Brevet FR2035868A1 — publié le 19701224

Certaines centrales hydro-électriques se caractérisent d'autres centrales fonctionnant au fil de l'eau et des centrales de production d'électricité d'origine thermique ou nucléaire par le fait que leur commande est extrêmement souple. En effet, ces cen-5 traies peuvent adapter en permanencet pratiquement sans délai, la puissance qu'elles fournissent aux besoins de chaque instant, ce qui n'est pas le cas pour les autres. Les divers réseaux de distribution d'électricité qui sont fortement interconnectés distribuent l'énergie provenant de centrales 10 électriques de type différent quant à la souplesse possible de leur commande. Comme, d'une part, la consommation varie suivant l'heure de la journée et que, d'autre part, certains moyens de production ne peuvent s'accommoder de ces variations, il faut que les centrales qui peuvent régler le fassent et produisent la tran-15 ohe d'énergie complémentaire et variable, nécessaire à chaquodns-tant. Pour commander les différentes machines fournissant de l'énergie électrique sur un grand réseau, souvent ces derniers sont équipés de régulateurs de réseau commandant directementku moins une 20 partie des machines. Ces régulateurs superposent leur action à celle des régulateurs de turbine dont l'effet est la plupart.du temps nul, car normalement la fréquence du réseau est bonne. L'action des régulateurs de turbine seule ne peut convenir, car la puissance se répartirait entre les différentes machines selon les 25 lois du statisme permanent établissant pour chaque turbine une correspondance entre la puissance et la fréquence. Or précisément, il convient de modifier cette répartition de puissance suivant d'autres considérations. Les régulateurs de réseaux existants peuvent être classés dans deux groupes principaux suivant leur type 30 de fonctionnement. La description ci-dessous admet que la fréquence du réseau est bonne, permettant de négliger l'effet des divers tachymètres et accéléromètres équipant les régulateurs des machines. Le premier groupe de régulateurs de réseau comprend les appa-35 reils qui fonctionnent à l'image d'un centre qui, connaissant la consommation probable à chaque instant, calcule ce que chaque centrale doit fournir selon-ses possibilités et ses caractéristiques propres, de telle manière que l'ensemble de la demande soit assuré. 70 08802 ~2~ 2035868 Des considérations économiques, de transfert d'énergie, de saison, de fourniture de, ou de livraison à d'autres réseaux interviennent dans le choix de la répartition des puissances que l'on cherche d'ailleurs à rendre optimum. 5 Ce type de réglage, élaboré par un centre de calcul et d'ordre de répartition (dispatching), a un caractère prévisible. Les ordres à transmettre aux différentes machines du réseau sont souvent mis sous la forme d'une grandeur électrique, par exemple une tension proportionnelle à la puissance prévue. 10 Le second groupe de régulateurs de réseau comprend les appareils qui mesurent en permanence différentes grandeurs comme la fréquence, la phase, la puissance, l'énergie, etc., élaborent des signaux de réglage fonctions de l'une ou de plusieurs des grandeurs mesurées. Ces signaux sont souvent mis sous la forme d'une tension 15 électrique qui est envoyée aux régulateurs des machines jouissant d'une grande souplesse de réglage leur permettant de réagir sans délai, le plus vite possible aux divers ordres. Ce second moyen de réglage fait à chaque instant la différence entre la répartition de puissance prévue par le centre de calcul et d'ordre de réparti-20 tion (dispatching) et la puissance réelle nécessaire, en tenant compté de nombreux facteurs propres aux groupes et notamment des possibilités des lignes électriques d'interconnexion et de distribution, lignes dont aucune ne doit jamais être surchargée. Si le second signal de réglage doit par nature même intervenir immédia-25 tement, il n'en est pas de même du premier dont le caractère prévisible ne nécessite pas la même rapidité. Les appareils de réglage du premier type sont connus et souvent agissent dans une centrale déterminée sur un dispositif généralisé de commande constituant un dispositif de consigne de puissance 30 globale élaborant un signal de réglage qui, dans cette centrale, est distribué, à tous les groupes mis sous sa dépendance. Ce signal actionne le dispositif idoine de chaque régulateur, de telle façon que les puissances délivrées par chaque turbine soient égales entre elles, et que leur somme soit précisément égale à la 35 puissance que cette centrale doit fournir. La vitesse d'action de cette boucle de réglage est faible, puisque les dispositifs de prise de charge interviennent. Le second moyen de réglage par contre agit beaucoup plus ra- 70 08802 2035868 pidement. Dans le cas des régulateurs électriques, cette action se fait par l'intermédiaire des amplificateurs, sur la position du tiroir de distribution pilotant le servomoteur du vannage de la turbine. 