Sistema y método de control de la rampa de potencia para grupos hidráulicos.

Sistema y método de control de la rampa de potencia para grupos hidráulicos.

Cuando se aumenta la potencia de una turbina hidráulica aparece una onda de presión negativa que se desplaza desde la turbina hasta el embalse superior. El valor de esta onda es tanto mayor cuanto mayor es la rampa de potencia. La cavitación se puede alcanzar si debido a esta onda de presión en algún punto de la tubería se alcanzaran presiones demasiado bajas

, tales que el agua cambiara a estado gaseoso, produciéndose daños graves en la tubería o en la turbina.

La presente invención tiene por objeto el ajustar la rampa de potencia en grupos hidráulicos en función de la altura del embalse superior, de forma que se obtenga la mejor respuesta del grupo en cada situación sin tener problemas de cavitación en el sistema hidráulico.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201430850.

Solicitante: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: PLATERO GAONA,CARLOS ANTONIO, SANCHEZ FERNANDEZ,JOSE ANGEL, REBOLLO LÓPEZ,Emilio, BLÁNQUEZ DELGADO,Francisco, SARASÚA MORENO,José Ignacio.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS (máquinas o motores... > Control (control en general G05) > F03B15/14 (según el nivel)
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Sistema y método de control de la rampa de potencia para grupos hidráulicos.

Descripción:

Sistema y metodo de control de la rampa de potencia para grupos hidrïulicos

OBJETO DE LA INVENCIïN

La presente invenciïn es de aplicaciïn para el control de la rampa de potencia de grupos hidrïulicos, especialmente en redes dïbiles donde la respuesta de los grupos es crïtica para mantener la continuidad de suministro y por tanto una buena calidad del servicio.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIïN.

La rampa de potencia en grupos hidrïulicos estï limitada por el circuito hidrïulico, para evitar, entre otros, problemas de cavitaciïn. Cuando se aumenta la potencia de una turbina hidrïulica aparece una onda de presiïn negativa que se desplaza desde la turbina hasta el embalse superior. El mïdulo del valor de esta onda es tanto mayor cuanto mayor es la rampa de potencia. La cavitaciïn se puede alcanzar si debido a esta onda de presiïn en algïn punto de la tuberïa se alcanzaran presiones muy bajas, tales que el agua cambie a estado gaseoso, produciïndose daïos en la tuberïa o en la turbina.

Este problema se tendrïa en un punto del circuito hidrïulico, que normalmente coincide con el punto mïs elevado de la tuberïa, aunque depende del trazado de la tuberïa.

Sin embargo en este fenïmeno tiene importancia, ademïs del trazado y la longitud de la tuberïa, el nivel del embalse superior. La rampa de potencia, que equivale a la rampa de caudal se limita para la condiciïn mïs desfavorable, es decir mïnimo nivel en el embalse superior.

En un sistema elïctrico si la demanda de energïa es mayor que la generaciïn, la frecuencia del sistema y por lo tanto la velocidad de los generadores conectados al mismo descienden.

Antes de un descenso inadmisible de la frecuencia en el sistema y para evitar el colapso del mismo, la prïctica habitual es utilizar relïs de deslastre de carga, basados en la medida de la frecuencia, para provocar desconexiones de algunos consumidores, de forma que nuevamente la potencia generada sea igual a la demandada y la frecuencia retorne a su valor asignado. De esta forma la calidad del servicio elïctrico estï dentro de los mïrgenes de frecuencia establecidos, aunque parte del sistema elïctrico quede fuera de servicio.

Sobre todo en redes dïbiles con un nïmero bajo de generadores el tiempo de respuesta de los grupos es crïtico en el caso de pïrdida de generaciïn.

La presente invenciïn tiene por objeto el ajustar la rampa de incremento de potencia en grupos hidrïulicos en funciïn de la altura del embalse superior, de forma que se obtenga la mejor respuesta del grupo en cada situaciïn.

