مدلسازی توربین گاز نوع v94.2 در مدهای راه اندازی و خوابانیدن با استفاده از مدلسازی چندخطی و شناسایی سیستم

بخش مهمی از تولید الکتریسیته کشور سهم نیروگاه های گازی و سیکل ترکیبی است. از جمله متداول ترین توربین های گازی نصب شده در کشور، توربین v94.2 ساخت شرکت زیمنس می باشد. به دست آوردن مدلی ریاضی کارآ و دقیق برای توربین گازی v94.2 به منظور بررسی عملکرد آن در مدهای کاری مختلف از جمله راه اندازی، بارگیری، خوابانیدن و کارکرد عادی در قالب یک سیمولاتور بلادرنگ امری ضروری و اجتناب ناپذیر است. بنابراین هدف از مدلسازی توربین گاز v94.2 در این پایان نامه، طراحی یک سیمولاتوربه منظور اهداف آموزشی و تست الگوریتم های کنترلی است. تا کنون اغلب روش های مدلسازی که برای مدل کردن رفتار دینامیکی توربین گاز استفاده شده اند، به مدهای کاری راه اندازی و خوابانیدن مربوط نمی شدند. یکی از روش های مدلسازی استفاده از داده های عملیاتی واقعی و شناسایی سیستم با استفاده از الگوریتم کمترین مربعات خطا می باشد. در این پایان نامه، با استفاده از داده های عملیاتی، مدلسازی توربین گاز v94.2 در مدهای کاری راه اندازی، بارگیری و خوابانیدن انجام شده است. می توان از ساختارهای متفاوت خطی یا غیرخطی برای مدل کردن سیستم استفاده کرد. با توجه به ماهیت دینامیکی غیرخطی توربین های گازی یک مدل خطی قادر به مدلسازی توربین با دقت کافی نمی باشد. بنابراین از ساختار چندخطی برای مدلسازی استفاده شده است، بدین معنا که به جای داشتن یک مدل کلی، مدل به دست آمده از چند زیرمدل خطی جدا تشکیل می شود که هر کدام از این زیرمدل ها در ناحیه مربوط به خود، سیستم را مدلسازی می کند. چنین ساختاری، بر خلاف مدل های غیرخطی دیگر همچون شبکه عصبی ساختاری ساده دارد و ارتباط بین ورودی و خروجی های آن نیز واضح است. در این پایان نامه برای اولین بار از مدل چندخطی برای مدلسازی توربین گاز در مدهای کاری راه اندازی و خوابانیدن استفاده شده است و می توان گفت که چنین مدلسازی جامعی برای توربین گاز v94.2 با استفاده از ساختار چندخطی تا کنون ارائه نشده است. به منظور مدلسازی توربین گاز v94.2 در مد راه اندازی از 7 سری داده های واقعی راه اندازی به دست آمده از نیروگاه گازی خرمشهر در شرایط دمایی مختلف برای شناسایی سیستم استفاده شده است. در این مد، سرعت توربین به عنوان خروجی در نظر گرفته شده است و ورودی های مدل با توجه به ناحیه عملکردی توربین و زیرمدل های مختلف متفاوتند. در این مد از 8 زیر مدل خطی برای مدلسازی توربین استفاده شده است که در ابتدای مدلسازی ورودی سیستم تنها توان خروجی sfc می باشد. در ادامه و با باز شدن شیر سوخت از دور 700 ورودی های دبی سوخت و فشار خروجی کمپرسور نیز اضافه می شوند. بعد از دور 2100 ، sfc خاموش شده و ورودی مربوط به آن نیز از مدلسازی حذف می شود. همچنین در مدهای کاری بارگیری و خوابانیدن نیز مدلسازی با استفاده از داده های به دست آمده از نیروگاه خرمشهر انجام شده است. در این مدها توان الکتریکی به عنوان خروجی و دبی سوخت به عنوان ورودی در نظر گرفته شده اند و از 13 زیرمدل خطی برای مدلسازی توربین در مد کاری بارگیری و 17 زیرمدل خطی برای مدلسازی توربین در مد کاری خوابانیدن استفاده شده است. با بررسی رفتار مدل در مدهای کاری مختلف و صحت سنجی مدل با استفاده از داده های واقعی نتیجه می شود که مدل خطای کمتر از 3% دارد که مطابق استاندارد های مورد استفاده در سیمولاتور های صنعتی بلادرنگ می باشد و لذا مدل بدست آمده ضمن داشتن سادگی لازم می تواند در یک سیمولاتور صنعتی مورد استفاده در صنعت نیروگاه بکار گرفته شود.