Brevet FR2411504A1 — publié le 19790706

L'invention concerne un dispositif de régulation de puissance réactive, en particulier pour les alternateurs fournissant la puissance active au réseau de distribution d'énergie électrique. Dans les réseaux maillés de distribution d'énergie, on assure à l'heure actuelle l'adaptation des moyens de production aux zones de consommation en procédant à une régulation de la puissance active produite et-consommée. Cette régulation est assurée par un ordinateur central programmé à cet effet, en fonction d'un certain nombre de paramètres. En ce qui concerne la puissance réactive, il n'y a pas à proprement parler de -régulation, mais plutôt une adaptation pragmatique approximative de la production aux besoins, dans les limites de stabilité des alternateurs. Cependant, les contraintes imposées par les problèmes d'équilibre décharges et d'adaptation des moyens de production aux zones de consommat.ion, rendent nécessaires des conditions d'exploitation plus rigoureuses pour les alternateurs. Unbut de l'invention est assurer une régulation de la puissance réactive absorbée ou fournie par les différents alternateurs. Unautrebut de l'invention est d'assurer le téléréglage de cette puissance réactive au niveau de chaque alternateur. Un autre but enfin de l'invention est d'assurer cette régulation de la puissance réactive au moyen d'un organe acces soirs né modifiantpas la configuration des dispositifs et circuits utilises pour le régulateur principal de l'alternateur. L'unvention a pour objet un dispositif de régulation de puissance réactive, pour alternateur de production d'énergie électrique-, associé au régulateur principal et agissant sur le servo-potentiometre de consigne dudit- régulateur, caractérisé en ce qu'llcomporte : un circuit électronique élaborant un signal d'écart a partir de la puissance réactive mesurée de l'alterna -teur et d'un signal de consigne; un régulateur secondaire alimenté par ledit signal d'écart et élaborant un signal de régulation; et un moteur auxiliaire agissant sur le servo-potentiomètre en fonction dudit signal de régulation. Selon l'invention également, - le régulateur secondaire comporte un circuit intégrateur recevant le signal d'écart et alimentant, en fonction du signe de ce signal d'écart, l'une ou l'autre de deux bascules monostables,de façon à commander la rotation du moteur auxiliaire dans l'un ou l'autre sens pendant la durée définie par les bascules monostables. - chacune des deux bascules commande un relais assurant le branchement, dans le sens convenable, du moteur auxiliaire à sa source d'alimentation. - lesdits relais sont alimentés sous le contrôle d'une pluralité d'interrupteurs de sécurité correspondant chacun à une fonction déterminée.- - le dispositif comporte des dispositifs d'affichage de valeur de consigne de puissance réactive correspondant à une valeur nominale Q0, une valeur maximale Qmax et une valeur minimale Q min chacun de ces dispositifs étant muni d'une mémoire réalisée par exemple à l'aide de relais à accrochage et d'un convertisseur délivrant une grandeur électrique sous forme analogique. - un circuit d'initialisation contrôle ladite mémoire. - le dispositif comporte : une mémoire temporaire enregistrant la valeur instantanée de la puissance réactive de l'alternateur; un générateur de rampe; un circuit additionneur des signaux de la mémoire et du générateur de rampe; et un circuit soustracteur du signal de l'additionneur et de la valeur Q de la puissance réactive de l'alternateur, pour l'élaboration du signal d'écart appliqué au régulateur secondaire. - le dispositif comporte : un comparateur de la valeur de consigne QO et de la valeur Q de la puissance réactive de l'alternateur, une mémoire mise en service par le dispositif d'initialisation et mise hors service par le signal de sortie du comparateur lorsque la valeur Q de la puissance réactive devient supérieure à la valeur de consigne QO; et un relais contrôlé par ladite mémoire et contrôlant la transmission au régulateur secondaire du signal d'écart. - le dispositif comporte un circuit soustracteur de la valeur Q de la puissance réactive et de la valeur de consigne Q0; et un relais contrôlant la transmission