انواع حالت‌های کارکرد ژنراتورهای دیزلی به چه صورت است ؟

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.

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 ، 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
• 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)

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
• ، 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.

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 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 سیسهر آنچه در ادامه مطالعه خواهید کرد:

ژنراتورها حالت های کاری متفاوتی دارند بنابراین در ادامه قصد داریم به بررسی حالت های کارکرد ژنراتور بپردازیم.

ژنراتور های سنکرون میتوانند بصورت متصل به شبکه یا بصورت جزیره ای کار بکنند. در حالت جزیره ای ما ورودی برق شهر نداریم و بریکر برق شهر قطع میباشد.

وقتی بخواهیم ژنراتور ما با برق شبکه (۲۰کیلوولت) سنکرون بشود، کنترل ولتاژ و فرکانس این بار بر عهده ی شبکه میباشد. بنابراین در این حالت سوئیچ ما از حالتV/F به حالت P/Q تبدیل میشود.

P: توان اکتیو

Q: توان راکتیو

در این حالت با بسته شدن بریکر برق شهر،این برق شبکه است که تعیین کننده ولتاژ و فرکانس سیستم میباشد. اتصال ژنراتور ها به برق شهر باعث افزایش ولتاژ میشود. برای افزایش سطح کیفیت ولتاژ کارخانه یا مجتمع صنعتی که دستگاه های خطوط تولیدمان حساس هستند به کیفیت ولتاژ میتوانیم از مولد های تولید پراکنده (ژنراتور) استفاده کنیم.

روش های کنترلی ژنراتور

یکی از راه های کنترلی،کنترل توان اکتیو و راکتیو می باشد. ما با کنترل میزان سرعت و میزان جریان تحریک ژنراتور میتوانیم توان اکتیو و توان راکتیو تزریقی به شبکه را کنترل کنیم. در این حالت،سیستم تقسیم میزان توان اکتیو و راکتیو بین ژنراتور ها نیز فعال میشود.

انواع در دیزل صنعت

۱– کنترل ولتاژ و فرکانس در ژنراتور های سنکرون

ما خروجی کابل های ژنراتور را که تعداد و سایز آنها بر اساس اصول خاصی و با توجه به میزان جریانی که میتوانیم از ژنراتور بکشیم تعیین میشود را به یک بریکر فشار ضعیف که رنج جریانی بیشتری دارند میدهیم. این بریکر ها میتوانند بصورت کمپکت یا هوایی بر حسب جریان کشیده شده انتخاب کنیم.

پس ما خروجی هر ژنراتور را بعد از عبور دادن از یک بریکر به باسبار متصل میکنیم. بریکر های سنکرون سازی فاقد اینترلاک مکانیکی و الکتریکی بوده و باید بصورت آزادانه به باسبار متصل شوند.

قطع و وصل این بریکر ها خیلی مهم هستند و برد کنترلی ما این وظیفه را دارد که دستور قطع و وصل به موقع را به بریکر ها ارسال کند. و بعد از این بریکر ها ما با استفاده از یک ترانس،فشار ضعیف را به فشار متوسط(۲۰ کیلو ولت) تبدیل میکنیم این کار در فواصل طولانی انجام میگیرد،ما با این تبدیل سطح ولتاژ را بالا میبریم و سطح جریان کاهش میباید و سایز کابل ها نیز کاهش یافته و مقدار تلفات کوچک تر میشود.

ژنراتور های استندبای جهت تغذیه بار های ضروری هنگام قطع منبع اصلی بکار میروند. تعداد ژنراتور های استفاده شده باید بر طبق دیماند مورد نیازمان انتخاب شود. از طرفی این دستگاه به صورت بار متغیر برای انواع کاربری ها طراحی شده اند، بنابراین حداکثر کارکرد این ژنراتورها تا یک ساعت در روز می باشد.

خروجی ژنراتور های ما اکثرا بصورت فشار ضعیف میباشد و ما اگر بخواهیم عمل سنکروناسیون در فشار متوسط صورت گیرد باید از ترانسفورماتور جهت تبدیل فشار ضعیف به فشار متوسط استفاده کنیم.

در صورتی که ما در بخش تاسیسات کارخانمان به قابلیت اطمینان بالایی نیاز داشته باشیم میتوانیم از ژنراتور بصورت استندبای استفاده کنیم. ما ژنراتور های استندبای رو میتوانیم بصورت چنج  اور با برق شبکه استفاده کنیم.

سیستم چنج اور: قابلیت قطع و وصل کلید ها با فرمان الکتریکی و کنترل آنها بصورت هوحالت های کارکرد دیزل ژنراتور چگونه است؟

حالت مستقل دیزل ژنراتور

در عملکرد مستقل یک دیزل ژنراتور، به ژنراتورهای دیگر یا به سیستم و برنامه ای متصل نیست. به عنوان یک واحد جدا شده تمام بار متصل را، تأمین می کند. به عنوان مثال می توان به ژنراتورهای اضطراری یا مجموعه های دیزل ژنراتور قابل حمل اشاره کرد.ژنراتور دیزلی که حالت مستقل را اجرا می کند به سیستمی اشاره دارد که ژنراتورها تنها منبع تغذیه هستند. هیچ منبع برق در دسترس نیست. در این نمونه ژنراتور اغلب تنها منبع، برق می باشد.

حالت موازی دیزل ژنراتور

هنگامی که منبع ورودی از شبکه برای تأمین تقاضای بار کافی نیست، می توان از یک دیزل ژنراتور به موازات شبکه استفاده کرد. ژنراتورها در این حالت اغلب برای آماده به کار حتی در هنگام خرابی شبکه نیز استفاده می شوند.اگر یک ژنراتور با شبکه موازی شود و آن را به عنوان یک گذرگاه بی نهایت در نظر بگیریم ، شبکه ابزار فرکانس، سرعت و ولتاژ ژنراتور را تعیین می کند.

به عنوان مثال یک ژنراتور صنعتی است که برای تولید همزمان استفاده می شود. در عمل چنین مجموعه مولدی موتور نمی تواند فرکانس را تغییر دهد، اما می تواند ولتاژ ترمینال ژنراتور را کمی تغییر دهد.

حالت جزیره دیزل ژنراتور در عملیات جزیره، یک ژنراتور با ژنراتورهای دیگر متصل است. به عنوان یک سیستم جدا شده، ژنراتورها تمام برق بار متصل را تأمین می کنند. به عنوان مثال می توان به سیستم های قدرت در کشتی ها، سکوهای دریایی اشاره کرد.حالت عملکرد جزیره یک یا چند ژنراتور دیزل بدون اتصال به شبکه کار می کنند جزیره ای عمل می کنند.

ژنراتورهای در حال کار به طور موازی می توانند کارایی بهتری را تحت بار جزئی به دست آورند. یک نیروگاه جزیره ای که برای منبع اصلی برق یک جامعه منفرد استفاده می شود، معمولاً حداقل دارای سه ژنراتور دیزل است که هر دو از آنها برای حمل بار مورد نیاز درجه بندی می شوند.