Un dispositivo para controlar una central de turbina de gas, que comprende un módulo regulador (17),

para controlar los actuadores (7, 8) de una unidad de turbo-gas (2) de tal manera que se limiten las cantidades internas (P, T) de la unidad de turbo-gas (2); y medios estimadores (21, 22), conectables a los transductores (3, 3a, 3b) de la unidad de turbo-gas (2) para recibir cantidades medidas (PM, TM) detectables por los transductores (3, 3a, 3b) y configurados para suministrar al módulo regulador (17), en base a las cantidades medidas (PM, TM), cantidades estimadas (PE, TE) indicativas de las cantidades mensurables (PC, TEX), correlacionadas de forma no dinámica con las cantidades internas (P, T) de la unidad de turbo-gas (2)

caracterizado por

un módulo linealizador-desacoplador (20), que coopera con el módulo regulador (17) para regular por separado las cantidades internas (P, T) de la unidad de turbo-gas (2)

Dispositivo y procedimiento para controlar una central de turbina de gas.

Campo técnico de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo y a un procedimiento para controlar una central de turbina de gas.

Como se conoce, los sistemas para la regulación de centrales de turbina de gas están diseñados principalmente para regular la energía eléctrica suministrada, la velocidad de rotación de la turbina, y la temperatura de los gases de escape. La regulación de la energía eléctrica suministrada y de la velocidad de rotación están encomendadas a dos reguladores distintos, que se pueden activar de forma alternativa y nunca actúan simultáneamente. En particular, un primer regulador está diseñado para la regulación de la energía eléctrica suministrada cuando la central está conectada a una red de distribución o en cualquier caso a dispositivos que utilizan energía, mientras que un segundo regulador funciona para regular la velocidad de rotación, cuando la central se desconecta de la red (por ejemplo, al inicio o si no en el caso de un desconexión temporal debido a averías). Un tercer regulador está dedicado a la regulación de la temperatura de los gases de escape.

La regulación tiene el propósito, por un lado, de hacer que la central cumpla con los requisitos necesarios para garantizar el correcto funcionamiento de las redes de distribución de energía eléctrica o los dispositivos que utilizan energía y, por el otro, de evitar que la central tenga que funcionar en condiciones críticas. Por ejemplo, para satisfacer una demanda repentina de carga por la red, el regulador de energía podría reaccionar y llevar a la central a una condición de funcionamiento insegura, capaz de provocar temperaturas excesivamente elevadas en la cámara de combustión de la turbina. En esta situación, el regulador de temperatura detecta un aumento de la temperatura de los gases de escape con respecto a un punto de trabajo fijo, al cual corresponde un aumento de la temperatura en la cámara de combustión, y como consecuencia interviene para evitar que las variaciones excedan los límites de seguridad.

Un límite de los sistemas de regulación conocidos reside en que las tecnologías actuales no hacen posible colocar transductores de temperatura en el interior de la cámara de combustión. Como consecuencia, la regulación de temperatura se realiza midiendo la temperatura de los gases de escape usando termopares. La respuesta de los termopares, sin embargo, es más bien lenta y no hace posible la detección de transitorios de temperatura de corta duración de amplitud especialmente grande (es decir, picos) que se puedan producir en la cámara de combustión. Aunque sea durante intervalos de tiempo muy cortos, en casos de este tipo las condiciones de funcionamiento dentro de la cámara de combustión pueden hacerse críticas y provocar incluso un daño irreparable. A causa de la lenta respuesta de los termopares, además el regulador de temperatura interviene inevitablemente con un retardo considerable incluso cuando las variaciones de temperatura no están completamente enmascaradas. Como consecuencia, la central puede en cualquier caso estar sujeta a condiciones de trabajo críticas durante un cierto periodo, antes de que la acción del regulador logre restablecer las condiciones de seguridad.

