده‌های مختلف انطباق داد. کامینز یک ماژول رابط آنالوک برای تقسیم بار (ILSI) تولید می‌کند که می توان به عنوان رابط بین سییتم کنترل کامینز PowerCommand با دیگر سیستم‌‍های آنالوگ استفاده کرد. سیستم های ارتباط و کنترل دیجیتال معمولا حساسیت کمی نسبت به نویز‌های خارچی نسبت به سیستم دیجیتال دارد، اما هر سازنده یک الگوریتم ارتباطی متفاوت دارد که باعث می‌شود اضافه کردن دیزل ژنراتور‌های متفاوت به سیستم سخت شود.

در مورد خدمات تعمیرات اساسی و اورهال دیزل ژنراتور توسط تیم مهندسی ماه صنعت انرژی از اینجا مطالعه نمایید.

جبران کننده جریان ضربدری

جبران کننده جریان ضربدری یک عبور جریان الکتریکی بین ژنراتورها است که به علت تحریک‌های مختلف در آن سیستم‌ها ایجاد می‌شود.جیران کننده جریان ضربدری یک اصطلاح که کارکرد ژنراتور‌ها را بدون استفاده از دروپ ولتاژ عنوان می‌کند. 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 AVR‌ها ایجاد‌کند.  این سیستم وقتی تمام تنظیم کننده‌های ولتاژ(AVR) از یک سازنده و یک مدل هستند بهترین کارکرد را دارند. همه ی AVR ها نمی توانند با هم در اینن شرایط کار کنند،

در نتیجه بهترین روش این هست که تمام تنظیم کننده‌های ولتاژ که از جبران کننده ضربدری استفاده می‌کنند همانند باشند. اگر کارکرد همزمان سیستم مورد نیاز‌است، بهترین روش این‌است که تمام سیستم‌های تقسیم بار همانند باشند. دیگر روش‌ها‌ی جایگزین برای موازی کردن با سیستم‌‍های کنترل تقسیم بار غیر مشابه قسمت 3 این مقاله که در لینک زیر نمایش داده‌شده‌است تشریح شده‌است.

تطابق با سیستم‌های کنترلی دیگر

هر ژنراتور در یک سیستم موازی ممکن‌است با دیگر ژنراتور‌ها ارتباط داشته‌باشد و لاجیک سیستم را ممکن‌سازند که شامل :

• ژنراتور‌های باید یک روش برای تعیین اولین ژنراتوری که روی باس در زمان استار اول “Black Start” بسته می‌شود داشته‌باشند.
• ژنراتور‌ها معمولا اطلاعات وضعیتی را به سیستم اصلی کنترل برای نمایش اطلاعات، کنترل سیستم از طریق بالادست و کنترل مقدار توان‌ها برای مدیرت بار ایجاد و ارسال می‌کنند.
• ممکن‌است ژنراتور‌ها از طریق یک سیستم مانیتورینگ کنترل شوند، یا یک سیستم بیرونی همانند قرارداد‌های فروش توان.

در کل، این ارتباط‌ها از طریق روش‌های معمول موجود شامل سیگنال‌های گسسته یا ارتباط دیجیتال همانند RS485/Modbus register map. در نتیجه این ارتباط‌ها را باید در سیستم در نظر گرفت

انتخاب اولین ژنراتوری که روی باس بسته می‌شود

فروشنده‌های مختلف دارای روش‌های مختلفی برای کنترل اولین ژنراتوری که روی باس بسته می‌شوند دارند. تعدادی از فروشنده‌ها به راحتی از سنسور باس مرده (dead bus sensor) برای هر سنکرون‌کننده هر دیزل ژنراتور استفاده می‌کنند، که اجازه می‌دهد هر کلید موازی شونده با باس وقتی که باس بی برق است (dead bus) بسته شود. این روش دارای ریسک می‌باشد زیرا ممکن‌است چندین ژنراتور به این نتیجه میرسند که در یک زمان کلید خودشان را روی باس سنکرون شونده ببندند که باعث خطای خارج از فاز (out-of-phase paralleling)در زمان سنکرون شدن می‌شود. برای جلوگیری از خطای خارج از فاز out-of-phase paralleling در زمان برق دار کردن باس مرده، اکثر سیستم‌ها یک روش برای انتخاب اولین ژنراتوری که روی باس بسته می‌شود دارند

