تحقيق – کنترل فرکانس سیستم قدرت در حضور منابع انرژی تجدید پذیر به کمک سیستم …

۳-۳- نحوه عملکرد واحد تولید حرارتی مجهز به حلقه کنترل فرکانس
میزان تولید توان حقیقی توسط یک عامل محرکه مکانیکی نخستین کنترل میگردد که بسته به نوع نیروگاه می تواند توربین بخار [۴۹]، توربین گازی [۵۰]، توربین آبی [۵۱]و یا موتور دیزل [۵۲]باشد. با باز شدن دریچه توربین ، بسته به نوع واحد تولید، بخار، گاز یا آب وارد توربین شده و پره های آن را به گردش وا میدارد. برای داشتن سیستمی پایدار باید میزان باز و بسته بودن این دریچه به طور پیوسته تنظیم گردد. تنظیم نادرست دریچه توربین، مستقیما بر مقدار فرکانس شبکه تاثیر منفی خواهد گذاشت و آنرا از مقدار مرجع خود دور میکند. البته در اغلب واحدهای تولید بزرگ، علاوه بر کنترل اولیه فرکانس، حلقه های کنترلی تکمیلی[۵۳] دیگری نیز برای تثبیت فرکانس وجود دارد. در شکل ۳-۱ یک ژنراتور سنکرون مجهز به حلقه کنترل فرکانس نشان داده شده است.
 
شکل:۱۴-۳ ژنراتور سنکرون مجهز به حلقه کنترل فرکانس [۴۵]
در شکل ۳-۱گاورنر سرعت [۵۴]فرکانس سیستم را اندازه گیری می کند. تقویت کننده هیدرولیکی[۵۵]نیروی لازم برای تغییر مکان شیر اصلی را تامین کرده و تغییر دهنده سرعت[۵۶]، توان خروجی مناسب برای توربین در حالت ماندگار را تامین می نماید. در هنگام به هم خوردن تعادل تولید و مصرف، تمام واحد های تولید با تغییر گاورنر خود، به تنظیم عرضه و تقاضا کمک میکنند . اگرچه این کمک بدون توجه به مکان تغییر بار در شبکه انجام میپذیرد. به همین دلیل است که حلقه کنترلی اولیه، برای تنظیم درست فرکانس کافی نیست.
حلقه کنترل تکمیلی از نوسانات فرکانس پسخور گرفته و آن را از طریق یک کنترل کننده دینامیکی [۵۷]به حلقه کنترل اولیه اضافه می کند، و سپس این سیگنال حاصله (ΔPC) است که برای تنظیم را هسته ی اصلی کنترل » کنترل کننده دینامیکی « فرکانس سیستم به کار میرود. پس تلویحاً میتوان جدید دانست. در عمل و در سیستم های کلاسیک، این کنترل کننده دینامیکی تنها از یک انتگرال گیر ساده و یا کنترل کننده تناسبی انتگرالی [۵۸]تشکیل شده است. طبق آنچه گفته شد و همانگونه که در شکل۳-۲نشان داده شده؛ در پی تغییر در
مقدار به انداز ΔPL یک تغییر گذرا در فرکانس به اندازه Δf ایجاد خواهد شد. پس در چنین حالتی سیستم کنترل وارد عمل شده و سیگنال ΔPm را تولید می کند تا تغییرات بار را به صورتی شایسته دنبال کرده و فرکانس را به مقدار مرجع خود باز گرداند.
 
