دانلود مقاله کامل درباره مطالعه و شبیه سازی قطع تحریک ژنراتور در ساختارهای مختلف شبکه قدرت

اختصاصی از فایل هلپ دانلود مقاله کامل درباره مطالعه و شبیه سازی قطع تحریک ژنراتور در ساختارهای مختلف شبکه قدرت دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 7

مطالعه و شبیه سازی قطع تحریک ژنراتور در ساختارهای مختلف شبکه قدرت

چکیده: سیستم تحریک ژنراتور سنکرون یکی از تجهیزات مهم در عملکرد، کنترل ژنراتور و پایداری سیستم قدرت است. رله قطع تحریک بر اساس اندازه گیری امپدانس عمل می کند، این رله سهم مهمی در عملکرد سیستم حفاظت دارد، که باعث آسیب دیدن کمتر ژنراتور سنکرون می شود و همچنین شبکه قدرت را در برابر زیان های ناشی از افت ولتاژ ترمینال ژنراتور حفاظ می کند . در این مقاله با مروری بر تحقیقات انجام شده، ساختارهای مختلف از یک شبکه تحت مطالعه آورده شده و با شبیه سازی های انجام شده عکس العمل ژنراتورها در برابر قطع تحریک هریک از واحدها نشان داده شده است. در این ساختارها اثر فاصله بین ژنراتورها، ژنراتورهای موازی و میزان بار بر روی امپدانس دیده شده و نیز مطالعه نحوه اثر گذاری تغییرات تحریک یک ژنراتور بر ژنراتور دیگر بررسی می شود.‬‬‬

کلمات کلیدی: ژنراتور سنکرون، قطع تحریک (L.O.E)، رله قطع تحریک، ساختار شبکه قدرت.

1- مقدمه

ضرورت داشتن حفاظت قطع تحریک (L.O.E) برای هر ژنراتور از آن جهت که قطع تحریک می تواند صدماتی هم به ژنراتور و هم به شبکه قدرت وارد کند امری روشن است. برای تشخیص خطای L.O.E تا کنون از روش های مختلفی استفاده شده است[1] :

– رله undercurrent برای تشخیص شرایط مدار باز شدن مدار تحریک

– رله overcurrent برای حالت اتصال کوتاه آن

– رله revers-var که در ترمینال ژنراتور نصب می شود و در صورت جذب توان راکتیو توسط ژنراتور تریپ می دهد.

– رله undervoltage در مدار تحریک

– رله امپدانس در ترمینال ژنراتور.

تجربیات نشان می دهد که رله امپدانسی از رله های جریان میدان و یا توان راکتیو معکوس بهتر و دقیق تر عمل می کند. برای تنظیم این رله از offset برابر 1/2X'd استفاده می شود و شعاع منطقه عملکرد رله را برابر Xd (رئکتانس حالت ماندگار ژنراتور) قرار میدهند [1,2]. حتی می توان برای رله مذکور دو. تنظیم در نظر گرفت. در این صورت offset رله دوم را مانند قبل در نظر میگیرند و شعاع رله را برابر 1p.u بر اساس امپدانس مبنای ژنراتور تنظیم می کنند [3]. دایره کوچکتر برای عملکرد سریع رله است و دایره بزرگتر کندتر بوده ولی در شرایط بارگذاری کم ژنراتور نیز خطای L.O.E را تشخیص می دهد. در شرایط بار راکتیو بزرگ مثل موتور القایی توانایی رله L.O.E برای عملکرد مناسب کاهش می یابد لذا در سیستم های با تعداد موتور القایی زیاد offset رله قطع تحریک را مقدار کوچک تری تنظیم می کنند [1].

در حالت L.O.E دور ژنراتور بالا می رود و عملکرد ماشین از ژنراتور سنکرون به ژنراتور القایی تغییر می کند [4]. این ژنراتور توان راکتیو زیادی جذب می کند که می تواند باعث افت ولتاژ و فروپاشی شبکه، ناپایداری و از دست رفتن بار شود. قطع تحریک در ژنراتور های بزرگ اثر شدیدتری بر این ناپایداری دارد. رله امپدانسی در حالت قطع تحریک ژنراتور برای تامین توان راکتیو نیاز به منبع خارجی دارد که این منبع خارجی می تواند شبکه و یا ژنراتورهای دیگر موجود باشد [1]. در حالت عملکرد جزیره ای چند ژنراتور امکان دارد ژنراتورهای باقیمانده نتوانند به طور مناسب توان راکتیو رله امپدانسی را تامین کنند و این امر منجر به عملکرد نادرست رله می شود. با توجه به اندازه ژنراتور سنکرون چند دستور العمل جهت اطمینان از عملکرد صحیح رله دیستانس در حالت قطع تحریک در [1] ارائه شده است.