El documento US-A-5-857-321 da a conocer un sistema de control de turbina de gas que incluye un controlador, acoplado a actuadores para gobernar el funcionamiento de la turbina de gas, por el cual las cantidades internas de la turbina de gas son limitadas. Un estimador de red neural se acopla a los transductores para recibir cantidades medidas y está capacitado para generar cantidades estimadas indicativas de las cantidades mensurables que están correlacionadas de forma no dinámica con las cantidades internas de la turbina de gas.

Otro ejemplo de un sistema de control para una turbina de gas se da a conocer en el documento EP-A-1-420-153.

El propósito de la presente invención es por tanto proporcionar un dispositivo para controlar una central de turbina de gas que haga posible que se superen las limitaciones descritas anteriormente.

Según la presente invención, se proporciona un dispositivo para controlar una central de turbina de gas, como se define en la reivindicación 1.

La presente invención se describirá ahora con referencia a los dibujos anexos, que ilustran alguna forma de realización no excluyente de la misma, en los que:

- La Figura 1 es un diagrama de bloques simplificado de una central de turbina de gas que incluye un dispositivo de control según una forma de realización de la presente invención; y

- La Figura 2 es un diagrama de bloques más detallado de la central de la Figura 1.

La Figura 1 ilustra una central de turbina de gas 1, en el caso en cuestión una central para la producción de energía eléctrica. La central 1 es conectable de forma selectiva a una red de distribución 100 conocida y comprende una unidad de turbo-gas 2, transductores 3, un dispositivo de control 5, y un primer actuador 7 y segundo actuador 8. La central 1 además comprende un alternador 101, que también es de un tipo conocido, que está conectado mecánicamente a la unidad de turbo-gas 2 y accionado por la misma.

La unidad de turbo-gas 2 es de un tipo convencional y comprende un compresor 10, equipado con una etapa de entrada con geometría variable o etapa IGV (álabe guía de entrada) 11, una cámara de combustión 13, y una turbina de gas 15. En particular la etapa de entrada 11 del compresor 10 está provista de una pluralidad de álabes (no ilustrados), cuya inclinación se puede modificar por medio del primer actuador 7 para regular la tasa de flujo del aire aspirado por el propio compresor 10. La cámara de combustión 13 recibe el combustible por una válvula de suministro, que es de un tipo conocido y no está ilustrada, accionada por el segundo actuador 8.

Los transductores 3 incluyen al menos un transductor de presión 3a, ubicado en la salida del compresor 10, y un transductor de temperatura 3b, dispuesto en el escape de la turbina 15. El transductor de presión 3a suministra al dispositivo de control 5 una presión medida P_M, que indica una presión del compresor P_C en la salida del compresor 10. El transductor de temperatura 3b suministra una temperatura medida T_M que indica una temperatura del escape T_EX de los gases de escape en la salida de la turbina 15. Los transductores de energía 3c suministran una energía medida W_M que indica la energía eléctrica instantánea producida por la central 1.

El dispositivo de control 5 usa la presión medida P_M, la temperatura medida T_M, y la energía medida W_M para generar una primera señal de control U₁ y una segunda señal de control U₂, que son suministradas al primer actuador 7 y al segundo actuador 8, respectivamente, con el fin de controlar el funcionamiento de la central 1. El dispositivo de control 5 se construye de tal manera que satisfaga las solicitudes procedentes de la red de distribución conectada a la central 1, garantizando que las variables de estado de la propia central 1 permanezcan dentro de los límites de seguridad. En particular, las variables de estado involucradas, en las que se basa el dispositivo de control 5, son la presión en la cámara de combustión P y la temperatura en la cámara de combustión T. Para llevar a cabo estas tareas, el dispositivo de control 5 comprende un módulo de control principal 5a, un primer módulo generador de referencias 5b, que suministra un valor de energía de referencia W₀, un segundo módulo generador de referencias 5c, y un módulo de control de desacoplamiento 5d. El módulo de control principal 5a calcula un error de energía en base a la diferencia entre la energía medida W_M y el valor de energía de referencia W₀ y determina una acción de control para minimizar el error de energía. El segundo módulo generador de referencias 5c determina un valor de presión de referencia P₀, y un valor de temperatura de referencia To para accionar la acción de control de acuerdo con las solicitudes del módulo de control principal 5a. Finalmente, el módulo de control de desacoplamiento 5d genera la primera señal de accionamiento U₁ y la segunda señal de accionamiento U₂, como se describe más adelante.

