Brevet FR2034136A1 — publié le 19701211

La présente invention concerne les dispositifs simulateurs pour le calcul et l'étude des processus stables et transitoires dans les systèmes énergétiques. On connait des dispositifs simulateurs pour le calcul et l'étude des processus stables et transitoires dans les systèmes énergétiques, du type comportant un modale des réseaux du système énergétique, dans lequel sont introduits les résultats des soluti, ons des équations des noeuds générateurs et ou'des'charges du système énergétique, et un pupitre de commande dudit dispositif, comprenant un bloc d'appareils de mesure; dans ces dispositif; le nombre de blocs de simulation des équations des noeuds générateurs et de blocs de simulation des équations des charges correspond au nombre des noeuds générateurs et des charges du système énergétique. L'inconvénient de ces dispositifs simulateurs connus pour le calcul et l'étude des processus stables et transitoires dans les systèmes énergétiques réside dans les possibilités limitées de simulation des équations par suite de la faible universalité ou souplesse d'emploi des blocs de simulation, ainsi que dans l'augmen- tation du volume des équipements utilisés quand le nombre de centrales électriques et de charges du système énergétique étudié augmente. L'objet de la présente invention est de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus. Dans cette invention l'on se propose de mettre au point un dispositif simulateur pour le calcul et l'étude des processus stables et transitoires dans les systèmes énergétiques, qui présenterait de plus larges possibilités de simulation des équations des noeuds générateurs et des charges du système énergétique, et dont le volume des équipements utilisés n1 augmenterait pas avec l'augmentation du nombre de centrales électriques et de chargés dans le système énergétique équivalent étudié. Ceci est obtenu par une utilisation multiple des blocs de simulation dessorganes générateurs et des charges. L'objectif proposé est atteint du fait que le dispositif simulateur pour le calcul et 11 étude des processus stables et transitoires dans les systèmes énergétiques, du type comprenant un modèle des réseaux d'un système énergétique, dans lequel sont introduits les résultats des solutions des équations des noeuds générateurs et/ou des charges du système énergétique, et un pupitre de commande dudit dispositii, comprenant un bloc dtappareils de mesure, comporte, conformément à l'invention, une mémoire accumulant les résultats des solutions intermédiaires et reliée au modèle du réseau du système énergétique par l'intermédiaire d'un bloc convertisseur, un bloc de -simulation des équations des noeuds générateurs du système énergétique. étant raccordé à la mémoire de telle façon, que dans ce bloc soient résolues à tour de rOle les équations de tous les noeuds générateurs du système énergétique. Il est avantageux qu'à la mémoire soit raccordé un bloc de simulation des équations des charges du système énergétique de telle façon que ledit bloc puisse résoudre à tour de rble les équations de toutes les charges du système énergétique. Le bloc convertisseur du dispositif simulateur peut comporter un convertisseur du courant de sortie du noeud générateur en tension continue proportionnelle aux projections du -courant de sortie sur des axes de coordonnées rigidement liés au rotor de ce noeud, ledit convertisseur étant connecté par son entrée au modèle du réseau, tandis que sa sortie est connectée à la mémoire. Le. bloc convertisseur du dispositif simulateur. peut également comporter un convertisseur de la puissance active en tension continue et un convertisseur de la tension alternative en tension continue, dont les entrées sont connectées au modele du réseau, et les sorties au bloc d'appareils de mesure. Il est avantageux que le convertisseur de puissance active et le convertisseur de la tension alternative en tension continue soient connectés par leurs sorties 'à la mémoire.. Le dispositif peut également comporter un bloc de commande programmée connecté anx blocs simulateurs des équations des noeuds générateurs et des charges du-système énergétique, a la mémoire, au bloc d'appareils de mesure et aux convertisseurs du courant de sortie et de la puissance active. Dans l'exposé qui suit, l'invention est expliquée par la description d'un exemple d'exécution et par les dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente le schéma fonctionnel du- dispositif simulateur conforme à l'invention - la figure 2 est un schéma du bloc de simulation des équations des noeuds générateurs conforme