و از بسته شدن ژنراتور‌های دیگر روی باس تا مطمئن شدن از این که باس برقدار شده‌اند و ژنرتورهای قبلی که باید سنکرون می شده سنکرون شده اند جلوگیری می‌کنند. تجهیزات و روش‌ها برای انجام این کار بین تامین کننده‌ها متفاوت می‌باشد. معمولا یک سیستم از یک سازنده با سازنده ی دیگر تطابق ندارد. در زمان طراحی برای رفع این مشکل می‌توان ژنراتور‌هایی که متفاوت هستند را به عنوان ژنراتور آخر روی باس سنکرون کرد. اگز دیزل ژنراتور‌های که دارای سیستم استارت اول منطبق موجود باشد اول بهتر‌است باس به وسیله ی این دیزل ژنراتور‌ها برقدار شود و بعد دیزل ژنراتور‌های متفاوت روی باس وصل شوند. این روش هم ممکن‌است که یک PLC استفاده‌کرده از لایجیک دیزل ژنراتور های دیگر کپی کرده و استفاده کرد.

❌وضعیت‌ها و اخطارها❌

وضعیت و خطاها به از قدیم به صورت استفاده از کانتکت که باعث عمل کردن یک رله و روشن کردن آلارم خاص یا لامپ خاص بوده‌است. این سیگنال‌ها تقریبا در تمام دیزل ژنراتور‌ها موجود می‌باشد و با تمام سیستم‌ها سازگار‌است، در نتیجه باعث مشکل خاصی در سیستم نمی‌شود اگرچه خوب برنامه ریزی نشوند باعث مشکل در سیستم می‌شوند. دیزل ژنراتور‌های مدرن دارای سیستم CAN هستند که به وسیله‌ی آن می‌توان 100 ها خطا یا وضعیت را داشته‌باشند و سیستم قدیمی دیگر کاربردی ندارد. اطلاعات AC  ( ولتاژ، جریان و …) و اطلاعات دیزل برای اتفاده از کنترل از راه دور کاربرد دارد به دلیل این که دیزل ژنراتور‌های جدید دارای سیستم کنترلی با CPU هستند، اکثر اطلاعات را هم می‌توان به صورت دیجیتال و هم به صورت رله‌ای قدیم ارسال کرد. طراح لازم است انتخاب کند که چه سیگنالی لازم‌است و نوع ارسال ان را تعیین کند. حتی می‌توان از طریق شبکه یا پیام اطلاعات را ارسال کرد.

مقالات مرتبط با سنکرون دیزل ژنراتور

توصیه ها برای سنکرون دیزل ژنراتور  های نا همانند برای طراحی سیستم :

• بررسی کنید که دیزل ژنراتور‌های موجود توانایی تنظیم فرکانس و ولتاژ را در بار کامل دارند.
• تمام کارکرد گذرا‌های دیزل ژنراتور ها را در سیستم بررسی کنید و مخصوصا گذرا های قطع بار (load rejection) باعث مشکلات ناشی از توان معکوس در ژنراتور‌ها نشود.
• بررسی کنید که ضریب سیم پیچ ژنراتورها همه با هم برابر باشد. سعی کنید ضریب سیم پیچ همه ژنراتورها 3/2 باشد. اگر حذف ژنراتور‌های نا همانند امکان پذیر نیست روش‌هایی برای کمتر کردن این مشکل استفاده کنید.
• برای حالت emergency/standby، سیستم کنترل بار (هر دوی KWو KVAR) باید همه همانند و از یک سازنده‌باشند. کنترل دروپ ممکن‌است در حالت پرایم(Prime) و حالت تقسم بار راکتیو در باسی که با شبکه سنکرون نیست مفید باشد.
• باید به رابط‌های ارتباطی سیستم‌های کنترل ، سیستم کنترل اصلی، مدیرت سیستم و مانیتورینگ اهمیت داده مربوط به باس اهمیت داده شود. در کل، این روش ها را می توان در همه‌ی مورد‌ها به کاربرد، ولی نمی توان فرض کرد که این روش‌ها بدون چک و بررسی دقیق تجهیزات کار خواهد کرد.

ژنراتور‌های سازگار

ژنراتور‌های موازی شده زمانی سازگار هستند که بتوانند در حالت موازی بدون داشتن جریان مخرب و مزاحم بین نول ها کار کنند. اندازه جریان نول ایجاد به علت متفاوت بودن ژنراتور‌ها، بستگی به شکل موج آن‌ها دارد. بسته به مشخصات دمایی ژنراتور ، عمر ژنراتور و کیفیت و سطح عایقی ممکن‌است جریان در نول ژنراتور‌ها آسیب رسان نباشد. همچنین در نظر بگیرید که جریان در نول باعث عملکرد ناصحیح رله ها مخصوصا رله‌ی ارت فالت میشود.