La solicitud P200801499 describe un sistema y mïtodo de control y regulaciïn de velocidad para grupos hidrïulicos tipo Pelton, de forma que estos grupos son capaces de suministrar energïa a la red en un tiempo muy reducido, ya que se encuentran acoplados a la red y sïlo tienen que incrementar el caudal para dar potencia. Sin embargo en esta patente el tiempo de respuesta viene limitado por la velocidad de apertura del inyector o inyectores de la turbina y es fijo.

DESCRIPCION DE LA INVENCIïN

La presente invenciïn permite optimizar el funcionamiento de grupos hidrïulicos desde el punto de vista de la velocidad de respuesta ante la necesidad de inyectar potencia en la red elïctrica.

El sistema y mïtodo que se propone permite el control de la rampa de potencia de grupos hidrïulicos en funciïn de la altura del embalse superior. De esta forma los grupos hidrïulicos podrïn entregar potencia a la red de la forma mïs rïpida posible en caso de ser requerido, sin problemas de cavitaciïn.

En una central hidroelïctrica existen al menos los siguientes elementos: embalse superior (1) tuberïa forzada (2) turbina (3) distribuidor o inyector (4) eje (5) generador elïctrico (6) medida de la velocidad (7) regulador de velocidad (8)

El sistema propuesto consta de un equipo de medida del nivel (9) en el embalse superior (1) y un controlador de la velocidad de apertura (10) del distribuidor o de los inyectores (4) de la turbina (3) .

El controlador (10) en funciïn de la medida de nivel (9) del embalse superior (1) modifica el tiempo de apertura del distribuidor o de los inyectores (4) de la turbina (3) . De esta forma se puede tener la mïxima rampa de potencia elïctrica proveniente del generador elïctrico (6) evitando el problema de la cavitaciïn en el sistema hidrïulico.

BREVE DESCRIPCIïN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripciïn que se estï realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensiïn de las caracterïsticas de la invenciïn, de acuerdo con un ejemplo preferente de realizaciïn prïctica de la misma, se acompaïa como parte integrante de dicha descripciïn, un juego de dibujos en donde con carïcter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1. Muestra una posible configuraciïn del sistema de control de la rampa de potencia elïctrica, donde: embalse superior (1) tuberïa forzada (2) turbina (3) distribuidor o inyector (4) eje (5) generador elïctrico (6) medida de la velocidad (7) regulador de velocidad (8) medida de nivel del embalse superior (9) controlador de la velocidad mïxima de apertura (10) del distribuidor o inyector (4) de la turbina (3)

REALIZACIïN PREFERENTE DE LA INVENCIïN

A continuaciïn se describe un modo de realizaciïn preferente del objeto de la invenciïn.

La figura 1 muestra una posible configuraciïn del sistema de control de rampa de potencia para grupos hidrïulicos.

En esta figura se muestran los elementos de un central hidrïulica embalse superior (1) , tuberïa forzada (2) , turbina (3) , distribuidor o inyector (4) , eje (5) , generador elïctrico (6) , medida de la velocidad (7) y regulador de velocidad (8) .

En una central convencional el regulador de velocidad (8) modifica la apertura del distribuidor o inyector (4) , en funciïn de la medida de la velocidad (7) o de algïn otro parïmetro como puede ser la potencia activa del generador (6) .

La velocidad mïxima con la que el distribuidor o inyector (4) abre es fija y estï ajustada para evitar problemas de cavitaciïn.

En la figura 1 ademïs de los citados elementos se muestra un equipo de medida del nivel (9) en el embalse superior (1) y un controlador de la velocidad de apertura (10) del distribuidor (4) .

El controlador (10) en funciïn de la medida del nivel del embalse superior modificarï el tiempo mïnimo de apertura del distribuidor (4)

La modificaciïn de la velocidad de apertura se realizarï en funciïn de cïlculos de los transitorios de presiïn o mediante ensayos con diferentes tiempos de apertura y diferentes niveles del embalse superior.