شکل ۳-۱۵: تابع تبدیل مدل کننده ژنراتور- بار[۴۵]
۳-۳-۱-مدلسازی واحد تولید حرارتی برای بررسی پاسخ فرکانسی
سیستم قدرت ماهیتی به شدت غیر خطی متغیر با زمان دارد. با این حال برای تجزیه تحلیل مسئله کنترل فرکانس، اغتشاشات تغییر بار شبکه را با یک تابع خطی سازی شده و درجه پایین مدل میکنیم. در مقایسه با دینامیک ولتاژ و زاویه روتور، دینامیک اثرگذار بر فرکانس نسبتا آهسته عمل می کند به طوری که در بازه چند ثانیه تا چند دقیقه میباشد.
برای در نظر گرفتن دینامیک سیستم در محاسبات، اعم از دینامیک های سریع و آهسته، [۵۲] و با در نظر گرفتن جزییات دقیق دینامیکی تولید و بارها، مدلسازی مشکل شده و به روشهای پیچیده ی محاسبات عددی نیاز است. [۵۳] حال اگر از دینامیک سریع روتور و ولتاژ چشم پوشی شود، معادلات ساده تر میگردد. در این قسمت با استفاده از این ساده سازی ها مدلی کاربردی برای پاسخ فرکانسی ارائه میگردد که در شکل ۳-۳ نشان داده شده است. در این مدل فرض بر داشتن تنها یک ناحیه برای کنترل فرکانس است که سپس در ادامه برای حالات کلی تر تعمیم داده میشود.
رابطه ی دینامیکی کلی برقرار میان تولید و مصرف بر حسب میزان تفاوت آنها (ΔPm−ΔPL) و بر حسب مقدار نوسانات فرکانس (Δf )به صورت زیر بیان کرد ( را میتوان در رابطه ی ۳-۱ بصورت زیر بیان کرد:
(۱-۳)
که در آن Δf نوسان فرکانس، ΔPm تغییرات توان مکانیکی [۵۹] ، ΔPL تغییرات بار، H ثابت اینرسی [۶۰]و
D ضریب میرایی بار [۶۱]میباشند. ضریب میرایی معمولا به صورت درصد تغییر در بار، به ازای ۱ % تغییر در
فرکانس بیان میگردد [۴۵] . میتوان معادله ۳-۱ را به کمک تبدیل لاپلاس به صورت۳-۲ بازنویسی نمود:
(۲-۳)
اگر معادله ی۳-۲ را به بلاک دیاگرام تبدیل کنیم؛ این مدل ژنراتور – بار [۶۲]به سادگی می تواند در تابع حلقه بسته ژنراتور سنکرون، ساده سازی کند؛ که این مساله در شکل۳-۱۴ نشان داده شده است.
 
شکل۳-۱۶: مدل ساده شده شکل ۳-۱۴ [۴۵]
چندین مدل درجه پایین برای نمایش دینامیک توربین و ژنراتور Gt ) و (Gg در مطالعات فرکانس و طراحی کنترل سیستم پیشنهاد شده .[۵۴] به طرف نظر از مواردی مانند دینامک کند دیگ بخار [۶۳]و دینامیک سریع ژنراتور، و لحاظ کردن مدل گاورنر سرعت و توربین، مدل برای تجزیه تحلیل در زمینه کنترل بار- فرکانس آماده می گردد. این مدل در شکل ۴-۳ معرفی شده است . [۵۵] در این مدل ها Rh مشخصه های افتی واحد ها می باشند و سرعت تنظیم انجام شده توسط گاورنر ها را نشان می دهند. ضمنا Tg ، Tt ، Tr ، Ttr ، Tgh و Tth ثابت های زمانی مربوط به توربین-ژنراتور[۶۴] هستند.
شکل ۳-۵ ترکیبی از مدل های ارائه شده در شکل های۳-۲ و۳- (a)4 ارائه میدهد. پس نتیجه گیری این خواهد بود که بلاک دیاگرام شکل۳-۵ مدلی برای یک ژنراتور بخار بدون باز گرم کننده، تلفیق شده با حلقه ی کنترل فرکانس )سیستم کنترل بار- فرکانس( و در بردارنده مدل توربین، ژنراتور،گاورنر، کنترل تکمیلی و بار، ارائه میدهد.
۳-۴-کنترل فرکانس در سیستم قدرت بهم پیوسته[۶۵]
۳-۴-۱- مفهوم ناحیه کنترلی در سیستم قدرت
برای مدیریت کردن پاسخ فرکانسی در یک شبکه ایزوله و در حضور تغییرات ناگهانی بار، اغلب می توان رفتار دینامیکی چند ماشینه را با معادل تک ماشینهی آن، که در شکل ۳-۵ آمد مدل کرد. در چنین حالتی مدل معرفی شده میتواند مدلی معتبر برای کل سیستم چند ماشینه باشد. برای این تعمیم، لازم است از نظریه ناحیه های کنترلی استفاده شود. برای تعریف، ناحیه کنترلی را باید اینگونه توصیف کرد: زمانی که گروهی از ژنراتور ها و بارهای متصل به هم، در مجاورت یکدیگر قرار دارند و شرایط آنها به گونه ای است که پاسخ تمام واحد های تولید آن منطقه به تغییرات بار، هماهنگ و مشابه است. در این حالت فرکانس در تمام این منطقه کنترلی یکسان فرض میگردد؛ پس به این منطقه، ناحیه کنترلی گفته میشود.
 