ساخت و مونتاژ و نصب و راه اندازی انواع تابلو برق

هارمونیک های شکل موج ولتاژ

شکل موج ولتاژ ایجاد‌شده توسط ژنراتور زمانی که به در حالت بی باری و یا تغذیه بار خطی ایجاد می‌شود را می‌توان بر اساس فرکانس اصلی و اندازه‌ی ولتاژ فرکانس اصلی و اندازه‌ی هارمونیک های ولتاژ و فرکانس‌های مربوط به هارمونیک ها تشریح کرد. این تشریح مهم‌است زیرا تمام ژنراتور‌ها دارای مقداری انحراف و در نتیجه هارمونیک هستند و حتی زمانی که این انحرافات ولتاژی از حالت سینوسی نسبت به زمانی که بار غیر خطی تغذیه می‌کنند خیلی کم باشند ممکن‌است دردسر ساز باشند مخصوصا در حالت کارکرد موازی

 در شکل 2

که یک ماشین با 4 قطب و 48 شیار را نمایش می‌دهد، به ازای هر قطب 12 شیار وجود دارد و چون کلاف سیم پیچ 10 شیار را در بر می‌گیرد، نسبت ضریب شیار به سیم‌پیچ (ضریب سیم پیج) 12/10‌است و یا 6/5. در قسمت پایین شکل 2 یک سیم‌پیچ می­بینیم که 8 شیار را در بر می‌گیرد، در نتیجه با 12 شیار در برگرفته توسط قطب، ضریب سیم‌پیچ ماشین 3/2 خواهد‌بود. ضریب سیم‌پیچ یک ژنراتور یک پارامتر طراحی‌است که  به وسیله‌ی آن می‌توان شکل موج ولتاژ و هزینه ساخت آن را کمتر کرد، زیرا ضریب سیم پیچ کوچکتر از حد از استاتور به صورت بهینه استفاده نمی کند و نیاز‌است سیم بیشتری استفاده‌کنیم تا توان مورد دلخواه را ایجاد‌کنیم.  برا مثال، یک ژنراتور می‌تواند با ضریب سیم پیچ 3/2 ساخته‌شود، که باعث حذف هارمونیک سوم ولی مقداری هارمنونیک 5 و 7 را افزایش می‌دهد. طراح ژنراتور می‌تواند یک ضریب سیم پیچ دیگر انتخاب کند، که باعث افزایش هارمونیک 3 شود ولی هارمونیک 5 و7 را کاهش دهد و مقداری ظرفیت توانی ماشین نیز افزایش پیدا کند. برای مثال، یک ضریب سیم پیچ 6/5 که در شکل نشان داده‌شده‌است.وادامه

دارای هارمونیک کمتر 5 و  7‌است، اما هارمونیک 3 آن خیلی بیشتر‌است. در کل، هارمونیک‌های فرد بیشتر باعث نگرانی در سیستم می‌شوند، زیرا آن ها بیشترین تاثیر را در بار دارند و باعث گرمای زیاد در تامین کننده‌های توان و سیستم توضیع می‌شوند. هارمونیک های ضریب 3 وضرایب آن مشکل ساز هستند زیرا آنها مستقما در نول جریان جریان پیدا می‌کنند، و باعث جاری شدن جریان بزرگی در نول ژنراتور‌های سنکرون می‌شوند. آن‌ها همچنین می‌توانند از ترانسفورمرها انتقال پیدا‌کرده و در سیستم مشکل ایجاد‌کنند. هارمونیک‌های ضریب 5 باعث نگرانی هستند زیرا آنها جریان‌های مولفه‌ی منفی هستند ، و باعث ایجاد گرما و تلفات در ماشین‌های گردان می‌شوند.

 با یک طراحی مناسب با ضریب سیم پیچ 3/2، هارمونیک سوم و پنجم را می‌توان تا حد مناسبی همانند ماشین‌های با ضریب سیم‌پیچ بالاتر کم کرد، که تنها مزیت ماشین ها با ضریب سیم پیچ کوچکتر هزینه ی ساخت کمتر آنها خواهد بود. برای کاربرد‌های موازی، بهترین انتخاب ماشین‌هایی با ضریب سیم‌پیچ 3/2 می‌باشد.

