Brevet FR2675211A1 — publié le 19921016

On sait que compte tenu des variations des consommations d'énergie journalières, hebdomadaires, voire annuelles, il est nécessaire de produire de l'électricité avec une grande souplesse de fonctionnement. C'est dans ces conditions que l'on a de plus en plus tendance à constituer des centrales hydro-électriques constituées de bassins de stockage d'eau de grand volume situés en altitude et à disposer en plaine desma- chines susceptibles d'inverser rapidement les cycles de stockage ou de restitution. A cet effet, on utilise comme machines hydroélectriques des pompes turbines réversibles pouvant fonctionner soit en turbine pour produire du courant électrique, soit en pompe pour renvoyer L'eau dans le bassin de stockage situé en altitude. Il se trouve que malheureusement, une bonne pompe ne constitue pas toujours une turbine parfaite, du fait que la vitesse de rotation réduite rapportée à la hauteur de refoulement et/ou de chute doit etre importante pour obtenir une pompe performante et stable, alors qu'elle doit etre plus faible pour obtenir une turbine à statisme naturel élevé. On a illustré en fig. 1 une courbe illustrant, à ouverture constante du vannage, la caractéristique couple-vitesse d'une turbine-pompe travaillant en turbine. Autrement dit on a porté en abscisse la vitesse de rotation réduite et en ordonnée le couple. On constate en pratique que la distorsion de la caractéristique illustrée en fig. 1 est généralement établie pour des faibles ouvertures du vannage, c'est-à-dire pour un débit peu important d'eau traversant la roue de la turbine, pour une faible hauteur de chute et pour des vitesses voisines de la vitesse nominale. Le régulateur classique de vitesse de la machine agissant sur l'ouverture du vannage constitué par des directrices périphériques ne permet pas de contre-carrer ce type d'instabilité. Pour supprimer l'inconvénient précité, on a trouvé une solution suivant laquelle l'on utilise un artifice consistant à pré-ouvrir deux directrices diamétralement opposées, ce qui permet l'obtention d'une caractéristique "couple-vitesse" descendante et monotone. Toutefois cette solution présente des inconvénients très importants. Elle engendre principalement un bruit très important et un niveau vibratoire très élevé en marche à vide et à faible puissance de la turbine. En outre, cette solution est chère à mettre en oeuvre. Les perfectionnements qui font l'objet de la présente invention visent à remédier à ces inconvénients et à permettre la réalisation d'un dispositif permettant d'obtenir une vitesse de rotation stable de la machine hydraulique fonctionnant en turbine par une action sur l'ensemble des directrices. A cet effet, le dispositif de réglage de la vitesse de rotation d'une machine hydraulique réversible telle qu'une turbine-pompe fonctionnant en turbine est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de combiner à l'ordre de positionnement usuel du vannage, un ordre secondaire de positionnement de ce dernier fonction de la variation de la pression prise au niveau de la roue de la machine, ledit ordre secondaire provoquant une augmentation ou une diminution de Ladite ouverture directement proportionnelle à L'augmentation ou à la diminution de la pression. Autrement dit si la pression augmente, l'on ouvre le vannage et si elle diminue, on le ferme. L'ordre secondaire peut être fonction soit de la pression régnant dans la bâche de la machine, soit de la pression différentielle entre celles régnant respectivement à l'entrée et à la sortie de la roue de cette machine. Les moyens d'engendrer L'ordre secondaire comprennent entre autres un dérivateur de façon que si la pression ci-dessus est constante, la dérivée soit nulle de manière que l'ordre secondaire soit lui-même nul. Ainsi, dans ces conditions, seul le régulateur de vitesse usuel de la turbine commande le vannage. La fig. 2 du dessin annexé illustre un diagramme par blocs du circuit électronique permettant la création d'un signal secondaire qui s'ajoute au signal provenant du régulateur usuel de vitesse d'une turbine. Dans cette fig. 2, la référence 1 est relative à un régulateur de vitesse usuel de turbine hydraulique qui fournit un signal de sortie So destiné à déterminer la consigne Cv d'ouverture du vannage de la turbine. On note que le signal So