قابلیت سازگاری دیزل ژنراتور ها

پروژه های انجام شده توسط شرکت نوین ژنراتور سازان در ارتباط با سنکرون دیزل ژنراتور را اینجا ببینید 

بر اساس یک قانون کلی، وقتی که ولتاژ و فرکانس در زمان اتصال یکی و برابر باشند می توان هر چیزی را با هر چیزی سنکرون کرد. مطمئنا در واقعیت محدودیت های عملی در رابطه با گفته ی بالا وجود دارد و شاید فاکتورهای طراحی سیستم همانند قابلیت اطمینان سیستم  و کارایی آن باعث شوند که طراح، ژنراتور موجود را با یک ژنراتور جدید که پاسخ گوی نیاز های طراحی باشد جایگزین کند و  حتی ممکن است هزینه ی انطباق دیزل ژنراتور های قبلی انقدر زیاد باشد که تعویض آن ها توجیح پذیر باشد. در این مطلب ما به موضوعات و مواردی که برای طراحی باید در نظر گرفته شود و همچنین به مشکلات مرسوم در این باره می پردازیم.

مقالات مرتبط:

راهنمایی سنکرون کردن و تقسیم بار دیزل ژنراتورها به وسیله‌ی DeepSea

قابلیت سازگاری دیزل ژنراتور ها

 قابلیت سازگاری در یک سیستم به کلام ساده این است که دیزل ژنراتور ها در یک سیستم پارالل شده  :

• دارای دیزل های سازگار باشند
• دارای ژنراتور های سازگار باشند
• دارای سیستم کنترلی تقسیم بار سازگار باشند
• دارای رابط های دیتای سازگار با سیستم های کنترلی و مانیتوری دیگر (شامل محلی و دور دست)
• دارای قابلیت کنترل “استارت اول”(“First Start” Control) باشد(سیستم کنترلی باید بتواند تعیین کند که کدام دیزل ژنراتور باید اول روی باس سنکرون متصل شود و ترتیب اتصال دیگر دیزل ژنراتور ها روی باس را تامین کند)
• دارای این قابلیت باشد که بتواند با سیستم کنترل دستی، با سیستم کنترل بار تا مقدار خاص و محدود ، و با تجهیزات که قابلیت انطباق کمی دارند کار کند ولی این نا سازگاری ها ممکن است باعث شود تا تجهیزات جدیدی به سیستم اضافه گردد و یا اینکه انعطاف پذیری سیستم را کاهش دهد.

 قبل از تغییر و یا اصلاح در سیستم های موجود این نکته خیلی مهم است که تجهیزات موجود کاملا در بار کامل و ولتاژ و فرکانس مناسب تست شوند و مورد تایید قرار گیرند. اگر یک ماشین در یک بار مشخص با لود بانک نتواند به درستی کار کند غیر ممکن است این ماشین یا دیزل ژنراتور در حالت موازی به درستی عمل کند.

مشکلات در سطح سیستم

قبل از این که سازگاری دیزل ژنراتور ها را در سیستم در نظر بگیریم  بهتر است نگاهی به مشکلاتی که در سیستم به خاطر استفاده از دیزل ژنراتور های نا همانند ایجاد می شود را بررسی کنیم. اگر سایز ژنراتور ها  برابر نباشد، ممکن است باعث تاثیر در طراحی سیستم می شود. یک سیستم اضطراری شامل دیزل ژنراتور ها با توان مساوی می تواند بار اولیه بیشتری در راه اندازی تحویل دهند برای مثال یک سیستم شامل دو دیزل ژنراتور با توان 500 کیلووات می تواند در لحظه ی اول باری تا 500 کیلو وات را تامین می کند ولی در صورت استفاده از دو دیزل ژنراتور با توان های 750 کیلو وات و 250 کیلوات، اگرچه دارای توان به مجموع 1000 کیلوات می باشد ولی در لحظه ی اول فقط می تواند 250 کیلووات بار را تامین کرد به این علت که اگر دیزل ژنراتور 250 کیلووات دیزل اولی باشد که به باس وصل شده باشد با اتصال بار بزرگتر از 250 کیلو وات امکان دارد دیزل ژنراتور اضافه بار گردد. برای حل  این مشکل طراحان باس های اضافی در سیستم اضافه می کنند که خود این باعث پیچیدگی بیشتر سیستم می شود همچنین اضافه شدن باس های بیشتر کارکد دستی سیستم را پیچیده تر می کند. امکان دارد تغییر در ترتیب کلید زنی در صورت استفاده از دیزل ژنراتور های غیر مساوی مورد نیاز باشد. پیشنهاد نمی گردد سیستم های که دارای دیزل ژنراتور های سنکرون شونده هستند با قید راه اندازی در زمان کمتر از 10 ثانیه طراحی شوند.

خیل از سازنده ها توانایی تامین تجهیزاتی که مطمئن باشند در کمتر از 10 ثانیه سنکرون می شوند را ندارند در نتیجه در شرایطی که نیاز به سرویس قرار دادن بار ها در کمتر از 10 ثانیه مورد نیاز است ، طراح باید از بسته شدن دیزل ژنراتور کوچکتر  در باس در لحظه ی اول جلوگیری کند ( این عمل باعث از بین رفتن قابلیت جایگزینی دیگر ژنراتور- Redundancy)  و یا اینکه باید مطمئن شد که بار اولیه متصل شونده به باس کمتر از کوچکترین دیزل ژنراتور موجود است.

از دیدگاه Load Shedding مشکل کمتر است، اما هنوز نیاز به کمی مطالعه می باشد. اگر شرایط افت فرکانسی در شبکه موجود باشد سیستم نیاز دارد تا بارهای متصل را کم کند. در شرایطی که از دیزل ژنراتور های ناهمسان استفاده شده باشد واگر دیزل ژنراتور  500 کیلووات از دسترس خارج شود نیاز است تا مقدار بار بزرگی  کم کنیم تا ژنراتور 250 کیلووات آزاد شود . در سیستم cascading load shedding، سیستم به صورت اتوماتیک لود را کم می کند تا سیستم به شرایط عادی برگردد .

زمان طراحی  سیستم  زمانی که طراح مقدار KW دیزل ژنراتور ها  موجود را  می داند می تواند اختلافات در سایز را به وسیله ی  استفاده از Sequence  های مختلف زمانی که ترکیبی از تجهیزات مختلف موجود می باشد را جبران کند.

چقدر اختلاف در سایز کاربردی و قابل اجرا می باشد؟

این سوال خیلی در صنعت بحث شده است. ما می دانیم که تکنیکالی می توان همه چیز را با هم موازی کرد، اما در واقعیت این کاملا متفاوت می باشد. در کل، سیستمی قابل مدیریت می باشد که کوچکترین ژنراتور آن 30 درصد بزرگترین ژنراتور آن باشد. اگر در سیستم ژنراتور بزرگتر از این مقدار موجود می باشد بهتر است آن را بزرگتر در نظر بگیریم و ژنراتور کوچکتر را حذف کنیم.

ممکن است در حالت پرایم تفاوت توانی زیادی بین دیزل ژنراتور ها باشد. این حالت بیشتر در شهر های دور  و یا کارخانه ها که برق شهر موجود نمی باشد به وجود می اید. بار در طول روز خیل بیشتر از شب می باشد و ممکن است 2 دیزل ژنراتور 300 کیلو وات و 50 کیلووات در طول روز بار را تامین کند و در شب فقط دیزل 50 کیلووات بار را تامین کند. در این حالت موازی کردن دیزل ژنراتور ها مشکلی ندارد به خاطر این که مقدار بار به سرعت تغییر نمی کند و در واقع سیستم مدیرت بار اتوماتیک ندارد.

در حالت تکنیکالی کوچکترین کلید قدرت که می توان تامین کرد 800 آمپر باشد و شاید این باعث افزایش هزینه سنکرون کردن دیزل ژنراتور های کوچک شود. در این شرایط می توان از کلید های کامپکت که قابلت وصل در 5 سیکل را دارند برای پارالل کردن استفاده کرد. این کلید ها کوچکتر هستند و به فضای کمی نیاز دارند و ارزان تر هم می باشند. می توان از کنتاکتور هم استفاده کرد ولی حتما باید با فیوز مناسب حفاظت شوند.

