Brevet FR2548845A1 — publié le 19850111

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la stabilisation de la fréquence du courant électrique alternatif produit par un générateur autonome à régime de charge variable, tel qu'un alternateur autorégulé en tension entraîné par une machine mue par un fluide natu rel. Dans la majorité des cas, lorsque la puissance élec- trique est suffisante, la production électrique s'effectue par couplage au réseau intereonnectd, ce qui élimine les problèmes de stabilité en fréquence et an tension pour chaque générateur. Par contre, lorsque la puissance électrique débitée est économiquement tron faible ou lorsque la proximité d'un réseau interconnecté est inexistante, on est amené à relier un seul générateur à un réseau autonome ob la tota- lité de l'énergie produite peut être consommée.Du fait de cette connexin le générateur alimente un réseau dans lequel la puissance appelée varie et il est par conséquent néces- saire de prendre des mesures pour fare travailler à puis- sance constante la machine entraînant le générateur diectri- que. Dans les installations réalisées habituellement on est obligé, pour tenir compte de la variation de la puissance appelée, de recourir à un dispositif mécanique régulant la vitesse de la machine mue par un fluide naturel qui entraîne le générateur électrique. Une autre solution consiste, lorsque la puissance absorbée par le réseau autonome varie très peu, à mettre en oeuvre des protections comme l'utilisation de relais à minima ou maxima de fréquence. De tels relais ne sont utilisés que pour protéger l'installation et ne permettent pas une régulation. La présent invention a pour but de fournir un procédé et un dispositif permettant de stabiliser la fréquence du courant électrique alternatif produit autour d'un point de consigne et ce quelles que puissent être les variations de la puissance demandée sur le réseau d'utilisation. A cet effet ce procédé pour stabiliser la fréquence du courant électrique alternatif produit par un générateur autonome à régime de char@e variable, tel qu'un alternateur autorégulé entraîné par une machine mue par un fluide naturel, est caractérisé en ce que l'on mesure la fréqence du courant produit par le générateur et par référence à une table de fréquence mémorisée, on connecte sélectivement, dans le circuit de charge du générateur, des résistances de dissipation supplémentaires si la fréquence tend à diminuer. Par référence à la table de fréquence mémorisée et suivant le nombre de charges de dissipation supplémentaires connectées, on engage également, par le procédé suivant l'invention, des actions électriques supplémentaires pouvant commander l'admission du fluide naturel actionnant la machine entraînant le générateur électrique. Par référence à la table de fréquence mémorisée on peut ainsi faire en sorte qu 'une sortie électrique supplémentaire soit activée pour un minimum de fréquence et qu1une autre sortie électrique supplémentaire soit activée pour un maximum de fréquence. Le procédé suivant l'invention permet donc de maintenir la fréquence du générateur constante en agissant sur la charge vue par le générateur, dans les limites de la puissance mécanique fournie par la machine mue par le fluide. Le procédé de régulation suivant l'invention est simple à réaliser et il consiste simplement à connecter ou à déconnecter, suivant le sens de variation de la fréquence, des résistances de manière aprpoximativement proportionnelle. Il consiste en outre-h modifier éventuellement le débit du fluide naturel (eau) actionnant la machine entraînant le générateur électrique, afin d'économiser ce fluide et, lorsque la régulation n'est plus possible, d'avertir des minima et maxima de fréquence par commande électrique de dispositifs annexes. 'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précité, ce dispositif sentant caractérise en ce outil comprend des moyens pour mesurer la fréquence du courant produit par le générateur et pour la convertir en une information binaire codée, des moyen pour comparer la fréquence mesurée avec diverses valeurs préétablies et des moyens pour commander, en fonction du résultat de cette comparaison, la commutation en et hors circuit de résistances de dissipation supplémentaires Le dispositif comporte un compteur-décompteur binaire dont le nombre de chiffres binaires fixe la résolution de la ré@ulation