BR112019005236B1 - Sistema de geração de potência hidroelétrica - Google Patents
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Abstract
A presente invenção se refere a uma unidade de aquisição de informações sobre potência elétrica (32) para adquirir informações sobre suprimento e demanda de potência, incluindo a potência elétrica aceitável para um sistema de potência elétrica (5) ou informações correlacionadas à potência elétrica. Uma unidade de aquisição de informações sobre fluido (17, 18) é fornecida para adquirir informações sobre fluido, incluindo informações correlacionadas à quantidade física de um fluido que flui para fora de um canal (1). Um controlador (20, 30) é fornecido para controlar pelo menos um dentre a quantidade física, o canal (1) ou potência elétrica gerada ou potência elétrica a ser gerada por um gerador (G) utilizando-se as informações sobre fluido de modo que a quantidade física se torne igual a um valor desejado, ao mesmo tempo em que controla-se a potência elétrica a ser suprida ao sistema de potência elétrica (5) para a potência elétrica aceitável para o sistema de potência elétrica (5) ou menos, utilizando-se as informações sobre suprimento e demanda de potência.
Description
[001] A presente invenção refere-se a um sistema de potência hidroelétrica.
[002] Há um sistema de geração de potência hidroelétrica que gera potência por um fluido (por exemplo, água) que flui através de um canal de água (por exemplo, um conduto). Por exemplo, um sistema de geração de potência hidroelétrica revelado no Documento de Patente 1 inclui uma turbina de água (máquina de fluido) conectada a um conduto. Quando a turbina de água é girada pelo fluido, um gerador conectado à turbina de água é acionado. A potência de saída do gerador é suprida a um sistema de potência elétrica (por exemplo, uma fonte de alimentação comercial) por, por exemplo, um fluxo de potência reversa.
[003] Documento de Patente 1: Publicação de Patente Não examinada n° JP 2014-214710
[004] No caso de fluxo de potência reversa de potência elétrica gerada, pode-se exigir que a tensão do suprimento de potência comercial seja mantida dentro de uma faixa predeterminada por lei ou similares. Nesse caso, é necessário controlar a potência elétrica a fluir de modo reverso de modo que a tensão da fonte de alimentação comercial não exceda a faixa.
[005] No entanto, alguns dos sistemas de geração de potência hidroelétrica são configurados de modo que um fluido (por exemplo, água) deva fluir de modo contínuo (por exemplo, o caso de um sistema de geração de potência hidroelétrica instalado em um cano de um sistema de distribuição de água), e surge um problema quando a turbina de água é simplesmente interrompida.
[006] Em vista dos problemas acima expostos, é um objetivo da presente invenção fornecer uma técnica para controlar potência elétrica ao mesmo tempo em que é mantida uma quantidade física de fluido (por exemplo, uma taxa de fluxo total) a um valor desejado.
[007] Para alcançar o objetivo, um primeiro aspecto da presente invenção se refere a um sistema de geração de potência hidroelétrica. O sistema de geração de potência hidroelétrica inclui: uma máquina de fluido (W) disposta em um canal (1) através do qual um fluido flui; um gerador (G) acionado pela máquina de fluido (W); um controlador (20, 30) configurado para controlar pelo menos uma dentre uma potência elétrica gerada ou potência elétrica a ser gerada pelo gerador (G) e suprir potência elétrica gerada pelo gerador (G) a um sistema de potência elétrica (5); uma unidade de aquisição de informações sobre potência elétrica (32) configurada para adquirir informações sobre suprimento e demanda de potência, incluindo potência elétrica aceitável para o sistema de potência elétrica (5) ou informações correlacionadas à potência elétrica; e uma unidade de aquisição de informações sobre fluido (17, 18) configurada para adquirir informações sobre fluido, incluindo informações correlacionadas a uma quantidade física do fluido que flui para fora do canal (1), em que o controlador (20, 30) controla pelo menos um dentre a quantidade física, o canal (1), ou a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada pelo gerador (G) utilizando-se as informações sobre fluido de modo que a quantidade física se torne igual a um valor desejado, enquanto controla-se a potência elétrica a ser suprida ao sistema de potência elétrica (5) para a potência elétrica aceitável para o sistema de potência elétrica (5) ou menos utilizando-se as informações sobre suprimento e demanda de potência.
[008] Com essa configuração, o sistema de geração de potência hidroelétrica é controlado enquanto a potência elétrica do gerador (G) e a quantidade física de fluido são ambas levadas em consideração.
[009] Um segundo aspecto é uma modalidade do primeiro aspecto. No segundo aspecto, o canal (1) é dotado de um canal de contorno (13) que contorna a máquina de fluido (W), a quantidade física inclui a taxa de fluxo total (QT) do fluido no canal (1), e o controlador (20, 30) controla a taxa de fluxo (Q2) do fluido no canal de contorno (13) de modo a fazer com que a taxa de fluxo total (QT) se aproxime de uma taxa de fluxo total-alvo predeterminada (QT*).
[010] Com essa configuração, a taxa de fluxo total (QT) é controlada para a taxa de fluxo total-alvo (QT*) através do controle da taxa de fluxo do canal de contorno (13) e do controle de pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada.
[011] Um terceiro aspecto é uma modalidade do primeiro ou do segundo aspectos. No terceiro aspecto, o controlador (20, 30) estima uma taxa de fluxo (Q1) e uma cabeça eficaz (H) na máquina de fluido (W) com base em uma característica desejada que está relacionada ao gerador (G) e correlacionada à taxa de fluxo (Q1) e à cabeça eficaz (H) na máquina de fluido (W), e estima a taxa de fluxo total (QT) com base em uma linha característica de resistência ao fluxo (S) que representa uma relação entre a cabeça eficaz (H) e a taxa de fluxo total (QT) no canal (1), cuja taxa de fluxo (Q1) foi estimada, e a cabeça eficaz (H) que foi estimada.