Con referencia a la Figura 2, el módulo de control de desacoplamiento 5d comprende un módulo regulador 17, un módulo linealizador 18,...

1. Un dispositivo para controlar una central de turbina de gas, que comprende un módulo regulador (17), para controlar los actuadores (7, 8) de una unidad de turbo-gas (2) de tal manera que se limiten las cantidades internas (P, T) de la unidad de turbo-gas (2); y medios estimadores (21, 22), conectables a los transductores (3, 3a, 3b) de la unidad de turbo-gas (2) para recibir cantidades medidas (P_M, T_M) detectables por los transductores (3, 3a, 3b) y configurados para suministrar al módulo regulador (17), en base a las cantidades medidas (P_M, T_M), cantidades estimadas (P_E, T_E) indicativas de las cantidades mensurables (P_C, T_EX), correlacionadas de forma no dinámica con las cantidades internas (P, T) de la unidad de turbo-gas (2)

caracterizado por

un módulo linealizador-desacoplador (20), que coopera con el módulo regulador (17) para regular por separado las cantidades internas (P, T) de la unidad de turbo-gas (2).

2. El dispositivo según la reivindicación 1, en el que los medios estimadores (21, 22) comprenden al menos un primer observador lineal (21), conectable a los transductores (3, 3a, 3b) de la unidad de turbo-gas (2) para recibir al menos una primera cantidad medida (P_M) respectiva y configurado para suministrar una primera cantidad estimada (P_B) respectiva al módulo regulador (17).

3. El dispositivo según la reivindicación 2, en el que los medios estimadores (21, 22) comprenden al menos un segundo observador lineal (22), conectable a los transductores (3, 3a, 3b) de la unidad de turbo-gas (2) para recibir al menos una segunda cantidad medida (T_M) respectiva y configurado para suministrar una segunda cantidad estimada (T_E) respectiva al módulo regulador (17).

4. El dispositivo según la reivindicación 3, en el que el primer observador lineal (21) y el segundo observador lineal (22) están configurados para suministrar, respectivamente, una primera estimación de derivada (P_F') de la primera cantidad estimada (P_E) y una segunda estimación de derivada (T_E') de la segunda cantidad estimada (T_E).

5. El dispositivo según la reivindicación 3 o la reivindicación 4, en el que la primera cantidad estimada (P_E) es indicativa de una presión del compresor (P_E), y la segunda cantidad estimada (T_E) es indicativa de una temperatura del escape de la turbina (T_EX).

6. El dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el módulo linealizador-desacoplador (20) está configurado para producir variaciones de una primera cantidad interna (P) de la unidad de turbo-gas (2), sustancialmente sin variar una segunda cantidad interna (T) de la unidad de turbo-gas (2) en respuesta a una primera señal de control (V_F) generada por el módulo regulador (17), y para producir variaciones de una segunda cantidad interna (T) de la unidad de turbo-gas (2), sustancialmente sin variar la primera cantidad interna (P) de la unidad de turbo-gas (2) en respuesta a una segunda señal de control (V_T) generada por el módulo regulador (17).

7. El dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el módulo linealizador-desacoplador (20) está configurado además para ejecutar una linealización por retroalimentación en la unidad de turbo-gas (2).

8. El dispositivo según la reivindicación 7, que comprende un módulo linealizador (18), configurado para ejecutar una linealización por retroalimentación adicional en la unidad de turbo-gas (2).

9. Una central de turbina de gas que comprende una unidad de turbo-gas (2), transductores (3, 3a, 3b) acoplados a la unidad de turbo-gas (2) para detectar cantidades medidas (P_M, T_M), y un dispositivo de control (5) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.