à l'invention - la figure 3 est un schéma du bloc de simulation des équations des charges conforme à l'invention - la figure 4 est un schéma de connexion des convertisseurs conformément à l'invention. Le dispositif simulateur pour le calcul et 11 étude des processus stables et transitoires dans les systèmes énergétiques comporte un modèle I du réseau du système énergétique, auquel un bloc 2 de simulation des équations des noeuds générateurs est connecté par l'intermédiaire d'un bloc 3 de convertisseurs de tension continue en angle de rotation et d'un bloc 4 de convertisseurs de l'angle ge rotation en tension alternative, qui est relié au bloc de convertisseurs 3. Sur le modèle I du réseau est également branché un bloc 5 de simulation des équations des charges du système énergétique, par l'intermédiaire d'un bloc 6 de convertisseurs de tension continue en angle de rotation et d'un bloc 7 de convertisseurs d'angle de rotation en tension alternative relié au bloc 6. Conformément à l'invention, le dispositif simulateur comporte une mémoire 8 pour 1 'emmagasinage des résultats des solutions intermédiaires, qui par son entrée est raccordée au modèle 1 du réseau par l'intermédiare d'un bloc de convertisseurs 9. Le dispositif comporte également un bloc 10 d'enregistrement numérique des résultats des solutions, dont l'entrée est directement raccordée au bloc de convertisseurs 9 et la sortie à un bloc il d'appel des éléments du modèle du réseau 1. An bloc de convertisseurs 9 est connecté un bloc d'appareils de mesure 12. Le dispositif simulateur peut en outre comporter un bloc de commande programmée 13 relié aux blocs de simulation 2 et 5, aux blocs de convertisseurs 3,6 et 9, à la mémoire 8, au bloc d'appareils de mesure 12 et à un pupitre de commande t4. A partir - du pupitre 14 s'opère la commande du bloc d 'enregi- strement numérique 50, du bloc 11 d'appel des éléments et du bloc de commande programmée 13. le modèe 1 du réseau est réalisé d'une manière connue quelconque, à l'aide de résistances pures, de bobines d'inductance, de condensateurs et d 'auto-transformateurs qui, dans l'exposé qui suit, seront appelés éléments du modèle et entre lesquels les commutations sont réalisées conformément au circuit équivalent simulé du réseau. Le modèle i est alimenté en tension alternative, par exemple à fréquence de 400 Hz. le bloc 4 de convertisseurs d'angle de rotation en tension alternative est constitué par deux convertisseurs de types communément utilisés : le premier, appelé régulateur de phase, est prévu pour la conversion de l'angle de rotation en angle de déphasage de la tension alternative, et le deuxième, appelé régulateur de potentiel, est destiné à la conversion de l'angle de rotation proportionnel à la f.é.m. du noeud générateur simulé, en variation de l'amplitude de la tension alternative. Le bloc de convertisseurs 4 est relié par ses sorties au modèle 1 du réseau et au bloc de convertissseurs 3, tandis que ses entrées sont raccordées aux sorties du bloc de convertisseurs 3. Sur la figure 2 est représenté le schéma fonctionnel du bloc 2 de simulation des équations des noeuds générateurs, constitué par un ensemble de dispositifs de résolution 15 tels que des dispositifs opérationnels de sommation, d 'intégration, de multiplication et fonctionnels, similaires à ceux de calculatrices analogiques quelconques et qui sont reliés entre eux, conformément au schéma fonctionnel des équations simulées du noeud générateur, aussi complexe qu'il soit, par l'intermédiaire d'un dispositif 16 de prescription des coefficients des équations simulées et par l':I1rt'errn3iaire d'éléments de commutation 17.Pour la mise en mémoire des résultats intermédiaires des solutions, les dispositifs opérationnels de ltensemble de dispositifs de résolution 15 sont reliés par l'intermédiaire d'éléments de commutation 18 à un bloc de mémoires supplémentaires 19. Dans un cas particulier, les dispositifs d'intégration et les mémoires supplémentaires peuvent litre groupés en un seul bloc. L'ensemble de dispositifs de résolution 15. est relié par son entrée à la mémoire 8, et par ses sorties au bloc de convertis~ seurs 3. Les éléments de commutation 17 et 18 sont reliés au bloc de'commande programmée 13 (figure 1). le bloc convertisseur de la tension continue en angle de rotation est constitué par un circuit d'éléments de commutation 20 couplés entre eux en série (figure 2), un dispositif de mesure de phase 21, un élément comparateur 22, un modulateur 23 pour la conversion de la tension continue en tension alternative, un amplificateur de puissance 24 à courant