پایان نامه نیروگاه سیکل ترکیبی

پروژه برای دریافت مدرک کارشناسی رشته برق-قدرت

مقدمه

پژوهش و تحقیق از جمله زیر بنایی ترین مسائل در صنعت برق کشور است که زمینه ساز توسعه پیشرفت و دستیابی به اهداف کوتاه مدت و بلند مدت این صنعت ٬ با نگرش علمی می شود. یکی از سیاست های صنعت برق مساله توسعه پژوهش و فن آوری از طریق فعالیت پژوهشی مشترک با مراکز تحقیقاتی در سطح کشور می باشد.

بطوریکه برنامه های تحقیقاتی و پژوهشی صنعت برق در ابتدای راه ٬ بهینه سازی سیستم های موجود٬ افزایش بازدهی٬بهبود طراحی و مهندسی ساخت داخل را شامل می شود. با توجه به گسترش روز افزون صنعت برق که یکی از صنایع مادر دنیای صنعتی امروز می باشد و از آنجایی که مهمترین بخش آن یعنی تولید برق هزینه های بسیار هنگفتی را می طلبد لزوم بهره برداری صحیح از تجهیزات و واحدهای تولیدی از طریق آموزش پرسنل بهره برداری امری طبیعی و غیر قابل انکار می رسد.

در این راستا یکی از اهداف مورد نظر در تهیه این پایان نامه تحت عنوان (( بررسی موانع راه اندازی مجدد نیرو گاه سیکل ترکیبی خوی در موقع فروپاشی شبکه بهمراه مدل سازی کامپیوتری)) ضمن شناسایی عوامل و موانع تاخیر برقداری ٬رفع به موقع آنها و ارائه روش و دستورالعملی قابل اجرا می باشد که در موقع Black out بتوان در حد امکان سریعترین٬راحت ترین و مطمئن ترین راه احیای شبکه آذربایجان را در دسترس داشته باشیم تا با اجرای آن از انجام تصمیمات مطالعه نشده و عجولانه که غالبا"می تواند برقداری شبکه را به تاخیر بیندازد جلوگیری شود.

بیان مسئله

مهمترین هدف مجموعه صنعت برق تامین برق با کیفیت عالی (ولتاژ نرمال- فرکانس نرمال- تداوم برق) مشترکین می باشد.یکی از پارامترهای مطرح در صنعت برق ارائه شده از طرف شبکه به مشترکین ٬ ارائه برق در محدوده استاندارد ولتاژ برای مشترکین می باشد. از آنجا که تغییرات ولتاژ در شبکه تابع پارامترهای مختلفی از جمله:

چگونگی تغییرات بار مصرف کننده ها

فاصله مراکز تولید و مراکز مصرف

متناسب بودن مشخصات فنی تجهیزات انتقال و توزیع با شرایط شبکه

قابلیت انعطاف پذیری واحد های نیروگاهی در تغییر میزان مگا وار تولیدی

چگونگی بهره برداری صحیح از منابع خازنی یا راکتور های شبکه

چگونگی عملکرد تپ چنجرترانسفور ماتور های قدرت

 انجام کنترل ولتاژ در هر شبکه از پیچیدگی های خاصی برخوردار است و متناسب با هر منطقه از شبکه و با توجه به امکانات موجود در آن منطقه و با لحاظ کردن حالت بهینه فنی و اقتصادی نسبت به کنترل ولتاژ اقدام می شود. در این فصل پایداری و ناپایداری ولتاژ به صورت کلی مطرح می شود و سپس روشها و امکاناتی که در کنترل ولتاژ و فرکانس شبکه مورد استفاده قرار می گیرند تشریح می شود.

