موازی کردن دیزل ژنراتور‌های متفاوت – بخش دوم

سیستم تقسیم بار تطابق پذیر

در یک سیستم پارالل، فرکانس و ولتاژ خروجی ژنراتور‌ها مجبور می‌شوند در مقدار مساوی و همانند با باسی که روی آن بسته شده اند شوند. در نتیجه، سیستم کنترل ژنراتور نمی‌تواند به راحتی مقدار ولتاژ باس و فرکانس آن را به عنوان یک مرجع برای تنظیم خروجی‌ها (ولتاژ و فرکانس) در نظر بگیرد. برای مثال، اگر یک دیزل ژنراتور در سطح تحریک بالاتری نسبت به ژنراتور دیگری کار کند، بار راکتیو به مقدار مساوی تقسیم نمی‌گردد و یا اگر یک دیزل ژنراتور نسبت به دیزل ژنراتور‌های دیگر در سرعت متفاوتی نتنظیم شده باشد، آن ژنراتور به مقدار مناسبی تقسیم بار اکتیو نخواهد داشت. هر دیزل ژنراتور در سیستم دارای ۲ سیستم کنترل فعال می‌باشد: کنترل سیستم تحریک که مقدار ولتاژ را تنظیم می‌کند و سیستم کنترل سوخت که سرعت دیزل ژنراتور را تنظیم می‌کند. ژنراتور‌ها می‌توانن تقسیم بار KW به صورت صحیح داشته باشند، ولی در تقسیم بار راکتیو دارای مشکل باشند و بالعکس. در نتیجه تقسیم بار توان اکتیو (KW) متناسب با تنظیم سرعت بین دیزل ژنراتور‌ها و تنظیم سوخت (گاورنر) می‌باشد. بار راکتیو (KVAR) مستقیما متناسب با تنظیم مقدار ولتاژ بین ژنراتور‌ها و سیستم تحریک ژنراتور‌ها می‌باشد. اگرچه گاهی اوقات امکان پذیر است سیستم‌های سازنده‌های مختلف را با هم ترکیب کرد، بهتر است سیستم گاورنر و کنترل تقسیم بار از یک سازنده باشند تا از مشکلات ناشی از عدم تطابق جلوگیری کرد. چندین سیستم کنترل تقسیم بار وجود دارد

استفاده از دروپ گاورنر و تنظیم کننده ولتاژ (جبران کننده دروپ راکتیو)
تقسیم بار توان اکتیو همزمان
جبران کننده ضربدری جریان برای تقسیم بار راکتیو
تقسیم بار توان راکتیو همزمان

تقسیم بار دروپ (Droop load sharing)

استفاده از دروپ گاورنر و تنظیم کننده ولتاژ (جبران کننده دروپ راکتیو) در قدیم برای دیزل ژنراتور‌های سنکرون شده روی یک باس (با برق شهر سنکرون نباشد) به این دلیل که این روش تقسیم بار مناسب بین یک دیزل ژنراتور با دیزل ژنراتور دیگر و یا چندین دیزل ژنراتور دیگر سنکرون شده روی یک باس فراهم می‌کند، تا جایی که بتوان مقدرا نرخ دروپ ولتاژ و فرکانس ژنراتور‌ها را ا ایجاد کرد و بتوان ولتاژ و فرکانس در مقدار پایدار کنترل کرد. (دروپ به معنی کاهش فرکانس یا ولتاژ متناسب با با بار می‌باشد به این معنی که بار افزایش پیدا می‌کند با یک نسبت مشخص فرکانس یا ولتاژ کاهش می‌یابد در شکل کاملا مشخص است) همانطور که در شکل ۲ نمایش داده شده است، استفاده از دروپ یا تنظیم کننده ولتاژ این امکان را فراهم می‌آورد تا مقدار سرعت دیزل (اندازه گیری شده Hz) و یا ولتاژ ژنراتور تا مقدار از قبل تعیین شده (معمولا ۳ درصد) متناسب با افزایش بار کاهش یابد (یعنی در فول لود مقدار ولتاژ یا فرکانس ۳ درصد نصب به حالت بدون دروپ کاهش می‌یابد)