et des commutateurs statiques monophasés et/ou triphasés en série avec les résistances de dissipation respective et qui sont connectées à différentes sorties du compteur-décompteur binaire. Les ordres de comptage ou de décomptage sont omis à partir d'un décodeur réalisé à l'aide d'un circuit de mémoi- re morte et les impulsions attaquant le compteur sont émises par une horloge locale à fréquence fixe. Une commande ma- nuelle permet de présélectionner les sorties du compteur. Le décodeur réalisé à l'aide d'un circuit de mémoire modifie l'état de ses sorties en fonction d'une table mémo- risée. Son rôle est de valider l'horloge du compteur, de modifier le comptage ou le décomptage, d'actionner les interrupteurs correspondant aux maxima et minima de fréquence et d'actionner les interrupteurs correspondant à la modification du fluide naturel. Le décodeur reçoit une information relative à la fréquence du générateur en binaire codé décimal @ cette information étant fournie par un fréquencemètre numérique. Il reçoit également l'état du compteur-décompteur et par correspondance avec la table mémorise il permet de mettre en ou hors service des charges supplémentaires telles que des lignes de commande de minima/maxima et de commande du fluide naturel. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention,en référence au dessin annexé sur lequel La figure l est un schéma synoptique général de l'ensemble du dispositif de stabilisation de fréquence SUi- vant l'invention. La figure 2 et un schéma détaillé de l'étage d'alimentation et de détection de fréquence. La figure 3 est un schéma détaillé de l'étage de comparaison et de décision. La figure 4 est un schéma détaillé diun étage de commutation en puissance. Le procédé et le dispositif de stabilisation de fréquence suivant l'invention sont illustrés sur la figure 1 comme étant associés à une génératrice synchrone autorégulée en tension 1 qui débite un courant alternatif triphasé dans trois phases 2, 3, 4 alimentant un réseau autonome d'utilisation 5 muni d'un conducteur neutre G relié à la terre. Un étage d'alimentation et de prise de fréquence, comportant un transformateur abaisseur et un redresseur est branché entre une phase 4 et le neutre 6, par des bornes , B, pour détecter la fréquence double d celle du réseau. Cet étage 7 délivre, à sa borne de sortie e, une tension régulée, par exemple de 5 V qui est nécessaire pour les autres éléments du dispositif. Le dispositif de stabilisation de fréquence suivant l'invention comprend également un étage de comparaison et de décision 8 qui mesure la fréquence du réseau autonome et en donne un affichage numérique. Cet étage 8 qui est alimenté à partir des sorties C et I de l'ensemble 7, est connecté, par ses sorties E, F, G Il à un étage de commutation en puissance 9 qui est relié lui-même aux trois phases 2, 3 et 4. Cet étage 9 alimente, d'une façon sélective en fonction de l'action de stabilisation de fréquence recherchée, un certain nombre de charges auxiliaires de dissipation dont deux d'entre elles R1 et R2 sont seulement représentées sur la figure 1. L'étage de comparaison et de décision 8 est égaie- ment connecte, par d'autres sorties R, D, K, L, à un étage de commutation 10 qui peut être semblable à l'étage de commutation en puissance 9 et qui peut mettre sur ses sorties des ordres commandant des actions supplémentaires tels que minima et maxima de Fréquence, admission du fluide naturel etc. L'étage d'alimentation et de détection de fréquence 7 qui est représenté en détail sur la figure 2, comprend un transformateur abaisseur de tension Il qui alimente un pont de Graetz 12. Ce pont délivre à sa sortie un signal redressé double alternance dont une par tic est appliquée à un ensemble de filtrage et de régulation constitué d'une diode en série 13, d'un régulateur 14 d'un type connu délivrant la tension nécessaire à l'électronique des autres parties et de deux condensateurs en dérivation 15 et 16 , disposés de part et d'autre du régulateur 14. La tension continue régulée, par exemple de 5 V, apparaît à la borne de sortie C du régulateur 14.La diode 13 a pour but d'empêcher la com posante continue issue du filtrage d perturber la partie de l'étage 7 assurant la détection de fréquence. Cette partie est constituée d'une résistance 17 reliée à la sortie du pont de Graetz 12, d'une diode Zener 18 et d'une résistance 19 