Modelado y control de una central hidroeléctrica sujeta a vibraciones en la turbina en el dominio físico

Abstract

This research work presents an hydroelectric power station modelling in the physical domain, exposed to vibrations. We were able to obtain a physical system representation of different energy domains by means of Bond Graph's methodology theorems. The state equations model of the entire hydroelectric power station were obtained. The system's controllability was also determined. All the necessary information is also provided in order to obtain the entire system's observability, which means that the entire system's behavior can be determined by means of its outputs. A vibration model in the physical domain located between the mechanical and the electrical sections are set up, fact that represents disturbances. A synchronous generator representation in the physical domain in dq0 coordinates is used, there for an implementation of the dq0-to-abc transformation in the physical domain was necessary. A system control is added into the hydraulic section in order to regulate the flow valve to the turbine, other control was put in the mechanical section, with the purpose of regulated the speed in the turbine and finally into the electrical section, in order to regulate the wound-field voltage a control was incorporated. The proposed methodology allowed us to determine measurement points (sensor locations) of some of the system's interest variables: volume, angular velocity, voltages, and currents. Finally, plots of the state variables of all connected sections are presented for different values of each hydroelectric power station section data.

En este trabajo se presenta el modelo en el dominio físico de una central hidroeléctrica con vibraciones en la turbina. Utilizando los teoremas de la metodología de Bond Graph, se consigue una representación de un sistema físico de diferentes dominios de energía. Las ecuaciones de estado y la controlabilidad son obtenidas del modelo en el dominio físico. Así, en éste trabajo, se proporciona la información necesaria para obtener la observabilidad de todo el sistema, esto significa que a partir de las salidas del sistema es posible conocer su comportamiento. También, se propone un modelo de vibración en el dominio físico, el cual se ubica entre la sección mecánica y eléctrica, que representa las perturbaciones en el sistema. Una representación del generador síncrono en dq0 en el dominio físico es utilizada por lo que es necesario la implementación de la transformación de dq0 a ABC en el dominio físico. Además, se agrega un control en la válvula de regulación de flujo a la turbina de la sección hidráulica, para la sección mecánica se adiciona un control que regula la velocidad de la turbina, en la sección eléctrica se añade un control para la regulación de voltaje del devanado de campo y se colocan puntos de medición de algunas de las variables de interés en el sistema. Estos puntos son prospectos para la colocación de sensores de medición de las variables: caudal, velocidad angular, par mecánico, voltajes y corrientes. Por último, las gráficas de las variables de estado de todas las secciones acopladas son expuestas, para diferentes valores en los datos de algunos de sus elementos de la central hidroeléctrica representada en el dominio físico.