دیزل های سازگار

مقدار توان حقیقی یا اکتیو (KW) تامین شده توسط دیزل ژنراتور دارای رابطه ی مستقیم با توان حقیقی دیزل دارد. دیزل های سازگار تقریبا توانایی تامین بار برابر در هر دو حالت پایدار و  گذرا  را در تمامی ضریب بارهای مختلف دارا می باشند. در مقابل، اگر دیزل های غیر سازگار موازی شوند، مشکلات تقسیم بار ایجاد خواهد شد،  مخصوصا در زمان های اتصال و قطع بارهای بزرگ

زمانی که بار به دیزل ژنراتور متصل می شود، مخصوصا در مقادیر بزرگ، به صورت لحظه ای مقدار فرکانس افت می کند تا زمانی که گاورنر مقدار بیشتری سوخت به دیزل تحویل دهد تا دیزل ژنراتور به سرعت و فرکانس نامی برسد. مقدار افت فرکانس و زمان برگشت (Recovery time) تابعی از اینرسی تجهیزات چرخنده سیستم (شامل روتور ژنراتور و اجزای متحرک دیزل ) و سرعت عمل گاورنر و سیستم ورودی هوا می تواند که  مقدار سوخت و هوا را افزایش دهند بستگی دارد. مقدار زمان بازگشت به سرعت نرمال به نوع گاورنر دیزل، نوع طراحی سیستم سوخت و هوا و نوع سیکل دیزل (2 سیکل یا 4 سیکل) بستگی دارد.

تقسیم بار در زمان گذرا خیلی مهم است زیرا دیزل ژنراتور ها با سایز مختلف معمولا توانایی مختلفی (منظور از توانایی مقدار ثابت زمانی و مقدار تغییر فرکانس و لتاژ از حالت نرمال می باشد) در قطع و وصل بار دارند. برای مثال، یک دیزل ژنراتور  250 کیلووات موازی با 500 کیلو وات در نظر بگیرید. اعمال بار250 کیلووات به یک دیزل ژنراتور 250 کیلووات تقریبا باعث 25 درصد افت ولتاژ و 3 ثانیه زمان می برد تا به فرکانس نرمال برگردد. برای دیزل ژنراتور 500 کیلووات اعمال 500 کیلووات بار باعث افت ولتاژ (Voltage Dip) 30 درصدی و زمان مورد نیاز برای برگشت به فرکانس نرمال 5ثانیه می باشد. در نتیچه اگر یک بار 750 کیلووات (بار کامل) به 2 دیزل ژنراتور اعمال گردد و یا 750 کیلو وات بار ناگهان از روی دیزل ژنراتور قطع گردد، این دو دیزل ژنراتور به اندازه ی مساوی بار را در طول زمان گذرا تقسیم نمی کنند. امکان دارد باعث اضافه بار روی دیزل ژنراتور سریع تر شود و مخصوصا در زمان قطع ناگهانی بار باعث برگشت توان به یکی از دیزل ژنراتورها و عمل کردن رله ی Reverse Power گردد .

در بارهای کمتر، مقدار حالت های گذرا  کمتر می باشد لذا زمان برگشت (Recovery Time) کمتر می باشد، در نتیجه زمانی که اندازه ی بار را در زمان کلید زنی کمتر کنیم در نهایت به نقطه ای خواهیم رسید که حالت گذرا های 2 دیزل ژنراتور خیلی شبیه هم می گردد. این به معنای این است که  حالت گذراهای نا متقارن را می توان با اضافه یا کم کردن بار در مقادیر کمتر در حالتی که از 2 دیزل ژنراتور همانند استفاده می شود حل کرد. طراح می تواند با بررسی مشخصات بارگیری و قطع بار دیزل ژنراتور ها در حالت های گذرا مشکلات بالقوه سیستم در دیزل ها( آیا توانایی پاسخگوی را دارا می باشند) به دست آورد. وقتی این کار انجام شد، باید اطلاعات از تست دیزل ژنراتور های واقعی برای بررسی استفاده گردد، نه فقط افت ولتاژ ژنراتور و یا پاسخگویی حالت گذرای دیزل به تنهایی. در کل اگر مقدار بار ناگهانی اعمالی به دیزل ژنراتور ها کمتر از 25 درصد کوچکترین دیزل ژنراتور باشد تاثیر منفی به خاطر اختلاف توانی دیزل ژنراتور ها در سیستم به وجود نمی آید.

تریپ های مزاحم رله ی توان معکوس (Reverse Power) به علت قطع بار از روی دیزل ژنراتور ها را می توان با بیشتر کردن زمان تاخیر رله ی Reverse Power بیشتر از مقدار زمان ریکاوری کند ترین دیزل ژنراتورها حل کرد. این کار را با افزایش مقدار حد توان معکوس در رله انجام ندهید. این امکان دارد باعث غیر حساس کردن رله ی ریورس پاور و حذف آن از سیستم حفاظتی گردد.

ژنراتور های سازگار

ژنراتور ها زمانی سازگار هستند که بتوانند بدون جاری بودن جریان مخرب نول، بین آنها کار کنند. بسته به مشخصات افزایش دمای ژنراتور(Temperature Rise)، عمر ژنراتور و سیستم عایق آن (Insulation Class) ممکن است جریان بین نول های ژنراتور  آسیب رسان نباشد، ولی جریان در نول باعث اختلال در عملکرد رله های حفاظتی گردد، مخصوصا برای حفاظت زمین. جریان در سیستم نول به خاطر اختلاف ولتاژ در بین ژنراتور ها ایجاد می گردد. اختلاف ولتاژ ممکن است به خاطر عدم دقت در تنظیمات مقدار کیلوولت آمپر راکتیو (KVAR)، و یا به خاطر اختلاف در شکل موج  ولتاژ (وجود هارمینک در شکل موج ولتاژ که در شکل یک نمایش داده شده است)ایجاد شود اگر یک سیستم در حال کار ناسازگاری بین ژنراتورها نشان دهد(همانند جریان بین ژنراتور ها که امکان از بین بردن آن با تنظیم مقدار KVAR نباشد)، می توان یک تست هارمونیکی جریان ارت بین ژنراتورها با بار خطی متعادل انجام داد(حتی بدون بار). اگر فرکانس اصلی جریان همانند فرکانس کاری سیستم باشد، جریان ایجاد شده به خاطر تقسیم بار راکتیو  (KVAR) نا صحیح می باشد. اگر فرکانس اصلی 150 هرتز و یا بیشتر باشد،  جریان ایجاد شده به خاطر ناسازگاری ژنراتور ها می باشد و یک راهکار باید برای آن پیدا کرد. جریان هارمونیکی نول به خاطر اختلاف بین شکل موج ولتاژ های ژنراتور های موازی شده ایجاد می شود. طراحان ژنراتور می توانند مقدار هارمونیک های تولید  شده را با بکار بردن چندین فاکتور طراحی (که مهم ترین آن ضریب سیم پیچی می باشد)کنترل کنند. از ضریب سیم پیچی می توان شکل موج ولتاژ و هزینه ساخت ژنراتور را بهینه کرد. ضریب سیم پیچی ژنراتور مربوط به طراحی مکانیکی دیزل ژنراتور می باشد. ضریب سیم پیچ نسبت تعداد شیار در برگرفته شده توسط سیم پیچ به تعداد شیار در برگرفته شده توسط قطب می باشد. ژنراتور هایی که همانند هستند کاملا تطتبیق پذیر می باشند. ژنراتور ها با ضریب سیم پیچ 2/3 دارای شکل موجی هستند که تطابق لازم جهت سنکرون با یک دیگر و برق شهر را دارا می باشند. زمانی که نیاز است ژنراتور های غیر متفاوت را موازی کرد جهت جبران کردن اختلاف ناشی از ضریب سیم پیچ ، طراح چندین گزینه برای از بین بردن مشکل هارمونک مربوط به عدم تطابق ژنراتور ها را دارد: اگر ممکن بود بهتر است تجهیزات همانند تجهیزات موجود باشند. این نیازمند تعویض یک یا چندین ژنراتور باشد. با در نظر گرفتن این که عمر موثر یک دیزل ژنراتور در حالت Standby 25 سال می باشد، و دیزل در این عمر کاملا قابل کار باشد امکان دارد تعویض امکان پذیر نباشد. خرید ژنراتور با ضریب سیم پیچ 3/2 ، قابلیت انطباق ژنراتور ها را برای کارکرد موازی در آینده تضمین می کند. به علت قیمت بالای ژنراتور های MV و HV تعویض ژنراتور در ولتاژ پایین (LV) امکان پذیرتر و کاربردی تر از تغییر ژنراتور در MV  و HV می باشد. استفاده از سیستم 3 سیم . یا استفاده از سیستم که دارای سیسم نول نباشد باعث می شود تا مسیری برای عبور جریان نول موجود نباشد در نتیجه بزرگترین علت عدم تطابق ژنراتور ها از بین خواهد رفت در نظر بگیرید که نول ژنراتور های نا همسان زمانی که ژنراتور های دیگر متصل می باشد نباید به زمین متصل باشد. با این شرایط جریان هارمونیکی هنوز در فاز های ژنراتور جریان خواهد داشت ولی تاثیر آن کمتر خواهد بود و سیستم آسیبی ناشی از وجود جریان نول را نخواهد داشت. باید از ترانسفورماتور برای بار های تکفاز  که نیاز به سیم نول دارند استفاده کرد. فقط نول ژنراتور های همانند را با هم متصل کنید، و از بسته شدن ژنراتور های نا همانند به عنوان ژنراتور های روی باس جلوگیری کنید. یک کنتاکتور به نول کلیدخانه اضافه کنید که فقط زمانی که سیستم اول در مدار قرار می گیرد نول وصل شود. این راهکار مشکلات دیگری به وجود می آورد و پیشنهاد نمی گردد. نصب راکتور در شاخه ی نول هر ژنراتور تا بتوان جریان هارمونیک 3 و یا بالاتر را محدود کرد. راکتور ها را می توان برای فرکانس هایی که بیشترین مشکلات را ایجاد می کنند تنظیم کرد. جبران کردن عدم تطابق به وسیله ی افزایش سایز سیم و سایز ژنراتور . ممکن است طراح به وسیله ی افزایش سایز ژنراتور و سیم ارت اجازه دهد جریان نول در سیستم موجود باشد.

