Download
1 / 47
500 likes | 704 Views
به نام خدا. POWER SYSTEM ANALYSIS. Ali Karimpour Associate Professor Ferdowsi University of Mashhad. Reference: Olle I. Elgerd “Electrical Energy Systems Theory” , McGraw-Hill, 1983 I thank my student, Mr. Milad Amini, for his help in making slides of this lecture.
E N D
به نام خدا POWER SYSTEM ANALYSIS Ali Karimpour Associate Professor Ferdowsi University of Mashhad Reference: Olle I. Elgerd “Electrical Energy Systems Theory” , McGraw-Hill, 1983 I thank my student, Mr. Milad Amini, for his help in making slides of this lecture. .
Lecture1 سيستمهاي قدرت با تغيير غير قابل پيش بيني بار همراه است. سيستم کنترل خودکار بايد اين تغييرات را آشکار و با سرعت خنثي کند. براي اين منظور سيستم قدرت داراي دو حلقه کنترلي اصلي سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت . تنظيم کننده خودکار ولتاژ (AVR) . حلقه کنترل خودکار بار- فرکانس (ALFC)
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت حلقه هاي کنترلي AVR و ALFC حلقه AVR حلقه ALFC از مسائل قابل توجه در حلقه هايکنترلي فوق تاثير متقابل بين دو حلقه مي باشد که در عمل بسيار کم است.
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت تحريک کننده اصلي ترين عضو حلقه AVR است که تامين کننده انرژي الکتريکي مورد نياز ژنراتور است. 1- تنظيم کننده خودکار ولتاژ (AVR) • سيستم هاي تحريک قديمي • سيستم های تحريک استاتيک • سيستم های تحريک بدون جاروبک
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت 1- تنظيم کننده خودکار ولتاژ (AVR) سيستم تحريک قديمي
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت 1- تنظيم کننده خودکار ولتاژ (AVR) سيستم تحريک استاتيک
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت 1- تنظيم کننده خودکار ولتاژ (AVR) سيستم تحريک بدون جاروبک
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت 1-1مدلسازي سيستم تحريک AVR قسمتهاي مختلف حلقه بصورت زير است. • تقویت کننده البته تقويت کننده ها معمولا داراي يک تاخير زماني مي باشند لذا: محدوده ثابت زماني تقويت کننده 0/01 تا 0/02 ثانيه مي باشد.
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت 1-1مدلسازي سيستم تحريک AVR قسمتهاي مختلف حلقه بصورت زير است. • ميدان تحريک محدوده ثابت زماني سيستم تحريک 0/5 تا 1 ثانيه مي باشد.
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت 1-1مدلسازي سيستم تحريک AVR قسمتهاي مختلف حلقه بصورت زير است. • مدل ژنراتور محدوده ثابت زماني مدار ژنراتور چندين ثانيه مي باشد.
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت 1-1مدلسازي سيستم تحريک • تقویت کننده • ميدان تحريک • مدل ژنراتور
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت بلوک دياگرام سيستم AVR
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت 1-2 کارکرد ایستای حلقه AVR حلقه AVR بايد سه خاصيت زير را داشته باشد: الف) ولتاژ خروجي را در محدوده مناسب تنظيم کند. ب) سرعت پاسخ آن مناسب باشد و ج) پايدار باشد.
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت خطاي حالت دائم حلقه فوق عبارتست از: حال براي قبول خطاي يک درصد بايد همانطور که مشخص است با افزايش بهره خطاي ايستا کاهش مي يابد.
