بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله مدل سیستم گاورنر و کنترل توربین واحدهاي گازي نیروگاه خیام بر مبناي نتایج حاصل از آزمایش هاي شناسایی که در نیروگاه پیاده شد، استخراج و صحت سنجی گردید. سیستم گاورنر واحدهاي گازي نیروگاه خیام شامل حلقه هاي کنترل بار-فرکانس، درجه حرارت و سیستم سوخت رسانی می باشد. براي استخراج مدل و نیز تهیه رویه انجام آزمایش هاي شناسایی از اسناد و مدارك مرتبط با بخش کنترل و ابزاردقیق نیروگاه استفاده شد. در نهایت پس از انجام
آزمایش هاي شناسایی، مدل تحلیلی استخراج شده از اسناد و مدارك توسط داده هاي اندازه گیري صحت سنجی و نهایی گردید. نتایج بدست آمده از شبیهسازيها نشان میدهد که مدل استخراجی با دقت مناسبی منطبق بر رفتار گاورنر واحدهاي گازي نیروگاه خیام است.
-1 مقدمه
نیروگاه خیام شامل 6 واحد گازي جنرال الکتریک با ظرفیت نامی هر واحد 132 مگاواتی و سه واحد سیکل ترکیبی بخاري زیمنس با ظرفیت نامی هر واحد 100 مگاوات می باشد و نقش مهمی را در تبادل بین شبکه اي توان میان شبکه برق خراسان با شبکه برق کشور ایفا می کند. از اینرو نتایج این مدلسازي می تواند براي بررسی نوسانات موجود مورد استفاده قرار گیرد. [1]
سیستم گاورنر توربینهاي گاز از دو قسمت اصلی تشکیل شده است. قسمتی مربوط به کنترل سیستم در موقع راه اندازي است و قسمت دیگر مربوط به حالت اتصال به بار یا شبکه می باشد. راه اندازي یک توربین گازي شامل مراحل آتش، گرم شدن، و شتاب می باشد. پس از مرحله راه اندازي، گاورنر نقش کنترل سرعت و بار را به طور همزمان اجرا می نماید.
یکی از مشخصه هایی که گاورنر توربین گازي را متمایز می سازد، وجود سیستمی است که از افزایش درجه حرارت پره هاي توربین از یک حد خاص و مجاز جلوگیري می کند. به دلیل همین پیچیدگی عملکرد، گاورنر نیروگاههاي گازي به صورت نرم افزاري ساخته می شوند.2 ]و[3 عملگر اصلی توربین سوخت آن است و سیستم گاورنر با کنترل میزان دبی عبوري از شیر سوخت مایع یا گاز سرعت و قدرت توربین را کنترل می کند.
هسته اصلی گاورنر نرم افزاري به نام اسپید ترونیک است که مجموعه اي از مدارهاي الکتریک و بردهاي الکترونیکی را شامل می شود. این سیستم صحت سنجی مدل تحلیلی گاورنر واحدهاي گاز نیروگاه خیام با انجام تستهاي شناسایی با دریافت اطلاعات سنسورها، میزان بازشدگی دریچه هاي سوخت را تعیین و بصورت سیگنال الکتریکی به شیرهاي کنترل سوخت ارسال می کند. [1]
-2 مدلسازي سیستم گاورنر کنترل توربین
گاورنر نیروگاه خیام از سه حلقه کنترلی تشکیل می شود. حلقه کنترل بار-فرکانس که در هنگام راه اندازي پارامتر سرعت و در هنگام اتصال به شبکه مقدار توان خروجی را کنترل می کند. حلقه هاي کنترلی دیگر شامل حلقه کنترل درجه حرارت و حلقه کنترل سوخت می باشد. [1] با توجه به شکل 1 هنگام اتصال به شبکه سیگنالهاي درجه حرارت و سرعت رتور توسط یک ورودي که میزان سوخت است کنترل می شود.
این سیگنالها ابتدا با مقدار مرجع مقایسه و سیگنال خطا محاسبه می گردد. سیگنال خطا پس از عبور از یک کنترل کننده و تعدادي محدود کننده، به یک سیستم انتخاب کننده حداقل وارد و حداقل این سیگنالهاي کنترلی به عنوان سیگنال کنترل غالب انتخاب می گردد. در ادامه هر کدام از حلقه هاي کنترلی نامبرده معرفی و مدل دقیق آنها ارایه می شود.