سیستم تقسیم بار تطابق پذیر سنکرون دیزل ژنراتور

در یک سیستم پارالل، فرکانس و ولتاژ خروجی ژنراتور ها مجبور می شوند در مقدار مساوی و همانند با باسی که روی آن  بسته شده اند شوند. در نتیجه، سیستم کنترل ژنراتور نمی تواند به راحتی مقدار ولتاژ باس و فرکانس آن را به عنوان یک مرجع برای تنظیم خروجی ها (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 نمی گردد 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 2 سیستم کنترل فعال می باشد: کنترل سیستم تحریک که مقدار ولتاژ را تنظیم می کند و سیستم کنترل سوخت که سرعت دیزل ژنراتور را تنظیم می کند. ژنراتور ها می توانن 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)می باشد. بار راکتیو(KVAR) مستقیما متناسب با تنظیم مقدار ولتاژ بین ژنراتور ها و سیستم تحریک ژنراتور ها می باشد. اگرچه گاهی اوقات امکان پذیر است سیستم های سازنده های 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) در سنکرون دیزل ژنراتور

استفاده از دروپ گاورنر و تنظیم کننده ولتاژ( جبران کننده دروپ راکتیو)  در قدیم برای دیزل ژنراتور های 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 می کند، 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 می باشد به این معنی که بار افزایش پیدا می کند با یک نسبت مشخص فرکانس یا ولتاژ کاهش می یابد در شکل کاملا مشخص است) همانطور که در شکل 2 نمایش داده شده است، استفاده از دروپ یا تنظیم کننده ولتاژ این امکان را فراهم می آورد تا مقدار سرعت دیزل (اندازه گیری شده Hz) و یا ولتاژ ژنراتور تا مقدار از قبل تعیین شده (معمولا 3 درصد) متناسب با  افزایش بار  کاهش یابد(یعنی در فول لود مقدار ولتاژ یا فرکانس 3 درصد نصب به حالت بدون دروپ کاهش می یابد) دروپ ولتاژ و سرعت برابر بین ژنراتور ها باعث تقسیم بار برابر بین دیزل ژنراتور ها می شود. روشی که بالا گفته شد را می توان در سیستم تنظیم ولتاژ ژنراتور ها در یک سیستم استفاده کرد.  تقسیم بار راکتیور (Var) به وسیله ی دروپ معروف به جبران دروپ راکتیو می باشد(“Reactive droop compensation”). تنظیمات دروپ برای ولتاژ و فرکانس می تواند متفاوت باشند و معمولا بین 3 تا 5 درصد از بی باری تا بار کامل می باشد. تغییرات ولتاژی منتج شده از کارکرد دروپ در باس جدا (isolated bus system) مقدار زیادی نمی باشد، اما تغییرات فرکانسی ممکن است کارکرد بعضی از بار های متصل را مختل کند، مخصوصا در سیستم های 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 می توان 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 کنترلر های Var/power factor در زمان موازی کردن دیزل ژنراتور با شبکه باید استفاده گردد.  

تقسیم بار KW و KVAR همزمان سنکرون دیزل ژنراتور

سیستم های کنترل تقسیم بار همزان سیستم های فعال کنترلی هستند که مقدرا توان اکتیو و راکتیو را در یک ژنراتور خاص اندازه گیری می کنند، مقدار آن را با بار اکتیو و راکتیو روی شبکه مقایسه می کنند، وسیستم تحریک و گاورنر را کنترل می کنند تا درصد بار روی ژنراتور برابر با درصد بار روی سیستم باشد. تقسیم بار برای انطباق جهت کارکرد موازی حیاتی می باشد زیرا ارتباط تقسیم بار تنها نقطه ای است که ژنراتور ارتباط با دیگر ژنراتور ها را در زمان کارکرد سنکرون روی یک باس به صورت تنها (Isolated Bus)را برقرار می کند .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 آن ها را با شبکه دارا باشد. چندین روش برای فراهم کردن این قابلیت در بازار وجود دارد. در کل، آن ها را می توان به دو گروه تقسیم کرد:

• سیستم هایی که از سیگنال های آنالوگ برای تقسیم بار استفاده می کنند
• سیستم های که از سیگنال های دیجیتال برای تقسیم بار استفاده میکنند(مانند، CAN,RS485 و یا ETHERNET)

سیستم های آنالوگ معمولا سریع تر از سیستم های دیجیتال است و آن ها را راحت تر می توان بین سازنده های مختلف انطباق داد. کامینز یک ماژول رابط آنالوک برای تقسیم بار (ILSI) تولید می کند که می توان به عنوان رابط بین سییتم کنترل کامینز PowerCommand با دیگر سیستم های آنالوگ استفاده کرد. سیستم های ارتباط و کنترل دیجیتال معمولا حساسیت کمی نسبت به نویز های خارچی نسبت به سیستم دیجیتال دارد، اما هر سازنده یک الگوریتم ارتباطی متفاوت دارد که باعث می شود اضافه کردن دیزل ژنراتور های متفاوت به سیستم سخت شود.