au régulateur secondaire du signal de sortie dudit soustracteur. - le dispositif comporte : deux soustracteurs de la valeur Q de la puissance réactive et des valeurs Q max et Q min extremes; un circuit à diodes et un relais contrôlant la transmission au régulateur secondaire du signal d'écart. - le dispositif comporte : une entrée recevant un signal de télérégulation; deux circuits soustracteurs élaborant les signaux-différence entre la valeur de consigne Q0 et chacune des valeurs limites Q max et Qmin; un comparateur à zéro du signal de télerégulation, contrôlant un relais susceptible de mettre en circuit le soustracteur correspondant au signe du signal de télérégulation; un circuit multiplieur du signal de télérégulation par le signal-différence du soustracteur mis en circuit; un circuit intégrateur fonctionnant en générateur de rampe; un additionneur à la valeur de consigne Q0 du signal de sortie du générateur de rampe; et un soustracteur de la valeur Q de la puissance réactive de l'alternateur et du signal de sortie de l'additionneur, définissant le signal d'écart appliqué au régulateur secondaire. L'invention a, en outre, pour objet un procédé de télérégulation de la puissance réactive d'un alternateur à régulateur principal de puissance active, caractérisé en ce que : à partir d'un signal de télérégulation, on élabore, à partir de signaux représentatifs d'une puissance-réactive de consigne et des puis sances limites maximale et minimale, un signal de régulation applicable à un régulateur secondaire- agissant sur le régulateur principal. D'autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description qui suit faite avec-référence au dessin annexé sur lequel on peut voir un schéma symbolique simplifié d'un circuit électronique assurant la régulation de la puissance réactive d'un alternateur dans différentes conditions de fonctionnement. L'équipement correspondant à ce schéma permet d'adapter les installations existantes à ces modes de fonctionnement, par adjonction d'un régulateur secondaire n'apportant aucune perturbation au système principal de régulation existant. Ltensemble du dispositif est réalisé à partir de circuits électroniques intégrés disponibles dans'le commerce; il fait aussi appel à des relais électromagnétiques. Le fait de remplacer certains circuits intégrés par des relais électromagnétiques, ou viceversa, ne change pas le caractère du dispositif, de même que le choix des moyens dtaffichage des différents paramètres de réglage. Pour ne pas perturber le régulateur principal et afin de tenir compte des facilités d'adaptation aux matériels en service actuellement, l'action de ce régulateur secondaire s'effectue par action sur le servo-potentiomètre de consigne du régulateur principal, soit de façon directe en alimentant le moteur du servo-potentiomètre dans un sens ou dans l'autre selon les besoins, soit de façon indirecte en ajoutant un deuxième moteur entraînant l'ensemble servo-potentiomètre. Le dessin annexé représente cette deuxième réalisation.- Le schéma adopté permet le fonctionnement de ce régulateur de puissance suivant cinq modes qui sont 1.Mode local de calage à Qo. Le passage d'une valeur Q de la puissance réactive mesurée par un convertisseur varmétrique (varmètre) à une valeur QO affichée au pupitre de consigne, s'effectue à une vitesse programmée par l'opérateur /\ nQ/mn ( AQ megavar par minute).- 2. Régulation locale autour d'une valeur Qo affichée. L'opération s'effectue en deux temps : tout d'abord passage de la valeur Qi (valeur à l'instant où Ivon décide la manoeuvre) à la valeur QO , ensuite régulation autour de cette valeur. 3. Fonctionnement en mode local entre deux valeurs Qmax et Afin valeurs affichées au pupitre de consigne par l'opérateur. Le groupe (alternateur) peut évoluer librement entre ces deux limites suivant l'état du réseau; si l'on atteint une de ces limites, la régulation devient unidirectionnelle, afin de ne pas dépasser la limite. 