هارمونیک

به این دلیل که هارمونیکهای ضریب 3 تولید نخواهد‌شد، انطباق آن‌ها برای کارکرد موازی با شبکه و یا ژنراتور‌های ضریب سیم پیچ 3/2 بیمه خواهد‌شد به علت این که دیگر جریان نول وجود نخواهد‌داشت و هارمونیک‌های بالاتر امپدانس بزرگتری در فرکانس‌های بالاتر خواهند دید و از دید مشکل در جریان نول اهمیت کمتری پیدا می‌کنند. طراح سیستم باید ماشینی انتخاب کند که هم هارمونیک 3 نداشته‌باشد و هم کمترین هارمونیک‌های ضریب 5 و 7 کمتری داشته‌باشند. یک استاندارد مناسب بار انتخاب ژنراتور از رنج 100 کیلووات تا 4 مگاوات این‌است که ماشین نباید اعوجاج هارمونیکی بیشتر از 5 درصد (اندازه گیری شده در ولتاژ خط و خط به فاز)در هر باری از بی باری تا بار کامل داشته‌باشد. و همچنین در حالت تکفاز باید کمتر از 3 درصد باشد

جاری شدن جریان در نول به علت تفاوت در ژنراتور‌ها

زمانی که ژنراتور‌ها موازی شده‌اند، ولتاژ ماشین‌ها سعی می‌کنند در مقدار یکسانی ست شوند. اختلاف در ولتاژ، جدا از فرکانس‌شان، باعث جاری شدن جریان از ماشین با ولتاژ بزرگتر به ماشین با ولتاژ کوچکتر می‌شود. تصویر 3 این رخداد را نمایش می‌دهد. در این تصویر، شکل موج دو ولتاژ(آبی و قرمز) روی یکدیگر رسم شده‌اند.

 

RMS

در نظر بگیرید که شاید مقدار (RMS) این ولتاژ‌ها برابر باشد، ولی در نقاطی شکل موج آبی از قرمز بزرگتر است و برعکس. زمانی که ماشین‌ها با یکدیگر روی یک باس مشترک متصل شده‌اند، اختلاف بین ولتاژ‌ها باعث جاری شدن جریان بین ماشین‌ها می‌‍شود، که با منحنی سبز نمایش داده‌شده‌است. در نظر بگیرید که در این مثال ساده جریان نشان داده‌شده برای درک بهتر موضوع اغراق شده‌است و همچنین چون به این دلیل که منحنی آبی و قرمز 3 بار از روی یکدیگر در هر نیم رد شده‌اند،

جریان نمایش داده شده هارمونیک 3‌است. در نتیجه، در هر نقطه ای روی سیکل قبل از سنکرون شدن اختلاف ولتاژ وجود داشته‌باشد این اختلاف ولتاژ باعث جاری شدن جریان بین آن‌ها بعد از سنکرون شدن می‌شود. به این در واقع جریان گردشی نول می‌گویند، و زمانی وجود دارد که یک مسیر در نول سیستم برای جاری شدن جریان وجود داسته‌باشد.

به راحتی می‌توان تاثیر عدم انطباق را به وسیله‌ی دستگاه های اندازه گیری مشاهده کرد، و معمولا با دستگاه های اندازه گیری مرسوم AC قابل مشاهده‌است. این جریان‌ها در زمان بی‌باری مشهود تر هستند. اگر جریان نول دارای فرکانس بالاتر از 50 هرتز (مخصوصا 150 هرتز در سیستم 50 هرتز و 180 هرتز در سیستم 60 هرتز) با بی‌باری و یا بار خطی وصل‌شده به سیستم، تفاوت‌های طراحی ژنراتور‌ها مشهود خواهد‌شد. عبور جریان 50 یا 60 هرتز به علت عدم تنظیم دقیق ولتاژ و یا تقسیم بار راکتیو ژنراتور‌ها می‌باشد. به این اصطلاحا شرایط جریان ضربدری(Cross-current) می‌گویند. جریان گردشی ایجاد‌شده به خاطر تفاوت داشتن ضریب سیم پیچی با دستکاری جبران کننده‌ی جریان ضربدری و یا تجهیزات دیگر از بین نمی رود.

هارمونیک

بسته به اندازه‌ی جریان هارمونیکی، توان ژنراتور‌ها در سیستم و تاثیر پذیری مخرب رله‌های حفاظتی نسبت به جریان‌های هارمونیکی، این جریان‌ها ممکن‌است به ژنراتور‌ها آسیب رسان باشد و یا نباشد، به دلیل این‌که هارمونیک‌های شکل موج ژنراتور با بار تغییر می‌کند، تاثیر منفی استفاده از ژنراتور‌های متفاوت ممکن است در بار خاصی مشهود‌تر باشد، اما مهمترین نگرانی اندازه جریان در بار نامی می‌باشد، زیرا این بار‌است که ژنراتور بیشترین دمای کار را دارد و نسبت به خطا و یا افزایش دما شدیدا حساس تر می‌شود. یک طراح می‌تواند فرض‌ها را ساده‌تر کند تا مشکل به یک سطح قابل مدیریت برسد.