جبران کننده جریان ضربدری

جبران کننده جریان ضربدری یک عبور جریان الکتریکی بین ژنراتورها است که به علت تحریک های مختلف در آن سیستم ها ایجاد می شود.جیران کننده جریان ضربدری یک اصطلاح که کارکرد ژنراتور ها را بدون استفاده از دروپ ولتاژ عنوان می کند.این به وسیله ی نصب یک CT  جریان دروپ، معمولا در فاز “B”  هر ژنراتور و اتصال CT ها به یکدیگر  ایجاد می شود تا یک تغذیه بایاس(Bias) همانند برای تمام AVR ها ایجاد کند.  این سیستم وقتی تمام تنظیم کننده های ولتاژ(AVR) از یک سازنده و یک مدل هستند بهترین کارکرد را دارند. همه ی AVR ها نمی توانند با هم در اینن شرایط کار کنند، در نتیجه بهترین روش این هست که تمام تنظیم کننده های ولتاژ که از جبران کننده ضربدری استفاده می کنند همانند باشند. اگر کارکرد همزمان سیستم مورد نیاز است، بهترین روش این است که تمام سیستم های تقسیم بار همانند باشند. دیگر روش ها ی جایگزین برای موازی کردن با سیستم های کنترل تقسیم بار غیر مشابه قسمت 3 این مقاله که در لینک زیر نمایش داده شده است تشریح شده است

تطابق با سیستم های کنترلی دیگر

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

• ژنراتور های باید یک روش برای تعیین اولین ژنراتوری که روی باس در زمان استار اول “Black Start” بسته می شود داشته باشند.
• ژنراتور ها معمولا اطلاعات وضعیتی را به سیستم اصلی کنترل برای نمایش اطلاعات، کنترل سیستم از طریق بالادست و کنترل مقدار توان ها برای مدیرت بار ایجاد و ارسال می کنند.
• ممکن است ژنراتور ها از طریق یک سیستم مانیتورینگ کنترل شوند، یا یک سیستم بیرونی همانند قرارداد های فروش توان.

در کل، این ارتباط ها از طریق روش های معمول موجود شامل سیگنال های گسسته یا ارتباط دیجیتال همانند RS485/Modbus register map. در نتیجه این ارتباط ها را باید در سیستم در نظر گرفت

انتخاب اولین ژنراتوری که روی باس بسته می شود

فروشنده های مختلف دارای روش های مختلفی برای کنترل اولین ژنراتوری که روی باس بسته می شوند دارند. تعدادی از فروشنده ها به راحتی از سنسور باس مرده (dead bus sensor) برای هر سنکرون کننده هر دیزل ژنراتور استفاده می کنند، که اجازه می دهد هر کلید موازی شونده با باس وقتی که باس بی برق است (dead bus) بسته شود.این روش دارای ریسک می باشد 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 می شود. برای جلوگیری از خطای خارج از فاز out-of-phase paralleling در زمان برق دار کردن باس مرده، اکثر سیستم ها یک روش برای انتخاب اولین ژنراتوری که روی باس بسته می شود دارند و از بسته شدن ژنراتور های دیگر روی باس تا مطمئن شدن از این که باس برقدار شده اند و ژنرتورهای قبلی که باید سنکرون می شده سنکرون شده اند جلوگیری می کنند. تجهیزات و روش ها برای انجام این کار بین تامین کننده ها متفاوت می باشد. معمولا یک سیستم از یک سازنده با سازنده ی دیگر تطابق ندارد. در زمان طراحی برای رفع این مشکل می توان ژنراتور هایی که متفاوت هستند را به عنوان ژنراتور آخر روی باس سنکرون کرد. اگز دیزل ژنراتور های که دارای سیستم استارت اول منطبق موجود باشد اول بهتر است باس به وسیله ی این دیزل ژنراتور ها برقدار شود و بعد دیزل ژنراتور های متفاوت روی باس وصل شوند. این روش هم ممکن است که یک PLC استفاده کرده از لایجیک دیزل ژنراتور های دیگر کپی کرده و استفاده کرد.

وضعیت ها 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 سیگنال ها تقریبا در تمام دیزل ژنراتور ها موجود می باشد و با تمام سیستم ها سازگار است، در نتیجه باعث مشکل خاصی در سیستم نمی شود اگرچه خوب برنامه ریزی نشوند باعث مشکل در سیستم می شوند.  دیزل ژنراتور های مدرن دارای سیستم CAN هستند که به وسیله ی آن می توان 100 ها 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 ژنراتور های جدید دارای سیستم کنترلی با CPU هستند، اکثر اطلاعات را هم می توان به صورت دیجیتال و هم به صورت رله ای قدیم ارسال کرد. طراح لازم است انتخاب کند که چه سیگنالی لازم است و نوع ارسال ان را تعیین کند. حتی می توان از طریق شبکه یا پیام اطلاعات را ارسال کرد.

توصیه ها برای سنکرون دیزل ژنراتور  های نا همانند برای طراحی سیستم :

• بررسی کنید که دیزل ژنراتور های موجود توانایی تنظیم فرکانس و ولتاژ را در بار کامل دارند.
• تمام کارکرد گذرا های دیزل ژنراتور ها را در سیستم بررسی کنید و مخصوصا گذرا های قطع بار (load rejection) باعث مشکلات ناشی از توان معکوس در ژنراتور ها نشود.
• بررسی کنید که ضریب سیم پیچ ژنراتورها همه با هم برابر باشد. سعی کنید ضریب سیم پیچ همه ژنراتورها 3/2 باشد. اگر حذف ژنراتور های نا همانند امکان پذیر نیست روش هایی برای کمتر کردن این مشکل استفاده کنید.

بعلاوه:

• برای حالت emergency/standby، سیستم کنترل بار (هر دوی KWو 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 رابط های ارتباطی سیستم های کنترل ، سیستم کنترل اصلی، مدیرت سیستم و مانیتورینگ اهمیت داده مربوط به باس اهمیت داده شود.در کل، این روش ها را می توان در همه ی مورد ها به کاربرد، ولی نمی توان فرض کرد که این روش ها بدون چک و بررسی دقیق تجهیزات کار خواهد کرد.

قسمت 3 – ژنراتور های سازگار

ژنراتور های موازی شده زمانی سازگار هستند که بتوانند در حالت موازی بدون داشتن جریان مخرب و مزاحم بین نول ها کار کنند. اندازه جریان نول ایجاد به علت متفاوت بودن ژنراتور ها، بستگی به شکل موج آن ها دارد. بسته به مشخصات دمایی ژنراتور ، عمر ژنراتور و کیفیت و سطح عایقی ممکن است جریان در نول ژنراتور ها آسیب رسان نباشد. همچنین در نظر بگیرید که جریان در نول باعث عملکرد ناصحیح رله ها مخصوصا رله ی ارت فالت می شود.

هارمونیک های شکل موج ولتاژ

شکل موج ولتاژ ایجاد شده توسط ژنراتوز زمانی که به در حالت بی باری و یا تغذیه بار خطی ایجاد می شود را می توان بر اساس فرکانس اصلی و اندازه ی ولتاژ فرکانس اصلی و اندازه ی هارمونک های ولتاژ و فرکانس های مربوط به هارمونیک ها تشریح کرد. این تشریح مهم است زیرا تمام ژنراتور ها دارای مقداری انحراف و در نتیجه هارمونک هستند و حتی زمانی که این انحرافات ولتاژی از حالت سینوسی نسبت به زمانی که بار غیر خطی تغذیه می کنند خیلی کم باشند ممکن است دردسر ساز باشند مخصوصا در حالت کارکرد موازی

 