-1-3 مدل سازي حلقه کنترل بار-فرکانس
با استفاده از مدارك و اسناد فنی نیروگاه خیام حلقه کنترل بار- سرعت مطابق شکل2 می باشد. پس از مقایسه سیگنال مرجع سرعت - TNR - با سیگنال سرعت - TNH - ، سیگنال خطاي سرعت بدست میآید.از آنجا که در حالت دور کامل بدون بار، مقدار این سیگنال صفر است و از طرف دیگر توربین براي کار نیاز به مقداري سوخت دارد، مقدار ثابتی به سیگنال خطا افزوده می شود. قبل از آن سیگنال خطا در یک بهره به نام مقدار شیب افتی یا همان دروپ واحد ضرب می- شود که این بهره مشخصه افتی سرعت – بار را تنظیم میکند.
سیگنال حاصل پس از مقایسه شدن با میزان حداکثر مقدار سوخت - - FSRMAX و حداقل مقدار سوخت - FSRMIN - مجاز، سیگنال کنترل سرعت است. طبق اسناد موجود مقدار این پارامترها به ترتیب 100 و 7.6 می باشد. مقدار TNR خروجی یک انتخاب کننده متوسط بوده و مقدار حداقل و حداکثر آن به ترتیب برابر با TNKR4=%95 و TNKR3=%107 میباشد. سیگنال X - t - بسته به تقاضاي بار با شدت تغییراتی که توسط اپراتور انتخاب میگردد، کم یا زیاد میشود. رابطه - 1 - نحوه محاسبه سیگنال X - t - را نشان می- دهد.
ابتدا مقدار سیگنال تقاضاي بار - Dreff - توسط اپراتور مشخص میشود. چنانچه این مقدار از بار الکتریکی اندازه گیري شده - DW - بزرگتر باشد، L70R=1 و L70L=0 و در صورتیکه کمتر باشد L70R=0 و L70L=1 و اگر مقدار سیگنال تقاضاي بار و بار اندازهگیري شده با هم مساوي باشند، هر دو صفر L70L=L70R=0 میباشد. مقدار TNR1_t همان شدت تغییراتی است که توسط اپراتور تنظیم می گردد. معمولا این مقدار روي 0/33 تنظیم می شود.
-2-3 مدل سازي حلقه کنترل درجه حرارت
سیگنال خطاي حاصل از مقایسه درجه حرارت مجاز - TTRXB - و درجه حرارت گاز خروجی - TTXM - از یک کنترل کننده PI عبور میکند و بعد از مقایسه با مقادیر FSRMAX و FSKTMIN که به ترتیب 80/2 و 0 می باشند، مقدار سیگنال کنترل دما FSRT بدست می آید. مقدار بهره FSKTG و ثابت زمانیFSKTTC به ترتیب 0/36 و 3/3 ثانیه می باشد.کنترل کننده PI در این حلقه کنترل، یک کنترل کننده PI معمولی نیست چرا که سیگنال کنترل دما از یک مدار انتخاب کننده حداقل عبور می کند و ممکن است مدتها به عنوان سیگنال کنترل غالب انتخاب نشود.
اگر از یک کنترل کننده PI معمولی استفاده گردد و از خطا به طور مداوم انتگرال گرفته شود، مقدار این سیگنال بدون محدودیت زیاد می شود و موقعی که باید این سیگنال عمل کند - یعنی زمانی که دما از دماي مجاز بیشتر می شود - مدت زیادي طول می کشد تا به مقدار کم برسد و در انتخاب کننده حداقل به عنوان سیگنال کنترل غالب انتخاب گردد. براي جلوگیري از این مشکل، به جاي انتگرال خطا از سیگنال FSR استفاده می شود.
پارامتر CSRGVTXB نیز متناسب با دبی هواي ورودي کمپرسور می تواند از صفر تا 16.7 درجه سانتیگراد افزایش یابد. دبی هواي ورودي کمپرسور توسط دریچه اي به نام IGV کنترل می شود و سیگنال فرمان گاورنر براي تغییر موقعیت دریچه هاي IGV ، CSRGV نامیده می شود و مدل آن تقریبا مشابه حلقه کنترل درجه حرار ت مجاز می باشد با این تفاوت که بجاي انتگرال خطا از فیدبک سیگنال CSRGV استفاده می شود. هنگامیکه IGV در وضعیت off قرار دارد موقعیت دریچه ها 57 درجه و در هنگام وضعیت on حدود 84 درجه است. هنگامیکه واحد بصورت سیکل ترکیبی مورد بهره برداري قرار میگیرد، براي افزایش توان خروجی ،IGV در وضعیت ON قرار می گیرد. در نهایت سیگنال CSRGVTXB مطابق شکل 4 محاسبه می شود.
-3-3 مدل سازي حلقه کنترل سوخت
در این نیروگاه از سوخت گاز و مایع براي احتراق استفاده می شود. معمولا راه اندازي واحد با سوخت مایع و بارگیري با سوخت گاز انجام می شود. مطابق اسناد و مدارك فنی نیروگاه خیام، نحوه محاسبه FQROUT و FSROUT با استفاده از سیگنال FSR و دور روتور در شکل 5 دیده می شود.