alternatif, des éléments de commutation 25 et des servo-moteurs 26 servant à la conversion de la tension continue appliquée à l'entrée de l'élément comparateur 22 à partir du bloc de simulation 2, en angle de rotation des rotors des servo-moteurs 26. Les éléments de commutation 20 sont reliés par leurs entrées aux sorties des régulateurs de potentiel du bloc de convertisseurs 4, et les servo-moteurs 26 sont reliés aux entrées des régulateurs de phase du bloc de convertisseurs 4. les éléments de commutation 20 et le dispositif de mesure de phase 21 forment un circuit de réaction pour le traitement de l'angle de déphasage de la tension alternative. Un autre circuit du bloc de convertisseurs 3 est constitué par des éléments de commutation 27 couplés entre eux en série, un redresseur 28, un élément comparateur 29, un modulateur 30 pour la conversion de la tension continue en tension alternative, un amplificateur de puissance 31, des éléments de commutation 32 et des servo-moteurs 33 pour la conversion de la tension continue appliquée à l'entrée de l'élément comparateur 29 à partir du bloc de simulation 2 et proportionnelle à la f. é.m. du noeud générateur simulé, en angle de rotation des rotors des servo-moteurs 33. Les éléments de commutation 27 sont reliés par leurs entrées aux sorties des régulateurs de potentiel du bloc de convertisseurs 4, et les servo-moteurs 33 sont raccordés aux entrées des régulateurs de potentiel du bloc de convertisseurs 4. Les régulateurs de potentiel et les régulateurs de phase de ce bloc remplissent simultané ment le r81e de mémoire. Les éléments de commutation 20, 25, 32 et 27 sont reliés au bloc de commande programmée 13 (figure 1). Sur la figure 3 est représenté le schémadu bloc 5 de sim17lstion des équations des charges du système énergétique, constitué par un ensemble de dispositifs de résolution 34, tels que des dispositifs opérationnels de sommation, d'intégration, multiplicateurs et fonctionnels, similaires à ceux d'une calculatrice analogique connue quelconque, qui sont reliés entre eux conformément au schéma fonctionnel des équations de simulation (d'une complexité quelconque) décrivant les processus dans les charges du système énergétique, par l'intermédiaire d'un dispositif 35 de prescription des coefficients des équations simulées et par l'intermédiaire d'éléments de commutation 36. Pour la mise en mémoire des résultats intermédiaires des solutions, les dispositifs opérationnels de l'ensemble de dispositifs de résolution 34 sont reliés par l'intermédiaire d'éléments de conautation 37 à un bloc de dispositifs de mémoire supplémentaires 38. Dans un cas particulier, les blocs d'intégration et de mémoires peuvent être groupés en un seul bloc. L'ensemble de dispositifs de calcul 34 est relié par son entrée à la mémoire 8, et par ses sorties au bloc de convertisseurs de la tension continue en angle de rotation. Les éléments de commutation 36 et 37 sont reliés au bloc de commande programmée 13 (figure 1). Le bloc 7 de'convertisseurs de l'angle de rotation en tension alternative peut etre réalisé sous forme d'un autotransformateur à deux curseurs. Sur le premier curseur est prélevée une tension alternative proportionnelle à la puissance active, et sur le deuxième, une tension proportionnelle à la puissance réactive de la charge. le bloc de convertisseurs 7 est relié par ses sorties au modèle 1 du réseau et au bloc de convertisseurs 6, et par ses entrées, aux sorties du'bloc de convertisseurs 6. Le bloc de convertisseurs 6 (figure 3) de la tension continue en angle de rotation ést constitué par un circuit d'éléments de commutation en série 39, un redresseur 40, un élément comparateur 41, un modulateur 42 pour la conversion de la tension continue en tension alternative, un amplificateur de puissance à courant alternatif 43, des éléments de commutation 44 et des servo-moteurs 45 servant à convertir en angle de rotation la tension continue appliquée à l'entrée de l'élément comparateur 41 à partir du bloc de simulation 5. Les éléments de commutation 39 sont reliés par leurs entrées aux sorties du bloc de convertisseurs 7 et les servomoteurs 45 sont raccordés aux entrées du bloc de convertisseurs 7. Les éléments de commutation 39 et le redresseur 40 forment un circuit de réaction pour l'obtention d'une tension proportionnelle à la puissance active de la charge. A l'aide d'un deuxième circuit similaire du bloc de convertisseurs 6, on obtient une tension proportionnelle à la puissance réactive de la charge. Les servo-moteurs pour le traitement de la puissance réactive sont reliés au curseur de l'autotransformateur