 در شکل 2، که یک ماشین با 4 قطب و 48 شیار را نمایش می دهد، به ازای هر قطب 12 شیار وجود دارد و چون کلاف سیم پیچ 10 شیار را در بر می گیرد، نسبت ضریب شیار به سیم‌پیچ(ضریب سیم پیج) 12/10 است و یا 6/5. در قسمت پایین شکل 2 یک سیم‌پیچ می­بینیم که 8 شیار را در بر می گیرد، در نتیجه با 12 شیار در برگرفته توسط قطب، ضریب سیم‌پیچ ماشین 3/2 خواهد بود. ضریب سیم‌پیچ یک ژنراتور یک پارامتر طراحی است که  به وسیله ی آن می‌توان شکل موج ولتاژ و هزینه ساخت آن را کمتر کرد، زیرا ضریب سیم پیچ کوچکتر از حد از استاتور به صورت بهینه استفاده نمی کند و نیاز است سیم بیشتری استفاده کنیم تا توان مورد دلخواه را ایجاد کنیم.  برا مثال، یک ژنراتور می تواند با ضریب سیم پیچ 3/2 ساخته شود، که باعث حذف هارمونیک سوم ولی مقداری هارمنونیک 5 و 7 را افزایش می دهد. طراح ژنراتور می تواند یک ضریب سیم پیچ دیگر انتخاب کند، که باعث افزایش هارمونیک 3 شود ولی هارمونیک 5 و7 را کاهش دهد و مقداری ظرفیت توانی ماشین نیز افزایش پیدا کند. برای مثال، یک ضریب سیم پیچ 6/5 که در شکل نشان داده شده است دارای هارمونیک کمتر 5 و  7 است، اما هارمونیک 3 آن خیلی بیشتر است. در کل، هارمونیک‌های فرد بیشتر باعث نگرانی در سیستم می شوند، زیرا آن ها بیشترین تاثیر را در بار دارند و باعث گرمای زیاد در تامین کننده های توان و سیستم توضیع می شوند. هارمنیک های ضریب 3 وضرایب آن مشکل ساز هستند زیرا آنها مستقما در نول جریان جریان پیدا می کنند، و باعث جاری شدن جریان بزرگی در نول ژنراتور‌های سنکرون می‌شوند. آن ها همچنین می‌توانن از ترانسفورمرها انتقال پیدا کرده و در سیستم مشکل ایجاد کنند. هارمونیک‌های ضریب 5 باعث نگرانی هستند زیرا آنها جریان‌های مولفه‌ی منفی هستند ، و باعث ایجاد گرما و تلفات در ماشین‌های گردان می شوند.  با یک طراحی مناسب با ضریب سیم پیچ 3/2، هارمونیک سوم و پنجم را می‌توان تا حد مناسبی همانند ماشین‌های با ضریب سیم‌پیچ بالاتر کم کرد، که تنها مزیت ماشین ها با ضریب سیم پیچ کوچکتر هزینه ی ساخت کمتر آنها خواهد بود. برای کاربرد‌های موازی، بهترین انتخاب ماشین‌هایی با ضریب سیم‌پیچ 3/2 می‌باشد. به این دلیل که هارمونیکهای ضریب 3 تولید نخواهد شد، انطباق آن‌ها برای کارکرد موازی با شبکه و یا ژنراتور‌های ضریب سیم پیچ 3/2 بیمه خواهد شد به علت این که دیگر جریان نول وجود نخواهد داشت و هارمونیک‌های بالاتر امپدانس بزرگتری در فرکانس‌های بالاتر خواهند دید و از دید مشکل در جریان نول اهمیت کمتری پیدا می کنند. طراح سیستم باید ماشینی انتخاب کند که هم هارمونیک 3 نداشته باشد و هم کمترین هارمونیک‌های ضریب 5 و 7 کمتری داشته باشند. یک استاندارد مناسب بار انتخاب ژنراتور از رنج 100 کیلووات تا 4 مگاوات این است که ماشین نباید اعوجاج هارمونیکی بیشتر از 5 درصد (اندازه گیری شده در ولتاژ خط و خط به فاز)در هر باری از بی باری تا بار کامل داشته باشد. و همچنین در حالت تکفاز باید کمتر از 3 درصد باشد  

جاری شدن جریان در نول به علت تفاوت در ژنراتور ها

زمانی که ژنراتور‌ها موازی شده اند، ولتاژ ماشین‌ها سعی می کنند در مقدار یکسانی ست شوند. اختلاف در ولتاژ، جدا از فرکانس‌شان، باعث جاری شدن جریان از ماشین با ولتاژ بزرگتر به ماشین با ولتاژ کوچکتر می‌شود. تصویر 3 این رخداد را نمایش می‌دهد. در این تصویر، شکل موج دو ولتاژ(آبی و قرمز) روی یکدیگر رسم شده‌اند.

در نظر بگیرید که شاید مقدار (RMS) این ولتاژ‌ها برابر باشد، ولی در نقاطی شکل موج آبی از قرمز بزرگتر است و برعکس. زمانی که ماشین‌ها با یکدیگر روی یک باس مشترک متصل شده اند، اختلاف بین ولتاژ‌ها باعث جاری شدن جریان بین ماشین‌ها می شود، که با منحنی سبز نمایش داده شده است. در نظر بگیرید که در این مثال ساده جریان نشان داده شده برای درک بهتر موضوع اغراق شده است و همچنین چون به این دلیل که منحنی آبی و قرمز 3 بار از روی یکدیگر در هر نیم رد شده‌اند، جریان نمایش داده شده هارمونیک 3 است. در نتیجه، در هر نقطه ای روی سیکل قبل از سنکرون شدن اختلاف ولتاژ وجود داشته باشد این اختلاف ولتاژ باعث جاری شدن جریان بین آن‌ها بعد از سنکرون شدن می‌شود. به این در واقع جریان گردشی نول می‌گویند، و زمانی وجود دارد که یک مسیر در نول سیستم برای جاری شدن جریان وجود داسته باشد.

به راحتی می‌توان تاثیر عدم انطباق را به وسیله ی دستگاه های اندازه گیری مشاهده کرد، و معمولا با دستگاه های اندازه گیری مرسوم AC قابل مشاهده است. این جریان‌ها در زمان بی‌باری مشهود تر هستند. اگر جریان نول دارای فرکانس بالاتر از 50 هرتز (مخصوصا 150 هرتز در سیستم 50 هرتز و 180 هرتز در سیستم 60 هرتز) با بی‌باری و یا بار خطی وصل شده به سیستم، تفاوت‌های طراحی ژنراتور‌ها مشهود خواهد شد. عبور جریان 50 یا 60 هرتز به علت عدم تنظیم دقیق ولتاژ و یا تقسیم بار راکتیو ژنراتور‌ها می‌باشد. به این اصطلاحا شرایط جریان ضربدری(Cross-current) می گویند. جریان گردشی ایجاد شده به خاطر تفاوت داشتن ضریب سیم پیچی با دستکاری جبران کننده ی جریان ضربدری و یا تجهیزات دیگر از بین نمی‌ٔ‌رود.جریان ایجاد شده به علت متفاوت بودن شکل موج ولتاژ ژنراتور ها در سیستم اجتناب ناپذیر است. بسته به اندازه‌ی جریان هارمونیکی، توان ژنراتور‌ها در سیستم و تاثیر پذیری مخرب رله‌های حفاظتی نسبت به جریان‌های هارمونیکی، این جریان‌ها ممکن است به ژنراتور‌ها آسیب رسان باشد و یا نباشد،  به دلیل این‌که هارمونیک‌های شکل موج ژنراتور با بار تغییر می کند، تاثیر منفی استفاده از ژنراتور‌های متفاوت ممکن است در بار خاصی مشهود تر باشد، اما مهمترین نگرانی اندازه جریان در بار نامی می‌باشد، زیرا این بار است که ژنراتور بیشترین دمای کار را دارد و نسبت به خطا و یا افزایش دما شدیدا حساس تر می‌شود. یک طراح می‌تواند فرض‌ها را ساده تر کند تا مشکل به یک سطح قابل مدیریت برسد. به این دلیل که هارمونیک‌های بالاتر از 3 در ضریب سیم پیچ 3/2 در حدی نیستند که آسیب رسان باشند، طراح معمولا می تواند فقط هارمونیک‌های ضریب 3 ولتاژ را در نظر بگیرد. آن‌ها کاملا با استفاده از ضریب سیم پیچی 3/2 حذف می‌شوند. برای موازی کردن ژنراتور‌ها نباید ژنراتور حتما 3/2 باشد و ضریب های دیگر نیز می‌توان (موازی با ژنراتور ضریب سیم پیچ 3/2) استفاده کرد، ولی استفاده‌ی آن ها ممکن است قابلیت انعطاف سیستم را کاهش دهد و یا باعث شود که جریان نول در سیستم‌های دیگر را محدود کرد.

جبران کردن مشکلات ایجاد شده به علت استفاده از ژنراتور‌های متفاوت

زمانی که نیاز است تا ژنراتور‌های نا همانند و متفاوت را موازی کرد، یک طراح دارای چندین گزینه است تا مشکل ایجاد شده به دلیل عدم تطابق ژنراتور‌ها را کمتر و یا از بین ببرد. بر اساس هارمونیک‌های ولتاژی تولید شده به وسیله ی ژنراتورها در سیستم موجود، مخصوصا اگر ژنراتور‌ها درای اختلاف سایز زیادی هستند راهکار‌های متفاوتی وجود دارد.

