عملية التحكم في تردد الحمل ومنظم التوربينات البخارية

أين يمكن استخدام التحكم بتردد الأحمال ومنظم التوربينات؟

كما جرت العادة بأنه يتم توليد الكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة وغير المتجددة بشكل منفصل أو حتى بشكل هجين ومشترك، حيث أن وحدات التوليد الحراري هي طريقة تقليدية لتوليد الكهرباء حيث يتم حرق الوقود، مثل الفحم والطاقة النووية والغاز الطبيعي والوقود الحيوي والغاز الحيوي وما إلى ذلك في مرجل.

لذلك تعتبر غلاية وحدة التوليد نظاماً معقداً للغاية ولكن في أبسط أشكاله؛ فإنه يمكن فهمه على أنه غرفة مصنوعة جدرانها من الأنابيب التي يوجد فيها تدفق مستمر للمياه، كما يتم نقل الطاقة الحرارية المنبعثة من احتراق الوقود داخل المرجل إلى الماء، وفي هذه العملية، يتحول الماء إلى بخار جاف مشبع بضغط مرتفع (150 إلى 380 درجة مئوية حسب التصميم) ودرجة حرارة عالية (530 درجة مئوية – 732 درجة مئوية حسب التصميم).

كما يتم تغذية البخار المشبع في التوربين، حيث يتمدد وتنخفض درجة حرارته، وفي هذه العملية ينقل البخار طاقته الحرارية إلى “الطاقة الدورانية” لعمود التوربين، بحيث يتم تنظيم تدفق البخار إلى التوربين بواسطة صمام التحكم الذي يتم التحكم فيه بواسطة نظام التحكم في التوربين، وبالتالي؛ فإنه يتم التحكم في تدفق الطاقة النشط للتوربين من قبل المنظم، كما يقترن التوربين بمولد متزامن.

كما يقوم المولد المتزامن بتحويل الطاقة الميكانيكية للتوربين إلى طاقة كهربائية، لذلك؛ فإن المولدات المتزامنة تولد الطاقة بجهد منخفض يتراوح من (11 كيلو فولت إلى 26 كيلو فولت) مع “التردد الاسمي”، حيث تم تصعيد الجهد حتى (220 كيلو فولت / 400 كيلو فولت / 765 كيلو فولت) بواسطة محول توليد للإرسال إلى الشبكة الكهربائية، كما يسمى هذا النظام الكامل كوحدة توليد في دراسات نظام الطاقة.

المقصود بالتحكم في منظم التوربينات (TGC):

ينظم الحاكم تدفق الطاقة النشطة إلى التوربين من خلال التحكم في صمام التحكم نفسه، كما ويمكن تصميم المنظم الهيدروليكي كوحدة تحكم متكاملة تأخذ ملاحظات من السرعة الفعلية للتوربين، حيث يوضح الشكل التالي أداء الحاكم في وضع التحكم في السرعة.

تتم مقارنة السرعة الفعلية للتوربين مع السرعة المرجعية (المقابلة للتردد الاسمي) ثم يتم تغذية إشارة الخطأ (∆ωr) إلى الحاكم، استناداً إلى حاكم إشارة الخطأ، حيث يفتح أو يغلق موضع صمام التحكم، لذلك أي عند تلقي إشارة خطأ إيجابية؛ فهذا يعني أن التردد الكهربائي الفعلي أكبر من التردد الاسمي، وفي هذه الحالة  يغلق المحافظون الصمام قليلاً والعكس صحيح.

R = تغيير (pu) في التردد / تغيير (pu) في الطاقة.

(R): هو الإعداد المتدلي للحاكم ويتراوح بشكل عام من 3٪ إلى 8٪.

منطقة التحكم:

في نظام الطاقة؛ فإنه يتم توصيل العديد من وحدات التوليد والأحمال بطريقة موزعة. للحفاظ على الاستقرار كما يتم تقسيم الشبكة الإجمالية إلى مناطق تحكم مختلفة تعتمد بشكل أساسي على المواقع الجغرافية لحسابات تدفق الحمل الفعالة والتحكم اللاحق في التردد وتوازن الطاقة، وفي منطقة التحكم يتم أخذ أكثر من وحدة توليد بالإضافة إلى الأحمال في الاعتبار، لذلك يتم تحقيق الأهداف التالية من خلال تقسيم نظام الطاقة إلى مناطق تحكم أصغر.

• التحكم في تردد التحميل: يساعد أيضاً في الحفاظ على تردد الشبكة من خلال طرق التحكم في تردد التحميل.

• تحديد تقاطعات الجدول الزمني: في منطقة التحكم (الموقع الجغرافي)، هناك احتمال أن يكون التوليد أقل من طلب الحمل، وبالتالي تتدفق الطاقة إلى منطقة التحكم هذه من مناطق التحكم القريبة بواسطة (Tie Lines) والعكس صحيح.