به این دلیل که هارمونیک‌های بالاتر از 3 در ضریب سیم پیچ 3/2 در حدی نیستند که آسیب رسان باشند، طراح معمولا می تواند فقط هارمونیک‌های ضریب 3 ولتاژ را در نظر بگیرد. آن‌ها کاملا با استفاده از ضریب سیم پیچی 3/2 حذف می‌شوند. برای موازی کردن ژنراتور‌ها نباید ژنراتور حتما 3/2 باشد و ضریب های دیگر نیز می‌توان (موازی با ژنراتور ضریب سیم پیچ 3/2) استفاده کرد، ولی استفاده‌ی آن ها ممکن است قابلیت انعطاف سیستم را کاهش دهد و یا باعث شود که جریان نول در سیستم‌های دیگر را محدود کرد.

جبران کردن مشکلات ایجاد شده به علت استفاده از ژنراتور‌های متفاوت

زمانی که نیاز‌است تا ژنراتور‌های نا همانند و متفاوت را موازی کرد، یک طراح دارای چندین گزینه است تا مشکل ایجاد‌شده به دلیل عدم تطابق ژنراتور‌ها را کمتر و یا از بین ببرد. بر اساس هارمونیک‌های ولتاژی تولید‌شده به وسیله‍‌‌ی ژنراتورها در سیستم موجود، مخصوصا اگر ژنراتور‌ها درای اختلاف سایز زیادی هستند راهکار‌های متفاوتی وجود دارد.

• اگر ممکن‌است، سعی کنید ژنراتور‌های جدید همانند تجهیزات قدیمی باشد. این ممکن‌است به دلیل هارمونیک‌های تولید شده توسط ژنراتور‌های موجود در سیستم عملی نباشد، مخصوصا اگر ماشین‌ها دارای اختلاف توانی زیادی باشند. به غیر از ماشین‌های ضریب سیم پینچ 3/2 ، فقط این که ژنراتور‌ها هم سایز باشند مشکل حل نمی شود زیرا ممکن‌است اختلاف در هارمونیک‌های ضریب 3 باعث جریان زیادی در نول شوند. جایی که عملی‌است این ممکن‌است بهترین راه حل باشد. ممکن است این روش خیلی هزینه بر به نظر برسد ولی در یک دیزل ژنراتور ممکن است هزینه‌ی تعویض ژنراتور فقط 10 درصد قیمت کل دیزل ژنراتور‌باشد و ممکن است ژنراتور عمر کارکرد بالایی داشته باشد به غیر از استفاده در حالت استندبای که در زمان قطعی برق شبکه در مدار بوده‌است. اگر ژنراتور دارای عمر بالای 25 سال‌است این بهتر است که در سیستمی که در حال ارتقا برای پارالل شدن‌است ژنراتور تعویض گردد.

ادامه

• از یک سیستم توزیع 3 سیم استفاده کنید. با حذف کردن اتصال زمین بین ژنراتور‌ها و باس و لودها، طراح می‌تواند اجازه دهد جریان‌های ناشی از اختلاف ولتاژی بین ژنراتور‌ها در سیستم بچرخد. در نتیجه مهمترین علت ایجاد‌کننده مشکل هارمونیک را می توان با حذف مسیر عبور مزاحم‌ترین جریان کم‌تر کرد.(جریان هارمونیک هنوز باعث گرم‌تر شدن ماشین‌های سیستم می‌شود، اما اختلال و تاثیر منفی جریان در سیستم نول حذف می‌گردد.)در این سیستم‌ها، بارهایی که نیاز به نول دارند باید از ترانس ستاره مثلت استفاده کنند تا نول را ایجاد کنند. طراح باید نول در این سیستم را به درستی ایجاد‌کند و نصب آن را کنترل کند، زیرا یک اتصال اشتباه نول به زمین باعث ایجاد جریان نول در سیم زمین (ارت) سیستم می‌شود، که امکان خطر برق گرفتگی و یا آتش سوزی به علت گرما به وجود می‌آید. از ترانس‌های پایین دست می‌توان برای فراهم اوردن سیستم 4 سیسم جهت در سرویس قرار دادن بار که نیاز به سیستم 4 سیم دارند استفاده‌کرد.
• فقط نول ماشین‌هایی که دارای ضریب سیم پیچ همسان هستند را وصل کنید. در نظر بگیرید سیستم‌های ولتاژ خطی (آنهایی که زیر 1000VAC هستند) معمولا نیاز به اتصال نول به زمین دارند. در یک کاربرد موازی محل ایده‌آل اتصال زمین در کلید خانه‌است، در نتیجه فقط یک اتصال نول برای سیستم وجود دارد. باید راجع به اندازه بارهایی که نیاز به اتصال نول دارند و آن‌هایی که به نول نیاز ندارند توجه‌کرد. بارهای سیستم به صورت طبیعی تقسیم می‌گردد تا زمانی که مقدار مناسبی از ظرفیت خط به زمین در سیستم وجود داشته‌باشد.