شکل ۳-۱۷: مدل توربین-گاورنر سیستم برای(a): واحد بخاری بدون باز-گرم کننده (b)[66] واحد بخاری
دارای باز-گرم کننده و (c ) واحد آبی [۴۵][۶۷]
 
شکل۳-۱۸:مدل ترکیبی گاورنر با حلقه کنترل فرکانس برای یک واحد بخاری بدون باز گرمکن [۴۵]
۲-۴-۳- معرفی روابط حاکم میان نواحی کنترلی
در یک سیستم قدرت چند ناحیه ای، نواحی کنترلی مختلف از طریق خطوط انتقال ولتاژ بالا به هم متصل می گردند که در اصطلاح به آنها خطوط میان ناحیه ای [۶۸]گفته میشود. توجه به این مساله مهم است که فرکانس اندازه گیری شده در هر ناحیه، نشان دهنده میزان تفاوت عرضه- تقاضا در کل سیستم قدرت بوده و فقط منحصر به عرضه- تقاضای داخل ناحیه کنترلی نیست. بنابراین هر ناحیه کنترلی علاوه مدیریت و کنترل عرضه- تقاضا در ناحیه کنترلی خود، باید به تطبیق این تولید و مصرف در کل شبکه نیز کمک کند. این کمک به وسیله ارسال یا دریافت توان از طریق خطوط میان ناحیه ای انجام میگردد. پس برای تکمیل مدلسازی قبل، باید سیگنال عبوری از خطوط میان ناحیه ای را نیز در نظر گرفته و مدل را بهبود دهیم. توان عبوری از خطوط بین ناحیه ای برای ناحیه یک و ناحیه دو عبارت است از:
(۳-۳)
که در آن  راکتانس خط ارتباطی میان دو ناحیه یک و دو،  و  به ترتیب زاویه توان برای مدار معادل ماشین های ناحیه اول و ناحیه دوم،  و  ولتاژ دو سر ترمینال خروجی ماشین معادل، به ترتیب برای ناحیه یک و دو، می باشند.
شکل ۳-۱۹:سیستم با شکل nناحیه کنترلی [۴۵]
با خطی سازی رابطه ۳-۳ حول نقطه تعادل  ، داریم:
(۴-۳)
که در آن  ضریب گشتاور سنکرون کننده[۶۹] می باشد. مقدار این ضریب به صورت زیر است:
(۵-۳)
با در نظر گرفتن رابطه میان زاویه توان یک ناحیه کنترلی و فرکانس، میتوان رابطه ۴-۳ را به شکل زیر بازنویسی کرد:
(۶-۳)
در این رابطه،  و  مقدار نوسان فرکانس در نواحی به ترتیب یک و دو میباشند.
بازنویسی میگردد با کمک گرفتن از تبدیل لاپلاس، رابطه ی۳-۶ به شکل رابطه ۳-۷ باز نویسی می گردد:

مطلب دیگر :
مقاله - مکانیزم تشویقی برای جریان‌سازی ویدئو در شبکه‌های نظیر به نظیر- قسمت ۱۱

دانلود کامل پایان نامه در سایت pifo.ir موجود است.