branchée en dérivation à la terre, et d'une porte inverseuse trigger 20 permettant de mettre en forme le signal obtenu et de le rendre disponible à la borne de sortie I pour les compteurs de l'étage de comparaison et décision 7. Cet étaqe de comparaison et de décision dont le schéma synoptique est représenté en détail sur la figure 3 est constitué d'un fréquencemètre 20 réalisé h l'aide de dieux compteurs afficheurs 21, 22 et d'une base de temps 23 constitue d'une horloge à deux phases sans recouvrement d'un type connu. Le fréquencemètre 20 ainsi réalisé permet de murer une fréquence comprise entre (30 et 99 Hertz par pas te 1 ilertz. Le fréquencemètre 20 est connecté a la borne d sortie I de l'étage d'alimentation et de détection 7. Les huit sorties du fréquencemètre 20, codées en binaire décimal, sont reliées à un organe de comparaison 24 réalisé à l'aide d 'une mémoire figée. Les paramètres ' en- trée de ct organe de comparaison 24 sont au nombre de onze, à savoir d'une part, les huit sorties du fréquencemètre 2@ et, d'autre part trois sorties d'un compteur de char@e 25. Par comparaison avec les données enregistrées l'organe 24 active six sorties dont quatre activent directement un en- plificateur de courant 2@, @es sorti@s correspond@nt @ l'in- diction des valeurs extrêmes de fréquence et de la modifi caution de l'admission du fluide (entrée d'eau dans la turbine). Une autre sortie de comptage-décomptage est reliée au compteur de charge 21. Enfin la sixième et dernière sortie de l'organe 24 est reliée à une porte NON-ET 27 de validation de l'horloge 23 et dont la sortie est connectée au compteur de charge 25. Le compteur de charge 25 est réalisé à l'aide d'un circuit intégré de tout type connu. Il s'agit d'un compteur décompteur binaire prépositionnable. En fonction de ses entres provenant de la porte 27, il modifie l'état de ses sorties au rythme de l'horloge 23 dont la période est de 0,5 seconde. Dans une version non limitative la valeur binaire des quatre sorties du compteur de charge 25 peut prendre seize valeurs différentes. Ces sorties sont reliées à l'amplificateur de courant 26. On peut prévoir additionnellement un dispositif de commande manuelle 28 réalisé à l'aide d'une roue codeuse à seize positions et d'un interrupteur, pour forcer les sorties du compteur de charge 25 à une valeur déterminée par cinq lignes de commande M, N, O, P, Q. L'amplificateur de courant 26 réalise l'interface ndeessaire à la commande d'une unité de visualisation qui est réalisée à l'aide de diodes photoémissives colorées 29, et également à la commande d l'étage de commutation en puis sance 9 qui est représenté d'une manière détaillée sur la figure 4. L'unité de visualisation comprend huit diodes photoémissives 29 connectées à huit sorties correspondantes de l'amplicateur de courant 26 et respectivement aux huit lignes de commande E, F, G, H, K, L, D, R, ces lignes étant également reliées h la borne d'alimentation G par l'inter niédiaire de résistance 30. Les quatre lignes de commande E, F, G, t sont connectées à 1 l'étage de commutation en puissance 9 lequel comporte par exemple,deux commutateurs statiques triphasés i@entiques 31, 32 alimentant respectivement deux charges triphasées R3 et R4, et deux commutateurs statiques monophasés identiques 33, 34 alimentant respectivement deux charges monophasés R1, R. Chacun des commutateurs statiques triphasés 31, 32 est constitué de deux circuits 35, 36 de déclenchement au zéro de tension, de deux organes de commutation à fort courant 37 (trials) chacun de ces organes étant relié à l'un des circuits 35, 36 et à une résistance d'équilibrage 38. Chacun des commutateurs statiques monophasés 33, 34 comporte un circuit 39 de déclenchement au zéro de tension, un organe de commutation à fort courant 37 (triac)) et une résistance d'équilibrage 38. Les quatre charges R1, R2, R3, R4 reliées à l'étage de commutation en puissance absorbent des puissances différentes dans des rapports binaires i, 2, 4, 8. L'étage de commutation 10 représente sur la figure 1 pet comporter, au choix, des commutateurs statiques du genre des commutateurs 31-34 de l'étage de commutation enpuissance 9 dont le nombre total doit entre égal à 4. Deux de ces commutateurs sont destinés à la commande d'une alarme correspondant aux valeurs extrêmes de la fréquence tandis que les autres servent à la commande de l'admission du fluide (eau). REVENDICATIONS 1.