4. Télérégulation. A partir des valeurs QOA Qmax y Qmin , et d'une vitesse de variation de puissance réactive- affichée /\Q/mn , le fonctionnement est asservi à un signal de télérégulation. Ce signal d'amplitude variant de + I à - 1 V est pris en considération de la façon suivante Si la tension varie de 0 à + 1 V, la consigne varie de QO à Qmax. Si la tension varie de 0 à - 1 V, la consigne varie de Q0 à Qmin. Les valeurs + i à - 1 V sont arbitraires; ntimporte quelle valeur peut être retenue, de même qu'un signal variable en courant peut être utilisé sans changer l'esprit de la régulation. Le système en mode télérégulation procède en deux phases dès l'ordre de télérégulation donné, passage de Qi à Q0 , comme en mode local; ensuite, prise en compte du signal de télérégulation. Les variations du signal de télérégulation vu par le régulateur obéissent à une loi de vitesse fixée par la consigne # Q/mn. 5. Le cinquième mode est une variante du deuxième dans lequel la valeur de Q0 , au lieu d'être figée au niveau du panneau de consigne, est variable dans le temps ; par exemple, elle peut être introduite par un programmateur cyclique. Afin de ne pas compliquer le schéma, celui-ci n' a pas été représenté. Les arrangements de circuits électroniques ont été effec tués -pour répondre à chacun des modes de fonctionnement décrits ci-dessus. L'ensemble du circuit de régulation comprend tout d'abord des interrupteurs à commande manuelle 1, 2, 3 correspondant respectivement : les deux interrupteurs 1 couplés, au fonctionnement en téléréglage; les deux interrupteurs 2 couplés, au fonctionnement en regulation locale autour d'une valeur de consigne QO l'interrupteur 3 au fonctionnement en calage QO. Un varmètre 4 donne la puissance réactive mesurée, les valeurs de consigné QO v Qmax et Qmin etant affichées sur des dispositifs à roues codeuses 5, 6 et 7 respectivement. Un circuit d'initialisation 8 assure, par commande manuelle, l'armement d'une mémoire 9. Le montage comprend surtout un régulateur secondaire 10 susceptible de commander les déplacements du moteur auxiliaire 11 qui agit à sontour sur--l'arbre du moteur 12 assurant la commande du potentiomètre du régulateur principal de l'alternateur (non représenté). Conventionnellement, un signal d'écart est considéré comme positive, c'est-à-dire comme devant entraîner une augmentation du courant d'excitation de l'alternateur régulé, lorsque la différence (valeur de consigne - valeur de la variable) est positive. Le schéma comprend également des relais électromagnétiques R1 à RtO, des inverseurs et des circuits logiques d'addition, de soustraction et de multiplication.Il y a encore une mémoire temporaire 13 et deux générateurs de pente, ltun 14 pour la commande locale, l'autre 15 pour la télécommande. Afin de ne pas alourdir la description, les connexions entre les différents éléments ne sont pas décrites et le lecteur est renvoyé spécifiquement au dessin; elles seront explicitées, en tant que de besoin, dans la suite de la description qui est faite séparement pour chaque mode de fonctionnement. 1. Mode local. Une série de roues codeuses 5 permet d'afficher la valeur de QO. Cette valeur exprimee par un -nombre binaire est ensuite mémorisée à l'aide de relais 16 à accrochage dont la commutation peut être provoquée par un signal appelé signal d'initialisation en provenance du circuit 8. Cette disposition permet une manoeuvre sans danger des roues codeuses lorsque l'installation est en service. L'état des relais est ensuite transmis à un convertisseur numérique analogique 17 qui délivre alors une tension proportionnelle à la valeur affichée. Le signal de la tension d'alimentation de ce convertisseur permet de tenir compte du signe de QO. En mode local, l'interrupteur 3 est fermé. Au moment où l'on agit sur l'initialisation 8, le relais R6 est excité, entraînant la fermeture du relais R1 pendant un temps t défini par la bascule monostable 18, qui permet de mettre en mémoire la valeur de Q à l'instant i. Un circuit à capacité 19 et amplificateur opérationnel 20 à haute impédance d'entrée constitue cette mémoire analogique 13. A cette tension, image de Q., est ajoutée une tension provenant d'un générateur de rampe 14 préalablement remis à zéro, rampe de pente proportionnelle à la valeur de Q affichée.Cette rampe peut avoir sa pente inversée à l'aide d'un amplificateur inverseur 21 selon le signe de l'écart (QO - Qi) donné par un comparateur 22 excitant le relais RZ si Qi > QO . Le comparateur 22 est alimenté en c par le varmètre 4 et en b par le convertisseur t7.