بررسی پایداری دینامیکی ژنراتور نیروگاه توربین انبساطی در حضور ادوات الکترونیک قدرت word

فهرست

عنوان صفحه

 چکیده........1

فصل اول : مقدمه

1-1 مقدمه............................3

1-2 توربین انبساطی.................3

1-3 ژنراتور توربین انبساطی...........4

1-4 ادوات فاکت......................5

1-4-1 کنترل کننده های FACT:...............6

فصل دوم: توربین انبساطی

2-1 مقدمه:.........................8

2-2 انواع توربین....................8

2-3 توربین انبساطی..................9

2-3-1 مزایای استفاده از توربین انبساطی......................10

2-3 -2 ساختار توربین انبساطی...................10

2-3-3 ویژگی هایی لازم در طراحی توربین انبساطی ...........................11

2-3-4 قسمت های اصلی یک نیروگاه توربین انبساطی....................12

2-3-4-1 Ball valve...........................................................................................13

2-3-4-2 Safety trip valve ((STV..................................................................................................................14

2-3-4-3 پیشگرمکن (Preheater )............................................................14

2-3-4-4 رگولاتور (Regulator )...........................................................................15

5-4-3-2 توربین ( Turbine)..........................................................................................16

2-3-4-6 شافت و گیربکس (Shaft and gearbox )........................................................................................17

2-3-4-7 ژنراتور (Generator)..................................................................20

2-3-4-8 ری هیتر (Reheater ) .................................................................21

فصل : ژنراتور

3-1. مقدمه................................................................................................................................................................................22

3-2. معرفی ژنراتور آسنکرون................................................................................................................................................23

3-2-1 مزایای ژنراتور آسنکرون............................................................................................................................................25

3-2-2 معایب ژنراتور آسنکرون............................................................................................................................................25

3-2-3 بررسی مشخصه گشتاور- سرعت............................................................................................................................26

3-2-4 نقطه کار ژنراتور ........................................................................................................................................................26

3-2-5 ژنراتور آسنکرون متصل به شبکه ( GCIG) ...................................................................................................27

3-2-7 مزایای اقتصادی ژنراتور آسنکرون .......................................................................................................................28

3-2-6 بهره برداری از ژنراتور آسنکرون..............................................................................................................................28

فصل چهارم : ادوات فاکت

4-1 مقدمه ..............................................................................................................................................................................31

4-2. مشخصات جبران کننده­های استاتیک .....................................................................................................................31

4-2-1. جبران کننده استاتیک ایده آل..............................................................................................................................31

3-2-2. ساختار SVC............................................................................................................................................................33

4-2-2-1. مدل دینامیکی SVC .......................................................................................................................................36

3-2-3. ساختار STATCOM .........................................................................................................................................38

فصل پنجم: روش های بهبود پایداری

5-1 مقدمه.................................................................................................................................................................................41

5-2 مقدار توان راکتیو مصرفی ژنراتور آسنکرون..............................................................................................................41

5-3 بررسی روش های مختلف جبران توان راکتیو ژنراتور توربین انبساطی..............................................................43

5-4 حالت های مختلف مورد مطالعه....................................................................................43

5- 4- 1 مجوع حالت های مختلف مورد بررسی در پروژه...........................................................................................43

فصل ششم: شبیه سازی

6-1 مقدمه.................................................................................................................................................................................46

6-2 مفروضات سیستم جهت شبیه سازی........................................................................................................................46

6-2-1 پارامتر های تعیین شده برای المان های شبیه سازی......................................................48

6- 4 شبیه سازی....................................................................................................................................................................52

4-3-1 شبیه سازی شبکه بدون استفاده از ادوات فاکت به صورت پایدار.................................................................52

6-3-2 شبیه سازی شبکه به همراه SVC در کنار ژنراتور به صورت پایدار.............................................................55

6-3-3 شبیه سازی شبکه به همراه STATCOM در کنار ژنراتور به صورت پایدار............................................58

6-3-4 شبیه سازی شبکه بدون استفاده از ادوات فاکت با در نظر گرفتن اتصال کوتاه سه فاز متقارن در پایانه

ژنراتور......................................................................................................................................................................................... 61

6-3-5 شبیه سازی شبکه به همراه SVC در کنار ژنراتور با در نظر گرفتن اتصال کوتاه سه فاز متقارن در پایانه

ژنراتور..........................................................................................................................................................................................64

6-3-6 شبیه سازی شبکه به همراه STATCOM درکنار ژنراتور با در نظرگرفتن اتصال کوتاه سه فاز متقارن در پایانه ژنراتور..........................................................................................................................................................................67