مشخصه L.O.E و عملکرد رله در طول نوسانات گذرا و اغتشاشات فرکانسی شبکه در [3,5] بررسی شده است. طراحی یک سیستم حفاظت L.O.E جهت کاهش اغتشاش ولتاژ در شبکه ناشی از خطای قطع تحریک در [6] مطالعه شده است.

نحوه حرکت امپدانس دیده شده توسط رله های L.O.E در مدت زمان اغتشاشات پشت سر هم در [4,7] تحقیق شده است. خطای خارجی می تواند منجر به شروع خطای L.O.E در ژنراتور شود. مثلا خطای فاز به زمین خط انتقال به همراه دو اتصال کوتاه در مدار تحریک که منجر به از دست رفتن کامل تحریک می شود. در حالت حضور خطاهای همزمـان عملـکرد رلـه L.O.E سریعتر میشود.

بیشتر از 50% خطاهای ژنراتور مربوط به سیستم تحریک است لذا پیدا کردن خطاهای کوچک این سیستم مهم است. در [8] با اندازه گیری زاویه ولغزش یک خفاظت سریع سیستم تحریک ارائه شده است. خطاهای داخلی ژنراتور توسط رله های دیجیتال قابل تشخیص هستند. نتایج نشان می دهد که زمان کل برای تشخیص خطا و تریپ رله کمتر از نیم سیکل خواهد بود. در [9] بر اساس انداه گیری هارمونیک دوم جریان تحریک یک سیستم حفاظتی طراحی شده است. استفاده از هوش مصنوعی بر اساس شبکه عصبی جهت تشخیص از دست رفتن پایداری شبکه ، نوع خطا و به خصوص خطای قطع تحریک در [10] بررسی شده است.

شکل (1): تحریک یکی از واحدهای نیروگاه رامین

خطای قطع تحریک می تواند به علت اتصال کوتاه شدن و یا مدار باز شدن مدار تحریک رخ دهد . در حالتی که خطای قطع تحریک به علت مدار باز شدن باشد نسبت به حالتی که به علت اتصال کوتاه باشد رله L.O.E پاسخ سریعتری می دهد [7]. این حالات به همراه شرایط بارهای مختلف در [11] بررسی شده است.

تغییر ساختار شبکه قدرت بر امپدانس دیده شده توسط رله L.O.E تاثیر گذار است و از آنجا که این بحث در مراجع مورد برسی کمتر مشاهده می شود. در این مقاله تاثیر ساختارهای شبکه قدرت بر رله قطع تحریک مطالعه می شود. اثر تغییر بار ژنراتور ، تغییر فاصله ژنراتورها در یک شبکه و اثر ژنراتورهای موازی بر این امپدانس بررسی می شود. همچنین نحوه اثر گذاری تغییرات تحریک یک ژنراتور بر ژنراتور دیگر مطالعه شبه سازی می شود. ‬‬

شبکه مورد مطالعه

شکل (2) ساختار اصلی شبکه مورد مطالعه را نشان می دهد. مبنای اصلی شبیه سازی ها شکل (2) است و در هر مورد توضیحات لازم آورده می شود.‬‬‬‬

شبیه سازی ها با استفاده از نرم افزار Pscad انجام شده است و امپدانس به روش فوریه و با استفاده از بلوک های موجود انجام گرفت.

شکل (2): شبکه مورد مطالعه

شبکه با یک ژنراتور

در این جا با توجه به شکل (2)، ژنراتورهای 2و3 از شبکه جدا و ژنراتور1 مستقیماً یک بار را تغذیه می کند. در ثانیه سوم، تحریک ژنراتور1را قطع می کنیم. قطع تحریک ژنراتور1سبب افت ولتاژ در ترمینال ژنراتور وکاهش جریان می شود. سرعت آن افزایش و توان خروجی اکتیو و راکتیو ژنراتور بعد از قطع تحریک کاهش نزولی خواهد داشت.

شکل (3) و (4) به ترتیب افت ولتاژ در ترمینال های ژنراتور و افزایش سرعت ژنراتور را نشان می دهد.

شکل(3) : افت شدید ولتاژ در ترمینال های ژنراتور بعد از دست رفتن تحریک

شکل(4): افزایش سرعت زاویه ای ژنراتور بعد از قطع تحریک

شبیه سازی ها نشان می دهد که قطع تحریک در سیستم تک ماشین را نمی توان با رله امپدانسی تشخیص داد چون که امپدانس به منطقه مورد عملکرد رله حرکت نخواهد کرد.

دو ژنراتور با اتصال مستقیم به یک بار

در این جا، با توجه به شکل (2)، ژنراتورهای 1و3 در شبکه موجود یک بار را تغذیه می کنند. در این حالت علاوه بر واحد 2 از تمام خطوط صرف نظر می شود.

