تعیین مدل دینامیکی و کنترل عملکرد یک توربین گازی

امروزه استفاده از توربین گاز به دلیل کاربرد گسترده از جمله تولید توان، حمل و نقل، صنایع هوایی و سایر کاربردهای صنعتی افزایش یافته است. به همین دلیل جهت طراحی و همچنین تعیین سیستم کنترلی مناسب استفاده از یک مدل دینامیکی که همزمان کلیه خواص ترمودینامیکی را نیز در بر گیرد مورد نیاز است. در این پایان نامه بر اساس مدل غیر خطی توربین گاز که با کمک قوانین بقای جرم و انرژی به دست می آید سیستم کنترلی طراحی می گردد. این سیستم کنترلی که بر پایه ی خطی سازی ورودی- خروجی و اعمال کنترلر مرتبه دوم سروو بر سیستم خطی شده استوار است با کمک یک سیگنال مرجع ورودی سیستم را به سمت ورودی مشخصی حرکت می دهد به طوری که با تغییر در مقدار سوخت ورودی به محفظه احتراق به عنوان سیگنال ورودی، سرعت دورانی شفت متصل به توربین را کنترل می کند. دلیل انتخاب کنترل سرعت دورانی به عنوان هدف کنترلی در این مقاله لزوم توانایی توربین گاز جهت کارکرد در سرعت های دورانی متفاوت برای به حرکت درآوردن ژنراتور و در نتیجه تولید الکتریسیته در شرایط مختلف می باشد. جهت تعیین مقادیر بهینه پارامترهای مختلف سیستم کنترلی از چند تابع هدف ترمودینامیکی استفاده می شود. یکی از این توابع هدف، میزان اتلاف اگزرژی کل سیکل توربین گاز است که از حاصل جمع اتلاف اگزرژی هر یک از اجزاء سیکل که شامل مقطع ورودی، کمپرسور، محفظه احتراق، توربین و مجرای خروجی است، به دست می آید. سایر توابع هدف میزان خطای کنترلی نسبت به ورودی مرجع، دمای ورودی به توربین و میزان مصرف سوخت در طی زمان کنترل می باشند. نتایج حاصل از این بهینه سازی ها که توسط الگوریتم ژنتیک انجام می شود، بهترین شرایط طراحی سیستم کنترلی را نتیجه خواهند داد.