سیستم تحریک و کنترل فرکانس در نیروگاه گازی

سیستم تحریک و کنترل فرکانس در نیروگاه گازی:
وظیفه اصلی سیستم تحریک این است که با تغییر جریان DC سیم پیچ تحریک واقع بر روی روتور، نیروی محرکه تولید شده ژنراتور را کنترل کند.

با تغییر نیروی محرکه ژنراتور، نه تنها ولتاژ خروجی قابل تنظیم است؛ بلکه ضریب توان و دامنه جریان نیز کنترل می شود.

اجزای سیستم تحریک را می توان به صورت زیر معرفی کرد:

تحریک کننده (اکسایتر):
این بلوک وظیفه تأمین جریان مستقیم مورد نیاز در سیم پیچ تحریک را بر عهده دارد.

تنظیم کننده (رگولاتور):
این بلوک کنترلی، وظیفه تقویت و پردازش سیگنال های کنترل ورودی را (به سطح و شکلی که برای کنترل تحریک کننده، مناسب باشد) بر عهده دارد.

مبدل ولتاژ پایانه و جبران کننده بار:
این بلوک، ولتاژ پایانه ژنراتور را اندازه گیری می کند و پس از یکسوسازی، آن را به یک ولتاژ جریان مستقیم تبدیل می کند. سپس این ولتاژ با یک ولتاژ مرجع (که بیانگر ولتاژ مطلوب پایانه از ژنراتور سنکرون است) مقایسه می شود.

همچنین اگر بخواهیم ولتاژ را در نقطه ای که از نظر الکتریکی از ژنراتور دور باشد (مثل ترانسفورماتور افزاینده) ثابت نگه داریم، این بلوک مجهز به سیستم جبران کننده بار خواهد بود.

پایدارساز سیستم قدرت:
این بلوک، به منظور میرا کردن نوسانات سیستم های قدرت، سیگنال ورودی اضافی و تنظیم کننده ولتاژ را ایجاد می کند. سیگنال های وروردی مورد نظر، معمولاً انحراف سرعت روتور، توان شتاب دهنده و انحراف فرکانس است.

مدارهای محدودکننده و حفاظتی:
این بلوک شامل مجموعه وسیعی از توابع کنترلی و حفاظتی است و برای اطمینان از این موضوع طراحی شده می شود که از حدود توانایی تحریک کننده و ژنراتور خارج نشود. بعضی از توابع مرسوم، شامل محدودکننده جریان تحریک و محدودکننده زیرتحریک است.

معمولاً این توابع شامل مدارهای مشخصی هستند و سیگنال خروجی آن ها را می توان در محل های مختلف به صورت جمع کننده به سیستم تحریک اعمال کرد.

سیستم های تحریک ژنراتورها بر اساس منبع توان تحریک به سه نوع عمده تقسیم می شوند:

• الف. سیستم های تحریک جریان مستقیم.
• ب. سیستم های تحریک جریان متناوب.
• ج. سیستم های تحریک جریان استاتیکی.

سیستم کنترل فرکانس:
با توجه به تغییر مصرف بار شبکه در ساعات مختلف شبانه روز و لزوم تأمین مصرف شبکه توسط ژنراتورهای قدرت، لازم است تا قدرت تولیدی ژنراتورها به طور منظم کنترل شود.

قدرت خروجی یک ژنراتور با تغییر دادن توان مکانیکی ورودی آن کنترل می شود. برای این کار، با باز کردن یا بستن شیر گاز (و یا دریچه آب)، جریان گاز (و یا آب) ورودی به توربین های گازی (و یا آبی) تنظیم می شود و کنترل قدرت مکانیکی (و در نتیجه قدرت اکتیو خروجی ژنراتور) را میسر می کند.

اگر قدرت مصرفی بار افزایش یابد، باید شیر گاز و یا دریچه آب بیشتر باز شود تا به همان میزان، قدرت تولیدی ژنراتور افزایش یابد و چنانچه قدرت مصرفی بار کاهش یابد، باید عمل بسته شدن شیرها به نسبت مشخص و معینی صورت گیرد.

لازم به ذکر است که عدم توازن قدرت را می توان از تأثیر آن بر سرعت و یا فرکانس ژنراتور احساس کرد، زیرا در صورت کاهش بار و یا اضافه بودن تولید، ژنراتور تمایل به افزایش سرعت و فرکانس خود دارد و در صورت افزایش بار و کمبود تولید، سرعت و فرکانس ژنراتور رو به کاهش می رود.

انحراف فرکانس شبکه (یا سرعت محور ژنراتور) از مقدار نامی آن به عنوان سیگنالی جهت تحریک سیستم کنترل اتوماتیک انتخاب می شود، زیرا توازن قدرت اکتیو به منزله ثابت بودن فرکانس سیستم است.

یکی از مشخصات مهم هر سیستمی که در حالت عادی کار می کند، ثابت بودن فرکانس آن است. حداقل چهار دلیل اساسی را می توان برای این موضوع که چرا نباید فرکانس سیستم از یک مقدار ثابت تعیین شده تغییر کند، به صورت زیر بیان کرد:

اغلب موتورهای AC در سرعت هایی کار می کنند که عملکرد مطلوب آن ها با فرکانس رابطه دارند.

توربین های ژنراتورها به ویژه توربین های بخاری برای کار در یک سرعت بسیار دقیقی طراحی می شوند.

اگر خطای فرکانس در محدوده معینی ثابت نگه داشته شود، کارکرد کلی یک سیستم قدرت را بهتر می توان کنترل کرد.

در حال حاضر، از ساعت های برقی (که نیروی محرکه آن ها به وسیله موتورهای سنکرون تأمین می شود) به فراوانی استفاده می شوند. دقت این ساعت ها نه تنها تابعی از خطای فرکانس، بلکه در واقع تابع انتگرال این خطا است.