- Procédé pour stabiliser la fréquence du courant électrique alternatif produit par un générateur autonome à régime de charge variable, tei qu'un alternateur autorégulé entraîné par une machine mue par un fluide naturel, caractérisé en ce que l'on mesure la fréqence du courant produit par le -générateur et par référence à une table de fréquence mémorisée, on connecte sélectivement, dans le circuit de charge du générateur, des résistances de dissipation supplémentaires si la fréquence tend à diminuer 2.- Dispositif pour stabiliser la fréquence du courant électrique alternatif produit par un générateur autonome à régime de charge variable, tel qu'un alternateur autorégulé entraîné par une machine mue par un fluide naturel, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (7) pour mesurer la fréquence du courant produit par le générateur (1) et pour la convertir en une information binaire codée, des moyens (8) pour comparer la fréquence mesurée avec diverses valeurs préétablies et des moyens (9) pour commander, en fonction du résultat de cette comparaison, la commutation en et hors circuit de résistances de dissipation supplémentaires (R1, R2). 3.- Dispositif suivant la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comporte un compteur-decompteur binaire (25) dont le nombre de chiffres binaires fixe la résolution de la régulation et des commutateurs statiques monophasés (33, 34) et/ou triphasés (31, 32) en série avec les résis- tances de dissipation respectives (R1, R2, R3, 84) et qui sont connectés à différentes sorties (E, F, G, H) du comp teur-décompteur binaire. 4.- Dispositif suivant la revendication 3 caracté- risé en ce qu'il comporte un organe de comparaison (24) ralisé l'aide d'une mémoire morte, dont les entrées sont connectées, d'une part, aux sorties du compteur-décompteur binaire (25) et d'autre part aux sorties d'un fréquencemètre (2n), l'entrée de ce fréquencemètre (20) étant reliée à la sortie (I) d'un étage d'alimentation et de prise de fréquen v (7), Pt il comporte également une horloge (23) connectée au fréquencemètre (20), ainsi qu'au compteur-décompteur (25), par l'intermédiaire d'une porte (27) reliée à l'organe de comparaison (24). 5.- Dispositif suivant l'une quelconque des reven dications 3 et 4 caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de commande manuelle (28) réalisé à l'aide d'une roue codeuse à plusieurs positions et d'un interrupteur, pour forcer les sorties du compteur-décompteur (25) à une valeur déterminée. 6.- Dispositif suivant l'une quelconque des reven dications 3 à 5 caractérisé en c que les moyens de compa- raison et de décision (8) sont connectés, par des sorties (R, O, K, L), à un étage de commutation (10) émettant sur ses sorties des ordres commandant des actions supplémentai- res telles que minima et maxima de fréquence, admission du fluide naturel. 7.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 6 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (21, 22) donnant un affichage visuel de la fréquence mesurée. 8.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 7 caractérisé e ce qu' il comporte un étage d'alimentation et de détection de fréquence (73 comprenant un transformateur abaisseur de tension (11) alimentant un pont redresseur (12) qui délivre à sa sortie un signal redressé double alternance appliqué, d'une part, à un ensemble de filtrage et de régulation (13, 14, 15, 16), pour fournir une tension continue régulée alimentant les divers étages du dispositif, et , d'autre part, à un circuit qui assure la détection de fréquence,ce circuit comprenant une résistance (17) reliée à la sortie du pont redresseur (12), une diode Zener (18) et une porte inverseuse trigger (20) permettant de mettre en fora le signal obtenu. 9.- Dispositif suivant l'une quelconque des reven dications 3 à 7 caractérisé en ce que le compteur-décompteur (25) est relié à des entrées d'un amplificateur de courant (26) dont d'autres entrées sont connectées à l'organe de comparaison (24), l'amplificateur de couraat (@6) consti tuant un interface pour la commande d'une unité de visualisation composée de diodes photoémissives (29), les sorties de cet amplificateur de courant (26) étant connectées à des lignns de commande (E, F, G, H, K, L, D, R) connectées à l'étage de commutation en puissance (9) et à un étage de commutation additionnel (10).