اهداف پژوهش

هدف کلی :

نیروگاه سیکل ترکیبی خوی

اهدف جزئی:

بررسی فروپاشی شبکه در ایران و کشور های دیگر

بررسی ایجاد قابلیت بلک استارت کردن در نیروگاه سیکل ترکیبی خوی بابهره گیری از دیزل ژنراتورها و سیستم کنترل

بررسی وضعیت عملکرد سیستم تحریک

فرضیه های پژوهش

موانع راه اندازی نیروگاه ترکیبی خوی در زمان فروپاشی شبکه بالا است .

فروپاشی شبکه در ایران و در کشور های دیگر متفاوت است .

در نیروگاه سیکل ترکیبی خوی بابهره گیری از دیزل ژنراتورها و سیستم کنترل قابلیت بلک استارت کردن دارد.

وضعیت عملکرد سیستم تحریک مطلوب است .

تعاریف نظری و عملیاتی متغیر ها

پایداری ولتاژ

مسائل کنترل و پایداری ولتاژ مسائل جدیدی در صنعت برق نیستند٬ لیکن امروزه در بسیاری سیستم ها مورد توجه خاصی قرارگرفته اند.زمانی این موضوع فقط به طور عمده با سیستم های ضعیف و خطوط طولانی مرتبط بود٬ اما اکنون در نتیجه بارگذاری شدیدتر ٬در شبکه های بسیار توسعه یافته نیز مورد توجه است.در سالهای اخیر٬ ناپایداری ولتاژ موجب بروز چند فروپاشی عظیم در شبکه های مختلف شده است. چند نمونه از این موارد در زیر آورده شده است

اغتشاش سیستم               European  4  - nov -  06

اغتشاش های سیستم       Australia     14- mars-05

اغتشاش سیستم       Moscow           25- may -05

اغتشاش سیستمDenmark/ Sweden      23-sep-03

اغتشاش سیستم    Ne north America  14- Aug-03

در نتیجه٬ امروز عبارت(( ناپایداری ولتاژ)) و(( فروپاشی ولتاژ))در منابع و بحث های برنامه ریزی و بهره برداری ٬ بیشتر از گذشته مشاهده می شوند.

اگر چه ممکن است ولتاژ های پایین ناشی از فرآیند عدم هماهنگی زوایای روتور باشند٬ نوع فروپاشی ولتاژ مربوط به ناپایداری ولتاژ می تواند در جایی رخ دهد که پایداری زاویه ای مطرح نیست. زمانی که زوایای روتور بین دو گروه از ماشینها به 180 درجه نزدیک یا از آن بیشتر می شود٬ خارج شدن آرام آرام ماشین ها از همگامی٬ منجر به ولتاژهای بسیار پایین در نقاط میانی شبکه می شود. اما در چنین حالاتی ٬ ولتاژ پایین به جای علت خارج شدن روتور ها از همگامی ٬ نتیجه آن ا ست.

پایداری ولتاژ به توانایی سیستم قدرت در حفظ ولتاژ های قابل قبول در کلیه شین های سیستم تحت وضعیت عادی و بعد از وارد شدن اغتشاش٬ مربوط می باشد. سیستم هنگامی وارد حالت ناچایداری ولتاژ میشود که بروز اغتشاش ٬ افزایش در بار مورد نیاز ٬ یا تغییر در موقعیت سیستم ٬ موجب کاهش فزاینده و غیر قابل کنترل ولتاژ گردد. عامل اصلی ناپایداری ٬ ناتوانی سیستم قدرت در مواجهه با تقاضا برای توان راکتیو می باشد.

مسائل پایداری ولتاژ٬ معمولا" در سیستم های تحت بارگذاری شدید رخ می دهد. گر چه ممکن است اغتشاش منجر به فروپاشی ولتاژ دلایل گوناگونی داشته باشد٬ لیکن مساله اساسی ضعف ذاتی سیستم قدرت است علاوه بر استحکام شبکه انتقال و سطوح انتقال توان ٬ عوامل اصلی فروپاشی ولتاژ عبارتند از محدودیت های کنترل توان راکتیو یا ولتاژ ژنراتور٬ مشخصه های بار ٬ مشخصه های وسایل جبران سازی راکتیو و عمل وسایل کنترل ولتاژ از قبیل ترامنسفور های دارنده تغییر دهنده تپ زیر بار( ULTC ها ).