• اگر ممکن است، سعی کنید ژنراتور‌های جدید همانند تجهیزات قدیمی باشد. این ممکن است به دلیل هارمونیک‌های تولید شده توسط ژنراتور های موجود در سیستم عملی نباشد، مخصوصا اگر ماشین ها دارای اختلاف توانی زیادی باشند. به غیر از ماشین های ضریب سیم پینچ 3/2 ، فقط این که ژنراتور ها هم سایز باشند مشکل حل نمی شود زیرا ممکن است اختلاف در هارمونیک های ضریب 3 باعث جریان زیادی در نول شوند. جایی که عملی است این ممکن است بهترین راه حل باشد. ممکن است این روش خیلی هزینه بر به نظر برسد ولی در یک دیزل ژنراتور ممکن است هزینه ی تعویض ژنراتور فقط 10 درصد قیمت کل دیزل ژنراتور باشد و ممکن است ژنراتور عمر کارکرد بالایی داشته باشد به غیر از استفاده در حالت استندبای که در زمان قطعی برق شبکه در مدار بوده است. اگر ژنراتور دارای عمر بالای 25 سال است این بهتر است که در سیستمی که در حال ارتقا برای پارالل شدن است ژنراتور تعویض گردد.
  

  

   

  • از یک سیستم توزیع 3 سیم استفاده کنید. با حذف کردن اتصال زمین بین ژنراتور‌ها و باس و لودها، طراح می تواند اجازه دهد جریان‌های ناشی از اختلاف ولتاژی بین ژنراتور‌ها در سیستم بچرخد. در نتیجه مهمترین علت ایجاد کننده مشکل هارمونیک را می توان با حذف مسیر عبور مزاحم ترین جریان کم تر کرد.(جریان هارمونیک هنوز باعث گرم تر شدن ماشین های سیستم می شود، اما اختلال و تاثیر منفی جریان در سیستم نول حذف می گردد.)در این سیستم‌ها، بارهایی که نیاز به نول دراند باید از ترانس ستاره مثلت استفاده کنند تا نول را ایجاد کنند. طراح باید نول در این سیستم را به درستی ایجاد کند و نصب آن را کنترل کند، زیرا یک اتصال اشتباه نول به زمین باعث ایجاد جریان نول در سیم زمین (ارت) سیستم می‌شود، که امکان خطر برق گرفتگی و یا آتش سوزی به علت گرما به وجود می‌آید. از ترانس‌های پایین دست می‌توان برای فراهم اوردن سیستم 4 سیسم جهت در سرویس قرار دادن بار که نیاز به سیستم 4 سیم دارند استفاده کرد.
  • فقط نول ماشین هایی که دارای ضریب سیم پیچ همسان هستند را وصل کنید. در نظر بگیرید سیستم های ولتاژ خطی (آنهایی که زیر 1000VAC هستند) معمولا نیاز به اتصال نول به زمین دراند. در یک کاربرد موازی محل ایده‌آل اتصال زمین در کلید خانه است، در نتیجه فقط یک اتصال نول برای سیستم وجود دارد. باید راجع به اندازه بارهایی که نیاز به اتصال نول دارند و آن هایی که به نول نیاز ندارند توجه کرد. بارهای سیستم به صورت طبیعی تقسیم می گردد تا زمانی که مقدار مناسبی از ظرفیت خط به زمین در سیستم وجود داشته باشد.

   

  

   

  • کنتاکتور های نول روی لینک بین ژنراتور ها و نول کلید خانه اضافه کنید تا فقط زمانی که اولین ژنراتور روی باس وصل می‌شود نول وصل گردد.این تاثیری همانند پیشنهاد قبلی دارد، ولی اجازه می دهد هر ماشینی بتواند به عنوان ژنراتور اول روی باس متصل گردد. در این طراحی این خیلی مهم است که خطا و عیب های کنتاکتور ها در نظر گرفته شود. در صورت خطا در وصل و یا قطع کنتاکتور نول، باید هشدار در سیستم وجود داشته باشد.باید از کنتاکتور‌های که وضعیت اتصال را نمایش می‌دهند استفاده کرد تا وضعیت کنتاکتور نول مشخص باشد.
  • از راکتور در شاخه‌ی نول هر ژنراتور استفاده کنید تا جریان هارمونیکی ضریب 3 و یا بالا تر را محدود کنید. راکتور‌ها را می‌توان برای یک فرکانس خاص که بیشترین مشکل را ایجاد می کند تنظیم کرد، اما آن‌ها معمولا برای فرکانس‌های 150/180 طراحی می‌شوند، از آنجایی که این هارمونیک بیشترین مشکل را ایجاد می‌کند. بزرگترین معایب راکتورها هزینه ی آن‌ها است، و تهیه و نصب آن‌ها ممکن است مشکل ساز باشد به این علت که ممکن است نیاز به تغییر سیستم زمین شود.
  • جبران عدم انطباق به وسیله ی بزرگتر کردن سیم نول و افزایش سایز ژنراتور

    ضریب دی‌ریتینگ برای ژنراتورها با در نظر گرفتن جریان هارمونیکی نول

در یک سیستم۴ سیم که از ژنراتور های متفاوت استفاده می کند، جریان نول ژنراتور باید محاسبه گردد تا تایید شود که ژنراتور در حالت موازی باعث اختلال در کارکرد سیستم و یا آسیب رساندن به ژنراتور نمی شود. اگر در سیستم مشکلات مرتبط دیگری وجود نداشت ممکن است طراح اجازه دهد جریان نول جاری باشد و آن را با دیریتنگ ژنراتور جبران کند. ضریب دی‌ریتینگ را می توان از فرمول زیر محاسبه کرد:

که IR جریان خروجی ژنراتور د بار کامل و ضریب توان تعیین شده می بشد IN جریان سیم نول در بار کامل متعادل و موزای می‌باشد KVAgen توان ژنراتور در بیشترین دمای مجاز (Temperature Rise) می باشد. د نظر داشته باشید که ژنراتور خودش مقداری هارمونیک تولید می‌کند، و بار‌ها ممکن است باعث اعوجاج ولتاژی به وسیله‌ی دریافت جریان غیر خطی از ژنراتور شوند. همانطور که قبلا گفته شد، بارها ممکن است  روی کیفیت ولتاژ ژنراتور تاثیر گذار باشند. و ممکن است این مشکل در سیستم وجود داشته باشد(مخصوصا دیتا سنتر‌ها و یا بیمارستان ها که از تجهیزات الکترونیک استفاده می کنند ممکن است بار آن ها دراری هارمونیک زیادی باشد ویا کوره های القایی و دستگاه‌های جوش نقطه‌ای) تنها راه جبران این مشکل فقط افزایش سایز ژنراتور می باشد. با تجهیزات جدید اگر بار هارمونیکی روی سیستم حدودا باعث اعوجاج هارمونیکی (THD) 10 الی 15 درصدی بر روی ولتاژ شوند مشکلی ایجاد نمی کنند.

نتیجه

ژنراتور‌ها تطبیق پذیر هستند در صورتی که ولتاژ آن ها همانند و تطبیق پذیر باشند. برای بیمه کردن انطباق بین جریان و ژنراتور هایی که در آینده در سیستم ممکن است اضافه شود، همیشه از ژنراتور‌هایی که دارای ضریب سیم پیچ 3/2 هستند برای کاربرد های ولتاژ خطی استفاده کنید. اگر نیاز بود که ژنراتور‌های نا‌همانند را سنکرون و موازی کنید، که تعدادی از آن‌ها دارای ضریب سیم پیچی 3/2 نیستند، بهترین روش تعویض ژنراتور‌های نا همانند با یک ژنراتور تطبیق پذیر است و در نتیجه همه‌ی ماشین‌ها دارای ضریب سیم‌پیچ 3/2 خواهند بود.