- La somme de la tension Qi sortant de la mémoire 13, et de la tension de rampe provenant du générateur 14 est faite en 23. Elle est comparée en 24 à la valeur de Q en provenance du varmètre 4. Le signal résultant de la comparaison en 24 est faible car il faut agir très progressivement sur le régulateur en évitant les à-coups. Tant que Qi est inférieur à Qc, la mémoire 9 armée en a par le signal d'initialisation, maintient le relais 4 excité, et son contact 25 fermé. Le signal résultant sortant de 24 est alors transmis par le contact 26 (fermé en l'absence d'excitation du relais R5), au régulateur secondaire 10, qui va commander les relais R9 ou R10 d'action du moteur 11 entraînant le servo potentiomètre.- Ce signal va être présent jusqu'à ce que la valeur de Q atteigne celle de QO. A cet instant, le comparateur 27 change d'état de sortie et vient faire basculer la mémoire 9. Le relais 4 n'est plus alors excité et son contact 25 s'ouvre. La mémoire 9 permet ainsi d'éviter tout battement de réglage. il faut noter que l'action sur le régulateur auxiliaire n'est possible que si les valeurs de Q en provenance du varmètre 4 sont comprises entre les valeur Q max et Q min en provenance de 6 et 7. Si Q dépasse l'une des deux valeurs limites proposées, l'un des soustracteurs 28, 29 .change d'état de sortie et excite le relais R5 qui ouvre son contact 26, coupant l'alimentation du régulateur secondaire 10. Ce régulateur comporte un circuit intégrateur 30 recevant la tension d'écart.Lorsque la tension maximale est atteinte, une bascule monostable 31 de durée réglable vient commander le relais R10 d'alimentation du moteur auxiliaire 11. De plus, la tension de sortie de l'intégrateur 30 est ramenée à zéro. La rampe d'intégration peut être positive ou négative, selon le signe de la tension appliquée à son entrée. Dans le cas d'une tension négative, lorsque le maximum de celleci est atteint, il y a déclenchement d'une deuxième bascule monostable 32 qui, pendant son temps d'action, commande le relais R9 qui entraîne le moteur auxiliaire 11 dans le sens inverse du cas précédent. Ce dispositif permet une action discontinue du régulateur secondaire de puissance réactive, ce qui évite une variation permanente de la tension de consigne et souvent des oscillations autour d'un point d'équilibre, états qui peuvent être générateurs d'usure prématurée duservo-potentiomètre, et qui peuvent quelquefois entralner des instabilités du régulateur principal. il faut noter que les sécurités du groupe (alternateur) maximum de tension, maximum de courant rotor, maximum d'angle interne, mise en service du régulateur secondaire, sont autant de contacts 33 à 3-6 en série avec l'alimentation des relais de sortie R9-et R10 entraînant aussi une sécurité positive quant aux possibilités d'action du régulateur secondaire 10. La liste des sécurités citéesplus haut n'est évidemment pas limitative. 2. Régulation locale autour de la valeur QO affichée. Si l'on part d'une puissance réactive Q., on ferme les interrupteurs 3 et 2, on-affiche la puissance réactive désirée QO et on initialise le processus en 8. Au cours de la première phase, la puissance réactive est amenée de Qi à QO selon le processus décrit au paragraphe précédent.- A partir du moment où la puissance Q atteint la valeur QO, le comparateur 27 change d'état de sortie et le relais 4 retombe, ouvrant son contact 25 et-fermant ses deux contacts 37 et 38. Le contact 38 est sans effet puisque l'interrupteur 1 de télérégulation est ouvert.Le contact 37 fermé permet l'alimentation du relais R3 qui ferme son contact 39, mettant en service le circuit soustracteur 40 qui donne un signal (QO - Q) appliqué à l'entrée du régulateur secondaire 10. Le régulateur secondaire 10 fonctionne alors comme décrit précédemment en fonction du signe du signal (QO - Q),- de façon à assurer une régulation autour de la valeur QO 3. Mode local entre deux valeurs Q max et Qmin. Les deux valeurs extrêmes sont affichées par les roues codeuses 6 et 7 respectivement, et les circuits soustracteurs 28 et 29 donnent des signaux (Q Qmi et (Q - Qmax) respectivement. Selon le signe de ces signaux, on actionne, à travers un circuit OU à diodes, le relais 5 qui élimine ainsi toute possibilité d'action du reste de l'équipement. On alimente alors le régula teur secondaire 10 avec les signaux (Q - 0 Qmax) ou (Q Qmin) pour maintenir la valeur Q entre les deux limites Q max et Qmin. Conventionnellement, un signal est considéré comme positive, c'est-à-dire comme devant entraîner une augmentation du courant d'excitation, lorsque la différence (valeur consigne affichée valeur de la variable) est positive. 