بخشی از مقاله
چکیده
براي بررسی رفتار شبکه برق کشور در برابر بروز اغتشاش نیاز به داشتن مدل تک تک اجزا تشکیل دهنده شبکه خواهیم داشت. در سالهاي اخیر با افزایش استفاده از توربین گاز به عنوان عامل تولید توان در شبکه تولید برق، مدلسازي توربین گاز مورد توجه قرار گرفته است و در مقالات روشهاي گوناگونی براي مدل کردن رفتار دینامیکی این جز از شبکه تولید نیرو پیشنهاد شده است که در اینجا از مدل روئن1 که ابتدا براي مدلسازي توربینهاي ساخت شرکت جنرال الکتریک مورد استفاده قرار گرفت استفاده خواهد شد. این مدل با کمی تغییر قابل استفاده براي تحلیل رفتار توربین دیگر سازندهها نیز خواهد بود. هدف از این مقاله یافتن پارامترهاي مدل دینامیکی توربین گاز V94.2 نیروگاه گیلان میباشد. این مقادیر در انجام تست و یافتن ثوابت از طریق آزمایش میتواند به عنوان تخمینی اولیه از پارامترهاي دینامیکی نیروگاه و محک براي سنجش درستی نتایج تست به کار آید.
واژههاي کلیدي: توربین گاز، مدل Rowen ، شناسایی
-1 مقدمه
پژوهشگران براي بررسی رفتار توربین گاز از مدلهاي گوناگون استفاده کردهاند که از این میان میتوان به روشهاي مدلسازي مبتنی بر یافتن عملکرد هر جزء و روشهاي مدل-سازي نیروگاه به صورت یک مجوعه ورودي و خروجی به صورت کلی با کمک روشهایی نظیر شبکه عصبی2 اشاره کرد. از بین مدلهایی که بررسی رفتار اجزاء توربین می-پردازند، مدل ارائه شده توسط گروه [1]IEEE و روئن2]و[3بیشتر از دیگر موارد مورد توجه قرار گرفتهاند. این دو رفتارتوربین و گاورنر را مدل میکنند و از نظر تشخص دینامیکداراي اهمیت شباهت زیادي دارند و عمده تفاوت آنها در بخش مربوط به مدلسازي رفتار توربین است مدل IEEEعمدتاً متکی بر روابط ترمودینامیکی بوده و مدل روئن عمدتاً وابسته به نتایج تست میباشد.
پژوهشگران به مدل کردن رفتارتوربین با هر یک از دو مدل بالا و همچنین مقایسه دو مدل فوقالذکر پرداختهاند4]و.[5 نهایتاً به نظر میرسد براي کاربردهایی که شناسایی تابع توربین از طریق تست مد نظراست استفاده از مدل روئن مناسبتر باشد و در اینجا نیز از مدل روئن استفاده شده است.آنچه در اینجا ارائه میگردد یک نمونه از تعیین پارامترهاي مدل از طریق مدارك نیروگاه میباشد. پیش از این نیز تلاش-هایی براي انجام مدلسازي نیروگاه گازي و یافتن پارامترهايمجهول مدل از طریق تست توسط محققین داخلی7]و[8صورت گرفته است که از این تجربیات نیز در کار حاضر بهرهگرفته شده است.در بخش نخست این مقاله به معرفی کلیات مدل انتخابیبراي توربین گاز پرداخته، مختصري پبرامون هر یک از بلوك-هاي مدل فوقالذکر توضیح داده میشود. سپس با استفاده ازمدارك نیروگاه به یافتن پارامترهاي موجود در این مدل خواهیم پرداخت. هدف در این مقاله یافتن پارامترها براي سوخت گاز و براي حالت کارکرد در شرایط استاندارد میباشد.
-2 مدلسازي توربین گاز
در مدل روئن، فرم کلی تابع تبدیل رفتار اجزاء داراي اهمیت مشخص میگردد و سپس ضرایب مجهول موجود درآن از طریق مدارك نیروگاهی و یا تست معین میگردد.مدل روئن 2 ]و[ 3 مدل ریاضی ساده شده یک توربین تک محوره میباشد. فرضیات زیر در این مدل درنظرگرفته شده است:
-1 سیکل ساده و بدون بازیافت گرماست.
-2 سرعت بین %95 تا %107 سرعت نامی است.
-3 دماي محیط ْ15 C و فشار 1bar درنظرگرفته میشود.
از این مدل می توان براي بررسی اثر گاورنر بر عملکرد سیستم استفاده نمود. این مدل با داده هاي واقعی تأیید شده است و براي بررسی عملکرد واقعی سیستم مناسب است. این مدل در شکل - - 1 بصورت دیاگرام جعبه اي آورده شده است.در ادامه به ارائه مختصر توضیحی در رابطه با بلوكهايموجود میپردازیم.کنترل روي دبی سوخت بر مبناي سه معیار انجام میگیرد.مطابق شکل - - 1، این سه حلقه کنترلی عبارتند از:-1 کنترل سرعت -2 کنترل دما -3 کنترل شتاب خروجی این سه سیستم کنترلی به بلوك انتخاب کمترین که مینیمم مقدار فرستاده شده از طرف کنترلرها را انتخاب می کند.فرستاده می شود.
