سیستم های تنظیم ولتاژ
اهداف:
راهکارهای موجود برای تنظیم ولتاژ
اساس کار سیستم تحریک در تنظیم ولتاژ
اجزای سیستم تحریک
انواع سیستم های تحریک
توابع کنترلی و حفاظتی
کانالV-Q
هدف از این اسلاید نشان دادن رابطه توان راکتیو و ولتاژ شبکه میباشد و اینکه کنترل توان راکتیو و ولتاژ شبکه در یک راستا میباشند.
با تزریق توان راکتیو توان تزریقی به نقاطی از شبکه و انجام پخش بار شبکه مشخص میشود که ولتاژ تمام شین ها بالا می رود.بنابراین میتوان گفت توان راکتیو ولتاژ شبکه دارای تغییرات همسویی هستند.
ساعات حداکثربار←افزایش توان راکتیو مورد نظر شبکه
ساعات کم بار ←کاهش توان راکتیو مورد نیاز شبکه
در صورت تامین نشدن توان راکتیو مورد نیاز در حالت اول ولتاژ نقاط مختلف شبکه کاهش میابد. ودر حالت دوم باید توان راکتیو از شبکه به ژنراتور تزریق شود و اگر این عمل به خوبی صورت نگیرد باعث افزایش ولتاژ نقاط مختلف شبکه میگردد.
راهکارهای کنترل توان راکتیو و ولتاژ شبکه:
کنترل تحریک ژنراتور
تزریق توان راکتیو به شبکه قدرت توسط جبران سازهای موازی از جمله خازن و کندانسور سنکرون.
جابجا کردن توان راکتیو در شبکه توسط تغییر تپ ترانسفورماتور قدرت
کم کردن راکتانس القایی خطوط انتقال با نصب خازن های سری.
ما در این جلسه به بسط مورد اول خواهیم پرداخت.
سیستم تحریک:
وظیفه اصلی سیستم تحریک تامین جریان تحریک ماشین سنکرون است بعلاوه با کنترل ولتاژ تحریک وظیفه کنترل و جفاظت یک سیستم قدرت را بر عهده دارد.
از لحاظ کنترلی موجب کنترل ولتاژ و توان راکتیو انتقالی و تقویت پایداری سیستم میشود و از لحاظ حفاظتی این اطمینان را فراهم می آورد که از حدود توانایی ماشین سنکرون و سیستم تحریک و دیگر تجهیزات تجاوز نشود.
اصول عملکردی سیستم تحریک:
سیستم تحریک با تغییر جریان dc سیم پیچ تحریک واقع بر روی رتور نیروی محرکه تولید شده ژنراتور را کنترل میکند تغییر با نیروی محرکه ژنراتور نه تنها ولتاژ خرجی تنظیم میشود بلکه ضریب قدرت و دامنه جریان نیز کنترل میشود.
رسم دیاگرام فازوری ژنراتور در حالات مختلف جریان تحریک ,این تغییرات را به خوبی نشان میدهد.
لازم به ذکر است که در این حالات توان اکتیو تولیدی ژنراتور ثابت نگه داشته شده است.
عملکرد فوق تحریک
عملکرد تحریک نرمال
عملکرد زیر تحریک
اجزاء سیستم تحریک
شکل زیر نمودار بلوکی یک نمونه سیستم کنترل تحریک برای یک ژنراتور بزرگ نشان میدهد:
تحریک کننده: تامین توان جریان مستقیم مورد نیاز سیم پیچ تحریک(بخش توان سیستم تحریک)
تنظیم کننده:سیگنالهای کنترل ورودی را به سطح و شکلی که برای کنترل تحریک کننده مناسب است تقویت و پردازش میکند.این بلوک شامل تنظیم کننده ها و نیز توابع پایدار ساز سیستم تحریک میباشد.
مبدل ولتاژ پایانه و جبرانگر بار:
پایدار ساز سیستم قدرت:
مدارهای محدود کننده و حفاظتی:شامل مجموعه وسیعی از توابع کنترلی و حفاظتی برای اطمینان از اینکه از حدود توانایی های تحریک کننده و و ژنراتور تجاوز نشود.
انواع سیستم تحریک:
بر اساس منبع توان تحریک:
سیستم های تحریک جریان مستقیم
سیستم های تحریک جریان متناوب
سیستم های تحریک استاتیکی
سیسستم های تحریک جریان مستقیم(1920-1960)
از ژنراتورهای جریان مستقیم به عنوان منبع تحریک توان استفاده میشودکه از طریق جاروبک جریان تحریک ژنراتور تزریق میشود.
این زنراتور جریان مستقیم به وسیله یک موتور یا محور ژنراتور چرخیده میشود و ممکن است خود تحریک یا تحریک مستقل باشد.