• • کنتاکتور‌های نول روی لینک بین ژنراتور‌ها و نول کلید خانه اضافه کنید تا فقط زمانی که اولین ژنراتور روی باس وصل می‌شود نول وصل گردد.این تاثیری همانند پیشنهاد قبلی دارد، ولی اجازه می‌دهد هر ماشینی بتواند به عنوان ژنراتور اول روی باس متصل گردد. در این طراحی این خیلی مهم‌است که خطا و عیب‌های کنتاکتور‌ها در نظر گرفته‌شود. در صورت خطا در وصل و یا قطع کنتاکتور نول، باید هشدار در سیستم وجود داشته‌باشد.باید از کنتاکتور‌های که وضعیت اتصال را نمایش می‌دهند استفاده کرد تا وضعیت کنتاکتور نول مشخص باشد.
  • از راکتور در شاخه‌ی نول هر ژنراتور استفاده کنید تا جریان هارمونیکی ضریب 3 و یا بالا تر را محدود کنید. راکتور‌ها را می‌توان برای یک فرکانس خاص که بیشترین مشکل را ایجاد می‌کند تنظیم کرد، اما آن‌ها معمولا برای فرکانس‌های 150/180 طراحی می‌شوند، از آنجایی که این هارمونیک بیشترین مشکل را ایجاد می‌کند. بزرگترین معایب راکتورها هزینه‌ی آن‌ها‌است، و تهیه و نصب آن‌ها ممکن‌است مشکل ساز‌باشد به این علت که ممکن‌است نیاز به تغییر سیستم زمین‌شود.
  • جبران عدم انطباق به وسیله‌ی بزرگتر کردن سیم نول و افزایش سایز ژنراتور

  

در یک سیستم۴ سیم که از ژنراتور‌های متفاوت استفاده می کند، جریان نول ژنراتور باید محاسبه گردد تا تایید شود که ژنراتور در حالت موازی باعث اختلال در کارکرد سیستم و یا آسیب رساندن به ژنراتور نمی شود. اگر در سیستم مشکلات مرتبط دیگری وجود نداشت ممکن‌است طراح اجازه دهد جریان نول جاری باشد و آن را با دیریتنگ ژنراتور جبران کند. ضریب دی‌ریتینگ را می‌توان از فرمول زیر محاسبه کرد:

.

که IR جریان خروجی ژنراتور د بار کامل و ضریب توان تعیین شده‌می‌باشد IN جریان سیم نول در بار کامل متعادل و موزای می‌باشد KVAgen توان ژنراتور در بیشترین دمای مجاز (Temperature Rise) می‌اشد.

در نظر داشته‌باشید که ژنراتور خودش مقداری هارمونیک تولید می‌کند، و بار‌ها ممکن است باعث اعوجاج ولتاژی به وسیله‌ی دریافت جریان غیر خطی از ژنراتور شوند.

همانطور که قبلا گفته شد، بارها ممکن‌است  روی کیفیت ولتاژ ژنراتور تاثیر گذار باشند. و ممکن‌است این مشکل در سیستم وجود داشته‌باشد

(مخصوصا دیتا سنتر‌ها و یا بیمارستان‌ها که از تجهیزات الکترونیک استفاده‌می‌کنند ممکن‌است بار آن‌ها دراری هارمونیک زیادی باشد ویا کوره های القایی و دستگاه‌های جوش نقطه‌ای)

تنها راه جبران این مشکل فقط افزایش سایز ژنراتور می‌باشد. با تجهیزات جدید اگر بار هارمونیکی روی سیستم حدودا باعث اعوجاج هارمونیکی (THD) 10 الی 15 درصدی بر روی ولتاژ شوند مشکلی ایجاد نمی کنند.

