no-img
پارس یونی

مدلسازی پیشرفته سیستم قدرت و ثبات حالت پایدار سیستم چند ماشینی - پارس یونی


پارس یونی
گزارش خرابی لینک
اطلاعات را وارد کنید .

ادامه مطلب

DOC
مدلسازی پیشرفته سیستم قدرت و ثبات حالت پایدار سیستم چند ماشینی
doc
۱۹ فروردین ۱۳۹۶
۱۸,۰۰۰ تومان
۱۸,۰۰۰ تومان – خرید
98صفحه

مدلسازی پیشرفته سیستم قدرت و ثبات حالت پایدار سیستم چند ماشینی


واژه توربین برای اولین بار به وسیله Claude Burdin۱۷۹۰-۱۸۷۳ در سال ۱۸۲۸ به وجود آمد که از لغت یونانی به معنی چرخنده یا سر گردان مشتق شده‌است. توربین موتوری چرخنده‌است که می‌تواند از یک سیال انرژی به‌دست آورد.
ساده‌ترین توربین‌ها یک بخش چرخنده و تعدادی پره دارند که به بخش اصلی متصل شده‌است سیال به پره‌ها برخورد می‌کند و بدین ترتیب از انرژی ناشی از متحرک بودن آن استفاده می‌کند به عنوان اولین توربین‌ها می‌توان آسیاب بادی و چرخاب را نام برد.
توربین‌های گاز، بخار و آب معمولاً پوشش محافظی در اطراف پره‌هایشان دارند که سیال را کنترل می‌کنند پوشش‌ها و پره‌ها می‌توانند اشکال هندسی مختلفی داشته باشند که هر کدام برای نوع سیال و بازده متفاوت است.

کمپرسور یا پمپ دستگاهی مشابه توربین است ولی با عملکرد بر عکس به طوری که این دستگاه انرژی را می‌گیرد و باعث حرکت یک سیال می‌شود.
انواع توربین
توربین‌های بخار: برای تولید برق در نیروگاه‌های حرارتی که از ذغال سنگ، نفت و انرژی هسته‌ای استفاده می‌کنند به کار برده می‌شوند روزی از آنها برای هدایت وسایل نقلیه مانند کشتی استفاده می‌شد.
توربین‌های گازی: این توربین‌ها معمولاً دارای یک ورودی، فن، کمپرسور، محفظه متراکم کننده و یک نازل است.
توربین‌های ترانسونیک: جریان گاز در اکثر توربین‌ها همواره سرعتی زیر صفر دارد در این نوع توربین‌ها سرعت گاز هنگام خروج بالاتر از صفر است. این توربین‌ها در فشار بالاتری کار می‌کند ولی معمولاً بازده کمی دارند و خیلی هم مرسوم نیستند.
توربین‌های کنترا رتاتینگ: دو توربین که یکی بالا دیگری پایین در جهت مخالف هم می‌چرخند این سیستم پیچیدگی‌هایی دارد که تولید آن را کاهش می‌دهد.
توربین‌های سرامیک: توربین‌های با فشار بالا که از آلیاژ نیکل و فولاد ساخته شده‌اند معمولاً دارای سیستم‌های خنک کننده پیچیده هستند اخیرا پره‌های سرامیکی روی توربین‌های گازی امتحان شده‌است.
تقریبا تمام الکتریکی روی از نوعی توربین استفاده می‌کند بازده بالاترین توربین ۴۰ درصد است. اکثر جت‌ها مانند کشتی‌ها و نیروگاه‌های اتمی برای حرکت از توربین استفاده می‌کنند.

 
مقدمه:
هر واحد نیروگاهی برای کنترل سرعت و قدرت توربین به یک دستگاه گاورنر (Governor) برای تنظیم جریان آب ورودی به توربین، مجهز می‌گردد.

گاورنرها به ۳ دسته تقسیم می‌شوند:
– گاورنر مکانیکی
– گاورنر الکترومکانیکی
– گاورنر الکترونیکی
در حال حاضر فقط از گاورنر الکترونیکی در نیروگاههای جدید استفاده می‌شود و گاورنرهای مکانیکی و الکترومکانیکی را فقط در نیروگاههای قدیمی می‌توان پیدا کرد.

گاورنرهای جدید دارای دو قسمت الکترونیکی و هیدرولیکی می‎باشند.