قسمت۴ – تطبیق پذیری سیستم تقسیم بار

دیزل ژنراتور ها در صورتی می‌توانند به صورت پایدار و صحیح در  حالت موازی کار کنند که بار روی ژنراتور‌ها کاملا کنترل شود. زمانی که ژنراتورها با هم روی یک باس که با شبکه سنکرون نشده است کار می‌کنند، دارای تجهیزاتی هستند که این امکان را ایجاد می‌کنند تا هر ماشین درصد برابری از بار  روی کل سیستم را تامین کند. به این قابلیت سیستم کنترل تقسیم بار می‌گویند. آپشن های زیادی برای تقسیم بار از شرکت های مختلف موجود می‌باشد، و خیلی از این قابلیت‌ها انطباق پذیر با یکدیگر نیستند. در نتیجه، وقتی سنکرون کردن ژنراتور‌های متفاوت را در نظر می‌گیریم، یا یک ژنراتور به سیستم موازی و سنکرون قبلی اضافه می‌کنیم، مهم است که تا بفهمیم تقسیم بار چگونه اتفاق می‌افتد.

فاکتور‌های تقسیم بار

وقتی یک دیزل ژنراتور در شرایط سنکرون و موازی است، شبکه ولتاژ و فرکانس دیزل ژنراتور را در مقدار معینی ثابت می کند و فرکانس و ولتاژ شبکه به دیزل ژنراتور تحمیل می‌شود.(به علت این که شبکه باس بی‌نهایت است در زمان سنکرون شدن با آن مقدار ولتاژ و فرکانس دیزل ژنراتور با شبکه یکی می‌شود.)در نتیجه، کنترلر دیزل ژنراتور نمی‌تواند با اندازه گیری ولتاژ و فرکانس باس و مرجع قرارد دادن آن ها یک مقدار ثابت توان اکتیو و راکتیو در خروجی دیزل ژنراتور ایجاد کند. اگر، برای مثال، یک دستگاه در سطح تحریک بالاتری نسبت به دیگر دستگاه کار کند، توان راکتیو به مقدار مساوی تقسیم نخواهد شد. اگر، سرعت یک دیزل ژنراتور نسبت به دیگر دیزل ژنراتور در مقدار متفاوتی تنظیم گردد، این دیزل ژنراتور ها توان حقیقی مساوی تقسیم نخواهند کرد. هر دیزل ژنراتور در سیستم دارای دو سیستم کنترلی همیشه فعال است: کنترل کننده تحریک که باعث تنظیم ولتاژ می شود، و سیستم کنترل سوخت که باعث تنظیم سرعت دیزل ژنراتور می شود. دیزل ژنراتور‌ها می‌توانند بار اکتیو تقسیم کنند و در تقسیم بار راکتیو مشکل داشته باشند و بالعکس. تقسیم باری، مورد تایید است که تقسیم بار اکتیو و راکتیو را در هر دو حالت  گذارا و پایدار به درستی انجام دهد،. تقسیم بار اکتیو ( Kw و یا ضریب توان 1) بستگی به کنترل سرعت و کنترل مقدار نرخ سوخت بین دیزل ژنراتورها بر اساس درصد بار اکتیو دارد.  تقسیم بار راکتیو( kvar و یا بار با ضریب توان صفر) مستقیما بستگی به کنترل ولتاژ و سیستم تحریک دارد که آن وابسته به درصد بار بین ژنراتور ها است. اگرچه گاهی اوقات ممکن است سیستم های متفاوت برای سازندگان مختلف را ترکیب کرد، گاورنر دیزل ژنراتورها و سیستم کنترل بار باید از یک سازنده باشند تا از تداخل و مشکل در سیستم جلوگیری کرد. اگر این ممکن نبود، از گزینه‌هایی که در این مقاله عنوان می‌گردد، می توان به عنوان راه حل استفاده کرد. چندین نوع کنترل تقسیم بار وجود دارد:

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

  کنترل تقسیم بار دروپ

همانطور که در شکل  نمایش داده شده است، گاورنر دروپ یا تنظیم کننده ولتاژ دروپ اجازه می‌دهد که با افزایش بار سرعت دیزل ( Hz ) یا ولتاژ ژنراتور با درصد خاصی که از قبل تنظیم شده کاهش یابد. در مقابل، اگر هر دو ماشین با ولتاژ و فرکانس برابر در بی‌باری استارت شوند، و این مقادیر را در طول تمامی بار ها نگه دارند(در حالت پایدار)، در این حالت می‌گویند که سیستم به صورت همزمان در حال کار است.

شرایط زیر برای اینکه سیستم دروپ به درستی عمل کند نیاز است:

• ژنراتورها باید فرکانس و ولتاژ برابر در حالت بی باری داشته باشند
• هر ژنراتور باید از بی باری تا بارداری کامل در مقدار برابر دروپ ولتاژ ست شوند(دروپ ولتاژ ژنراتور ها باید برابر باشد)
• هر ژنراتور باید در مقدار دروپ برابر از بی باری تا بار کامل ست شود(دروپ فرکانس ژنراتور ها باید برابر باشد).

هیچ ارزشی ندارد که دروپ فرکانس و ولتاژ دارای درصد برابری نباشند. دروپ را می توان از فرمول :

شکل شماره 2 تاثیر تنظیم ناصحیح ولتاژ بی‌باری را نمایش می‌دهد. ژنراتور ۱ همیشه بار بیشتری از ژنراتور 2 تولید می کند. ژنراتور 2 توان معکوس راکتیو در بی باری تحمل می کند.

در نظر داشته باشید که سیستم همیشه نیاز به تقسیم بار اکتیو و راکتیو دارد، ولی نیازی نیست که هر دو از یک سیستم باشد. یکی می‌تواند همزمان (Isochronous)  و دیگری می تواند دروپ(Droop) باشد. تقسیم کننده VAR از طریق دروپ را به اسمه ” جبران کننده دروپ ” می نامند. مهمترین امتیاز استفاده از دروپ در حالت سنکرون یا موازی، این است که اجازه می‌دهد هر ژنراتور غیر همانندی بدون نگرانی بابت رابط تقسیم بار (Load Sharing interface)با ژنراتور دیگر سنکرون شود. تغییرات ولتاژ که به خاطر کارکرد دروپ اتفاق می‌افتد، در باس تنها(باسی که با برق شهر سنکرون نشده است) زیاد نیست، اما تغییرات فرکانسی به خاطر کارکرد دروپ می تواند چشم گیر باشد، مخصوصا در حالت استندبای و امرجنسی که بار تغییرات زیادی در طول کارکرد دارد. مقدار معمول دروپ برای فرکانس و ولتاژ معمولا بین 3-5 درصد از بی‌باری تا بار کامل است. دروپ گاورنر را می‌توان برای کنترل بارگیری در یک ژنراتور موازی با شبکه استفاده کرد، به دلیل اینکه فرکانس شبکه معمولا خیلی ثابت است. دروپ راکتیو خیلی برای موازی کردن با شبکه موثر نیست به این دلیل که تغییر بار در شبکه باعث تغییر زیاد ولتاژ در شبکه می گردد. زمانی که ژنراتور ها با شبکه بی‌نهایت سنکرون می‌شوند حتما باید از کنترل کننده ی Var/power factor ( ضریب قدرت)  استفاده کرد.

جبران کننده ضربدری جریان

جبران کننده جریان ضربدری، عبور جریان الکتریکی بین ژنراتور ها است که به علت تحریک های مختلف در آن دیزل ژنراتور‌ها ایجاد می شود. جبران کننده ضربدری یک ویژگی  است که کارکرد ژنراتورها را بدون استفاده از دروپ ولتاژ امکان پذیر می کند .این به وسیله‌ی نصب یک CT  جریان دروپ، معمولا در فاز “B”  هر ژنراتور و اتصال CT ها به یکدیگر  ایجاد می‌شود تا یک تغذیه بایاس(Bias) همانند برای تمام AVR ها ایجاد کند این سیستم وقتی تمام تنظیم کننده های ولتاژ(AVR) از یک سازنده و یک مدل هستند بهترین کارکرد را دارند. همه ی AVR ها نمی توانند با هم در این شرایط کار کنند، در نتیجه بهترین روش این هست که تمام تنظیم کننده های ولتاژ که از جبران کننده ضربدری استفاده می کنند همانند باشند. اگر کارکرد همزمان سیستم مورد نیاز است، بهترین روش این است که تمام سیستم های تقسیم بار همانند باشند. ممکن است نیاز باشد که تمام تنظیم کننده های ولتاژ را با یک مدل جدید تعویض کنیم. استفاده از جبران کننده جریان ضربدری باعث می‌شود دروپ عمدی در ولتاژ از بی باری تا بار کامل نداشته باشیم، در نتیجه از دیدگاه کارایی این سیستم بهتر از سیستم جبران کننده دروپ راکتیو است.