تعریف پایداری ولتاژ

پایداری ولتاژ عبارتست از توانایی سیستم قدرت برای حفظ ولتاژ ما ند گار قابل قبول در تمام شین های سیستم در شرایط عادی عملکرد و بعد از اینکه تحت یک اغتشاش قرار گرفت. زمانی که حضور اغتشاش،افزایش تقاضای بار، یا تغییر در وضعیت سیستم باعث افت فزاینده و غیر قابل کنترل در ولتاژ گردد سیستم وارد حالت ناپایداری ولتاژ میشود. دلیل اصلی ناپایداری ، عدم توانایی سیستم قدرت در تامین توان راکتیو مورد تقاضاست. قلب مساله معمولا" افت ولتاژی است که به هنگام عبور توان حقیقی و راکتیو از راکتانس های خطوط انتقال ایجاد می گردد.

یکی از معیارهای پایداری ولتاژ آن است که در وضعیت کاری خاصی، در هر شین سیستم و در زمانی که توان راکتیو تزریقی به شین افزایش می یابد، دامنه ولتاژ نیز افزایش یابد. سیستم، از دید ولتاژ، ناپایدار است اگر حداقل یک شین سیستم، افزایش توان راکتیو تزریقی به آن (( Q ، باعث کاهش دامنه ولتاژ آن ( ( V شود. به عبارت دیگر سیستمی از نظر ولتاژ پایدار است که حساسیت  Q-V آن برای هر شینمثبت باشد و ناپایدار است اگر این حساسیت حداقل برای یک شین منفی باشد.

افت فزاینده در ولتاژ شین ممکن است به علت از دست رفتن حالت سنکرونیزه و افزایش زاویه روتور نیز صورت پذیرد. به عنوان مثال ، از دست دادن تدریجی حالت سنکرونیزه ماشین ها، زمانی که زوایای روتور بین دو گروه از ماشین ها به 180 درجه نزدیک شده یا از آن فراتر رود، منجر به ولتاژهای بسیار پایین در نقاط واسطای از شبکه می شود. در مقابل، کاهش مداوم ولتاژ ، که مربوط به ناپایداری ولتاژ است، زمانی اتفاق می افتد که از نظر پایداری زاویه روتور مشکلی وجود نداشته باشد.

دسته بندی پایداری ولتاژ

تقسیم پایداری ولتاژ به دو دسته زیر سودمند است: پایداری ولتاژ اغتشاش بزرگ و پایداری ولتاژ اغتشاش کوچک. این دسته بندی ، پدیده را به دو قسمت تفکیک می کند، قسمتی که باید با تحلیل دینامیک غیر خطی بررسی گردد و قسمتی که به کمک تحلیل حالت ماندگار بررسی میشود. این دسته بندی می تواند طراحی و کاربرد ابزار محاسباتی را ساده کند و بعنوان ابزاری در نظر گرفته شود که اطلاعات مکمل را فراهم می کند.پایداری ولتاژ اغتشاش بزرگ، توانایی سیستم را در کنترل ولتاژ، به دنبال بروز اغتشاش های بزرگ، از قبیل: خطا های سیستم، از دست دادن بار، یا از دست دادن تولید، در نظر دارد. تعیین این صورت از پایداری، مستلزم بررسی عملکرد دینامیکی سیستم در دورهای از زمان است که آن زمان، برای مطالعه تداخل بین وسایلی از قبیل ULTC ها و محدودکننده های جریان تحریک ژنراتور کافی باشد. پایداری ولتاژ اغتشاش بزرگ را می توان به کمک شبیه سازی های غیر خطی در حوزه زمان ، که مدل سازی مناسبی را شامل میشوند، مطالعه کرد.

