Brevet FR2718581A1 — publié le 19951013

ENSEMBLE EXCITATION-REGULATION-DEMARRAGE D'UNE MACHINE SYNCHRONE ENTRAINEE PAR UNE TURBINE A GAZ La présente invention concerne les ensemble de production d'énergie électrique constituéS par une turbine entraînant un générateur qui alimente, par l'intermédiaire d'un transformateur, un réseau à haute tension. On sait qu'un ensemble comprenant une turbine à gaz et un générateur nécessite un dispositif de démarrage, permettant notamment de comprimer l'air de la turbine à gaz avant injection de combustible et allumage. Dans un mode particulier de mise en oeuvre, le démarrage est assuré par un moteur électrique ou Diesel. En variante, il est possible d'utiliser, pour le démarrage de l'ensemble, un convertisseur statique de démarrage empruntant de l'énergie au réseau pur faire tourner le générateur en moteur On note également que dans un ensemble comprenant une turbine entraînant un générateur dont la sortie est reliée au transformateur, il est nécessaire de prévoir un circuit de régulation qui agit sur l'inducteur du générateur pour réguler la tension de sortie. L'ensemble turbine-générateur comprend donc nécéssairement: - un circuit d'excitation alimenté à partir d'un pont de thyristors alimenté lui-même soit à partir du réseau à travers un transformateur de soutirage, soit par un groupe électrogène, - un circuit de régulation du générateur agissant sur l'inducteur du générateur, - un système de démarrage. On verra que l'invention montre son intérêt maximal lorsque le système de démarrage est un convertisseur statique de fréquence alimentant l'alternateur à fréquence variable. Le but de la présente invention est de définir un ensemble excitation-régulation-démarrage d 'une machine synchrone entraînée par une turbine à gaz de coût moindre (de 25 à 30%) et occupant en outre un volume plus réduit que les ensembles réalisés selon la technique actuelle. La présente invention a pour objet un ensemble excitation-régulation-démarrage d'une machine synchrone comprenant un inducteur entraînée par une turbine à gaz pour la production d'énergie électrique dans un réseau à travers un transformateur, caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur statique de fréquence qui réalise les fonctions de démarrage de l'ensemble et, en régime de marche, les fonctions d'excitation du générateur et de régulation en fonction de la charge. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description ci-après en référence au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est un schéma d'un ensemble de production d'énergie électrique comprenant une turbine à gaz et un générateur, selon l'état de la technique, - la figure 2 est un schéma d'un ensemble de production d'énergie électrique comprenant une turbine à gaz et un générateur, selon un mode préféré de réalisation de l'invention. La figure 1 concerne un ensemble de production d'énergie électrique selon l'art connu. L'exemple choisi est celui d'un ensemble comprenant une turbine à gaz et un générateur. Dans la figure 1, la référence 1 désigne une turbine à gaz comprenant une partie compresseur 1A et une partie turbine 1B. Cette turbine à gaz entraîne un générateur 2 qui alimente un réseau électrique 3 par l'intermédiaire d'un transformateur 4; des disjoncteurs 7 et 8 sont placés de part et d'autre du transformateur. Comme on l'a dit plus haut, la turbine à gaz ne peut démarrer seule; pour permettre ce démarrage, il est prévu de pouvoir alimenter 1' inducteur 2A du générateur 2 par un circuit auxiliaire comprenant une source pouvant être le réseau électrique, après abaissement de tension par un transformateur 10, et un pont de thyristors 11. En l'absence de réseau, on peut utiliser un groupe électrogène alimentant un pont auxiliaire de thyristors 14 à travers un transformateur 15. Un contacteur 16 permet de connecter le l'alimentation par groupe électrogène. Un interrupteur 17 permet de mettre hors service l'alimentation de l'inducteur 2A. Le démarrage adopté est fondé sur l'utilisation d'un circuit de conversion statique 6 (en abrégé CSF), comprenant deux ponts de Graetz 6A et 6B reliés par une inductance 6C. Ce pont reçoit pour son pilotage des informations de tension et de courant respectivement fournis par des transformateurs de mesure 37 et 38. Le CSF est connecté entre l'alternateur 2 et le réseau 3 à travers un transformateur 4 et deux interrupteurs 11A et llB. Un interrupteur 11C est placé sur la branche 9 encadrant les interrupteurs 11A et 11B. A vitesse et tension nominales, le contacteur 8 peut être fermé et le générateur débite dans le réseau. Un circuit de régulation 22 reçoit des informations de mesure de l'intensité et de la tension délivrés par le générateur 2, à l'aide des transformateurs de mesure 24 et 25 respectivement. L'invention, dont le schéma de principe est représenté dans la figure 2, permet de simplifier l'ensemble de production d'énergie, et d'obtenir une économie sur l'ensemble des circuits de l'ordre de 25 à 30% et un gain de volume des armoires électroniques de l'ordre de 30 à 40 %. On voit que dans le schéma de la figure 2, l'ensemble ne comporte plus le circuit auxiliaire 10, 11, ni le circuit de régulation 22, ni les transformateurs de mesure 24 et 25. Les éléments communs à la figure 1 et à la figure 2 ont reçu les mêmes numéros de référence. Pour la phase initiale de démarrage, l'excitation provient d'un soutirage du réseau basse tension 28 par un circuit comprenant un transformateur éventuel 29, un pont auxiliaire redresseur 30 et un contactteur 31. En cas de défaillance ou d'absence de ce réseau basse tension, on peut utiliser un groupe électrogène. A partir d'une certaine vitesse, par exemple 15% de la vitesse nominale, le courant nécessaire à l'excitation est soutiré au réseau haute tension à travers le disjoncteur lîB fermé, le transformateur 18 et le pont 6B du circuit convertisseur 6. En phase d'exploitation, le disjoncteur teur lîC est fermé, l'interrupteur 11A est ouvert et le circuit convertisseur statique de fréquence sert à assurer à la fois l'alimentation de l'enroulement inducteur 2A du générateur 2, mais aussi à assurer la régulation de l'alternateur en fonction de la charge. L'ensemble selon l'invention qui vient d'être décrit permet de réaliser des économies appréciables sur le prix des circuits électriques et électroniques de fonctionnement (de l'ordre de 25 à 30%) ainsi que sur le volume des armoires utilisées (de l'ordre de 30 à 40%). REVENDICATION Ensemble excitation-régulation-démarrage d'une machine synchrone (2) comprenant un inducteur (2A) entraînée par une turbine à gaz (1) pour la production d'énergie électrique dans un réseau (3) à travers un transformateur (4), caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur statique de fréquence (6) qui réalise les fonctions de démarrage de l'ensemble et, en régime de marche, les fonctions d'excitation du générateur et de régulation en fonction de la charge.