 

دروپ ولتاژ و سرعت برابر بین ژنراتور‌ها باعث تقسیم بار برابر بین دیزل ژنراتور‌ها می‌شود. روشی که بالا گفته شد را می‌توان در سیستم تنظیم ولتاژ ژنراتور‌ها در یک سیستم استفاده کرد. تقسیم بار راکتیور (Var) به وسیله‌ی دروپ معروف به جبران دروپ راکتیو می‌باشد (“Reactive droop compensation”). تنظیمات دروپ برای ولتاژ و فرکانس می‌تواند متفاوت باشند و معمولا بین ۳ تا ۵ درصد از بی باری تا بار کامل می‌باشد. تغییرات ولتاژی منتج شده از کارکرد دروپ در باس جدا (isolated bus system) مقدار زیادی نمی‌باشد، اما تغییرات فرکانسی ممکن است کارکرد بعضی از بار‌های متصل را مختل کند، مخصوصا در سیستم‌های استندبای و امرجنسی که ممکن است مقدار بار در طول زمان زیاد تغییر کند. تقسیم بار دروپ در سیستم پرایم کاربرد دارد (Prime Power Application). به دلیل این که فرکانس شبکه معمولا ثابت است می‌توان از دروپ برای کنترل بار ژنراتور تنها که با شبکه سنکرون شده است استفاده کرد. به دلیل تغیرات زیاد ولتاژ شبکه در نقاط مختلف شبکه به خاطر تغییرات بار دروپ در توان راکتیو تاثیر گذار نیست. از کنترلر‌های Var/power factor در زمان موازی کردن دیزل ژنراتور با شبکه باید استفاده گردد.

تقسیم بار KW و KVAR همزمان

سیستم‌های کنترل تقسیم بار همزان سیستم‌های فعال کنترلی هستند که مقدرا توان اکتیو و راکتیو را در یک ژنراتور خاص اندازه گیری می‌کنند، مقدار آن را با بار اکتیو و راکتیو روی شبکه مقایسه می‌کنند، وسیستم تحریک و گاورنر را کنترل می‌کنند تا درصد بار روی ژنراتور برابر با درصد بار روی سیستم باشد. تقسیم بار برای انطباق جهت کارکرد موازی حیاتی می‌باشد، زیرا ارتباط تقسیم بار تنها نقطه‌ای است که ژنراتور ارتباط با دیگر ژنراتور‌ها را در زمان کارکرد سنکرون روی یک باس به صورت تنها (Isolated Bus) را برقرار می‌کند. برای فراهم کردن قابلت تقسیم با، هر دیزل ژنراتور باید قابلیت اندازه گیری مقدار مجموع درصد بار اکتیو و راکتیو را داشته باشند، و همچنین قابلیت مقایسه آن‌ها را با شبکه دارا باشد. چندین روش برای فراهم کردن این قابلیت در بازار وجود دارد. در کل، آن‌ها را می‌توان به دو گروه تقسیم کرد:

سیستم‌هایی که از سیگنال‌های آنالوگ برای تقسیم بار استفاده می‌کنند
سیستم‌های که از سیگنال‌های دیجیتال برای تقسیم بار استفاده میکنند (مانند، CAN,RS۴۸۵ و یا ETHERNET)

سیستم‌های آنالوگ معمولا سریع‌تر از سیستم‌های دیجیتال است و آن‌ها را راحت‌تر می‌توان بین سازنده‌های مختلف انطباق داد. کامینز یک ماژول رابط آنالوک برای تقسیم بار (ILSI) تولید می‌کند که می‌توان به عنوان رابط بین سییتم کنترل کامینز PowerCommand با دیگر سیستم‌های آنالوگ استفاده کرد. سیستم‌های ارتباط و کنترل دیجیتال معمولا حساسیت کمی نسبت به نویز‌های خارچی نسبت به سیستم دیجیتال دارد، اما هر سازنده یک الگوریتم ارتباطی متفاوت دارد که باعث می‌شود اضافه کردن دیزل ژنراتور‌های متفاوت به سیستم سخت شود.