سیستم های تحریک جریان متناوب
در این نوع، از ژنراتورهای جریان متناوب برای تامین تحریک ژنرتور اصلی استفاده میشود.معمولا تحریک کننده ، روی همان محور اصلی توربوژنراتور قرار دارد.خروجی جریان متناوب از طریق یکسوسازها به جریان dc مورد نیاز تحریک ژنراتور در خواهد آمد.
یکسوسازها یا بدون کنترل هستند(دیودی) یا دارای کنترل میباشند (تریستوری).
یکسوسازها ممکن است ساکن باشند یا چرخان.
بر همین اساس سیستم های تحریک به دو صورت مختلف دسته بندی میشوند.
سیستم های با یکسوساز ساکن
سیستم های با یکسوساز چرخان
سیستم های با یکسوساز ساکن
اگر یکسوسازهای سیستم ساکن باشد،خروجی جریان مستقیم آنها از طریق جاروبکها به سیم پیچ تحریک ژنراتور اصلی اعمال میشود.
اگر از یکسوساز بدون کنترل (دیودی) استفاده شود، تنظیم کننده تحریک تحریک کننده جریان متناوب را کنترل میکند که این کنترل منجر به کنترل ولتاژخروجی تحریک کننده و جریان تحریک ژنراتور اصلی میشود.
اگر از یکسوسازهای قابل کنترل(تریستوری)استفاده شودتنظیم کننده بدون واسطه ولتاژ dc مورد نیاز تحریک ژنراتور اصلی و در نتیجه جریان تحریک اصلی را کنترل میکند.
به نظر میرسد که در حالت دوم سرعت پاسخ گویی(ثابت زمانی) کوتاه تر باشد.
سیستم های با یکسوساز چرخان (سیستم بدون زغال)
در این حالت خروجی جریان مستقیم (بعد از یکسوساز) بدون نیاز به جاروبک و به صورت مستقیم به تحریک ژنراتور اصلی اعمال میشود.
آرمیچر تحریک کننده جریان متناوب و یکسوساز دیودی با تحریک ژنراتور اصلی میچرخند.
یک تحریک کننده کمکی جریان متناوب که دارای رتور مغناطیس ثابت است به همراه همین دسته میچرخد و خروجی یکسوسازی شده استاتور تحریک کننده کمکی ،تحریک ساکن تحریک کننده جریان متناوب را تامین میکند.
تنظیم کننده ولتاژ تحریک تحریک کننده جریان متناوب را کنترل میکند که آن نیز به نوبه خود تحریک ژنراتور اصلی را کنترل میکند.
سیستم های استاتیکی
در این نوع سیستم های تحریک ،تمام اجزای مدار،ثابت هستند.یکسوکننده های استاتیکی (بدون کنترل یا بدون کنترل)تحریک ژنراتور را مستقیما از طریق جاروبک تغذیه میکنند.
توان مورد نیاز یکسوکننده ها از ژنراتور اصلی (یا شین اضافی پست)و از طریق یک ترانسفورماتور کاهنده یا از طریق سیمپیچی های اضافی در ژنراتور تامین میگردد.
سه نوع از پرکاربردترین انواع تحریک استاتیکی:
سیستم های با یکسوساز قابل کنترل و منبع ولتاژ
سیستم های با یکسوساز ومنبع ترکیبی
سیستم های با یکسوساز و منبع ترکیبی قابل کنترل
سیستم های با یکسوساز قابل کنترل ومنبع ولتاژ
در این سیستم توان سیستم تحریک از طریق یک ترانسفورماتور از پایانه های ژنراتور اصلی یا شین اضافی پست تامین میشود.و سیستم از طریق یک یکسوساز قابل کنترل تنظیم میگردد.
حداکثر ولتاژ خروجی اکسایتر به ولتاژ ورودی جریان متناوب بستگی دارد.
ثابت زمانی بسیار کوتاه،هزینه کم ،تعمیر و نگهداری آسان،عملکرد مطلوب در سیستم های قدرت بزرگ.
هنگام بروز خطا در سیستم قدرت ولتاژ پایانه ژنراتور افت میکند و به همین دلیل ولتاژ سقف اکسایتر کاهش میابد.
سیستم های با یکسوساز ومنبع ترکیبی
در این نوع سیستم توان مورد نیاز سیستم تحریک از طریق ولتاژ و جریان ژنراتور اصلی تامین میشود.
خروجی تحریک کننده از طریق اشباع کنترل ترانسفورماتور تحریک به وسیله تنظیم کننده،کنترل میشود.
سیستم های با یکسوساز و منبع ترکیبی قابل کنترل:
در این سیستم از یکسوسازهای قابل کنترل در مدارهای خروجی اکسایتر و ترکیبی از منابع ولتاژ و جریان در استاتور ژنراتور استفاده میشود.به دهمین علت این سیستم بسیار سریع است و هنگام بروز خطا ،توانایی بسیار بالایی دارد.
