ديزل ژنراتور ها به طور گسترده برای تامین انرژی الکتریکی در مناطق دور افتاده و مجزا به کار می‌روند که در آن گسترش شبکه به دلیل محدودیت‌های مالی و فنی بازدارنده است. به منظور حفظ کارایی قابل‌قبول و شرایط عملکرد استاندارد، دستگاه ديزل ژنراتور سرعت ثابت معمولی برای كاركرد در شرايط بالاتر از یک نیاز حداقل بار خاص طراحی شده‌اند، که به طور معمول بیش از ۵۰ % توان مجاز است، حتی اگر تقاضای توان بار واقعی کم باشد. این امر منجر به بازده سوخت پایین می‌شود .
براي بررسي اين موضوع و پژوهش هاي انجام شده در مورد آن به مطالعه مقاله اي كه در سال 2010 در اين خصوص منتشر شده است با عنوان زير مي پردازيم :
مدل‌سازی ديزل ژنراتور با سرعت متغیر مستقل با استفاده از ژنراتور القایی دو سو تغذیه
عملکرد ديزل ژنراتور تحت حالت سرعت متغیر می‌تواند از مشكلات ديزل ژنراتور سرعت ثابت معمولی جلوگیری کند. این مقاله یک تحلیل شبیه‌سازی از یک ديزل ژنراتور با سرعت متغیر مستقل که محور دوار موتور دیزل به طور مستقیم با یک ژنراتور القایی تغذیه دوگانه (DFIG) برای به دست آوردن یک ولتاژ خروجی با فرکانس ثابت و اندازه ثابت متصل شده‌است، ارائه می‌دهد. استراتژی کنترل بردار جهت گیری شار استاتور غیر مستقیم برای کنترل DFIG برای عملیات مستقل پذیرفته شده‌است و نتایج شبیه‌سازی ارائه و اعتبار استراتژی را تایید میکند.
تقاضا برای برق در مناطق دور افتاده با جوامع ایزوله نسبتا کوچک مانند جزایر و روستاهای دور افتاده در حال افزایش است. معمولا گسترش شبکه ولتاژ بالا به این مناطق به دلیل محدودیت های مالی و فنی ، پرهزينه و غير ممكن است. بنابراین، مجموعه های دیزل ژنراتور با سرعت ثابت (DG) شامل موتور دیزلی و یک ژنراتور سنکرون برای تولید برق در این مناطق استفاده می شود. از آنجا که برق تولید شده باید در یک فرکانس ثابت باشد، موتور باید با سرعت ثابت بچرخد.
به منظور از بین بردن و كاستن از مشكلات ديزل ژنراتور با سرعت ثابت معمولی، مفهوم دیزل ژنراتور با سرعت متغیر پیشنهاد شده است . طبق این مفهوم، سرعت چرخش موتور ديزل از فرکانس ولتاژ خروجی جدا می شود. و دامنه، فرکانس و موقعیت ولتاژ خروجی دیزل ژنراتور تنها با کنترل الکترونیک قدرت تعیین می شود. در مقایسه با دیزل ژنراتور معمولی که نیاز به تامین حداقل ۵۰ درصد از توان نامی دارد، دیزل ژنراتور با سرعت متغیر می تواند با راه اندازی موتور دیزل با سرعت چرخشی کم تر، توان بسیار کمتری را تامین کند. این مزیت اصلی دیزل ژنراتورهای با سرعت متغیر نسبت به دیزل ژنراتورهای معمولی است. به این ترتیب صرفه جویی در سوخت به خصوص در مناطقی که اندازه دیزل ژنراتور بسیار بزرگ تر از میانگین مصرف بار است، قابل توجه است.
دو توپولوژی برای درک عملکرد موتور دیزلی با سرعت متغیر به کار رفته در دیزل ژنراتور وجود دارد. یکی از آن ها استفاده از ژنراتور مغناطیسی دائم است که توان مکانیکی را به توان الکتریکی تبدیل می کند و توان الکتریکی را به طور کامل توسط دستگاه الکترونیکی قدرت تنظیم می کند. با توجه به تفکیک کامل سرعت موتور ديزل با ولتاژ خروجی، این توپولوژی دامنه سرعت موتور گسترده ای دارد که کاملا توسط ظرفیت خود موتور دیزل تعیین می شود . و توپولوژی دیگر از ژنراتور القایی تغذیه دوگانه ( DFIG ) برای تکمیل فرکانس لغزش تا سرعت چرخش موتور دیزلی برای حفظ فرکانس سنکرون ثابت در ترمینال خروجی ژنراتور دیزلی استفاده می کند . در این مورد، محدوده سرعت موتور توسط ظرفیت يك مبدل تعیین می شود. با استفاده از یک مبدل بک – تو – بک ، محدوده سرعت توپولوژی دوم می تواند به اندازه توپولوژی اول گسترده باشد.
در مقاله اي ديگر به طور خلاصه امکان استفاده از DFIG برای تحقق عملکرد سرعت متغیر موتور دیزل را مورد بحث قرار خواهيم داد . این مقاله مدل سازی و شبیه سازی یک دیزل ژنراتور با سرعت متغیر مستقل را ارایه می دهد که از DFIG برای درک عملکرد سرعت متغیر موتور دیزل استفاده می کند. پیکربندی سیستم پیشنهادی در شکل ۱ نشان داده شده است.در این حالت از یک موتور دیزلی و یک DFIG تشکیل شده توسط یک ژنراتور القایی روتور لغزان (WRIG) و یک مبدل تشکیل شده است. موتور دیزلی همواره مطابق با تقاضای نیروی بار می چرخد. در همین حال DFIG نیروی الکتریکی را در ولتاژ ثابت و فرکانس ثابت بدون توجه به سرعت روتور تامین می کند. جهت گیری شار استاتور غیرمستقیم به عنوان استراتژی کنترل برداری ژنراتور القایی اتخاذ شده است .