5 La présente invention concerne une installation de commande des groupes d'une centrale agissant simultanément par les deux moyens de commande ci-dessus. Elle concerne une installation de commande d'une centrale hydro-électrique, comprenant au moins deux groupes équipés chacun d'un régulateur agissant sur les organes de réglage 10 du débit de chaque turbine, chaque régulateur étant commandé notamment par un dispositif de consigne de puissance individuelle, dispositif émettant un signal de réglage de puissance désirée de turbine, signal agissant sur le régulateur dans un sens tel que la puissance délivrée par la turbine tend à devenir égale à la puis-15 sance désirée, l'installation comprenant en outre un dispositif de consigne de puissance globale émettant un signal de réglage fonction de la puissance globale désirée, signal agissant sur tous les dispositifs de consignes de puissance individuelle des régulateurs des groupes mis sous sa dépendance, de telle façon que ces disposi-20 tifs élaborent des signaux de réglage tels que les puissances délivrées par chaque turbine soient égales entre elles, caractérisée en ce que l'installation de commande comprend un dispositif de réglage à action directe agissant sans déphasage sensible sur le tiroir de distribution de commande du servomoteur du vannage de cha-25 que turbine mis sous sa dépendance. Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'installation selon l'invention. La figure unique représente, sous une forme schématique et fonctionnelle, les divers organes de réglage intervenant dans le 30 fonctionnement, qui sont: 1) le réseau; 2) le groupe hydro-électrique comprenant l'alternateur, la turbine avec le servomoteur du vannage; 3) le transducteur wattmétrique, respectivement le variomètre 35 d'ouverture délivrant un signal de puissance, respectivement d'ouverture de la turbine; 4) le régulateur comprenant l'ensemble des organes de réglage, comme les amplificateurs et le tiroir de distribution de servo- 70 08802 2035868 moteur du vannage de la turbine, sans ce servomoteur; 5) un adaptateur de réaction adaptant le signal de puissance, respectivement d'ouverture de la turbine; 6) un sommateur d'entrée du régulateur faisant la somme des di-5 vers signaux de réglage; 7) un sommateur auxiliaire; 8) un ensemble des appareils détectant la fréquence et éventuelle-ment ses dérivées et élaborant un signal de réglage; comme déjà cité plus haut, ces appareils n'interviennent pas dans le 10 processus décrit, la fréquence du réseau étant considérée comme constante et normale; 9) un adaptateur permettant l'introduction d'un signal de réglage agissant directement sur le vannage de la turbine; 10) un dispositif de consigne de puissance individuelle du groupe 15 respectivement d'ouverture délivrant un signal de puissance, respectivement d'ouverture individuelle désirée. La distinction entre puissance et ouverture provient des divers moyens de réaction possibles. En effet, la turbine peut être asservie à l'ouverture, la puissance qu'elle délivre étant fonction de 20 cette ouverture, mais aussi de la chute dont les variations peuvent être importantes. Pour éviter cet inconvénient, il existe des transducteurs wattmétriques mesurant la puissance électrique de la machine et élaborant un signal qui lui est proportionnel, c'est le cas de l'asservissement à la puissance; 25 11) irn adaptateur de réaction du dispositif de consigne de puissance individuelle du groupe; 12) un discriminateur de commande du dispositif de consigne de puissance individuelle du groupe; 13) un adaptateur de signaux de commande du dispositif de consigne JO de puissance individuelle du groupe; 14) un sommateur faisant la différence entre le signal du dispositif de consigne de puissance globale et le signal de réaction du dispositif de consigne de puissance individuelle du groupe; 15) une liaison de distribution du signal du dispositif de consi-35 gne de puissance globale aux divers groupes; 16) un