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت پاسخ گذراي سيستم ديناميکي عبارتست از: AVR کارکرد ديناميک(پوياي) حلقه 3-1 لذا عملکرد سيستم به محل قطبهاي حلقه بسته يعني
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت همانطور که در بخش قبل ديديم براي دقت ايستا نياز به بهره حلقه بزرگ مي باشد ولي بزرگي حلقه خود منجر به پاسخ پوياي نا مطلوب واحتمالا ناپايداري می شود.باافزودن ترمیم کننده پایداری سری این وضعیت نامطلوب رامی توان برطرف کرد. ترميم پايداري 4-1 فرض کنيد از يک جبران ساز PD بصورت استفاده کنيم در اينصورت تابع انتقال سيستم و کنترلر بصورت زير است:
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت -2 حلقه کنترل خودکار بار- فرکانسAFLC در يک سيستم تک ناحيه اي حلقه ALFC تنها به هنگام تغييرات کوچک و کند بار و فرکانس وارد عمل شده و به کنترل سيستم مي پردازد. در عدم تعادلهاي بزرگ اين حلقه کارا نبوده و از کنترلهاي اضطراري مثل قطع خط و يا انواع ديگر آن بهره گيري مي شود. گاورنر سرعت يا حلقه ALFC اوليه
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت • 1-2مدلسازي حلقه ALFC اوليه • سيستم فرمانه سرعت
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت • 1-2مدلسازي حلقه ALFC اوليه • راه انداز شير هيدروليکي تغيير مکان شير بخار بستگي به زمان باز شدن پيستونهاي روغن هيدروليک دارد لذا محدوده ثابت زماني شير هيدروليکي حدود 0/1 ثانيه مي باشد.
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت • 1-2مدلسازي حلقه ALFC اوليه • پاسخ توربین در اين قسمت هدف يافتن رابطه بين خروجي توربين و تغيير مکان شير بخار است. توبينهاي بخار بدون پيش گرمکن ساده ترين تابع انتقال را دارند يعني تنها داراي يک ثابت زماني مي باشند.
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت • 1-2مدلسازي حلقه ALFC اوليه
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت • 2-2 کارکرد ايستاي فرمانه سرعت در اين حالت سه وضعيت را در نظر مي گيريم: الف) ژنراتور با شبکه بسيار بزرگي همگام شده است. در اين شرائط داريم: مثال 1: يک ژنراتور 100 مگاواتي به شبکه بينهايتي متصل است. چگونه قدرت توربين را 5 مگاوات افزايش دهيم؟ حل:
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت • 2-2 کارکرد ايستاي فرمانه سرعت در اين حالت سه وضعيت را در نظر مي گيريم: ب) حال فرض کنيد شبکه بينهايت نيست و توان مبنا تغيير نمي کند لذا داريم: مثال 2: يک ژنراتور 100 مگاواتي داراي پارامتر تنظيم R معادل 4 درصد (0/04 پريونيت) است. اگر فرکانس 0/1 هرتز افت کند و تنظيم توان مبنا ثابت باشد، ميزان افزايش توان توليد چقدر است؟ حل:
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت • 2-2 کارکرد ايستاي فرمانه سرعت در اين حالت سه وضعيت را در نظر مي گيريم: ج) در اين حالت هم تغيير توان مبنا و هم تغيير فرکانس داريم. پاسخ ايستاي سرعت – توان يک سيستم حل:
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت مثال 3: يک ژنراتور 100 مگاواتي داراي پارامتر تنظيم R معادل 4 درصد (0/04 پريونيت) است. اگر فرکانس 0/1 هرتز افت کند ولي توان توربين ثابت بماند، تنظيم مبنا چگونه بايد تغيير کند؟ حل:
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت مثال 4: توان مورد نياز يک سيستم توسط دو ژنراتور تامين مي شود. توان نامي آنها به ترتيب 50 و 500 مگا وات است. فرکانس 60 هرتز و هر ژنراتور نصف بار نامي خود را تامين مي کند. اکر بار دو ژنراتور به اندازه 110 مگاوات افزايش يافته و فرکانس به 59/5 هرتز کاهش مي يابد. ميزان ضريب تنظيم هر واحد را بگونه اي تعيين کنيد که هر ژنراتور تواني متناسب با توان نامي خود را تامين کند؟ حل: لذا ژنراتورهاي موازي براي تامين بار متناسب با قدرت خود بايد ضريب تنظيم هاي يکسان بر حسب پريونيت داشته باشند.