حلقه کنترل دماي ورودي به توربین را بر مبناي دماي گاز خروجی از توربین که توسط مجموعهاي از ترموکوپل ها اندازه گیري می شود تخمین زده و کنترل میکند.حلقه کنترل شتاب به منظور جلوگیري از افزایش سرعت ژنراتور در هنگام برداشتن ناگهانی بار به کار میرود. کنترلرسرعت که در مدل بالا آورده شده در صورت صفر قرار دادن z در مخرج تبدیل به کنترل انتگرالی با توان از بین بردنخطاي ماندگار در صورت وقوع افت دور به واسطه افزایش بار در شبکه خواهد شد که به این مد کنترلی، مد کارکردسنکرون میگویند. اما در اکثر مواقع بار تولیدي نیروگاهها درصورت بروز اغتشاش تنها به صورت مقطعی افزایش خواهدیافت و سپس به مقدار تتنظیم شده باز خواهد گشت که دراین موارد مخرج کسر از حالت انتگرالی به فرم چند جملهاي درجه 1 در خواهد آمد و نیروگاه تا رسیدن شبکه به سرعت نامی بار بیشتري متناسب با میزان اختلاف تولید خواهد کرد و از آن پس به تولید بار عادي باز خواهد گشت.
در مدل اصلی ارائه شده توسط روئن در مسیر سوخت یک بلوك ضرب حضور دارد که دلیل وجود این بلوك ضرب، آن است که در نیروگاه مورد بررسی در مرجع مربوطه، در سیستم سوخت مرجع دبی سوخت ارسالی به سر شیر و در نتیجه دبی سوخت تابعی از سرعت بوده و همچنین شیر توقفی تناسبی موجود در مسیر سوخت گاز، فشار گاز را متناسب با سرعت توربین تنظیم میکند بر این مبنا دبی سوخت در هر دو حالت به صورت ضرب فرمان کنترلی و سرعت توربین خواهد بود. در نیروگاه گازي گیلان با توجه به عدم حضور شیر تناسبی و همچنین عدم اشاره به تاثیر سرعت بر تعیینمرجع سوخت مایع بلوك فوقالذکر حذف شده است.
KNL میزان سوخت مورد نیاز براي کارکرد بدون تولید بار توربین گاز است که در مدل روئن در نظر گرفته شده است.بلوك تخلیه کمپرسور براي در نظر گرفتن دینامیک موجوددر پاشش سوخت تا بالا رفتن دما در ورود توربین است که این مورد به واسطه حجم بزرگ موجود در اتاق احتراق بین نازلهاي پاشش سوخت تا ورودي توربین باید در نظر گرفته شود.مشخصه توربین در مدل روئن توسط بلوك توابع f1 و f2 وf3 ارائه شده است. تابع f1 براي محاسبه دماي گاز خروجی وتابع f2 براي محاسبه گشتاور توربین و تابع f3 براي محاسبه دبی هواي عبوري از توربین به کار میرود. این توابع وابسته به دبی سوخت، سرعت روتور و دماي هواي ورودي میباشند.شکل کلی توابعf1 و f2 و f3 در زیر آورده شده است.[3]
که در آن A، B، C، D، E، H، I، α و γ ضرایب ثابت می باشند. N نشان دهنده تغییر سرعت روتور، m f دبی جرمی سوخت و TR دماي مطلوب و Ligv تابعی از باز شدگی
دریچه هواي ورودي به کمپرسور می باشند. نکته قابل توجه عدم تاثیر بازشدگی IGV بر تابع f2 است. این در حالی است که ما انتظار داریم با تغییر در نرخ هواي ورودي عملکرد توربین نیز دچار تغییر شود. در برخی مدلها نظیر مدل IEEEاین تاثیر در نظر گرفته شده است اما در مورد مدل روئن با استناد بر کم بودن این تاثیر، از اضافه کردن آن به مدل خودداري شده است. مدل روئن بادرنظرگرفتن IGV میتوانددر تحلیل پاسخ دینامیک سیکل ترکیبی استفاده شود. بسیاري از محققین از این مدل - با کمی تغییر - در نیروگاههاي سیکل ترکیبی استفاده نموده اند.
با توجه به اینکه رفتار نیروگاه در شرایط استاندارد در این مقاله بررسی میگردد ضرایب مربوط به تابعیت از دماي ورودي در روابط بالا مورد نظر نخواهد بود.بلوك روتور در مدل ارائه شده در اینجا تنها به صورت یکاینرسی آمده است و این به معناي حساب شدن تلفات روي شفت روتور در تابع f2 میباشد. در حقیقت با توجه به اینکه در تست براي بدست آوردن تابع گشتاور خروجی توربین توان تحویلی ژنراتور در سرعت ثابت را ملاك قرار میدهیم، این تابع واقعًا در بر گیرنده تلفات خواهد بود و بر این مبنا ارائه دوباره تلفات در بلوك روتور زائد خواهد بود.در مدل روئن دو بلوك مربوط به سیستم سوخترسانی بهترتیب متعلق به تاخیر موجود در تنظیم موقعیت شیر ودینامیک خط لوله با توجه به تراکمپذیري سوخت گاز است که ثابت زمانی بلوك دوم داراي مقدار قابل توجهتري میباشد.دو بلوك نیز به ارائه رفتار ترموکوپل اختصاص داده شدهاند