instrument de mesure du signal du dispositif de consigne de puissance globale ; 17) un dispositif de consigne de puissance globale; 70 08802 2035868 18) un discriminateur de commande du dispositif de consigne de puissance globale; 19) un adaptateur de signaux de commande du dispositif de consigne de puissance globale; 5 20) un adaptateur de signal de réaction du dispositif de consigne de puissance globale; 21) un prélèvement d'un signal de réglage à action directe sur le vannage de la turbine; 22) une distribution du signal de réglage à action directe sur le 10 vannage de la turbine à d'autres turbines de la centrale; 23) un relais de coupure; 24) un sommateur faisant la différence entre le signal de réglage centralisé à action directe et le signal de réaction du dispositif de consigne de puissance globale; 15 25) un appareil de mesure alimenté par le signal de réglage centralisé provoquant par le relais 23 la coupure du signal issu du sommateur 24, par exemple lors d'une défaillance de l'ensemble des appareils de réglage centralisé; 26) un dispositif de réglage centralisé à action directe émettant 20 un signal fonction de la puissance que doit délivrer la cen trale . Le dispositif de consigne de puissance individuelle du groupe 10 émet un signal qui entre dans le sommateur 6 du régulateur. Ce signal est proportionnel à la puissance désirée que la machine 25 doit fournir. Le rectangle 9 symbolise l'entrée dans le régulateur de chaque turbine des ordres extérieurs provenant d'un appareil de réglage centralisé à action rapide. L'adaptateur 9 émet un signal qui, par exemple, est une tension électrique continue proportionnelle à la puissance que la machine doit fournir. De même, le dis-30 positif de consigne de puissance individuelle du groupe délivre un signal de même nature que l'adaptateur 9. Ces deux signaux sont additionnés par le jeu des sommateurs 6 et 7 et constituent un signal totalisé d'ordre de puissance qui arrive sur les organes 4 et 2 pour commander sans délai les mouvements du vannage de la turbi-35 ne. Le signal de réaction émis et adapté par les organes 3 et 5 est déduit du signal totalisé d'ordre. Le mouvement du vannage s'arrête automatiquement lorsque le signal sortant du sommateur 6 70 08802 2035868 est nul, c'est-à-dire lorsque la puissance délivrée par la turbine est égale à la somme des ordres de puissance donnés par le dispositif de consigne de puissance individuelle et l'appareil de réglage centralisé 26, 9-5 L'action du dispositif de consigne de puissance individuelle est une action intégrée, car il comprend en général un moteur é-lectrique tournant dans les deux sens, dont la position angulaire du rotor représente la somme de tous les ordres reçus. Ce rotor entraîne un potentiomètre, respectivement un variomètre, délivrant 10 une tension fonction de sa position. Par nature même, l'effet de ce dispositif est lent. La vitesse d'action est constante, indépendante de l'amplitude de l'ordre. La durée d'action cependant dépend de cette amplitude. Ces appareils font en général leur course complète, permettant de passer de la pleine puissance à zé-15 ro, en un temps compris entre 30 et 60 sec. La vitesse d'action du signal de réglage à action directe passant par l'adaptateur 9 est, réserve faite des ordres importants provoquant des phénomènes de saturation, par contre proportionnelle à l'amplitude de l'ordre. Il est connu d'utiliser une boucle de réglage supplémentaire 20 constituée par les éléments 11 à 17 qui pilote le fonctionnement de chaque dispositif de consigne de puissance individuelle 10.des groupes mis sous sa dépendance. Dans une central*, il peut y avoir un nombre important de groupes. Il est, pour diverses raisons, notamment de rendement, intéressant de faire fonctionner ces groupes 25 de telle façon qu'ils produisent chacun une puissance égale. Le dispositif de consigne de puissance globale 17 permet de remplir précisément cette fonction. Il comprend un organe 17 qui émet un signal, par exemple sous la forme d'une tension électrique dont la valeur est proportionnelle à la position occupée par le rotor du 30 dispositif de consigne de puissance globale dont la construction peut être semblable à celle du dispositif de consigne de puissance individuelle décrit précédemment. Cette tension peut être lue par un observateur au moyen de l'appareil de mesure 16. Elle est en outre distribuée aux divers groupes de la centrale, par l'intermé-35 diaire de la ligne 15* Elle constitue