جبران کننده جریان ضربدری

جبران کننده جریان ضربدری یک عبور جریان الکتریکی بین ژنراتور‌ها است که به علت تحریک‌های مختلف در آن سیستم‌ها ایجاد می‌شود. جیران کننده جریان ضربدری یک اصطلاح که کارکرد ژنراتور‌ها را بدون استفاده از دروپ ولتاژ عنوان می‌کند. این به وسیله‌ی نصب یک CT جریان دروپ، معمولا در فاز “B” هر ژنراتور و اتصال CT‌ها به یکدیگر ایجاد می‌شود تا یک تغذیه بایاس (Bias) همانند برای تمام AVR‌ها ایجاد کند. این سیستم وقتی تمام تنظیم کننده‌های ولتاژ (AVR) از یک سازنده و یک مدل هستند بهترین کارکرد را دارند. همه‌ی AVR‌ها نمی‌توانند با هم در اینن شرایط کار کنند، در نتیجه بهترین روش این هست که تمام تنظیم کننده‌های ولتاژ که از جبران کننده ضربدری استفاده می‌کنند همانند باشند. اگر کارکرد همزمان سیستم مورد نیاز است، بهترین روش این است که تمام سیستم‌های تقسیم بار همانند باشند. دیگر روش ها‌ی جایگزین برای موازی کردن با سیستم‌های کنترل تقسیم بار غیر مشابه قسمت ۳ این مقاله که  تشریح شده است

تطابق با سیستم‌های کنترلی دیگر

هر ژنراتور در یک سیستم موازی ممکن است با دیگر ژنرتور‌ها ارتباط داشته باشد و لاجیک سیستم را ممکن سازند که شامل:

ژنراتور‌های باید یک روش برای تعیین اولین ژنراتوری که روی باس در زمان استار اول “Black Start” بسته می‌شود داشته باشند.
ژنراتور‌ها معمولا اطلاعات وضعیتی را به سیستم اصلی کنترل برای نمایش اطلاعات، کنترل سیستم از طریق بالادست و کنترل مقدار توان‌ها برای مدیرت بار ایجاد و ارسال می‌کنند.
ممکن است ژنراتور‌ها از طریق یک سیستم مانیتورینگ کنترل شوند، یا یک سیستم بیرونی همانند قرارداد‌های فروش توان.

در کل، این ارتباط‌ها از طریق روش‌های معمول موجود شامل سیگنال‌های گسسته یا ارتباط دیجیتال همانند RS۴۸۵/Modbus register map. در نتیجه این ارتباط‌ها را باید در سیستم در نظر گرفت

انتخاب اولین ژنراتوری که روی باس بسته می‌شود

فروشنده‌های مختلف دارای روش‌های مختلفی برای کنترل اولین ژنراتوری که روی باس بسته می‌شوند دارند. تعدادی از فروشنده‌ها به راحتی از سنسور باس مرده (dead bus sensor) برای هر سنکرون کننده هر دیزل ژنراتور استفاده می‌کنند، که اجازه می‌دهد هر کلید موازی شونده با باس وقتی که باس بی برق است (dead bus) بسته شود. این روش دارای ریسک می‌باشد، زیرا ممکن است چندین ژنراتور به این نتیجه میرسند که در یک زمان کلید خودشان را روی باس سنکرون شونده ببندند که باعث خطای خارج از فاز (out-of-phase paralleling) در زمان سنکرون شدن می‌شود. برای جلوگیری از خطای خارج از فاز out-of-phase paralleling در زمان برق دار کردن باس مرده، اکثر سیستم‌ها یک روش برای انتخاب اولین ژنراتوری که روی باس بسته می‌شود دارند و از بسته شدن ژنراتور‌های دیگر روی باس تا مطمئن شدن از این که باس برقدار شده اند و ژنرتور‌های قبلی که باید سنکرون می‌شده سنکرون شده اند جلوگیری می‌کنند. تجهیزات و روش‌ها برای انجام این کار بین تامین کننده‌ها متفاوت می‌باشد. معمولا یک سیستم از یک سازنده با سازنده‌ی دیگر تطابق ندارد. در زمان طراحی برای رفع این مشکل می‌توان ژنراتور‌هایی که متفاوت هستند را به عنوان ژنراتور آخر روی باس سنکرون کرد. اگز دیزل ژنراتور‌های که دارای سیستم استارت اول منطبق موجود باشد اول بهتر است باس به وسیله‌ی این دیزل ژنراتور‌ها برقدار شود و بعد دیزل ژنراتور‌های متفاوت روی باس وصل شوند. این روش هم ممکن است که یک PLC استفاده کرده از لایجیک دیزل ژنراتور‌های دیگر کپی کرده و استفاده کرد.