برای ژنراتور1 قطع تحریک در ثانیه 3 اعمال می شود. سرعت تحریک ژنراتور1 بعد از قطع تحریک آن افزایش می یابد. مطابق شکل 5 توان راکتیو خروجی آن به شدت کاهش می یابد و در واقع توان راکتیو را مصرف می کند.

شکل (5): توان اکتیو و راکتیو ژنراتور 1

حرکت امپدانس در صفحه امپدانس در دو سر ترمینال ژنراتور1 به مانند شکل (6) خواهد بود. مشاهده می شود که امپدانس اندازه گیری شده به ناحیه تریپ رله قطع تحریک وارد می شود. ‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬

شکل(6): حرکت امپدانس از دید ژنراتور1و تاثیر قطع تحریک

سه ژنراتور با خطوط بین آنها

این حالت با توجه به شکل (2) به این صورت که هر سه ژنراتور در شبکه قرار دارند، و خطوط 2 و3 هرکدام 50 کیلومتر در نظر گرفته می شوند و ژنراتور 1 نیز مستقیم به بار وصل می شود و از خط 1 صرف نظر می شود.

شبیه سازی ها نشان می دهد که قطع تحریک ژنراتور 1، سبب افت ولتاژ و افزایش جریان در ترمینال آن می شود. سرعت زاویه ای آن به آرامی افزایش می یابد و توان راکتیو را جذب می کند.

شکل های (9)- (7) نشان می دهند که قطع تحریک ژنراتور1، باعث حرکت امپدانس دیده شده از دو سر ترمینال های ژنراتور2 و3 میشود، اما فاصله آن با ناحیه عملکردی قطع تحریک زیاد است ولی برای ژنراتور1 حرکت امپدانس به داخل ناحیه عملکرد رله قطع تحریک خواهد بود.

شکل (7): حرکت امپدانس از دید ترمینال ژنراتور 1

شکل (8): حرکت امپدانس از دید ترمینال ژنراتور 2

شکل(9): حرکت امپدانس از دید ترمینال ژنراتور 3

اثر میزان بار و فاصله

سه ژنراتور با اتصال مستقیم بار

ساختار مورد مطالعه در این مرحله، با توجه به شکل (2)، هر سه ژنراتور یک بار بدون در نظر گرفتن خطوط، یک بار را تغذیه میکنند و در ثانیه3 تحریک ماشین1 قطع می شود. در شکل (10) می توان ولتاژ تحریک و جریان تحریک ژنراتور1 را مشاهده کرد. که در ثانیه3 ولتاژ صفر می شود ولی جریان به خاطر خاصیت سلفی نمی تواند به طور آنی صفر شود ولی به صفر میل می کند.

مشاهده می شود که بعد از قطع تحریک، ولتاژ ترمینال ژنراتور1 به خاطر در مدار بودن ژنراتورهای 2و3 بعد از قطع تحریک اندکی افت می کند.

شکل(10): ولتاژ و جریان سیم پیچ تحریک ژنراتور1

شکل (11) موقعیت امپدانس در صفحه امپدانس را نشان می دهد.

شکل (11): موقعیت امپدانس در صفحه امپدانس رله

سه ژنراتور با اتصال مستقیم بدون بار

در این مرحله، بدون در نظر گرفتن خطوط و بار، در شکل (2)، هر سه ژنراتور به طور مستقیم به هم متصل کرده و برای ژنراتور1 در ثانیه 3 قطع تحریک را اعمال می کنیم.

شکل (12) تغییرات ولتاژ در ترمینال ژنراتور1 را نشان می دهد که بسیار اندک است.

شکل(12): تغییرات ولتاژ ترمینال ژنراتور1

شکل های (15)-(12) حرکت امپدانس را از دید ترمینال هر یک از ژنراتور ها نشان می دهد. با توجه به شبیه سازی ها مشاهده می شود که قطع تحریک ژنراتور 1 ممکن است باعث عملکرد رله تحریک دیگر ژنراتورها گردد. این حالت را می توان یک نیروگاه سه واحدی در نظر گرفت که با قطع تحریک یک واحد، کل نیروگاه از دست می رود.

شکل (13) : موقعیت امپدانس در صفحه امپدانس از دید ترمینال ژنراتور 1 که تحت تاثیر قطع تحریک است.

شکل(14) : موقعیت امپدانس از دید ترمینال ژنراتور 3

شکل(15) : موقعیت امپدانس از دید ترمینال ژنراتور 2

اتصال دو ژنراتور با خط انتقال

با توجه به شکل(2)، در این مرحله ژنراتور1و 3 با یک خط 50 کیلومتری به طور مستقیم به هم وصل می شوند.‬‬‬‬‬

همچنان که انتظار میرود ولتاژ ترمینال های ژنراتور1 کاهـش و