می توان پایداری ولتاژ اغتشاش بزرگ را به محدوده های زمانی گذرا و بلند مدت تقسیم کرد.

پایداری ولتاژ اغتشاش کوچک یا سیگنال کوچک، ناظر به توانایی سیستم در کنترل ولتاژ، به دنبا ل بروز اغتشاش های کوچک از قبیل تغییرات تدریجی در باراست . این صورت از پایداری را می توان به طور موثر با روشهای حالت ماندگار، که از خطی سازی معادلات دینامیکی سیستم در یک نقطه کار معلوم استفاده می کنند، مطالعه نمود.

به دنبال بروز اغتشاش، معمولا" ولتاژهای سیستم به سطح اولیه باز نمی گردند. بنابراین، لازم است ناحیه سطح ولتاژ قابل قبول، تعریف شود و سپس گفته میشود سیستم دارای پایداری محدود در ناحیه تعیین شده سطح ولتاژ می باشد.

تحلیل پایداری ولتاژ

تحلیل پایداری ولتاژ برای یک حالت معین سیستم، دو جنبه   زیر را در بر می گیرد:

الف) نزدیکی به ناپایداری ولتاژ، سیستم چه مقدار به ناپایداری ولتاژ نزدیک تر است؟ فاصله تا ناپایداری را می توان بر حسب کمیت های فیزیکی، از قبیل سطح بار، عبور توان حقیقی در یک حد فاصل بحرانی و ذخیره توان راکتیو، اندازه گرفت. مناسب ترین میزان برای هر موقعیت مفروض، به سیستم مشخص و کاربرد مورد نظر حاشیه،

برای نمونه: برنامه ریزی در مقابل تصمیم های بهره برداری ، بستگی دارد. البته باید پیشامدهای احتمالی را نیز در نظر گرفت، مانند قطع خط، از دست دادن واحد تولید یا منبع توان راکتیو و غیره.

ب) مکانیزم ناپایداری ولتاژ، چرا وچگونه ناپایداری رخ می دهد؟ عوامل کلیدی که در ناپایداری نقش دارند کدامند؟ نواحی ولتاژ ضعیف کدامند؟ چه اقدامهایی در بهبود پایداری ولتاژ مؤ ثر ترین هستند؟

شبیه سازیهای حوزه زمان، که در آنها مدل سازی مناسبی وارد شده باشد، رویدادها و روندشا ن را که منجر به ناپایداری شده است، نشان می دهند. لیکن، چنین شبیه سازیهایی وقت گیر هستند و به سا دگی اطلاعات حساسیت و درجه پایداری را به دست نمی دهند.

معمولا" دینامیک های سیستم که بر پایداری ولتاژ تاثیر می گذارند، کند هستند. بنابراین، بسیاری از جنبه های مسا له را می توان به طور مؤثر با بکارگیری روشهای استاتیکی تحلیل کرد، این روشها قابلیت های نقطه تعادل نمایش داده شده بوسیله یک نقطه کار معین سیستم قدرت را بررسی می کنند. با استفاده از روشهای تحلیل استاتیکی، می توان گستره وسیعی از وضعیت سیستم را بررسی کرد و اگر به طور مناسبی بکارگرفته شوند، می توانند دید بیشتری را از ماهیت مسا له مورد نظر بدست داده، عوامل مؤثر بر ناپایداری را شناسایی کنند. از طرف دیگر، تحلیل دینامیکی برای مطالعه تفصیلی موقعیتهای معین فروپاشی ولتاژ، هماهنگی حفاظت و کنترل ها، و آزمون اقدامات چاره ساز سودمند است. شبیه سازیهای دینامیکی، همچنین این موضوع را بررسی می کنند که آیا سیستم به نقطه تعادل حالت ماندگار می رسد، ودر صورت مثبت بودن پاسخ،چگونگی رسیدن به آن را نیز بررسی می کنند.