کنترل خودکار تولید سیستم قدرت در حضور منابع انرژی تجدیدپذیر- فایل ... |
جهت مطالعه بیشتر در باب مدل مورد مطالعه میتوان به مراجع [۵۳] [۵۴] مراجعه کرد.
منحنیهای توربین بر اساس رابطه (۳-۳) برای زاویههای مختلف شیب پره همانطور که در مراجع [۵۳] [۵۴] ذکر شده است در شکل ۳-۲ رسم شدهاند.
شکل ۳- ۲ منحنیهای C_p برای زاویههای پره متفاوت
توان و سرعت روتور توربین محاسبه و در شکل ۳-۳ رسم شدهاند.
شکل ۳- ۳ توان و سرعت روتور توربین به عنوان تابعی از سرعت باد
۳-۲-۳- مقدارسنجی انرژی چرخشی قابل دسترسی از توربین-ژنراتور
به منظور سنجش میزان انرژی قابل استخراج از توربین بادی، قدرتی که به شبکه تزریق میشود به صورت موقّت به مقدار بالاتر از مقدار حالت مانگار آن (که برای سرعت باد مشخّصی است) افزایش مییابد. به این منظور برای سرعت وزش کم و متوسط باد، کنترلر سرعت غیر فعّال شده و نقطه مرجع توان به صورت مستقل همانطور که در شکل ۳-۴ نشان داده شده است، تنظیم میشود.
مقدار انرژی بادی قابل استحصال قبل از رسیدن سرعت توربین به سرعت کمینه برای سرعتهای متفاوت وزش باد محاسبه شده است. این محاسبات به منظور تعین میزان پشتیبانی اضافی توان اکتیو یک توربین بادی سرعت متغیّر در سرعت مشخّصی از وزش باد (مضاف بر مقدار حالت ماندگار توان الکتریکی تزریقی توربین به شبکه در آن سرعت) همان انرژی مازادی که از انرژی جنبشی موجود در جرم چرخان توربین-ژنراتور بدست میآید و همچنین به منظور مشخّص نمودن مدت زمان تداوم چنین پشتیبانی قبل از رسیدن سرعت توربین به محدودیت سرعت کمینه آن، صورت پذیرفته است.
شکل ۳- ۴ مدل توربین بادی سرعت متغیّر برای وزش باد با سرعتهای کم و متوسط (کنترلر زاویه غیر فعّال شده است) [۳۵]
شایان ذکر است، محاسبات تنها نیازمند به در دست داشتن مقادیر ثابت لختی معادل توربین-ژنراتور بادی ، منحنی برای کمینه مقدار و همچنین اطلاعات منحنی سرعت روتور توربین بادی بر اساس سرعت باد میباشد. این محاسبات ساده میتواند مشخّص نماید که چه میزان توان اکتیو اضافی قابل استحصال در مزرعه بادی موجود است که میتواند قابلیّت تزریق به شبکه جهت مطالعات پایداری سیستم قدرت گسترده و به صورت خاص، کنترل بار-فرکانس را داشته باشد.
توجّه به این نکته ضروری است، تغییر در توان الکتریکی برابر با به این معنی است که خروجی الکتریکی از توربین بادی، ، معادل است با مبنای واحد( بیشتر از مقدار حالت ماندگار برای این سرعت باد که برابر است با مبنای واحد میباشد). توان اضافی در مبنای واحد از طریق جذب بخشی از انرژی چرخشی موجود در توربین-ژترانور تأمین میشود.
شکل۳-۵ توان مکانیکی جذب شده توربین بادی از انرژی باد را برای سرعتهای مختلف وزش باد ( ۶-۱۱ ) نشان میدهد. متذکر میشود شکل این منحنیها شدیداً به مقدار توربین وابسته میباشد. همانطور که از شکل مشهود است، زمانیکه توان مکانیکی جذب شده بیشینه است، در هر سرعت باد به خصوصی سرعت روتور بهینه ای وجود دارد. این مطلب مبیّن این موضوع است عملکرد معمولی توربین بادی منوط به شرایطی است که توربین در نقطه بیشینه منحنی مورد بهره برداری قرار بگیرد. در این شکل مطلب بوسیله به هم پیوستن نقاط پیداست.
شکل ۳- ۵ توان مکانیکی تأمین شده از طرف DFIG برای سرعتهای مختلف باد (B=0)
به غیر از بهره برداری در این سرعتهای بهینه روتور، توان مکانیکی جذب شده به صورت قابل توجّهی افت میکند. زمانیکه محدودیت بیشینه سرعت روتور حاصل میشود، با افزایش سرعت باد نقطه فعّالیت در صفحه به سمت بالا رانده میشود (جهت حرکت در شکل۳-۲ ).