• المشاركة الفعالة للأحمال: يقل الطلب على الحمل في الليل ويبلغ ذروته في المساء ووقت الصباح، وذلك من خلال تقسيم نظام الطاقة إلى مناطق تحكم أصغر، بحيث يصبح من السهل تحديد تقاسم الأحمال بواسطة وحدات مختلفة حسب طلب الحمل المتوقع خلال يوم واحد وفقاً لقدرتها ولحساب تقاطعات الجدول الزمني مع منطقة التحكم الأخرى.

توازن القدرة:

في أي وقت، يجب أن تستهلك جميع “الأحمال المتصلة” الطاقة الكهربائية المنتجة حيث لا يمكن تخزينها، حيث أن الطاقة الكهربائية هي طاقة الوقت الحقيقي، ومن ثم؛ فإن توازن القوى موجود دائماً في النظام الكهربائي، بحيث يمكن الإشارة إلى “توازن القوى” هذا على أنه:

الطاقة المولدة (Pg) = طلب الحمل (Pd) + خسائر النقل (Pl)

لذلك تقع خسائر الإرسال بشكل عام في نطاق 2 ٪ من الطاقة المولدة، وبالتالي فإننا سوف نتجاهلها لفهم موضوع الموضوع، أي التحكم في التردد، وبالتالي يمكننا القول:

الطاقة المولدة (Pg) ~ طلب الحمل (Pd)

تباين التردد:

في الشبكة، يتم توصيل العديد من الأحمال الصناعية وأحمال المنزل وأحمال الإضاءة وما إلى ذلك، كما يتم تشغيل هذه الأحمال أو إيقاف تشغيلها دون أي تنبيه، ومن ثم؛ فإن طلب الحمل يتقلب دائماً في نظام الطاقة، وفي حين يتم تعيين وحدة التوليد لتوليد طاقة معينة ولا يمكن تغيير التوليد بسرعة كبيرة لأنه نظام ميكانيكي.

ومع ذلك، عندما تكون فجوة توليد الطلب كبيرة، فقد يختلف التردد حتى نطاق (± 5٪)، بحيث يحدث توليد الطلب الكبير بشكل رئيسي عندما:

• تعثرت وحدة توليد (انقطاع غير مخطط له).

• تعطل خط النقل الذي يربط وحدة توليد بالشبكة.

• تم تشغيل حمولة كبيرة (بالميغاواط).

• يتم تعطل خط النقل الذي يلبي حمولة منطقة صناعية كبيرة.

المقصود بالتحكم في تردد الحمل (LFC):

التحكم في تردد الحمل (أو التحكم في التردد) هو النظام الذي يتم من خلاله الاحتفاظ بتردد الشبكة أو إعادته إلى قيمته الاسمية بعد فجوة توليد الطلب، بحيث يتم التحكم في التردد لنظام الطاقة بأكمله عن طريق وحدات التوليد.

التحكم في التردد الأساسي:

على مستوى الوحدة؛ فإنه يتم التحكم في التردد من خلال نظام التحكم في التوربين، كما تم بالفعل عرض التحكم في سرعة “النظام الحاكم” مسبقاً، بحيث تزيد كل وحدة توليد من إدخال البخار إلى التوربين من خلال رؤية الاختلاف في التردد، حيث يوضح الشكل أدناه حلقة التحكم في التردد الأولية الكاملة لمحطة التوليد.

التحكم في التردد الثانوي:

تتطلب استعادة تردد النظام إلى القيمة الاسمية إجراء تحكم ثانوياً، حيث يرى في الواقع موقع الحمل الجديد ويضبط نقطة ضبط مرجع الحمل للوحدات القليلة المحددة، وكلما زاد الحمل في منطقة تحكم معينة؛ فإنه يجب زيادة التوليد عن طريق التوليد وحدات منطقة معينة من أجل الحفاظ على توازن توليد الطلب عند مستوى منطقة التحكم والتبادل المجدول بين مناطق التحكم في نطاقاتها المحددة مسبقًا.

ولتحقيق ذلك؛ فإنه يتم تخصيص عدد قليل من الوحدات في كل منطقة تحكم للتحكم الثانوي وفي حلقة التحكم الخاصة بها تتم إضافة حلقة تحيز التردد والتي تعطي إشارة تصحيحية لزيادة أو تقليل التوليد بناءً على حسابات تدفق الحمل في الوقت الفعلي.

كما يُعرف هذا أيضاً باسم التحكم في الإنشاء التلقائي، وذلك بعد إعطاء نقاط مجموعة الحمل المنقحة لكل وحدة؛ فإنه يبدأون في العمل لتحقيق جدول التوليد المنقح، حيث يوجد في الوحدات الفردية نظام ميكانيكي لتوليد الطاقة الكهربائية، ومن ثم يستغرق الأمر تقريباً.