بهبود عملکرد گذرای توربین گازی در حالت جزیره ای

رفتار توربین گازی و سایر سیکل های وابسته به آن در زمان افت فرکانس شبکه، با عملکرد سایر تولید کننده های رایج در شبکه های برق متفاوت است و تغییر بارهای بزرگ و ناگهانی می تواند منجر به ناپایداری آن گردد. هدف این رساله، بررسی عملکرد توربین گازی در زمان افت فرکانس، ریشه یابی علت این رفتار و ارائه راه کار مناسب برای بهبود عملکرد آن در زمان افت فرکانس می باشد. علت حساسیت توربین گازی به افت فرکانس به این نکته باز می گردد که، دبی هوای عبوری از توربین گازی به سرعت آن وابسته می باشد. با افت فرکانس شبکه و در نتیجه کاهش دبی هوای عبوری از توربین، دمای کاری توربین افزایش می یابد. این مسئله سبب می گردد که مدار کنترل دما فعال گردیده و مانع از افزایش بار توربین گردد. به همین دلیل، سرعت توربین بیشتر کاهش می یابد و در نهایت سبب ناپایداری توربین می گردد. این مسئله یک مشکل ساختاری و ذاتی در توربین گازی بوده و به طراحی کنترل کننده وابسته نمی باشد و به همین دلیل راه کارهای ارائه شده برای حل این مشکل با تغییر کنترل کننده چندان موفق نبوده اند. در پژوهش حاضر، برای حل این مشکل به کارگیری تزریق بخار رخداد محور به درون محفظه در زمان افت فرکانس پیشنهاد شده است. به منظور استفاده از تزریق بخار برای کنترل بهتر فرکانس یک حلقه کنترلی به مجموعه مدارهای کنترلی توربین اضافه شده است. این حلقه که بر اساس کنترل رخداد محور توسعه داده شده است، با عبور سرعت توربین از یک محدوده مشخص فعال شده و با تزریق بخار به محفظه احتراق گاورنر را در کنترل بهتر فرکانس کمک می نماید. عملکرد این الگوریتم کنترلی جدید با استفاده از یک مدل جعبه خاکستری که برای شبیه سازی تزریق بخار توسعه داده شده است، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که حلقه کنترلی اضافه شده می تواند عملکرد گذرای توربین را با تزریق مقدار کمی بخار بهبود دهد و در نتیجه آن، توربین می تواند افت فرکانس های بزرگ تری را تحمل کند. همچنین نتایج نشان می دهد که تزریق بخار می تواند با کاهش بیشینه دما و گرادیان آن در محفظه احتراق به افزایش عمر قطعات توربین کمک نماید. برای بررسی عملکرد سیکل های وابسته به توربین گازی رفتار دو سیکل مرطوب استیگ و سیکل ترکیبی در زمان افت فرکانس مورد بررسی قرار گرفته است. این موضوع از آن جهت حائز اهمیت می باشد که این اطلاعات به بهره برداران کمک خواهد کرد که سیکل مناسب خود را با توجه به ویژگی های فرکانسی مورد انتظار خود از شبکه به درستی انتخاب نمایند. نتایج این بررسی نشان می دهد که عملکرد سیکل مرطوب به طور قابل ملاحظه ای بهتر از سیکل ترکیبی مشابه در زمان افت فرکانس می باشد.