6-3-7 شبیه سازی شبکه بدون استفاده از ادوات فاکت با در نظر گرفتن قطع ناگهانی لحظه ای گاز ورودی

توربین........................................................................................................................................................................................70

6-3-7 شبیه سازی شبکه به همراه SVC در کنار ژنراتور با در نظر گرفتن قطع ناگهانی لحظه ای گاز ورودی

توربین.........................................................................................................................................................................................73

6-3-9 شبیه سازی شبکه به همراه STATCOM درکنار ژنراتور با در نظر گرفتن قطع ناگهانی لحظه ای گاز

ورودی توربین............................................................................................................................................................................76

فصل هفتم : نتیجه گیری و پیشنهادات

7-1 نتایج شبیه سازی برای حالت پایدار ژنراتور و توربین.............................................................................................80

7-1-1 نتایج شبیه سازی در حالت پایدار ژنراتور و توربین بدون حضور ادوات فاکت و در حضور ادوات فاکت بر روی ولتاژ پایانه ژنراتور.............................................................................................................................................................80

7-1-2 نتایج شبیه سازی در حالت پایدار ژنراتور و توربین بدون حضور ادوات فاکت و در حضور ادوات فاکت بر روی فاکت بر روی توان راکتیو پایانه ژنراتور.......................................................................................................................82

7-2 نتایج شبیه سازی برای حالت اتصال کوتاه سه فاز متقارن در پایانه ژنراتور.......................................................83

7-2-1 نتایج شبیه سازی در حالت اتصال کوتاه سه فاز متقارن در پایانه ژنراتور بدون حضور ادوات

فاکت و در حضور ادوات فاکت بر روی ولتاژ پایانه ژنراتور................................................................................................83

7-2-2 نتایج شبیه سازی در حالت اتصال کوتاه سه فاز متقارن در پایانه ژنراتور در حضور SVC بر روی توان

راکتیو ..........................................................................................................................................................................................85

7-3 نتایج شبیه سازی برای حالت قطع لحظه ای گاز ورودی به توربین....................................................................86

7-3-1 نتایج شبیه سازی قطع لحظه ای گاز ورودی به توربین بدون حضور ادوات فاکت و در حضور ادوات فاکت بر روی ولتاژ پایانه ژنراتور.............................................................................................................................................87

7-3-2 نتایج شبیه سازی در حالت قطع لحظه ای گاز ورودی به توربین بدون حضور ادوات فاکت و در حضور

ادوات فاکت بر روی توان راکتیو ...........................................................................................................................................88

نتیجه گیری کلی............................................................................................................................................................................

پیشنهادات.......................................................................................................................................................................................

فهرست مراجع...........................................................................................................................................................................92

فهرست شکل ها

عنوان صفحه

شکل (1-1) طرح توربین انبساطی نیروگاه نکا....................................................................................................................3

شکل (2-1) منحنی مشخصه بازده یک توربین انبساطی نوعی بر حسب دبی نشان داده شده است..................11

شکل (2-2) ساختار کلی یک نیروگاه توربین انبساطی..................................................................................................12

شکل (2-3) مدل دمای گاز خروجی در پیش گرمکن...................................................................................................13

شکل (2-4) مدل پیش گرمکن بر اساس فشار و دبی جرمی........................................................................................14

شکل(2-5) سیستم کنترل افشانه ای توربین انبساطی..................................................................................................15

شکل(2-6) بلوک دیاگرام سیستم کنترلی PID توربین انبساطی..............................................................................15

شکل (2-8) راندمان توربین انبساطی بر اساس تغییرات دبی برای سرعت های مختلف........................................17

شکل (1-9) تغییرات آنتالپی و انتروپی توربین انبساطی ..............................................................................................17

شکل(1-10) مدل شفت و گیربکس جهت کوبل ژنراتور و توربین انبساطی.............................................................18

شکل (1-11) مدل الکتریکی ژنراتور مورد استفاده در توربین انبساطی....................................................................19

شکل(3-1). مشخصه گشتاور- سرعت ماشین آسنکرون.................................................................................................23

شکل(3- 2). مدار معادل ژنراتور آسنکرون.......................................................................................................................26

شکل(3-3). مدار معادل تقریبی ژنراتورهای آسنکرون سه فاز منتقل شده به طرف استاتور .................................27

شکل (4-1). جبران کننده راکتیو ایده آل........................................................................................................................31

شکل (4-2).دو ساختار متعارف از SVC.........................................................................................................................33

شکل (4-3). مشخصه ولتاژ- جریان SVC.......................................................................................................................35

شکل (4-4). بلوک دیاگرام SVC......................................................................................................................................36