۱- قسمت الکترونیکی گاورنر
یک کنترل‎کننده الکترونیکی حلقه بسته (close loop) ، مجهز به PLC ، به‌صورت کاملا” دوتایی (Full redundant)، کنترل سیستم را بر عهده می‌گیرد.
سیگنال‎های ورودی این کنترل‎کننده معمولا” عبارتند از:
– سیگنال آنالوگ سرعت توربین، از خروجی سنسورهای سرعت توربین (mA20-4)
– سیگنال آنالوگ نشان‎دهنده موقعیت ویکت گیت‌های توربین(mA20-4)
– سیگنال آنالوگ نشان‎دهنده توان خروجی ژنراتور (mA20-4)
بر اســــاس سیگنـــــال‎های ورودی فــوق و پــردازش آن‌ها در کنتـرل‌کننده PLC، سیگنال خروجــی گـــاورنر الکتـــرونیکی (mA20-4) به شـــیر راهنمـــا(Pilot valve) اعمـــال شـــده و با عمــلکرد این شیـر، فشـــار و دبــی لازم روغـــن برای حرکــــت سـرووموتور و دریچه‎هـــای هـــادی توربیـــن(wicket gates) از طریـق شیـــر کنتـــرل اصـــلی(main valve) گاورنر فراهم می‎گردد.
کنتـــرل‎کننده فــوق معمولا” به صـورت دوتــایی بـــه عنــوان گاورنــر اصلی و گاورنر پشتیبان در تابلوی کنترل گاورنر قرار می‌گیرند.
در صـــورت بروز اشکال در گاورنر اصلی(main) ، کنترل سیستم به صورت خودکار، به گاورنر پشتیبان (backup) منتقل می‎شود.

سیستم کنترل گاورنر دارای سه حالت عملکرد به شرح زیر است:
– حـــالت کنتــــرل ســـرعت با کنترل‎کننده PID (speed control)
– حالت کنترل مقدار بازشدگی دریچه‎های هادی(wicket gate) توربین با کنترل‎کننده تناسبی (P)(opening control)
– حالت کنترل توان خروجی ژنراتور با کنترل‎کننده PID (Power control)

۲- قسمت هیدرولیکی گاورنر
قســـمت هیدرولیکی گاورنر شامل تجهیزات زیر می‎باشد:
– عمــل‎کننده‎هـــای الکتروهـــیدرولیکی برای تبدیل سیگنال‎های الکتریکی به مقـــادیر مکــانیکی متناظر
– تقویت‎کننده هیدرولیکی
– واحد تأمین فشار روغن
از این واحـــد به منظـــور تأمیـــن فشـــار روغــــن بـــرای عمــــلکرد سرومــــوتورهای تـــوربین و نهایتا” باز و بسته شدن ویکت گیت‌های توربین استفاده می‎شود.
سیستم روغـن گـاورنر شامل مخــزن روغن، تانک فشار روغن/هوا(Air Oil Vessel) ، دو دستگاه پمـپ روغـــن گـــاورنر، شیرهای سولونوئیدی، شیر هیدرولیکی، سیستم خنک‎کن روغن (شامل دو دستگاه پمپ، کولر و فیلتر دوتایی مربوطه)، تجهیزات کنترل و اندازه‎گیری، لوله‎کشی و غیره می‎باشد.
برق سیســـتم کنتــــرل گـــاورنر از دو فیـــدر مجــزا،از سیستم DC نیروگاه تأمین می‎
شود.

گاورنر دستگاهی است که میزان سوخت ورودی به موتور را برای دستیابی به بهترین دور ممکن, تنظیم می کند.