du bloc de convertis~ seurs 7 pour l'obtention d'une tension proportionnelle à la puissance réactive de la charge. Les éléments de commutation 39 et 44 sont reliés au bloc de commande programmée 13 (figure 1). Le bloc de convertisseurs 9 comporte un convertisseur 46 (figure 4)convertissant le courant parcourant l'élément du modèle de réseau 1 en tension continue proportionnelle à ce courant, un convertisseur 47 de tension alternative en tension continue proportionnelle à la tension sur l'élément du modèle de réseau 1, un dispositif de mesure de phase 48, un convertisseur de puissance active 49 et un convertisseur de puissance réactive 50,connectés par leurs entrées, à travers des éléments de commutation 51, aux éléments du modèle de réseau 1, et par leurs sorties, à travers des éléments de commutation 52, au bloc d'enregistrement numérique 10 et au bloc d'appareils de mesure 12. les éléments de commutation 52 sont également reliés au bloc de commande programmée 13 (figure 1). le bloc il d'appel des éléments est branché par ses entrées au pupitre de commande 14 et, afin d'assurer un enregistrement automatique des paramètres de régime, au bloc 10 dlenregistrement numérique des solutions et au modèle de réseau 1. le bloc 9 comporte également un convertisseur 53 (figure 4) convertissant le courant de sortie du noeud générateur en tension continue proportitonnelle aux projections du courant de sortie sur des axes de coordonnées rigidement liés au rotor du noeud générateur. Ce convertisseur est raccordé par son entrée, par lls ntermédiaire d'un élément de commutation 54, au modèle de réseau 1, et par sa sortie, à travers un élément de commutation 55, à la mémoire 8. En cas de aécessité et suivant la composition des équations à simuler des ensembles générateurs et des charges, les sorties des convertisseurs 47 et 49 peuvent être connectées à l'entrée de la mémoire 8. le pupitre de commande 14 (figure t) du dispositif simulateur est raccordé par ses sorties au bloc d'enregistrement numérique 10, au bloc 11 d'appel des éléments et au bloc de commande programmée 13. Le simulateur fonctionne de la façon suivante. le principe de fonctionnement du simulateur est expliqué à l'aide d'un exemple de calcul d'un processus transitoire. Les équations sont résolues par la méthode point par point ou méthode des intégrales successives. Sur le modèle de réseau 1 on monte un circuit équivalent au système énergétique à étudier. Dans les blocs de simulation 2 et 5, conformément aus paramètres prescrits des alternateurs synchrones, des régulateurs et des charges du circuit équivalent, on établit les coefficients des équations et on accorde les dispositifs fonctionnels suivant les caractéristiques des charges. le bloc d'enregistrement numérique 10 est accordé, par un procédé connu en soi, sur le programme nécessaire d'appel automatique des éléments et d'enregistrement des paramètres de régime. L'établissement du régime initial normal dans le dispositif simulateur stopère par prescription des conditions initiales aux intégrateurs des blocs de simulation 2 et 5. Par une commande délivrée à partir du pupitre de commande 14 par 1' intermédiaire du bloc de commande programmée 13 steffec- tue l'enregistrement du régime initial normal établi dans le dispositif simulateur. L'enregistrement du régime s'effectue alors dans le bloc 10 d'enregistrement numérique des solutions, suivant la séquence prévue par le programme d'appel des éléments. Une fois terminé Irenregistrement du régime normal, le signal suivant délivré par le bloc de commande programmée 13 établit dans le modèle de résesu t le circuit de simulation du régime d'avarie, apres quoi le bloc de commande programmée 13 fournit au bloc d'enregistrement numérique 10 et à la mémoire 8 la commande suivante, qui provoque l'enregistrement et la mise en mémoire des paramètres du régime dtavarie. La commande suivante du bloc'13 déclenche le processus de résolution des équations du premier noeud générateur au cours duquel la mémoire 8 délivre au bloc de simulation 2 les informations concernant les paramètres du régime d'avarie de ce noeud générateur. La solution dans le bloc de simulation 2 s'opère en un court intervalle de temps t déterminé. Après l'écoulement de ce temps le processus de résolution cesse et les résultats du calcul sont transmis par l'intermédiaire du bloc de convertisseurs 3 au bloc de convertisseurs 4 où s'opère le traitement de la phase et de l'amplitude de la f.é.m. à l'aide des régulateurs de phase et de potentiel du premier noeud générateur. Après l'écoulement du temps nécessaire à l'établisseaentde la phase et de la valeur de la f.