یک تنظیم کننده ولتاژ استاتیکی و جریان متناوب ،مدارهای آتش تریستورها را کنترل میکند تا در نهایت تحریک مورد نیاز ژنراتور اصلی را تنظیم کند.
Field flashing در تحریک کننده های استاتیکی:
از آنجا که منبع ولتاژ سیستم تحریک استاتیکی ،ژنراتور اصلی است.لذا در عمل این سیستم ،سیستمی خود تحریک است.اما ژنراتوری ولتاژی تولید نمیکند مگر اینکه جریان تحریک وجود داشته باشد.از این رو برای تامین جریان تحریک و انرژی دار کردن ژنراتور لازم است برای چند ثانیه منبه توان دیگری (باتری پست) در دسترس باشد.فرآیند ایجاد و افزایش شار تحریک ژنراتور به شعله وری تحریک (field flashing) معروف است.
توابع کنترلی و حفاظتی:
با توجه به وظایف سیستم تحریک که در اسلاید سوم بیان شد ،سیستم تحریک باید مجهز به توابع کنترلی ،محدود کننده و حفاظتی باشد که نحوه یارتباط آنها درشکل اسلاید بعد نمایش داده شده است.
توابع کنترلی:کمیتهای خاصی را درمقدار مطلوب تنظیم مینمایند.
توابع محدود کننده:از خروج کمیتها از محدوده مجازشان جلوگیری میکنند.
توابع حفاظتی:اگر هر یک از محدود کننده ها به طور مطلوب کار نکنند این واحد اجزای خاصی از سیستم را از مدار خارج میکند.
توابع گوناگون کنترلی و حفاظتی
تنظیم کننده های جریان متناوب و مستقیم
مدارهای پایدارساز سیستم تحریک
پایدار ساز سیستم قدرت
جبرانگر بار
محدود کننده زیر تحریک
محدود کننده فوق تحریک
محدود کننده و حفاظت ولت بر هرتز
مدارهای اتصال کوتاه کننده تحریک
که در ادامه به شرح چند مورد از آنها میپردازیم.
تنظیم کننده جریان متناوب و مستقیم
تنظیم کننده جریان متناوب : ولتاژ پایانه ژنراتور اصلی را در مقدار مطلوب حفظ میکند.
تنظیم کننده جریان مستقیم (حالت کنترل دستی) : ولتاژ تحریک ژنراتور را در مقدار مطلوب حفظ میکند.مواقعی از این نوع استفاده میشود که تنظیم کننده جریان متناوب خراب باشد و یا لازم است از کار انداخته شود.
فقط تنظیم کننده جریان متناوب امکان اعمال سیگنالهای اضافی جهت انجام وظایف کنترلی و حفاظتی را فراهم میسازد.
مدارهای پایدارساز سیستم تحریک
سیستم های تحریکی که از اجزایی با تاخیر زمانی زیاد تشکیل شده انددارای عملکرد دینامیکی ضعیفی هستند.(جریان مستقیم و جریان متناوب).
اگر از بهره بسیار کمی برای تنظیم کنندهدر حالت ماندگار استفاده نشود،سیستم کنترل تحریک،در حالتی که ژنراتور مدار باز است ناپایدار خواهد بود.به همین خاطر باید از پایدار ساز به طور سری یا از طریق جبرانگر فیدبک،برای بهبود عملکرد دینامیکی سیستم کنترل تحریک استفاده شود.معمولترین روش استفاده از یک جبرانگر مشتقی است.این کار تاخیر فاز ناشی از تاخیرهای زمانی را در یک بازه فرکانس انتخاب شده حداقل میسازد.
پایدار ساز سیستم قدرت
وسیله ای است که با افزودن سیگنالهای کمکی به سیستم تحریک،عملکرد دینامیکی سیستم قدرت را بهبود میبخشداین پایدار ساز معمولا از سیگنالهایی از
قبیل سرعت محور ،فرکانس و توان پایانه ژنراتور تغذیه میشود.و بر عملکرد دینامیکی سیستم قدرت با میرا کردن نوسانات آن تاثیر مطلوب میگذارد.
جبرانگر بار
از جبرانگر بار برای کنترل ولتاژ نقطه ای درون یا بیرون ژنراتور استفاده میشود.این موضوع با افزودن مداری اضافی به حلقه تنظیم کننده ولتاژ صورت میگیرد.
منابع:
پایداری و کنترل سیستم های قدرت تالیف پروفسور پرابها شانکار کندور
تولید برق در نیروگاه ها تالیف دکتر هوشمند
ماشین های الکتریکی تالیف پروفسور بیم بهارا
پایان