نتیجه

ژنراتور‌ها تطبیق پذیر هستند در صورتی که ولتاژ آن‌ها همانند و تطبیق پذیر باشند. برای بیمه کردن انطباق بین جریان و ژنراتور‌هایی که در آینده در سیستم ممکن‌است اضافه شود،

همیشه از ژنراتور‌هایی که دارای ضریب سیم پیچ 3/2 هستند برای کاربرد های ولتاژ خطی استفاده کنید. اگر نیاز بود که ژنراتور‌های نا‌همانند را سنکرون و موازی کنید،

که تعدادی از آن‌ها دارای ضریب سیم پیچی 3/2 نیستند، بهترین روش تعویض ژنراتور‌های نا همانند با یک ژنراتور تطبیق پذیر‌است و در نتیجه همه‌ی ماشین‌ها دارای ضریب سیم‌پیچ 3/2 خواهند بود.

 تطبیق پذیری سیستم تقسیم بار

دیزل ژنراتور‌ها 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 نشده‌است 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.

آپشن‌های زیادی برای تقسیم بار از شرکت‌های 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، مهم‌است که تا بفهمیم تقسیم بار چگونه اتفاق می‌افتد.

فاکتور‌های تقسیم بار

وقتی یک دیزل ژنراتور در شرایط سنکرون و موازی‌‎است، شبکه ولتاژ و فرکانس دیزل ژنراتور را در مقدار معینی ثابت می‌کند و فرکانس و ولتاژ شبکه به دیزل ژنراتور تحمیل می‌شود.

(به علت این که شبکه باس بی‌نهایت‌است در زمان سنکرون شدن با آن مقدار ولتاژ و فرکانس دیزل ژنراتور با شبکه یکی می‌شود.)در نتیجه، کنترلر دیزل ژنراتور نمی‌تواند

با اندازه‌گیری ولتاژ و فرکانس باس و مرجع قرارد دادن آن‌ها 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 ژنراتور‌ها توان حقیقی مساوی تقسیم نخواهند کرد. هر دیزل ژنراتور در سیستم دارای دو سیستم کنترلی همیشه فعال‌است:

کنترل کننده تحریک که باعث تنظیم ولتاژ می‌شود، و سیستم کنترل سوخت که باعث تنظیم سرعت دیزل ژنراتور میشود. دیزل ژنراتور‌ها می‌توانند

بار اکتیو تقسیم کنند و در تقسیم بار راکتیو مشکل داشته‌باشند 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،

و 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

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 داده‌شده‌است، 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 تنظیم‌شده 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 کار‌است.

شرایط زیر برای اینکه سیستم دروپ به درستی عمل کند نیاز است:

• ژنراتورها باید فرکانس و ولتاژ برابر در حالت بی باری داشته‌باشند
• هر ژنراتور باید از بی باری تا بارداری کامل در مقدار برابر دروپ ولتاژ ست شوند(دروپ ولتاژ ژنراتور‌ها باید برابر باشد)
• هر ژنراتور باید در مقدار دروپ برابر از بی باری تا بار کامل ست شود(دروپ فرکانس ژنراتور‌ها باید برابر باشد).

هیچ ارزشی ندارد که دروپ فرکانس و ولتاژ دارای درصد برابری نباشند. دروپ را می‌توان از فرمول :

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 می‌کند.

تصویر 3 تاثیر تنظیم دروپ نامساوی را نمایش می دهد.

ودرادامه

در نظر داشته‌باشید 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 می‌تواند دروپ(Droop) باشد. تقسیم کننده VAR از طریق دروپ را به اسمه ” جبران کننده دروپ ” می‌نامند.

مهمترین امتیاز استفاده از دروپ در حالت سنکرون یا موازی، این‌است 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 کامل‌است. دروپ گاورنر را می‌توان برای کنترل بارگیری در یک ژنراتور موازی با شبکه استفاده‌‎کرد،

به دلیل اینکه فرکانس شبکه معمولا خیلی ثابت‌است. دروپ راکتیو خیلی برای موازی کردن با شبکه موثر نیست به این دلیل که تغییر بار در شبکه باعث تغییر زیاد ولتاژ در شبکه می‌گردد.

زمانی که ژنراتور ها با شبکه بی‌نهایت سنکرون می‌شوند حتما باید از کنترل کننده ی Var/power factor ( ضریب قدرت)  استفاده‌کرد.

