Brevet FR2562738A1 — publié le 19851011

La présente invention concerne un perfectionnement aux installations de production d'énergie électrique à partir d'éner- gie hydraulique en réseau autonome, et elle vise plus spécia- lement un moyen nouveau pour la régulation de fréquence du 5 courant dans un tel réseau, quelles que soient les variations plus ou moins brusques de la consommation. On sait que dans de telles installations, on rencontre le problème du maintien d'une fréquence aussi constante que pos- sible, quelles que soient les surcharges ou les sous-charges 10 imposées à chaque moment par le réseau. En effet, si on se place à la puissance maximale fournie par la turbine, pour une consom- mation donnée, et si, pour une certaine raison un très grand nombre de consommateurs cessent de prélever du courant en même temps, l'alternateur produit alors trop de puissance, de sorte 15 que la turbine s'accélère et tend à s'emballer. Le phénomène inverse peut également se produire. Il est connu que, pour surmonter cet inconvénient, on peut assurer une régulation en agissant sur des organes de ma- noeuvre tels que les pales de la turbine, mais l'effet de telles 20 actions exige un certain temps, de l'ordre de 3 à 10 secondes, pendant lesquelles, si les bases d'inertie de la machine sont insuffisantes, on laisse persister cet inconvénient. Un moyen pour réduire les effets de cette période transitoire consiste à monter en bout de la ligne d'arbres un 25 volant d'inertie, qui absorbe ou restitue de l'énergie pendant ladite période de réglage. Toutefois, comme la vitesse de rota- tion de la turbine est lente, pour être efficaces, ces volants doivent être relativement très gros, ce qui impose des diamètres d'arbres importants, et organes annexes, tels que des paliers 30 correspondants, d'o une installation encombrante et coûteuse. La présente invention apporte à ce problème une solu- tion nouvelle et simple, éliminant ces inconvénients. Cette solution consiste dans son principe à remplacer la liaison mécanique entre les organes en rotation (turbine, 35 alternateurs) et les organes d'inertie (volant) par une liaison électrique. A cet effet, on branche sur les bornes de l'alternateur, en parallèle avec les connections sur le réseau, un moteur électrique dont le r8le est d'entraîner le volant d'iner- tie. 40 Dans ces conditions, ledit volant étant entraîné 2 électriquement dans le cas de variations brusques de charge du réseau, c'est ce moteur qui, subissant une variation correspon- dante de son alimentation, déterminera une variation de vitesse de rotation correspondante du volant, qui par son inertie permet 5 la stabilité du réglage, mais avec des conditions de fonctionne- ment abaissées de manière considérable par rapport au volant en bout de ligne d'arbre. En d'autres termes, ce moteur joue pendant la période de réglage de la turbine au moment d'une variation de consomma- 10 tion, le rôle de génératrice d'appoint temporaire en cas de surconsommation du réseau et de point de consommation addition- nelle temporaire en cas de sous consommation du réseau. Bien entendu les caractéristiques précises d'un tel moteur et du volant qui lui est associé seront fonction de l'im- 15 portance de l'ensemble de l'installation et du réseau, mais ne s'écarteront pas de celles des moteurs du commerce, de sorte que le procédé de régulation selon l'invention peut être adapté sans aucune difficulté à n'importe quelle installation, déjà existante ou à mettre en place. 20 De même, l'emplacement sur lequel doit être installé selon l'invention le moteur équipé d'un volant n'est pas cri- tique. Selon l'importance et l'encombrement des éléments de production de l'énergie électrique, ce moteur pourra être asso- cié à ces éléments, ou bien être installé séparément, par exem- 25 ple sur la berge de la rivière alimentant la turbine. A titre d'exemple, si l'on considère une installation de ce genre dans laquelle on recueille en moyenne 1800 Kw aux bornes de l'alternateur, on choisit, pour des variations de charges de + 100 %, + 50 %, et + 25 %, des variations de la 30 vitesse de rotation de la turbine de respectivement + 20 %, + 8 %, et + 4 %. Avec une vitesse de rotation nominale de 750 t/min. pour la turbine, l'inertie à vaincre pour accélérer ou freiner la turbine sur la période de 56 secondes considérée est de 19.900 'Xg m (P.D ). 35 Si, selon l'invention, on entraîne le volant au moyen d'un moteur formant à 3000 t/min, cet effort n'est plus que de 2 1300 Kg m . Cette diminution énorme permet d'utiliser un volant beaucoup plus petit pour la même énergie emmagasinée ou restituée au moment d'une variation brusque de charge. 40 L'invention comporte au surplus un avantage additionnel lié aux modalités pratiques de mise en oeuvre. En effet, si l'on se place dans le cas le plus défavorable des incidents pouvant survenir dans les installations classiques, il faut noter que l'emballement d'une turbine, si les organes de manoeuvre des- 5 tinés à en réduire la vitesse ne fonctionnent pas, peut aller jusqu'à 2,8 fois sa vitesse nominale ; cela a évidemment pour conséquence de choisir le diamètre du volant relativement petit pour éviter les tensions mécaniques excessives lors des emballements (ce qui augmente considérablement le poids du volant). Les 10 tensions trop importantes risquent de faire éclater le volant. Si, selon l'invention, la liaison mécanique du volant avec la turbine est remplacée par une liaison électrique comme il vient d'être décrit, il devient possible de couper cette liaison en cas d'emballement, par simple déconnexion du moteur. 15 Le volant ne se trouve donc plus soumis à ce risque, ce qui per- met de prévoir, dans de telles installations des volants encore plus petits, donc encore moins coûteux. 4 6. Installation selon les revendications 4 et 5, caracté- risi en ce que la liaison électrique entre le moteur et la tur- bine est coupée en cas d'emballement accidentel de la turbine. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la régulation de la fréquence du courant électrique fourni à un réseau de distribution autonome par une installation comportant une turbine hydraulique, en vue de limi- ter en grandeur et en temps les variations de fréquence suscep- 5 tibles de se produire pendant une période limitée, de modifica- tion de fonctionnement de la turbine au moment d'une variation de consommation du réseau, du type dans lequel un volant d'iner- tie est connecté à l'installation de manière à emmagasiner ou à restituer respectivement les énergies nécessaires à la stabi- 10 lité du réglage, caractérisé en ce que la connection entre l'ins- tallation et le volant est de nature électrique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volant est entraîné par un moteur électrique branché aux bornes de l'alternateur en parallèle avec le réseau. 15 3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la liaison électrique entre le moteur et la turbine est coupée en cas d'emballement accidentel de la turbine. 4. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications I à 3, en vue de la régula- 20 tion de la fréquence du courant électrique fourni à un réseau de distribution autonome par une installation comportant une tur- bine hydraulique, en vue de limiter en grandeur et en temps les variations de fréquence susceptibles de se produire pendant une période limitée, de modification de fonctionnement de la turbine 25 au moment d'une variation de consommation du réseau, du type dans lequel un volant d'inertie est connecté à l'installation de manière à emmagasiner ou à restituer respectivement les éner- gies nécessaires à la stabilité du réglage, caractérisé en ce que la connection entre l'installation et le volant est de 30 nature électrique. 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le volant est entraîné par un moteur électrique bran- ché aux bornes de l'alternateur en parallèle avec le réseau.