وضعیت‌ها و اخطار‌ها

وضعیت و خطا‌ها به از قدیم به صورت استفاده از کانتکت که باعث عمل کردن یک رله و روشن کردن آلارم خاص یا لامپ خاص بوده است. این سیگنال‌ها تقریبا در تمام دیزل ژنراتور‌ها موجود می‌باشد و با تمام سیستم‌ها سازگار است، در نتیجه باعث مشکل خاصی در سیستم نمی‌شود اگرچه خوب برنامه ریزی نشوند باعث مشکل در سیستم می‌شوند. دیزل ژنراتور‌های مدرن دارای سیستم CAN هستند که به وسیله‌ی آن می‌توان ۱۰۰‌ها خطا یا وضعیت را داشته باشند و سیستم قدیمی دیگر کاربردی ندارد. اطلاعات AC (ولتاژ، جریان و …) و اطلاعات دیزل برای اتفاده از کنترل از راه دور کاربرد دارد به دلیل این که دیزل ژنراتور‌های جدید دارای سیستم کنترلی با CPU هستند، اکثر اطلاعات را هم می‌توان به صورت دیجیتال و هم به صورت رله‌ای قدیم ارسال کرد. طراح لازم است انتخاب کند که چه سیگنالی لازم است و نوع ارسال ان را تعیین کند. حتی می‌توان از طریق شبکه یا پیام اطلاعات را ارسال کرد.
توصیه‌ها برای پارالل کردن دیزل ژنرتور‌های نا همانند برای طراحی سیستم:

بررسی کنید که دیزل ژنراتور‌های موجود توانایی تنظیم فرکانس و ولتاژ را در بار کامل دارند.
تمام کارکرد گذرا‌های دیزل ژنراتور‌ها را در سیستم بررسی کنید و مخصوصا گذرا‌های قطع بار (load rejection) باعث مشکلات ناشی از توان معکوس در ژنراتور‌ها نشود.
بررسی کنید که ضریب سیم پیچ ژنراتور‌ها همه با هم برابر باشد. سعی کنید ضریب سیم پیچ همه ژنراتور‌ها ۳/۲ باشد. اگر حذف ژنراتور‌های نا همانند امکان پذیر نیست روش‌هایی برای کمتر کردن این مشکل استفاده کنید.

بعلاوه:

برای حالت emergency/standby، سیستم کنترل بار (هر دوی KW و KVAR) باید همه همانند و از یک سازنده باشند. کنترل دروپ ممکن است در حالت پرایم (Prime) و حالت تقسم بار راکتیو در باسی که با شبکه سنکرون نیست مفید باشد.
باید به رابط‌های ارتباطی سیستم‌های کنترل، سیستم کنترل اصلی، مدیرت سیستم و مانیتورینگ اهمیت داده مربوط به باس اهمیت داده شود. در کل، این روش‌ها را می‌توان در همه‌ی مورد‌ها به کاربرد، ولی نمی‌توان فرض کرد که این روش‌ها بدون چک و بررسی دقیق تجهیزات کار خواهد کرد.

 

منبع: ماه صنعت