عنوان فهرست مطالب صفحه

مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. ۱
فصل اول ۴
مدلسازی پیشرفته سیستم قدرت ۴
۱-۱ حالت زیر گذرا ۶
۱-۲ معادلات ژنراتور سنکرون ۸
۱-۲-۱ عملکرد حالت دائمی ۸
۱-۲-۲ عملکرد گذرا ۹
۱-۲-۳ عملکرد زیر گذرا ۱۲
۱-۲-۴ چهارچوب مرجع (d, q) ژنراتور و چهارچوب مرجع (a, b) سیستم ۱۳
۱-۲-۵ معادله توان، گشتاور و نوسان ۱۵
۱-۲-۶ نمادگذاری پریونیت ۱۶
۱-۳ مدل های ژنراتور سنکرون ۱۸
۱-۳-۱ مدل مرتبه ششم – ( ) ۱۹
۱-۳-۲ مدل مرتبه پنجم – ( ) ۲۰
۱-۳-۳ مدل مرتبه چهارم – ( ) ۲۰
۱-۳-۴ مدل مرتبه سوم – ( ) ۲۱
۱-۳-۵ مدل مرتبه دوم – مدل کلاسیک ( ) ۲۲
۱-۳-۶ خلاصه ۲۳
۱-۴ اثرات اشباع ۲۳
۱-۴-۱ مشخصات اشباع ۲۴
۱-۴-۲ محاسبه فاکتور اشباع ۲۵
۱-۴-۳ حساسیت پارامترها به اشباع ۲۸
۱-۵ سیستم های تحریک ۲۹
۱-۵-۱ مدل مقایسه کننده و ترانسدیوسر ۳۰
۱-۵-۲ تحریک کننده ها و رگولاتورها ۳۱
۱-۵-۲-۱ تحریک کننده های DC 31
۱-۵-۲-۲ تحریک کننده های چرخشی AC 35
۱-۵-۲-۳ تحریک کننده های استاتیک ۳۸
۱-۵-۳ پایدار کننده سیستم قدرت (PSS) 40
۱-۶ توربین ها وگاورنرهای توربین ۴۰
۱-۶-۱ توربین های بخار ۴۱
۱-۶-۱-۱ سیستم گاورنر برای توربین های بخار ۴۴
۱-۶-۱-۲ کنترل بویلر ۴۷
۱-۶-۲ توربین های هیدرولیک ۴۷
۱-۶-۲-۱ مدل خطی توربین ۵۰
۱-۶-۲-۱ سیستم گاورنر برای توربین های هیدرولیک ۵۲
۱-۶-۳ توربین های بادی ۵۴
۱-۶-۳-۱ سیستم های انرژی باد ۵۴
۱-۶-۳-۲ سرعت باد ۵۵
۱-۶-۳-۳ مدل روتور توربین ۵۶
۱-۶-۳-۴ سیستم کنترل انحنا ۵۷
۱-۶-۳-۵ سیستم چرخ دنده و شافت ۵۸
۱-۶-۳-۶ مدل ژنراتور ۵۹
۱-۷ مدل های دینامیکی بار ۶۰
۱-۸ ادوات FACTS 63
۱-۸-۱ ادوات FACTS شنت (موازی) ۶۳
۱-۸-۲ ادوات FACTS سری ۶۳
فصل دوم ۶۶
پایداری حالت گذرای سیستم چند ماشینه ۶۶
۲-۱ پیش زمینه ریاضی ۶۷
۲-۱-۱ مقادیر ویژه و بردارهای ویژه ۶۸
۲-۱-۲ قطری کردن یک ماتریس مربع حقیقی ۷۴
۲-۱-۳ حل معادلات دیفرانسیل ماتریسی ۷۸
نتیجه گیری: ۸۴
References: 88

 