arrive dans un sommateur 2 auquel parvient aussi un signal secondaire S produit par le circuit électronique référencé 3. Ce circuit comporte tout d'abord un capteur de pression 4 sensible soit à la pression régnant dans la bache de la roue de la machine, soit à la pression différentielle aux bornes de ladite roue, c'est-à-dire entre la pression régnant dans la bache et celle mesurée à l'entrée de la roue. le capteur de pression 4 émet un signal 4a qui est transmis à un filtre passe-bas 5 duquel sort un signal filtré 5a entrant dans un dérivateur filtré 6 qui remplit une fonction de transfert de la forme 1 + T.p formule dans laquelle p est l'opérateur de Laplace. Le signal émis par le dérivateur 6, et qu'on a référencé 6a, reçoit un gain G dans un dispositif référencé 7 qui émet un signal 7a. Le signal 7a est écrêté dans un écrêter 8 qui limite l'amplitude dudit signal ondulé 7a à deux limites L et l. L'écrêteur 8 émet le signal S qui est l'ordre secondaire précité. Dans le conducteur reliant l'écrêteur 8 au sommateur 2 est inséré un interrupteur 9 commandé par une logique 10 permettant d'activer ou d'inhiber le circuit 3 en fonction d'une part de la chute brute Cb, c'est-à-dire de la différence entre le niveau amont et aval et d'autre part de l'ouverture V du vannage. Si les conditions de fonctionnement sont satisfaisantes, la logique 10 ouvre l'interrupteur 9 en inhibant le circuit électronique 3, tandis qu'au contraire si les conditions d'exploitation ne sont pas satisfaisantes, l'interrupteur 9 est fermé par la logique 10 et le signal S est appliqué au sommateur 2 qui l'ajoute à l'ordre So. De toute façon, le circuit 3 ne peut être mis en service que si la chute brute Cb est inférieure à un certain seuil et L'ouverture du vannage inférieure à un seuil prédéterminé. La mise hors service du circuit 3 s'effectue quand l'ouverture du vannage V est supérieure au seuil prédéterminé ci-dessus. Comme indiqué plus haut, le dérivateur 6 produisant la dérivée du signal d'entrée 5a, si celui-ci est constant du fait que la pression relevée par le capteur 4 est également constante, aucun signal S n'est produit par le circuit 3. On a ainsi réalisé de manière simple et automatique la stabilisation d'une machine hydraulique réversible du type turbine-pompe pendant son fonctionnement en turbine. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de L'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. REVENDICATIONS 1. Dispositif de réglage de la vitesse de rotation d'une machine hydraulique réversible telle qu'une turbine-pompe, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (3) de combiner à l'ordre (So) de positionnement du vannage de la machine obtenu par un régulateur usuel de vitesse (1), un ordre secondaire (S) de positionnement de ce vannage fonction de la variation de la pression au niveau de la machine, ledit ordre secondaire (S) provoquant une augmentation ou une diminution de ladite ouverture directement proportionnelle à L'augmentation et à la diminution de la pression. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérise en ce que l'ordre secondaire est fonction de la pression régnant dans la bâche de la roue de la machine. 3. Dispositif suivant La revendication 1, caractérisé en ce que l'ordre secondaire (S) est fonction de la pression différentielle entre celles régnant respectivement à l'entrée et à la sortie de la roue de la machine. 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (3) d'engendrer l'ordre secondaire (S) sont constitués par un circuit électronique comportant un capteur de pression (4) ; un filtre passe-bas (5) ; un dérivateur filtré (6) de fonction de transfert de la forme ~ T p~~~ fournissant un 1 + T.p signal de sortie (6a) ; un dispositif (7) appliquant un gain G au signal (6a) ; un écrêteur (8) limitant l'amplitude du signal (7a) émis par le dispositif (7) ; et un sommateur (2) recevant d'une part ledit ordre secondaire (S) et d'autre part l'ordre (So) fourni par le régulateur usuel de vitesse (1). 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une logique (10) activant ou inhibant le circuit électronique (3) en fonction des conditions d'exploitation. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la logique (10) réagit en fonction de la valeur de la chute brute (Cb) et de l'importance de l'ouverture du vannage (V).