تقسیم بار KW و KVAR همزمان

سیستم های کنترل تقسیم بار همزان سیستم های 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 می کنند تا درصد بار روی ژنراتور برابر با درصد بار روی سیستم باشد. تقسیم بار برای قابلیت انطباق موازی کار کردن حیاتی می باشد، زیرا ارتباط تقسیم بار تنها نقطه ای است که کنترلر های دیزل ژنراتورها زمانی که روی یک باس تنها سنکرون هستند ارتباط برقرار می‌کنند

تصویر 4 این رابط را نمایش می دهد. برای فراهم کردن قابلیت تقسیم بار، هر ژنراتور روی سیستم باید کنترلر هایی داشته باشند که مقدار کل درصد برا اکتیو و راکتیو را روی ماشین ها محاسبه کنند، و سپس آنها را با سیستم مقایسه کند. روشهای مختلفی در بازار برای فراهم کردن این ارتباط وجود دارد. در کل، آنها را می توان به 2 گروه بزرگ تقسیم کرد:

• سیستم هایی که از سیگنال های آنالوگ برای تقسیم بار استفاده می کنند
• سیستم های که از سیگنال های دیجیتال برای ارتباط تقسیم بار استفاده می کنند

سیستم های کنترل آنالوگ معمولا سریع تر از سیستم های دیجتال هستند و آنها را معمولا می‌توان بین سازنده‌های مختلف تطبیق دارد. کامینز یک ماژول رابط آنالوگ برای تقسیم بار (ILSI) تولید می کند که می‌توان به عنوان رابط بین سییتم کنترل کامینر PowerCommand  با دیگر سیستم های آنالوگ استفاده کرد. سیستم های کنترل/ارتباط دیجیتال برای هر سازنده متفاوت است، در نتیجه هر سیستم که از این کنترل ها استفاده می‌کند نیاز دارد که توابع تقسیم بار را با همان مدل و سازنده استفاده کند. کنترلر‌های متمرکز سنکرون کننده جدید ( آنهایی که تمام قابلیت و توابع سنکرون رای یک یک برد تنها دارند) از ارتباط دیجیتال خاص خودشان برای تقسیم بار استفاده می کنند. در نتیجه، وقتی نیاز به اضافه کردن دیزل ‌ژنراتور جدید در سیستم است پیشنهاد این است که کنترلر های قدیم قبلی تعویض و همه یکسان گردند. تعویض برد مرسوم است زیرا قیمت آن نسبت به گذشته خیلی کمتر شده است و برد های با قابلیت تقسیم بار خیلی ارزان تر شده اند. این روش شاید در گذشته امکان پذیر نبود ولی الان یک راه حل مناسب می باشد. برد‌های جدید قابلیت تقسیم بار و سنکرون را کامل به صورت مجتمع و یکی شده در خود به عنوان یک برد کامل دارند، که یک رابط تقسیم بار مشترک دارند( سیگنال کنترل سرعت برای گاورنر و سیگنال کنترل ولتاژ برای AVR)، که باعث می‌شود کنترلر با هر دیزل ژنراتوری به راحتی کار کند.

استفاده از مودهای مختلف برای تقسیم بار

در دسترس بودن برد‌های کنترل سنکرون کننده جهت ارتقای تجهیزات باعث شده که روش های مختلفی برای اضافه کردن یک دیزل ژنراتور به سیستم موجود  ایجاد شود و همچنین چندین راهکار برای چگونگی ارتقا پیشنهاد می‌دهند. وقتی که سعی می کنیم تجهیزات تقسیم بار سازنده‌های مختلف را ارتباط دهیم، این ممکن است که تا سیستم را طوری تنظیم کنیم که تعدادی از دیزل ژنراتور‌ها در یک بار ثابت کار کنند ُ و بقیه در حالت تقسیم بار کار کنند. دیزل ژنراتوری که در حالت بار پایه‌ای کار می‌کند فقط در یک بار تولید می‌کند در حالی که ژنراتور‌های دیگر که در حالت تقسیم بار همزمان کار می‌کنند، با بار موجود بالانس می‌شوند و شناور هستند.گاهی اوقات بار ثابت ماشین ها به وسیله PLC تغییر می کند. این سیستم زمانی که تغییرات بار زیاد لحظه‌ای در سیستم وجود ندارد مناسب است.

عکس شماره ۵ شرایطی را نمایش می‌دهد که سه عدد ژنراتور ‍۱۰۰۰ کیلووات در یک سیستم به هم متصل شده اند، که یکی از آنها متفاوت است. در این حالت، به خاطر این که سیستم به صورت باس تنها است، فرض می کنیم که ژنراتورها از طریق دروپ تقسیم بار راکتیو انجام می‌دهند. تقسیم بار توان اکتیور از طریق روش هایی که گفته می‌شود امکان پذیر است. ژنراتور ۳ (ژنراتوری که رنگ آن زرد است) طوری تنظیم می‌شود که به عنوان دیزل ژنراتور اول استارت نمی‌شود، و از آن استفاده نمی‌شود تا زمانی که یکی از دیگر ژنراتور‌ها روی باس باشد. برای تقسیم بار اکتیو از دروپ استفاده می‌کند. در شرایطی که ژنراتورهای دیگر در فرکانس ۵۰ هرتز کار کنند، ژنراتور ۳ در یک سرعتی مقداری کمتر از حالتی که باید با ماشین‌‌های دو ژنراتور دیگر سنکرون باشد و ۵۰۰ کیلووات بار تامین کند ست می‌شود. با حالتی که ژنراتور یک و دو در حال کار هستند و بار را تامین می کنند، ژنراتور ۳ سنکرون می‌شود و روی باس بسته‌ می‌شود و مقدار بار تعیین شده را تامین می‌کند. این دیزل ژنراتور(سه) مقدار بار ثابتی را تامین می کند تا وقتی که از باس خارج شود(شکل۶). در یک حالت همانند، کنترل کننده بار (موازی با شبکه) را می توان استفاده کرد تا تعدادی از دیزل ژنراتورها در یک مقدار بار اکتیو و یا راکتیو ثابت کار کنند، در حالی که بالانس سیستم همزمان در حال کار است و بار را متناسب تقسیم می‌کند. در حالتی که از این روش استفاده می‌شود و بار سیستم تغییرات زیادی دارد، یک PLC و یا تجهیزات دیگری می‌توان استفاده کرد تا مقدار بار ثابت دیزل ژنراتورها را تغییر داد تا از اضافه بار و یا بی باری ماشین ها در تقسیم بار جلوگیری شود. دیزل ژنراتور‌هایی که به صورت سنکرون کار می‌کنند باید دارای قابلیتی باشند که بر اساس بار سیستم تقسیم بار انجام دهند و از اضافه بار یا بی باری جلوگیری کنند. ۲ راه معمول تقسیم بار روی باس تنها استفاده از دروپ و تقسیم بار همزمان است. اجرای دروپ راحت است و ذاتا این اجازه را می‌دهد تا سیستم های کنترل متفاوت استفاده شوند، اما عیب تغییر بیشتر فرکانس و ولتاژ را دارند. تغییر فرکانس بیشتر مشکل زا است. سیستم تقسیم بار همزمان باعث می‌شود تمام دیزل ژنراتور‌ها در سیستم به صورت مناسب تقسیم بار انجام دهند، ولی باید تمام سیستم‌های تقسیم بار در سیستم همانند باشند تا به درستی کار کند. همه‌ی کنترل کننده‌ها باید همانند و از یک سازنده باشند.راه‌های دیگری برای تقسیم بار امکان پذیر است، اما نیاز است تا یک فهم کامل از آن‌ها داشت تا از خطای احتمالی و آسیب به ژنراتورها به علت توان معکوس اکتیو و راکتیو که ممکن است ایجاد شود جلوگیری کرد. حتما باید فروشنده یا تکنسینی که کار سنکرون را انجام می‌دهد دارای توانایی و مهارت لازم باشد زیرا ممکن است صدمه های جبران ناپذیری به دیزل ژنراتور ها و سیستم وارد کند.