 


Reivindicaciones:

1. Sistema de control de la rampa de potencia para grupos hidrïulicos caracterizado porque en el mismo participan:

- un sensor de velocidad (7) que facilita la seïal correspondiente a la velocidad de la turbina hidrïulica (3) ,

- un regulador de velocidad (8) que proporciona la seïal de apertura del distribuidor o del inyector (4) ,

-un sensor de nivel (9) del embalse superior (1) que facilita la seïal correspondiente al nivel del embalse,

-un controlador (10) de la velocidad mïxima de apertura del distribuidor o del inyector (4) , en funciïn de la seïal de nivel del embalse superior.

2. Sistema de control de la rampa de potencia para grupos hidrïulicos de acuerdo con la reivindicaciïn 1 caracterizado porque la rampa de potencia se realiza mediante una lïgica a partir de la seïal de nivel (9) del embalse superior (1) y de cïlculos previos de los transitorios hidrïulicos en la tuberïa forzada (2) .

3. Sistema de control de la rampa de potencia para grupos hidrïulicos de acuerdo con la reivindicaciïn 1 caracterizado porque la rampa de potencia se realiza mediante una lïgica a partir de la seïal de nivel (9) del embalse superior (1) y de ensayos previos de los transitorios hidrïulicos en la tuberïa forzada (2) .

4. Mïtodo de control de la rampa mïxima de potencia para grupos hidrïulicos caracterizado porque comprende las fases de:

- medida de nivel (9) del embalse superior (1) ,

- cïlculo de la velocidad mïxima de apertura del distribuidor o del inyector (4) , en funciïn de la medida de nivel del embalse superior y cïlculos previos de transitorios hidrïulicos en la tuberïa forzada (2) .

5. Mïtodo de control de la rampa mïxima de potencia para grupos hidrïulicos caracterizado porque comprende las fases de:

- medida de nivel (9) del embalse superior (1) ,

- cïlculo de la velocidad de apertura del distribuidor o del inyector (4) , en funciïn de la medida de nivel del embalse superior y ensayos previos de transitorios hidrïulicos en la tuberïa forzada (2) .

OFICINA ESPAïOLA DE PATENTES Y MARCAS

N.ï solicitud: 201430850

ESPAïA

Fecha de presentaciïn de la solicitud: 03.06.2014

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : F03B15/14 (2006.01)

DOCUMENTOS RELEVANTES

Categorïa 56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas

A US 4806781 A (HOCHSTETTER WERNER) 21.02.1989, todo el documento. 1-5

A ES 8705577 A1 (NEYRPIC) 16.07.1987, todo el documento. 1-5

A WO 2013123483 A1 (HYDROVOLTS INC) 22.08.2013, resumen; pïrrafo [38]; figuras. 1-5

A DE 102012100695 A1 (METALLTECHNIK GOETZ LAMM & CO OHG et al.) 01.08.2013, Resumen de la base de datos WPI. Recuperado de EPOQUE; figuras. 1-5

A WO 2013079576 A1 (ELECTRICITE DE FRANCE) 06.06.2013, todo el documento. 1-5

A JP S61200381 A (FUJI ELECTRIC CO LTD) 04.09.1986, Resumen de la base de datos WPI. Recuperado de EPOQUE; figuras. 1-5

Categorïa de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categorïa A: refleja el estado de la tïcnica O: referido a divulgaciïn no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentaciïn de la solicitud E: documento anterior, pero publicado despuïs de la fecha de presentaciïn de la solicitud

El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nï:

Fecha de realizaciïn del informe 20.06.2014 Examinador E. Garcïa Lozano Pïgina 1/4

INFORME DEL ESTADO DE LA TïCNICA

Nï de solicitud: 201430850

Documentaciïn mïnima buscada (sistema de clasificaciïn seguido de los sïmbolos de clasificaciïn) F03B Bases de datos electrïnicas consultadas durante la bïsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, tïrminos de bïsqueda utilizados) INVENES, EPODOC

Informe del Estado de la Tïcnica Pïgina 2/4

OPINIïN ESCRITA

Nï de solicitud: 201430850

Fecha de Realizaciïn de la Opiniïn Escrita: 20.06.2014

Declaraciïn

Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986) Reivindicaciones Reivindicaciones 1-5 SI NO

Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) Reivindicaciones Reivindicaciones 1-5 SI NO

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicaciïn industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y tïcnico de la solicitud (Artïculo 31.2 Ley 11/1986) .