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 می‌شود

و جبران کننده ضربدری یک ویژگی‌است که کارکرد ژنراتورها را بدون استفاده از دروپ ولتاژ امکان پذیر می‌‍کند .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 AVR‌ها ایجاد کند این سیستم وقتی تمام تنظیم کننده‌های ولتاژ(AVR) از یک سازنده و یک مدل هستند بهترین کارکرد را دارند. همه ی AVR‌ها نمی توانند با هم در این شرایط کار کنند،

در نتیجه بهترین روش این هست که تمام تنظیم کننده‌های ولتاژ که از جبران کننده ضربدری استفاده می‌کنند همانند باشند. اگر کارکرد همزمان سیستم مورد نیاز‌است، بهترین روش این‌است

که تمام سیستم‌های تقسیم بار همانند باشند. ممکن‌است نیاز باشد که تمام تنظیم کننده های ولتاژ را با یک مدل جدید تعویض کنیم. استفاده‌از جبران کننده جریان ضربدری باعث می‌شود

دروپ عمدی در ولتاژ از بی باری تا بار کامل نداشته‌باشیم، در نتیجه از دیدگاه کارایی این سیستم بهتر از سیستم جبران کننده دروپ راکتیو‌است.

تقسیم بار KW و KVAR همزمان

سیستم‌های کنترل تقسیم بار همزان سیستم های فعال کنترلی هستند که مقدرا توان اکتیو و راکتیو را در یک ژنراتور خاص اندازه‌گیری می‌کنند،

مقدار آن را با بار اکتیو و راکتیو روی شبکه مقایسه می‌کنند، وسیستم تحریک و گاورنر را کنترل می‌کنند تا درصد بار روی ژنراتور برابر با درصد بار روی سیستم باشد.

تقسیم بار برای قابلیت انطباق موازی کار کردن حیاتی می‌باشد، زیرا ارتباط تقسیم بار تنها نقطه‌ای‌است که کنترلر‌های دیزل ژنراتورها زمانی که روی یک باس تنها سنکرون هستند ارتباط برقرار می‌کنند

تصویر 4

این رابط را نمایش می‌دهد. برای فراهم کردن قابلیت تقسیم بار، هر ژنراتور روی سیستم باید کنترلر‌هایی داشته‌باشند که مقدار کل درصد برا اکتیو و راکتیو را روی ماشین‌ها 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 می‌توان به 2 گروه بزرگ تقسیم کرد:

• 1- سیستم‌هایی که از سیگنال‌های آنالوگ برای تقسیم بار استفاده می‌کنند
• 2- سیستم‌های که از سیگنال‌های دیجیتال برای ارتباط تقسیم بار استفاده میکنند

سیستم‌های کنترل آنالوگ معمولا سریع تر از سیستم‌های دیجتال هستند و آنها را معمولا می‌توان بین سازنده‌های مختلف تطبیق دارد.

کامینز یک ماژول رابط آنالوگ برای تقسیم بار (ILSI) تولید می‌کند که می‌توان به عنوان رابط بین سییتم کنترل کامینر PowerCommand  با دیگر سیستم‌های آنالوگ استفاده کرد.

سیستم‌های کنترل/ارتباط دیجیتال برای هر سازنده متفاوت‌است، در نتیجه هر سیستم که از این کنترل ها استفاده‌می‌کند نیاز دارد که توابع تقسیم بار را با همان مدل و سازنده استفاده‌کند.

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 استفاده‌می‌کنند.

در نتیجه، وقتی نیاز به اضافه کردن دیزل ‌ژنراتور جدید در سیستم‌است پیشنهاد این‌است که کنترلر های قدیم قبلی تعویض و همه یکسان گردند. تعویض برد مرسوم‌است

زیرا قیمت آن نسبت به گذشته خیلی کمتر شده‌است و برد های با قابلیت تقسیم بار خیلی ارزان تر شده‌اند. این روش شاید در گذشته امکان پذیر نبود ولی الان یک راه حل مناسب می‌باشد.

برد‌های جدید قابلیت تقسیم بار و سنکرون را کامل به صورت مجتمع و یکی‌شده 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 باعث‌می‌شود 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.

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 متفاوت‌است.

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 تامین‌می‌کند.

این دیزل ژنراتور(سه) مقدار بار ثابتی را تامین می کند تا وقتی که از باس خارج‌شود(شکل۶).

 

 

در یک حالت همانند، کنترل کننده بار (موازی با شبکه) رامیتوان استفاده‌کرد تا تعدادی از دیزل ژنراتور هادریک مقدار باراکتیو و یاراکتیو ثابت کار کنند،درحالی که بالانس سیستم همزمان درحال کاراست و باررامتناسب تقسیم می‌کند.

سنکرون 

و درحالتی که ازاین 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 تغییرداد تا از اضافه بار و یا بی باری ماشین ها در تقسیم بار جلوگیری‌شود. 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 جلوگیری‌کرد. 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 واردکند.

مقالات در مورد سنکرون دیزل ژنراتور