4. Télérégulation. Ce mode d'utilisation est le plus important puisqu'il permet la régulation de puissance réactive à partir de l'ordina- teur central, en utilisant seulement comme signal de commande une tension de télérégulation Ut, variant par exemple entre - 1V et + 1V, et appliquée à l'entrée de télérégulation 41. Pour le fonctionnement en télérégulation, on ferme les interrupteurs 1. Tout d'abord, un amplificateur 42 permet de calibrer le signal de télérégulation, ensuite un circuit multiplieur 43 permet de faire le produit analogique de ce signal avec la différence (Q0 - Qmaux) en provenance du soustracteur 45, si le relais R7 est excité. Ce relais R7 est excité (contact 47 en haut), lorsque la tension de télérégulation est positive, grâce à son alimentation à travers le comparateur à zéro 44.Dans le cas où la tension de télérégulation est négative, le relais7 n'est pas excité (contact 47 en bas) et c'est la tension (QO o Qmin) en provenance du soustracteur 46, qui est appliquée au circuit multiplieur 43. Les gains des différents circuits sont déterminés de façon que la tension de sortie du circuit multiplieur 43 soit l'image, à la même échelle que la tension de sortie du varmètre 4, de la puissance réactive Q. Cette valeur de tension est appliquée à l'entrée d'un circuit 15 intégrateur fonctionnant en générateur de rampe (la pente de cette rampe étant ajust-able au niveau de la satine de consigne). La sortie de ce générateur de rampe 15 (l'amplitude de sortie de ce générateur est au-plus égale à celle de la tension d'entrée) est appliquée à l'entrée d'un circuit additionneur 48 qui reçoit d'autre part l'information QO ; la somme de ces deux tensions est ensuite comparée à Q dans le soustracteur 49, de façon à élaborer la tension- d'écart qui est appliquée à l'entrée du régulateur secondaire 10. Comme le relais R4 n'est pas excité, le contact 38 est fermé et le relais R8est excité car l'interrupteur 1 est fermé. Le contact 50 est alors fermé et la tension d'écart est appliquée au régulateur secondaire. En fonction-des variations du signal Ut de télérégulation, la tension d'écart appliquée au régulateur secondaire 10 assure la régulatlon de la puissance réactive.- Dans la description qui précède, on a fait mention d'une platine de- consigne. Cette platine comporte tous les organes nécessaires à 1'affichage et à la commutation des différents éléments en fonction -du mode de fonctionnement choisi. Par ailleurs, les différentes sources de tension n'ont pas été décrites, de même que les circuits amplificateurs et inverseurs qui n'ont qu'un rôle d'auxiliaires, permettant le fonctionnement des circuits de base avec une sécurité et une souplesse suffisante (réglage de gain). L'utilisation simultanée de circuits élect-roniques et de relais électromagnétiques a été faite dans le but d'accroître la simplicité du dispositif et sa fiabilité; toutefois, le remplacement de l'un par 11 autre ne changerait en rien l'esprit du dispositif. - REVENDICATIONS 1.- Dispositif de régulation de puissance réactive pour alternateur de production d'énergie électrique, associé au régulateur principal et agissant sur le servopotentiomâtre de consigne dudit régulateur, du type comportant: un circuit électronique élaborant un signal d'écart à partir de la puissance réactive mesurée de l'alternateur et d'un signal de consigne, un régulateur secondaire alimenté par ledit signal d'écart et élaborant un signal de régulation et un moteur auxiliaire agissant sur le servopoten tiomètre en fonction dudit signal de régulation, le régulateur secondaire comportent un circuit intégrateur recevant le signal d'écart et alimentent, en fonction du signe de ce signal d'écart, l'une ou l'autre de deux bascules monostsbles, de façon à commander la rotation du moteur auxiliaire dans l'un ou l'autre sens pendant la durée définie par les bascules monostables, chacune des deux bascules commandant un relais assurent le branchement, dans le sens convenable, du moteur auxiliaira à sa source d'alimentation, caractérisé an ce que lesdits relais sont alimentés sous le con traie d'une pluralité d'interrupteurs de sécurité correspondant chacun à uns fonction déterminée. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte: des dispositifs d'affichage de valeurs de consigne de puissance réactive correspondant à une valeur nominale une une valeur maximale timax et une valeur minimale Qmins chacun cas dispositifs étant muni de relais à accrochage et d'un convertisseur délivrant une grandeur électrique sous forme analogique. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé an ce qu'il comporte un circuit d'initialisation contralant lesdits relais à accrochage. 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes pour le passage-en mode local à une valeur de consigne de de la puissance réactive, caractérisé an ce qu'il comporte: une mémoire temporaire enregistrant la valeur instantanée de la pui8- sance réactive de l'alternateur; un générateur de rampe; un circuit additionneur des signaux de la mémoire et du générateur de rampe; et un circuit soustracteur du signal de l'additionneur et ds la valeur 4 de la puissance réactive de l'alternateur, pour l'élaboration du signal d'écart appliqué au régulateur secondaire. 5.- Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'il comporte un comparateur de la valeur de consigne QO et de la valeur q de la puissance réactive de l'alternateur; une mémoire mise en service par le dispositif d'initialisation et mise hors service par le signal de sortie du comparateur lorsque la valeur q de la puissance réactive devient supérieure à la valeur de consigne q QO; et un relais contrôlé par ladite mémoire et con- trôlant la transmission au régulateur secondaire du signal d'écart. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour la régulation en mode local de la puissance réactive autour d'une valeur de consigne, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit soustracteur de le valeur q de la puissance réactive et de la valeur de consigne QO; et un relais contrôlant la transmission au régulateur secondaire du signal de sortie dudit soustracteur. 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes pour la régulation entre deux valeurs extrêmes de la puissance réactive, caractérisé en ce qu'il comporte: deux soustracteurs de la valeur Q de la puissance réactive et des valeurs Q et Qmin extrêmes; un circuit à diodes et un relais contrôlant la transmission au régulateur secondaire du signal d'écart. 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications à 3 pour la télérégulation de la puissance réactive, entre deux valeurs extrêmes q et q , caractérisé en ce qu'il comporte: max min une entrée recevant un signal de télérégulation; deux circuits soustracteurs Flaborant les signaux-différence entre la valeur de consigne qy et chacune des voleurs limitas'Qmax et Pmini un comparateur à zéro du signal de télérégulation, contrôlant un relais susceptible de mettre en circuit le soustracteur correspondant au signe du signal de télérégulation; un circuit multiplieur du signal de télérégulation par le signal-différence du soustracteur mis en circuit; un circuit intégrateur fonctionnant en générateur de rampe; un additionneur à la valeur de consigne QO du signal de sortie du générateur de rampe; et un soustracteur de la valeur q de la puissance réactive de l'alternateur et du signal de sortie de l'additionneur, définissant le signal d'écart appliqué au régulateur secondaire. 9.- Procédé de télérégulation de la puissance réactive d'un alternateur à régulateur principal de puissance active, caractérisé en ce que: à partir d'un signal de télérégulation, on élabore, à partir de signaux représentatifs d'une puissance réactive de consigne et des puissances limites maximale et minimale, un signal de régulation applicable à n régulateur secondaire agissant sur le régulateur principal.