عنوان فهرست اشکال صفحه
شکل ۱-۱ مدارهای تزویج شده محورهای d و q در حالت گذرا: (a) برای تعیین اندوکتانس گذرا; (b) برای تعیین ثابت های زمانی سیم پیچ تحریک. ۵
شکل ۱-۲ مدارهای تزویج محورهای d و q در حالت زیر گذرا: (a) برای تعیین اندوکتانس زیر گذرا; (b) برای تعیین ثابت زمانی های سیم پیچ میرا کننده. ۷
شکل ۱-۳ اشباع: (a) منحنی نوعی اشباع برای یک مدار مغناطیسی که مسیر شار آن در هوا و آهن است ; (b) مشخصه اشباع مدار باز ژنراتور. C، خط فاصله هوایی ; D، خط فاصله هوایی “اشباع شده”. ۲۴
شکل ۱-۴ مدار معادل برای محاسبه ولتاژ آرمیچر قرار گرفته بر روی راکتانس نشتی ۲۶
شکل ۱-۵ بلوک دیاگرام مقایسه کننده و ترانسدیوسر ۳۰
شکل ۱-۶ دیاگرام مدارهای معادل تحریک کننده های DC: (a) تحریک جداگانه; (b) خود تحریک. ۳۱
شکل ۱-۷ شکل برای توصیف ضریب اشباع: eex منحنی اشباع بی باری است، vex منحنی اشباع بار مقاومت ثابت است. منحنی اشباع تنها در نزدیکی زانوی اشباع نشان داده شده است و به منظور وضوح بیشتر بطور اغراق آمیز رسم شده است. ۳۲
شکل ۱-۸ بلوک دیاگرام تحریک کننده DC تنظیم شده ۳۳
شکل ۱-۹ بلوک دیاگرام سیستم تحریک با تحریک کننده DC. مبنی بر گزارش کمیته IEEE (IEEE Committee Report) (1968). 34
شکل ۱-۱۰ یکسوکننده پل کنترل نشده سه فاز: (a) مدار معادل; (b) مشخصه ولتاژ-جریان; (c) بلوک دیاگرام. ، ، emf و راکتانس منبع ولتاژ هستند، ، ، emf داخلی و جریان تحریک هستند، و جریان اتصال کوتاه یکسو کننده است. بر اساس گزارش کمیته IEEE (IEEE Committee Report) (1968). 35
شکل ۱-۱۱ بلوک دیاگرام سیستم تحریک با آلترناتور AC و یکسوکننده کنترل نشده. ۳۷
شکل ۱-۱۲ یکسوکننده پل سه فاز کنترل شده: (a) شمای مدار; (b) مشخصه ولتاژ-جریان. a زاویه آتش تریستورها است. ۳۸
شکل ۱-۱۳ بلوک دیاگرام سیستم تحریک با تحریک کننده استاتیکی. بر اساس گزارش کمیته IEEE (IEEE Committee Report) (1968). 39
شکل ۱-۱۴ بلوک دیاگرام پایدار کننده سیستم قدرت. A، سنسور سیگنال. B، فیلتر بالا گذر. C، عنصر جبران کننده پیشفاز. D، بهره تقویت کننده. E، محدود کننده. ۳۹
شکل ۱-۱۵ مدل جاری شدن بخار درون یک مخزن بخار: (a) مخزن با ظرفیت V ; (b) بلوک دیاگرام. ۴۱
شکل ۱-۱۶ توربین کمپوند دو پشته با یکبار گرمایش مجدد: (a) دیاگرام شماتیک; (b) بلوک دیاگرام; (c) بلوک دیاگرام تبدیل شده; (d) پاسخ مدل خطی توربین به یک تغییر پله در موقعیت شیر. نمادهای و توان بخار دریچه ورودی و خروجی توربین هستند. ۴۲
شکل ۱-۱۷ گاورنر توربین بخار هیدرولیکی مکانیکی توربین بخار: (a) دیاگرام کارکردی; (b) بلوک دیاگرام; (c) بلوک دیاگرام ساده شده. نمادها: c،‌ موقعیت شیر اصلی بخار; GV،‌شیرهای گاورنر; IV، شیرهای واسط. ۴۵
شکل ۱-۱۸ مدل ساده شده گاورنر ۴۶
شکل ۱-۱۹ توربین هیدرولیک: (a) دیاگرام شماتیک; (b) مدل غیرخطی. بر مبنای گزارش کمیته IEEE (1968). 48
شکل ۱-۲۰ توربین هیدرولیک: (a) مدل خطی؛ (b) پاسخ مدل خطی توربین به یک تغییر پله در موقعیت دریچه. ۵۱
شکل ۱-۲۱ بلوک دیاگرام سیستم گاورنر توربین هیدرولیکی: (a) دیاگرام کارکردی؛ (b) دیاگرام کامل؛ (c) دیاگرام ساده شده. ۵۳
شکل ۱-۲۲ ضریب عملکرد توربین نشان دهنده اثر زاویه انحنا ۵۶
شکل ۱-۲۳ کنترل زاویه انحنا ۵۸
شکل ۱-۲۴ سیستم چرخ دنده و شافت توربین ۵۸
شکل ۱-۲۵ نمایش حالت گذرای موتور القایی ۶۱
شکل ۱-۲۶ مدل دینامیکی ساده شده SVC. 64
شکل ۱-۲۷ مدل دینامیکی ساده شده STATCOM. 64
شکل ۱-۲۸ مدل دینامیکی ساده شده UPFC به همراه رگولاتورها: (a) بخش سری؛ (b) بخش شنت. ۶۵

 

عنوان فهرست جداول صفحه
جدول ۱-۱ حساسیت پارمترهای محور d به اشباع (بر اساس Anderson، Agrawal و Van Nes، ۱۹۹۰) ۲۸
جدول ۱-۲ مقادیر نوعی پارامترهای سیستم های گاورنر توربین ۵۴



موضوعات :

دیدگاه ها


دیدگاهتان را بنویسید

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