é,m, conformément à l'accord du bloc de commande programmée 13, ce dernier délivre une commande au bloc de simulation 2 pour la commutation du circuit de simulation du deuxième noeud générateur, et ainsi de suite pour tous les noeuds générateurs. Après l'établissement des paramètres de régime dans tous les régulateurs de potentiel et de phase correspondant à la première étape du calcul, les commandes délivrées, suivant la séquence décrite ci-dessus, par le bloc de commande programmée 19 assurent le processus d'établissement des paramètres du régime dans le bloc de simulation 5. Les équations des noeuds générateurs et des charges peuvent être résolues simultanémentX De cette façon s'établit le régime du système énergétique correspondant au temps de fin de la premier étape, apurés quoi le bloc de commande programmée 13 fournit à la mémoire 8 et au bloc d'enregistrement numérique 10 une commande de mise en mémoire et d'enregi trement de ce régime. Ensuite, le processus de calcul s'effectue d'une façon analogue pour chaque étape de calcul. A l'accomplissement d'un nombre donné d'étapes de calcul, le processus prend fin sur une commande délivrée à partir du pupitre de commande 14. De cette façon, l'application d'un ensemble d'éléments de résolution pour la simulation des équations du noeud générateur et d'un ensemble d'éléments de résolution pour la simulation des équations de la charge, permet d'étudier les régimes transitoires et stables des systèmes énergétiques. Le nombre d'équipements utilisés est ainsi considérablement réduit gracie à l'application multiple des éléments de résolution; ce qui améliore la fiabilité du dispositif. Bien entendu 1'invention n'est nullement limitée au mode. de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, Si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Un dispositif simulateur pour le calcul et l'étude des processus stables et transitoires dans les systèmes énergétiques, du type comportant un modèle du réseau d'un système énergétique, dans lequel sont introduits les résultats des solutions des équations des noeuds générateurs et/ou des charges du système énergétique, et un pupitre de commande du dit dispositif, comportant un bloc d'appareils de mesure, ledit dispositif simulateur étant caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de mise en mémoire des résultats des solutions intermédiaires, ledit dispositif de mémoire étant couplé au modèle du réseau par l'intermédiaire d'un bloc de convertisseurs, et un bloc de simulation des équations des noeuds générateurs du système énergétique étant d'autre part connecté au dispositif de mémoire de telle façon que dans ce bloc de simulation soient résolues à tour de rôle les équations de tous les noeuds générateurs du système énergétique. 2. Un dispositif simulateur suivant la revendication 1 ci-dessus, caractérisé en ce qu'audit dispositif de mémoire du dispositif simulateur est connecté un bloc de simulation des équations des charges du système énergétique de telle façon que dans ce bloc soient résolues à tour de rôle les équations de toutes les charges du système énergétique. D. Un dispositif simulateur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit bloc de convertisseurs comporte un convertisseur du courant de sortie du noeud générateur en tension continue proportionnella aux projections du courant de sortie sur des axes de coordonnées rigidement -liés au rotor de ce noeud, l'entrée dudit convertisseur étant connectée au modèle du réseau et sa sortie étant raccordée au dispositif de mémoire. 4. Un dispositif simulateur suivant l'une des revendications 1 à X ci-dessus, caractérisé en ce que ledit bloc de convertisseurs comporte un convertisseur de la puissance active,en tension continue et un convertisseur de la tension alternative en tension continue, tous deux étant connectés par leurs entrées au modèle du réseau, et par leurs sorties au bloc des appareils de mesure. 5. Un dispositif simulateur suivant l'une des revendications précitées, caractérisé en ce que le convertisseur de puissance active et le convertisseur de latenaks alternative en tension continue sont connectés par leurs sorties au dispositif de mémoire. 6 - Un dispositif simulateur suivant l'une des revendication précitées, caractérisé en ce qu'il comporte un bloc de commande programmée raccordé aux blocs de simulation des équations des noeuds générateurs et des charges du système énergétique, au dispositif de mémoire, aux convertisseurs du courant de sortie et de la puissance active, ainsi qu'au bloc d'appareils de mesure.