مدل های این اجزا با استفاده از سیمولینک طراحي شده و تعامل بین موتور دیزل و DFIG به طور کامل بررسی شده است كه نتايج آن به شرح زير است :
بر اساس نتایج شبیه سازی پاسخ گذرا در بار اصلی در ابتدا، دیزل ژنراتور سرعت متغیر توان یک بار مقاومتی ۳.۵kW را تامین می کند که تقریبا ۱۰ درصد از حداکثر توان خروجی سیستم دیزل ژنراتور را نشان می دهد.در ثانيه ۱.۵، يك بار ۲۶.۵kW دیگر روشن می شود که باعث تغییر مرحله ای از ۱۰ درصد بار به حداکثر بار می شود که نشان دهنده بحرانی ترین وضعیت تغییر بار برای دیزل ژنراتور است. شکل شماره 6 پاسخ شار استاتور به تغییر مرحله ای در بار اصلی را نشان می دهد. شار استاتور در واحد حفظ می شود. در ثانيه ۱.۵ یک شیب ناشی از تغییر مرحله ای بار وجود دارد. این به این دلیل است که پاسخ مکانیکی موتور دیزل کند است و نمی تواند تغییر بار را به صورت آنی برآورده کند . حدود ۰.۱ ثانيه طول می کشد تا شار استاتور بازيابي شده و به مقدار مجاز برسد .
شکل هاي 7 الي 8 پاسخ دینامیکي استاتور DFIG را نشان می دهد. با توجه به اینکه ولتاژ استاتور توسط شار استاتور تعیین می شود، یک شیب در ثانيه ۱.۵ در شکل موج ولتاژ ستاتور رخ می دهد و همچنین باعث می شود که جریان استاتور به تدریج پس از ولتاژ استاتور افزایش یابد شکل موج توان اكتيو DFIG در شکل ۹ نشان داده شده است که در آن منبع تغذیه از DFIG به یک دوره کوتاه برای پاسخگویی به تقاضای توان بار نیاز دارد.
هنگامی که بار از ۱۰ درصد به حداکثر تغییر میکند، موتور دیزل باید با توجه به منحنی سرعت بهینه در مقابل بار، سرعت دورانی خود را از ۷۵۰ rpm به ۲۰۰۰rpm افزایش دهد . و شکل ۱۱ گشتاور مکانیکی خروجی از موتور دیزل را نشان می دهد. ظاهرا، در مقایسه با پاسخ الکتریکی، پاسخ مکانیکی نسبتا آهسته است . پاسخ جریان روتور به تغییر مرحله در بار اصلی در شکل ۱۲ نشان داده شده است. سرعت روتور از ۷۵۰rpm تا ۲۰۰۰rpm تغییر می کند که به این معنی است که ژنراتور در هر دو سرعت زیر و فوق سنکرون در حال ولتاز دهي ميباشد. شکل ۱۳ شکل موج ولتاژ باس DC را نشان می دهد. برای راه اندازی شار استاتور، ابتدا باید مبدل سمت روتور عمل کند . از این رو ولتاژ اولیه باس DC باید به طور کامل شارژ شود. از شکل موج می توانیم ببینیم که ولتاژ باس DC از ۱۲۰۰ V به ۱۱۵۵V کاهش می یابد وقتی كه سیستم شروع به کار می کند، این نشان می دهد که مبدل سمت روتور توان را برای راه اندازی شار استاتور جذب می کند. هنگامی که ژنراتور دیزلی شروع به تامین برق از استاتور می کند، باس DC توسط مبدل سمت استاتور شارژ می شود و ولتاژ در ۱۲۰۰V بازیابی و حفظ می شود.
نتيجه گيري :
همانطور كه از نتايج شبيه سازي مشخص است ولتاژ خروجي و فركانس خروجي ژنراتور با وجود تغيير دور موتور ديزلي تغيير نكرده و ثابت مانده است و در بارهاي زير 50 درصد توان نامي موتور ، موتور ديزلي با سرعت كمتري در حال عملكرد بوده كه استهلاك كمتر و مصرف سوخت كمتر آن را در پي دارد . ديزل ژنراتور با سرعت متغیر با استفاده از DFIG برای کاربردهای مستقل به طور سیستماتیک با استفاده از محیط MATLAB/Simulink مدل سازی و شبیه سازی شده است. تعامل بین موتور دیزل و DFIG به طور کامل بررسی شده است. نتایج شبیه سازی اعتبار استفاده از DFIG برای تحقق عملیات سرعت متغیر برای موتور دیزل را نشان می دهد. با استفاده از الگوریتم کنترل بردار جهت گیری شار استاتور ساده، سیستم می تواند کیفیت توان قابل قبولی به دست آورد.
منابع :
Modeling of Stand-alone Variable Speed Diesel Generator using Doubly-Fed Induction Generator
تامین تجهیز مولد
شرکت تامین تجهیز مولد تولید کننده دیزل ژنراتور با بیش از 10 سال سابقه در واردات و عرضه انواع دیزل ژنراتور ,
تامین و تجهیز نیروگاه های دیزلی و گازی , فروش و پشتیبانی در تامین و احداث نیروگاه های تولید پراکنده (DG) بر
پایه مولد های گازسوز آماده ارائه بهترین خدمات به مشتریان گرامی می‌باشد. این شرکت به عنوان نمایندگی رسمی
و انحصاری فروش و خدمات پس از فروش دیزل ژنراتور های كوپله فابريك در ایران فعالیت می کند.