un signal de réglage qui arrive dans le circuit de réglage de chaque groupe par 1'intermédiaire d'un sommateur 14. Après.amplification et adaptation dans l'organe 13, il est dirigé par un discriminateur 12. Ce dernier 70 08802 7 2035868 mesure le signal en grandeur et en signe. Si le signal est plus grand en valeur positive qu'une certaine valeur de base, il provoque le fonctionnement du moteur du dispositif de consigne de puissance individuelle 10, dans un certain sens et symétriquement, 5 s'il est plus grand qu'une certaine valeur comptée en sens négatif, il provoque le mouvement dans l'autre sens. Si le signal est trop petit, c'est-à-dire compris dans une certaine bande de tolérance, il est sans action. Le signal sortant de chaque dispositif de consigne de puissance individuelle est, d'une part, envoyé directe-10 ment dans le régulateur en 6 pour provoquer les changements de puissance et, d'autre part, en réaction au sommateur 14 par l'intermédiaire d'un adaptateur 11. Dans ce sommateur, il s'oppose au signal du dispositif de consigne de puissance globale. Lorsque la différence entre le signal provenant de ce dispositif et celui de 15 réaction de chaque dispositif de consigne de puissance individuelle est nulle, ces dernières sont immobiles. En d'autres termes, comme les dispositifs 10 à 14 de chaque groupe sont semblables et que le signal délivré par le dispositif de consigne de puissance globale est égal pour tous les groupes, 20 chaque turbine produit une même puissance. L'installation complémentaire permettant de combiner les effets des deux types de régulateur de réseau, soit celui du centre de calcul et d'ordre de répartition (dispatching) et celui à action directe, comprend les éléments 18 à 26. Le fonctionnement de 25 l'ensemble est le suivant: Lorsque le dispositif de réglage centralisé 26 émet un signal de réglage, celui-ci traverse le sommateur 24 et le relais de coupure 23, où il est prélevé en 21 et distribué en 22 à tous les groupes de la centrale mis sous la dépendance de ce dispositif qu'il commande selon le processus à ac-30 tion directe, entrant par l'intermédiaire de l'adaptateur 9 dans chaque régulateur. En parallèle, ce signal de réglage commande le dispositif de consigne de puissance globale 17• Cette commande se fait de la même manière que celle du dispositif de consigne de puissance individuelle, les éléments 10, 11, 12, 13, 14 correspon-35 dant respectivement aux éléments 17, 20, 18, 19, 24. Le signal de réglage est adapté par l'organe 19 qui l'envoie sur le discriminateur 18'qui le sélectionne. La sélection la plus simple comprend trois cas. Si le signal est trop petit, le discri- 70 08802 8 2035868 minateur l'arrête, le dispositif 17 reste immobile. S'il est positif et plus grand qu'une valeur déterminée, le discriminateur provoque le fonctionnement du dispositif de consigne de puissance glo baie dans un sens tendant, par exemple, à augmenter la puissance 5 produite par la centrale, et inversement s'il est négatif. Un dispositif dé réaction 20 prélève le signal de sortie, l'adapte et 11 envoie dans le sommateur 24 où il s1 oppose au signal entrant. Lorsque le signal de réaction est égal en grandeur au signal d'ordre émis par le régulateur centralisé 26, mais de signe 10 opposé, leur somme est nulle, et le dispositif de consigne de puis sance gpobale est immobile. Supposons que le dispositif de réglage à action directe émette brusquement, par exemple, un ordre d'augmentation de puissance. Cet ordre traverse le sommateur 24 et est distribué par la prise 15 21, directement aux régulateurs par l'intermédiaire des entrées 9* Chaque régulateur reçoit un même ordre et réagira sensiblement de la même manière. Cette première action est extrêmement rapide, la puissance de la centrale a augmenté conformément à l'ordre reçu. En même temps, cet ordre influence le dispositif de consigne de 20 puissance globale 17 dans le même sens, dispositif qui influence à son tour chaque groupe qui à, de ce fait, tendance à trop ouvrir son vannage. Cette action est lente. Le dispositif de réaction 20 prélevant le signal émis par le dispositif de consigne de puissance globale 17, et le renvoyant avec un signe opposé au sommateur 25 24, provoque une baisse du signal sortant de ce sommateur, baisse qui se répercute directement sur les organes de réglage à action rapide 9 et provoque une refermeture des turbines compensant la surouverture. La manoeuvre du dispositif de consigne de puissance globale 17 va se poursuivre tant que subsiste un ordre de réglage 30 suffisant, manoeuvre annulant progressivement les ordres de réglage à action directe. Lorsque ceux-ci sont annulés, le système est en équilibre, la centrale produit la puissance demandée par le régulateur centralisé, les signaux de réglage à action directe sont annulés. 