انرژی چرخشی قابل استحصال از توربین-ژنراتور بر اساس مطالبی که در ابتدای بخش عنوان شد، محاسبه شده است [۳۵]. تعادل توان در خلال کاهش سرعت توربین بادی میتواند به صورت زیر بیان شود:
(۳-۷)
که در آن تفاوت بین توان مکانیکی جذب شده و توان الکتریکی تزریقی به شبکه (توان شتابدهنده) نام دارند. اگر توان ورودی مکانیکی با خروجی توان الکتریکی توربین در حالت ماندگار برابر باشد و کاهشی در توان مکانیکی ورودی به توربین به سبب کاهش سرعت چرخشی و خروج از نقطه بهینه باشد با توجّه به ، معادله (۳-۷) را میتوان به صورت زیر بازنویسی کرد:
(۳-۸)
مدت زمان تداوم تغییر ورودی پله ای در توان الکتریکی است که میتواند مضاف بر حالت ماندگار آن برای سرعت بار مشخّصی قبل از رسیدن به حد کمینه سرعت توربین استحصال گردد.
سرعت روتور توربین بادی به صورت خطی با افزایش سرعت باد تا جایی افزایش مییابد که از مرز بیشینه سرعت تجاوز ننماید (محدودیت بیشینه سرعت روتور برای این توربین ۱.۲ مبنای واحد میباشد). اگرچه کاهش توان ورودی مکانیکی به توربین ، از مقدار بهینه ، با افزایش سرعت باد افزایش مییابد (شکل۳-۵)، افزایش در با افزایش سرعت باد کاهش توان ورودی مکانیکی به توربین را متوقف میسازد و با افزایش سرعت وزش باد، میتوان افزایشی در را انتظار داشت.
از سوی دیگر، وقتی محدودیت بیشینه سرعت فرا میرسد، سرعت چرخش با افزایش سرعت وزش باد، با افزایش توان ورودی مکانیکی ، افزایش نمییابد. در پی افزایش سرعت وزش باد و افزایش روند کاهشی در توان مکانیکی از مقدار بهینه خود، با افزایش سرعت وزش باد افزایش مییابد و همچنین کاهشی در مورد انتظار است.
انرژی چرخشی موجود برای سه مقطع مشخّص از سرعت وزش باد مورد سنجش قرار گرفته است:
سرعت کم وزش باد: مقطعی که در آن سرعت روتور کمتر از ۱.۲ مبنای واحد است
سرعت متوسط وزش باد: مقطعی که در آن سرعت روتور کمتر از ۱.۲ مبنای واحد و توان تولیدی کمتر از ۱ مبنای واحد است.
سرعت زیاد وزش باد: مقطعی که در آن سرعت روتور و توان تولیدی به مقادیر بیشینه شان محدود شدهاند (۱.۲ مبنای واحد و ۱ مبنای واحد، به ترتیب) و زاویه شیب پره در مقدار بالاتری تنظیم شده است.
سرعت کم وزش باد: شکل (۳-۶) مدت زمان تداوم افزایش پله ای در خروجی توان الکتریکی توربین بادی برای دو سرعت متفاوت وزش باد (۷.۵ و ۱۰.۱ ) قبل از رسیدن سرعت روتور به محدوده سرعت کمینه ۰.۷ مبنای واحد را نشان میدهد. همانطور که در شکل مشهود است مدت زمان تداوم افزایش پله ای در خروجی توربین بادی، وقتی مقدار توان الکتریکی پله ای افزایش میابد، روند نزولی به خود میگیرد.
شکل ۳- ۶ مدت زمان تداوم افزایش توان پله ای موقت در خروجی توان الکتریکی توربین بادی برای سرعتهای کم وزش باد
در سرعتهای بالاتر وزش باد، مدت زمان تداوم این افزایش موقّتی توان، در قیاس با سرعتهای پایین وزش باد، کما اینکه انتظار میرود، بیشتر است. اگرچه که محدودیت کمینه سرعت توربین مورد بررسی GE 3.6 MW، ۰.۷ مبنای واحد در نظر گرفته شده است، کاهش بیشتری نیز در سرعت روتور امکان پذیر است (۰.۵ مبنای واحد). در سرعت وزش باد ۷.۵ ، وقتی محدودیت کمینه سرعت، ۰.۵ مبنای انتخاب شود، توان اضافی معادل با ۰.۰۵ مبنای واحد برای مدت زمان ۴۱ ثانیه متصوّر میباشد (در مقایسه با ۳۶ ثانیه وقتی محدودیت کمینه سرعت ۰.۷ مبنای واحد در نظر گرفته شود) [۳۵].
سرعت متوسط وزش باد: محاسبات مشابهی برای سرعتهای وزش باد ۱۰ تا ۱۱ انجام شده است که به ترتیب معادل با ۰.۸۵ و ۱ مبنای واحد از توان تولیدی بادی است (شکل۳-۷). در سرعت وزش باد ۱۰.۵ ، پشتیبانی توان اکتیوی معادل با ۰.۰۵ مبنای واحد، به مدت ۳۸ ثانیه، قبل از اینکه سرعت روتور به محدوده کمینه سرعت مجاز روتور برابر با ۰.۷ مبنای واحد برسد، متصوّر میباشد (در سر عت ۱۰ ، این ظرفیت معادل ۴۹ ثانیه میباشد). در سرعت وزش باد ۱۱ ، این ظرفیت به ۳۰ ثانیه کاهش پیدا میکند. همانطور که انتظار میرفت، مدت زمان تداوم این پشتیبانی با افزایش سرعت باد در مطقعی که سرعت وزش باد متوسط است، کاهش پیدا میکند.
فرم در حال بارگذاری ...
[یکشنبه 1400-08-02] [ 04:22:00 ق.ظ ]
|