بخشی از مقاله
چکیده
اگرچه در شبکههای برق صنعتی بخش عمده توان مورد نیاز از شبکه برق سراسری تامین میگردد، ولی ساختار این شبکهها بگونهای است که امکان تغذیه آنها توسط واحدهای نیروگاه داخلی نیز میسر میباشد. با توجه به ساختار الکتریکی این شبکهها، موضوعات مختلفی میبایست مورد مطالعه قرار گیرد که یکی از این موضوعات، بررسی پایداری این شبکهها در صورت وقوع خطای الکتریکی در سیستم میباشد.
به همین منظور در این مقاله به بررسی پایداریشبکه برق مجتمع فولاد مبارکه بعنوان یکی از مهمترین صنایع کشور در شرایطوقوع خطا پرداخته میشود. در همین راستا مدلسازی و شبیهسازی اجزا مختلف شبکه برق مجتمع فولاد مبارکه نظیر ژنراتورهای سنکرون، سیستم توربین-گاورنر و تنظیم کننده خودکار ولتاژ و بارهای الکتریکی جهت بررسی پایداری این شبکه در نرمافزار DIgSILENT انجام شده و با توجه به مدلسازی صورت گرفته، تاثیر نوع بار اعم از استاتیکی و دینامیکی بررسی میگردد. لازم به ذکر است انجام این مطالعات بمنظور جلوگیری از خاموشی برق شبکههای صنعتی مهم و در نتیجه وارد آمدن خسارات مادی سنگین ضروری می باشد.
مقدمه
از میان مصرف کنندههای مختلف انرژی الکتریکی، تامین توان مورد نیاز شبکههای برق صنعتی بدلیل دارا بودن خطوط تولید پیوسته و بارهای حساس، از اهمیت ویژهای برخوردار میباشد زیرا در صورت قطع برق حتی برای مدت کوتاه، خسارات زیاد و توقفهای طولانی مدت خط تولید نتیجه میگردد. به همین دلیل ساختار شبکههای برق صنعتی به گونهای است که امکان تغذیه آنها هم از طریق شبکه برق سراسری و هم توسط واحد نیروگاه داخلی آنها میسر میباشد. در همین راستا جهت جلوگیری از بروز ناپایداری در شبکههای برق صنعتی، باید مطالعات جامعی در زمینه پایداری بر روی این شبکهها صورت پذیرد.
لازمه انجام اینگونه مطالعات مدلسازی دینامیکی بارها و ژنراتورها و سیستم های کنترلی شبکه برق صنعتی میباشد. به همین منظور در این مقاله پس از مدلسازی دینامیکی شبکه برق مجتمع فولاد مبارکه بعنوان شبکه برق صنعتی نمونه، مطالعات پایداری در بدترین شرایط بهرهبرداری که بار تنها از طریقیکی از ژنراتورهای واحد نیروگاه داخلی تغذیه شود، انجام میشود. این مطالعات شامل بررسی تاثیر نوع بار در پایداری شبکهو همچنین خسارات ناشی از قطع شدن برق این شبکه میباشد.
معرفی شبکه برق مجتمع فولاد مبارکه
شبکه برق صنعتی مورد مطالعه در این مقاله، شبکه برق مجتمع فولاد مبارکه اصفهان میباشد. این شبکه با دارا بودن یکی از مهمترین خطوط تولید در زمره بزرگترین مصرف کنندههای شبکه برق سراسری ایران قرار میگیرد که بخش عمده انرژی الکتریکی مورد نیاز آن از شبکه برق سراسری تامین میگردد. همچنین مجتمع فولاد مبارکه دارای واحد نیروگاه داخلی نیز میباشد. این واحد نیروگاهی شامل سه واحد بخار با ظرفیت 100 مگاولت آمپر و یک واحد گازی با ظرفیت 135 مگاولت آمپر است.شبکه برق مجتمع فولاد مبارکه در شکل 1 نشان داده شده است.
روش تحقیق مدلسازی تجهیزات شبکه مجتمع فولاد مبارکه
رفتار یک شبکه الکتریکی در اثر بروز اختلالات مختلف، به رفتار هر یک از اجزا تشکیل دهنده آن بستگی دارد. به این منظور در این قسمت بطور مختصر به چگونگی مدلسازی ژنراتور سنکرون، بارهای الکتریکی و کنترل کنندههای توربین-گاورنر و سیستم تحریک به عنوان اجزای مهم در مطالعات دینامیکی پرداخته میشود.[2]
مدلسازی دینامیکی ژنراتور سنکرون
مدلسازی دقیق و مناسب ژنراتورهای سنکرون برای مطالعات دینامیکی ضرور ی است.[3] در مدل کامل ژنراتور سنکرون 6 سیم پیچ شامل سه سیم پیچ استاتور، سیم پیچ جریان مستقیم رتور، سیم پیچ های میرا کننده محور d و q و یک سیم پیچ برای مدلسازی آهن یکپارچه رتور به عنوان میرا کننده در نظر گرفته میشود .[4] بطور خلاصه معادلات دینامیکی مدل کامل ژنراتور سنکرون مطابق روابط - 1 - تا - 3 - میباشند.
مدلسازی تنظیم کننده خودکار ولتاژ
از آنجا که سیستم تحریک و توربین -گاورنر مهمترین جز هر ژنراتور سنکرون میباشد، لذا بررسی نقش آن ها در مباحث پایداری ضروری است.[6] با توجه به اینکه سناریوهای این مقاله تنها با در نظر گرفتن یکی از ژنراتورهای سنکرون واحد نیروگاه بخار مورد بررسی قرار میگیرد، لذا در این قسمت تنها به بررسی سیستم تحریک این ژنراتور پرداخته میشود.سیستم تحریک ژنراتورها ی واحد نیروگاه بخار مورد بحث مدلST1A میباشد.[7] شبیه سازی این مدل در محیطDSL نرمافزار DIgSILENT در شکل 2 نشان داده شده است.
مدلسازی سیستم توربین-گاورنر
بر اساس آنچه که پیش تر ذکر شد، سیستم توربین-گاورنر نیز تنها برای ژنراتور سنکرون واحد نیروگاه بخار بررسی میگردد. در مدل در نظر گرفته شده، مشخصه افتی و رفتار والو کنترلی بخار در نظر گرفته میشوند.[8] مدل شبیه سازی شده سیستم توربین-گاورنر ژنراتور مجتمع فولاد مبارکه در نرم افزار DIgSILENT در شکل 3 نشان داده شده است.