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت 3-2 بستن حلقه AFLCاولیه براي بستن حلقه نشان داده شده در شکل بايد رابطه بين توان توربين وتغییر فرکانس را محاسبه کرد. فرض کنيد شبکه در حالت کار عادي است. لذا در صورت اغماض از تلفات، توان توربين و توان الکتريکي توليدي ژنراتور و توان مصرفي شبکه با يکديگر برابر مي باشد. حال فرض کنيد توان مصرفي شبکه به اندازه تغيير کند (+يا -) واضح است که توان توليدي ژنراتور نيز با اندازه تغيير مي کند. در اين شرايط تفاوت منجر به کاهش يا افزايش سرعت و در نتيجه فرکانس خواهد شد.
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت 3-2 بستن حلقه AFLCاولیه براي بستن حلقه نشان داده شده در شکل بايد رابطه بين توان توربين وتغییر فرکانس را محاسبه کرد. تفاوت منجر به تغيير انرژي جنبشي و تغيير توان مصرف مي شود لذا داريم: تغيير انرژي جنبشي تغيير توان مصرفی
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت از طرفي داريم: پس با تقسيم اين رابطه بر توان نامي معادله بصورت پريونيت در مي آيد. ضريب H داراي واحد ثانيه بوده و ثابت اينرسينام دارد. مقدار ثابت اينرسي که از نسبت انرژي جنبشي به توان نامي حاصل مي شود در بازه 2 تا 8 ثانيه است.
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت 3-2 بستن حلقه AFLCاولیه براي بستن حلقه نشان داده شده در شکل بايد رابطه بين توان توربين وتغییر فرکانس را محاسبه کرد.
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت • 4-2 مفهوم ناحيه کنترل در روابطي که تاکنون بدست آمد فرض بر اين بود که يک ژنراتور منفرد به يک شبکه متصل است، اما معمولا شبکه ها داراي ژنراتورهاي متعدد هستند. اگر فرض کنيم ژنراتورها داراي ضرايب تنظيم(R) یکسان هستند و همچنين توربينهاي آنها داراي مشخصه هاي پاسخ يکسان است در اين صورت نمايش شکل زیر براي يک ناحيه کنترل قابل قبول است.
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت مثال 5: يک ناحيه کنترلي با فرکانس 60 هرتز و مشخصات را در نظر بگيريد. مطلوبست پارامترهاي حلقهAFLC. ظرفيت نامي کل ناحيه Pr=2000 MW بار در شرايط عادي PD0=1000 MW ثابت تنظيم براي تمام ژنراتورهاي ناحيه R=2.40 Hz/pu MW ثابت اينرسي H=5 s فرض بر اينست که با افزايش يک درصد در فرکانس، بار نيز يک درصد افزايش يابد. حل:
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت • 5-2 کارکرد استاتيک حلقه ALFC اوليه يکي از هدف هاي اساسي حلقه ثابت نگه داشتن فرکانس با وجود تغييرات بار است. با توجه به شکل رابطه بين تغيير توان ورودي و تغيير فرکانس عبارتست از: حال تغيير بار پله اي به اندازه M در سيستم منجر به تغيير فرکانس حالت دائم زیر می شود:
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت مثال 6: در شبکه 2 گيگاواتي مثال 5 اگر بار شبکه 20 مگاوات افزايش يابد مطلوبست تغيير فرکانس و فرکانس جديد سيستم. حل: تغيير فرکانس سيستم عبارتست از: و فرکانس جديد عبارتست از:
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت مثال 7: مطلوبست تغيير فرکانس و فرکانس جديد سيستم مثال6 با فرض باز بودن حلقه فرمانه سرعت. حل: تغيير فرکانس سيستم عبارتست از: و فرکانس جديد عبارتست از:
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت 6-2کارکرد ديناميک(پوياي) حلقه AFLCاوليه در بخش قبل ديديم که: ثابت زماني سيستم قدرت در حد 20 ثانيه بود و لذا مي توان ثابت زماني توربين و سيستم هيدروليک را اغماض نمود، و لذا تابع انتقال بين تغيير توان ورودي و تغيير فرکانس عبارتست از: حال اگر فرض کنيم يک تغيير ناگهاني 20 مگاوات در بار داريم در اينصورت
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت 6-2کارکرد ديناميک(پوياي) حلقه AFLCاوليه لذا تغيير فرکانس با توجه به مقادير مثال 5 عبارتست از: ثابت زماني کل سيستم 0/393 20 اين کاهش در نتيجه وجود فرمانه سرعت است.