شکل (4-5). مدل سوسپتانس متغیر SVC......................................................................................................................36

شکل (3-6).مشخصه ولت آمپر STATCOM.............................................................................................................36

شکل (4-7). بلوک دیاگرام STATCOM......................................................................................................................37

شکل (4-8). مدل دینامیکی STATCO.........................................................................................................................38

شکل(5-1) شماتیک کلی از طرح نیروگاه توربین انبساطی مورد مطالعه....................................................................38

شکل (5-2). منحنی مقدار توان راکتیو مصرفی بر حسب سرعت.................................................................................40

شکل(6-1) بلوک تبدیل توان گرفته شده از توربین به گشتاور ورودی ژنراتور..........................................................41

شکل(6-2) زیر بلوک تبدیل توان گرفته شده از توربین به گشتاور ورودی ژنراتور...................................................45

شکل(6-3) زیر بلوک تبدیل ولتاژ و جریان جهت اندازه گیری توان اکتیو و راکتیو.................................................46

شکل(6-4) نمودار برگرفته از Lookup Table قطع ناگهانی لحظه ای گاز ورودی توربین............................49

شکل (6-5) نمودار مرجع جهت درست نمودن Lookup Table قطع ناگهانی لحظه ای گاز ورودی توربین.........................................................................................................................................................................................50

شکل(6-6) شبکه تست در حالت بدون استفاده از ادوات فاکت به صورت پایدار.....................................................51

شکل(6-7) شبکه تست به همراه SVC به صورت پایدار..............................................................................................54

شکل(6-8) شبکه تست به همراه STATCOM به صورت پایدار............................................................................57

شکل(6-9) شبکه تست بدون استفاده از ادوات فاکت در زمان اتصال کوتاه سه فاز.................................................60

شکل(6-10) شبکه تست در حضور SVC در زمان اتصال کوتاه سه فاز...................................................................63

شکل(6-11) شبکه تست در حضور STATCOM در زمان اتصال کوتاه سه فاز..................................................66

شکل(6-12) شبکه تست بدون حضور ادوات فاکت با در نظر گرفتن قطع ناگهانی لحظه ای گاز ورودی توربین ......................................................................................................................................................................................................69

شکل(6-13) شبکه تست در حضور SVCبا در نظر گرفتن قطع ناگهانی لحظه ای گاز ورودی توربین ..........72

شکل(6-13) شبکه تست در حضور STATCOMبا در نظر گرفتن قطع ناگهانی لحظه ای گاز ورودی توربین ......................................................................................................................................................................................................75

شکل(7-1) نمودار ولتاژ پایانه ژنراتور در حالت پایدار توربین و ژنراتور........................................................................79

شکل(7-2) نمودار توان راکتیو ژنراتور در حالت پایدار توربین و ژنراتور......................................................................81

شکل(7-3) نمودار ولتاژ پایانه ژنراتور در حالت اتصال کوتاه سه فاز متقارن در پایانه ژنراتور بدون حضور ادوات فاکت و در حضور ادوات فاکت بر روی ولتاژ پایانه ژنراتور................................................................................................83

شکل(7-4) نمودار توان راکتیو ژنراتور در حالت اتصال کوتاه سه فاز متقارن در پایانه ژنراتور...............................84

شکل(7-5) نمودار ولتاژ پایانه ژنراتور در قطع لحظه ای گاز ورودی به توربین بدون حضور ادوات فاکت و در حضور ادوات فاکت بر روی ولتاژ پایانه ژنراتور....................................................................................................................86

شکل(7-6) نمودار توان راکتیو ژنراتور در حالت اتصال کوتاه سه فاز متقارن در پایانه ژنراتور...............................87

 فهرست جدول ها

عنوان صفحه

جدول (4-1) کاربردهای عملی جبران کننده های استاتیک در سیستم های قدرت الکتریکی.............................31

جدول(6-1) مشخصات اصلی ژنراتور...................................................................................................................................47

جدول (6-2) مشخصات اصلی ترانسفورماتور 4MVA..................................................................................................47

جدول (6-3) مشخصات اصلی ترانسفورماتور 47MVA...............................................................................................48

جدول (6-6) مشخصات اصلی STATCOM................................................................................................................48

جدول (6-5) مشخصات اصلی SVC..................................................................................................................................49

جدول (6-4) مشخصات اصلی ترانسفورماتور زمین..........................................................................................................49

 فهرست نمودار ها

عنوان صفحه

نمودار (6-1) توان اکتیو باس B575 در حالت پایدار بدون حضور ادوات فاکت.......................................................52