35 L'ensemble ci-dessus fonctionne à l'image d'un dispositif à mémoire. Les ordres d'action rapide passant directement sur les organes qui doivent être manoeuvrés et étant en même temps mis en mémoire par le dispositif de consigne de puissance globale à ac- 70 08802 9 2035868 tion lente, agissant sur les dispositifs de consigne de puissance individuelle des groupes. Il en résulte que si le dispositif de réglage à action rapide, dispositif qui est souvent commandé en téléréglage à partir d'un poste éloigné de la centrale proprement 5 dite, poste situé au coeur du réseau de distribution d'énergie électrique, a une défaillance et que l'ordre de réglage disparaît brutalement, la centrale équipée de l'installation décrite ne subira aucune perturbation, puisque l'ensemble des ordres sont mis en mémoire. L'installation peut être complétée par un dispositif 10 de sécurité comprenant notamment un organe de mesure 25, qui mesure le signal émis par le régulateur centralisé 26 et commandant, si le signal tombe au-dessous ou dépasse une valeur normale, l'ouverture d'un relais 23 qui coupe les chaînes d'action directe et intégrée. Ces machines restent en réglage dans la position qu'elles 15 occupaient auparavant. Le régulateur centralisé qui souvent est commandé en téléréglage peut recevoir des ordres de toute nature, qu'ils soient lents, à l'image des ordres provenant d'un centre de calcul et d'ordre de répartition (dispatching), ou rapides, provenant d'un régulateur 20 de réseau, par exemple du type phase-énergie. Le schéma mentionne la présence de boutons de commande agissant sur les dispositifs de consigne de puissance 10 et 17- Ces boutons permettent une intervention manuelle. Par ailleurs, l'installation peut comprendre des moyens permettant d'isoler un ou 25 plusieurs groupes ou une partie de la chaîne de commande. 70 08802 2035868 Revendications 1. Installation de commande d'une centrale hydro-électrique, comprenant au moins deux groupes équipés chacun d'un régulateur agissant sur les organes de réglage du débit de chaque turbine, 5 chaque régulateur étant commandé notamment par un dispositif de consigne de puissance individuelle, dispositif émettant un signal de réglage de puissance désirée de turbine, signal agissant sur le régulateur dans un sens tel que la puissance délivrée par la turbine tend à devenir égale à la puissance désirée, l'installation 10 comprenant en outre un dispositif de consigne de'puissance globale émettant un signal de réglage fonction de la puissance globale désirée agissant sur tous les dispositifs de consigne de puissance individuelle des régulateurs des groupes mis sous sa dépendance, de telle façon que ces dispositifs élaborent des signaux de réglage 15 tels que les puissances délivrées par chaque turbine soient égales entre elles, caractérisée en ce que l'installation de commande comprend un dispositif de réglage centralisé à action directe agissant sans déphasage sensible sur le tiroir de distribution du servomoteur du vannage de la turbine mis sous sa dépendance. 20 2. Installation de commande selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de réglage centralisé à action directe commande en plus une action qui est intégrée par le dispositif de consigne de puissance globale qui agit sur tous les dispositifs de consigne de puissance individuelle des régulateurs des turbines, le 25 dispositif de consigne de puissance globale comprenant un élément de réaction agissant dans un sens tendant à s'opposer au sign&l du dispositif de réglage centralisé à action directe. 3. Installation de commande selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'installation comprend un appareil mesurant 30 le signal élaboré par le dispositif de réglage centralisé à action directe commandant le fonctionnement d'un relais de coupure qui coupe simultanément l'action directe sur le régulateur et l'action intégrée par le dispositif de consigne de puissance globale, coupure intervenant lorsque la valeur du signal élaboré par le dispo-35 sitif de réglage centralisé à action directe tombe au-dessous de, respectivement dépasse, une valeur prédéterminée.