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت • 7-2 تعبير فيزيکي نتايج در لحظات اوليه ،کل بار اضافه شده (20مگا وات ) از انرژي جنبشي ذخيره شده تامين مي شود. با کاهش سرعت انرژي جنبشي آزاد مي شود. چون سرعت در حال کاهش است، با توجه به مکانيزمي که در ابتدا شرح داده شد شير بخار باز مي شود. از آنجا که ظهور اين توان آزاد شده به منزله نياز کمتر به توليد توان تلقي مي شود، در نتيجه مي توان آن را مستقيما يه عنوان سهمي در تامين بار تقاضاي جديد در نظر گرفت. بنابر اين با افت سرعت، افزايش بار تقاضاي 20 مگاواتي متشکل از سه مولفه خواهد بود 1) انرژي جنبشي حاصل از ماشين هاي در حال گردش سيستم 2) افزايش توليد توربین 3) کاهش مصرف
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت مثال 8: سهم هر يک از مولفه هاي افزايش توان توربين بخاطر باز شدن شير بخار و کاهش توان مصرفي بخاطر کاهش فرکانس را در مثال 6 بيابيد. حل: افزايش توان توربين بخاطر باز شدن شير بخار عبارتست از: و کاهش بار بخاطر کاهش فرکانس عبارتست از:
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت 8-2حلقه ALFC ثانويه (حذف خطاي حالت دائم) حلقه هاي ALFC اوليه و ثانويه
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت پاسخ دینامیکی مثال 7 بدون حلقه ثانویه پاسخ دینامیکی مثال 7 با حلقه ثانویه
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت -3حلقه کنترل خودکار بار- فرکانس (ALFC) در حالت چند ناحيه کنترلي (همياري ) اگر سيستم مورد بررسي از دو ناحيه کنترلي تشکيل شده باشد آنگاه رابطه برابری انرژی بصورت زير براي هر يک از نواحي قابل بيان است. P12 توان پريونيت جاري از ناحيه 1 به ناحيه 2 بوده و از رابطه زير قابل محاسبه است: عبارت T0= ضريب سنکرون سازي
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت از طرف ديگر رابطه تغيير فرکانس يک ناحيه با تغيير زاويه ولتاژ آن ناحيه عبارتست از: پس تغييرات توان بين دو ناحيه عبارتست از:
سيستم قدرت در حالت مانا – کنترل سيستم قدرت حلقه هاي ALFC اوليه و ثانويه براي يک سيستم متشکل از دو ناحيه
تمرینها -1شکل مقابل را در نظر بگيريد. يک ناحيه کنترلی با فرکانس 60 هرتز و مشخصات زير را در نظر بگيريد. تابع انتقال توربين و سيستم هيدروليک را واحد فرض کنيد. بار در شرايط عادی 500 مگاوات و ظرفيت نامي کل شبکه را 2000 مگاوات در نظر بگيريد. ثابت تنظيم براي تمام ژنراتورها و ثابت اينرسيبرای تمام ژنراتورها است.فرض بر اينست که با افزايش يک درصد در فرکانس، بار نيز يک درصد افزايش يابد.
تمرینها الف) مطلوبست پارامترهاي حلقه ALFC . ب) با فرض و اگر بار شبکه 10 مگاوات افزايش يابد مطلوبست فرکانس کاري جديد. ج) تغييرات فرکانس بر حسب زمان را بدست آوريد.