نمودار (6-2) توان راکتیو باس B575 در حالت پایدار بدون حضور ادوات فاکت.....................................................52

نمودار (6-3) ولتاژ باس B575 در حالت پایدار بدون حضور ادوات فاکت.................................................................53

نمودار (6-4) جریان باس B575 در حالت پایدار بدون حضور ادوات فاکت..............................................................53

نمودار (6-5) توان اکتیو باس B575 در حالت پایدار با حضور SVC.......................................................................55

نمودار (6-6) توان راکتیو باس B575 در حالت پایدار با حضور SVC.....................................................................55

نمودار (6-7) توان ولتاژ باس B575 در حالت پایدار با حضور SVC........................................................................56

نمودار (6-8) جریان باس B575 در حالت پایدار با حضور SVC..............................................................................56

نمودار (6-9) توان اکتیو باس B575 در حالت پایدار با حضور STATCOM......................................................58

نمودار (6-10) توان راکتیو باس B575 در حالت پایدار با حضور STATCOM.................................................58

نمودار (6-11) توان ولتاژ باس B575 در حالت پایدار با حضور STATCOM....................................................59

نمودار (6-12) جریان باس B575 در حالت پایدار با حضور STATCOM..........................................................59

نمودار (6-13) توان اکتیو B575 در حالت اتصال کوتاه بدون حضور ادوات فاکت.................................................61

نمودار (6-14) توان راکتیو B575 در حالت اتصال کوتاه بدون حضور ادوات فاکت...............................................61

نمودار (6-15) ولتاژ B575 در حالت اتصال کوتاه بدون حضور ادوات فاکت............................................................62

نمودار (6-16) توان راکتیو B575 در حالت اتصال کوتاه بدون حضور ادوات فاکت...............................................62

نمودار (6-17) توان اکتیو B575 همراه SVC در حالت اتصال کوتاه......................................................................64

نمودار (6-18) توان راکتیو B575 همراه SVC در حالت اتصال کوتاه....................................................................64

نمودار (6-19) ولتاژ B575 همراه SVC در حالت اتصال کوتاه................................................................................65

نمودار (6-20) جریان B575 همراه SVC در حالت اتصال کوتاه.............................................................................65

نمودار (6-21) توان اکتیو B575 همراه STATCOM در حالت اتصال کوتاه.....................................................67

نمودار (6-22) توان راکتیو B575 همراه STATCOM در حالت اتصال کوتاه...................................................67

نمودار (4-23) ولتاژ B575 همراه STATCOM در حالت اتصال کوتاه...............................................................68

نمودار (6-24) جریان B575 همراه STATCOM در حالت اتصال کوتاه...........................................................68

نمودار (6-25) توان اکتیو B575 بدون حضور ادوات فاکت در حالت قطع ناگهانی لحظه ای گاز ورودی توربین..........................................................................................................................................................................................70

نمودار (6-26) توان راکتیو B575 بدون حضور ادوات فاکت در حالت قطع ناگهانی لحظه ای گاز ورودی توربین..........................................................................................................................................................................................70

نمودار (6-27) ولتاژ B575 بدون حضور ادوات فاکت در حالت قطع ناگهانی لحظه ای گاز ورودی توربین......71

نمودار (6-28) جریان B575 بدون حضور ادوات فاکت در حالت قطع ناگهانی لحظه ای گاز ورودی توربین..........................................................................................................................................................................................71

نمودار (6-29) توان اکتیو B575 در حضور SVC در حالت قطع ناگهانی لحظه ای گاز ورودی توربین..........73

نمودار (6-30) توان راکتیو B575 در حضور SVC در حالت قطع ناگهانی لحظه ای گاز ورودی توربین........73

نمودار (6-31) ولتاژ B575 در حضور SVC در حالت قطع ناگهانی لحظه ای گاز ورودی توربین....................74

نمودار (6-32) جریان B575 در حضور SVC در حالت قطع ناگهانی لحظه ای گاز ورودی توربین.................74

نمودار (6-33) توان اکتیو B575 در حضور STATCOM در حالت قطع ناگهانی لحظه ای گاز ورودی توربین..........................................................................................................................................................................................76

نمودار (6-34) توان راکتیو B575 در حضور STATCOM در حالت قطع ناگهانی لحظه ای گاز ورودی توربین..........................................................................................................................................................................................76

نمودار (6-35) ولتاژ B575 در حضور STATCOM در حالت قطع ناگهانی لحظه ای گاز ورودی توربین...77

نمودار (6-36) جریان B575 در حضور STATCOM در حالت قطع ناگهانی لحظه ای گاز ورودی توربین..........................................................................................................................................................................................77