Base de la Opiniïn.

La presente opiniïn se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

Informe del Estado de la Tïcnica Pïgina 3/4

OPINIïN ESCRITA

Nï de solicitud: 201430850

1. Documentos considerados.

A continuaciïn se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la tïcnica tomados en consideraciïn para la realizaciïn de esta opiniïn.

Documento Nïmero Publicaciïn o Identificaciïn Fecha Publicaciïn

D01 US 4806781 A (HOCHSTETTER WERNER) 21.02.1989

D02 ES 8705577 A1 (NEYRPIC) 16.07.1987

D03 WO 2013123483 A1 (HYDROVOLTS INC) 22.08.2013

D04 DE 102012100695 A1 (METALLTECHNIK GOETZ LAMM & CO OHG et al.) 01.08.2013

D05 WO 2013079576 A1 (ELECTRICITE DE FRANCE) 06.06.2013

D06 JP S61200381 A (FUJI ELECTRIC CO LTD) 04.09.1986

2. Declaraciïn motivada segïn los artïculos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecuciïn de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaraciïn La presente solicitud se refiere a un sistema de control de la rampa de potencia para grupos hidrïulicos, asï como al mïtodo de control de la rampa mïxima de potencia para grupos hidrïulicos. El sistema de control incluye los siguientes elementos (Reiv.1) : -un sensor de velocidad (7) de la turbina hidrïulica (3) , -un regulador de velocidad (8) que proporciona la seïal de apertura del distribuidor o del inyector (4) , -un sensor de nivel (9) del embalse superior (1) -un controlador (10) de la velocidad mïxima de apertura del distribuidor o del inyector (4) , en funciïn de la seïal de nivel del embalse superior. La rampa de potencia se puede realizar mediante una lïgica a partir de la seïal de nivel (9) del embalse superior (1) y de cïlculos previos de los transitorios hidrïulicos en la tuberïa (Reiv.2) o bien mediante una lïgica a partir de la seïal de nivel

(9) y ensayos previos de los transitorios hidrïulicos en la tuberïa (Reiv.3) . Por su parte, el mïtodo de control de la rampa mïxima de potencia comprende las fases de (Reiv.4) : -medida de nivel (9) del embalse superior (1) , -cïlculo de la velocidad mïxima de apertura del distribuidor o del inyector (4) , en funciïn de la medida de nivel del embalse superior y cïlculos previos de transitorios hidrïulicos en la tuberïa (2) . O alternativamente (Reiv.5) : -medida de nivel (9) del embalse superior (1) , -cïlculo de la velocidad mïxima de apertura del distribuidor o del inyector (4) , en funciïn de la medida de nivel del embalse superior y cïlculos previos de transitorios hidrïulicos en la tuberïa (2) . El documento D01 divulga un sistema de optimizaciïn de la eficiencia de un grupo turbina generador. Este sistema se basa en establecer la velocidad de la turbina a partir de la altura de agua, y una serie de parïmetros operacionales que dependen de la turbina, como la apertura de los inyectores (ver resumen) . El valor de velocidad se obtiene por simulaciïn, pero se trata de un valor de posiciïn de los inyectores, no un valor de velocidad de posicionamiento de los mismos (rampa) . El documento D02 divulga un procedimiento de regulaciïn de la potencia de turbinas hidrïulicas. Este procedimiento toma como datos de partida el nivel de agua y la potencia del grupo. Mediante ensayos se determina la relaciïn entre el nivel de agua y el caudal, y se regula la posiciïn de apertura de las compuertas para mantener determinada frecuencia. De nuevo, se trata de una regulaciïn puntual de la potencia de la turbina. Los anteriores documentos ïnicamente reflejan el estado de la tïcnica, y no se han encontrado documentos o combinaciones relevantes entre ellos que muestren una regulaciïn dinïmica de la apertura de los inyectores a partir de la seïal de nivel del embalse superior. Por lo tanto, se considera que la invenciïn es nueva y que implica actividad inventiva de acuerdo a los artïculos 6 y 8 de la Ley de Patentes.

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