[012] Essa configuração, em que a taxa de fluxo é estimada com base na linha característica de resistência ao fluxo (S), permite o controle sem usar nenhum fluxímetro.
[013] Um quarto aspecto é uma modalidade de qualquer um do primeiro ao terceiro aspectos. No quarto aspecto, o canal (1) é um cano, e é dotado de uma válvula de controle de taxa de fluxo (15) conectada em série à máquina de fluido (W) e que controla uma taxa de fluxo do fluido que flui para a máquina de fluido (W), um valor da quantidade física inclui uma pressão (P2) do fluido que flui para fora do canal (1), e o controlador (20, 30) controla um grau de abertura da válvula de controle de taxa de fluxo (15) de modo a fazer com que a pressão (P2) se aproxime de uma pressão- alvo predeterminada (P*).
[014] Com essa configuração, a pressão (P2) do fluido é controlada até a pressão-alvo (P*) através do controle da válvula de controle de taxa de fluxo (15) e do controle de pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada.
[015] Um quinto aspecto é uma modalidade de qualquer um do primeiro ao quarto aspectos. No quinto aspecto, o controlador (20, 30) adquire as informações sobre suprimento e demanda de potência com base em um valor de tensão (Vac) de uma linha de distribuição do sistema de potência elétrica (5).
[016] Com essa configuração, a potência elétrica aceitável para o sistema de potência elétrica (5) é detectada com base no valor de tensão (Vac).
[017] Um sexto aspecto é uma modalidade de qualquer um do primeiro ao quinto aspectos. No sexto aspecto, o sistema de geração de potência hidroelétrica inclui adicionalmente uma unidade de consumo de potência (40) configurada para consumir a potência elétrica gerada, em que o controlador (20, 30) supre parte ou toda a potência elétrica gerada para a unidade de consumo de potência (40) de modo que a potência elétrica a ser suprida ao sistema de potência elétrica (5) se torne igual a um valor desejado.
[018] Essas configurações, em que a potência elétrica a ser suprida ao sistema de potência elétrica (5) é ajustada pela unidade de consumo de potência (40), torna possível alcançar facilmente a redução de potência elétrica pelo inversor de interconexão de sistema (30) e a redução de pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada pelo controlador de gerador (20) em cooperação uns com os outros se os controladores (20, 30) forem configurados como um controlador de gerador (20) e um inversor de interconexão de sistema (30), conforme será descrito nas modalidades a seguir.
[019] Um sétimo aspecto é uma modalidade de qualquer um do primeiro ao sexto aspectos. No sétimo aspecto, o controlador (20, 30) controla uma taxa de fluxo (Q1) na máquina de fluido (W) de modo que a potência elétrica a ser suprida ao sistema de potência elétrica (5) se torne igual a um valor desejado.
[020] Nessa configuração, a potência elétrica a ser suprida ao sistema de potência elétrica (5) é ajustada através do controle da taxa de fluxo (Q1) na máquina de fluido (W).
[021] Um oitavo aspecto é uma modalidade do quarto aspecto. No oitavo aspecto, o controlador (20, 30) controla a pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou potência elétrica a ser gerada ao mesmo tempo em que se controla o grau de abertura da válvula de controle de taxa de fluxo (15) de modo que a potência elétrica a ser suprida ao sistema de potência elétrica (5) se torne igual a um valor desejado.
[022] Essa configuração alcança o controle cooperativo do grau de abertura da válvula de controle de taxa de fluxo (15) e da potência elétrica a ser suprida ao sistema de potência elétrica (5).
[023] De acordo com o primeiro aspecto, a potência elétrica a ser suprida pode ser controlada enquanto a quantidade física de fluido é mantida em um valor desejado.
[024] De acordo com o segundo aspecto, a potência elétrica a ser suprida pode ser controlada enquanto a taxa de fluxo total de um fluido em um canal é mantida em um valor desejado.
[025] De acordo com o terceiro aspecto, os custos para o sistema de geração de potência hidroelétrica podem ser reduzidos.
[026] De acordo com o quarto aspecto, a potência elétrica a ser suprida pode ser controlada enquanto uma pressão do fluido que flui para fora do canal é mantida em um valor desejado.
[027] De acordo com o quinto aspecto, informações sobre suprimento e demanda de potência podem ser facilmente adquiridas.
[028] [FIGURA 1] A FIGURA 1 ilustra esquematicamente uma configuração global de um cano que inclui um sistema de geração de potência hidroelétrica de acordo com uma primeira modalidade.
[029] [FIGURA 2] A FIGURA 2 é um diagrama que ilustra um sistema de potência elétrica do sistema de geração de potência hidroelétrica.
[030] [FIGURA 3] A FIGURA 3 é um fluxograma de controle executado pelo sistema de geração de potência hidroelétrica.
[031] [FIGURA 4] A FIGURA 4 é um fluxograma de controle executado por um sistema de geração de potência hidroelétrica de acordo com uma variação da primeira modalidade.
[032] [FIGURA 5] A FIGURA 5 é um diagrama em bloco de um controlador de gerador e um inversor de interconexão de sistema de acordo com uma segunda modalidade.
[033] [FIGURA 6] A FIGURA 6 é um fluxograma de controle executado por um sistema de geração de potência hidroelétrica de acordo com a segunda modalidade.
[034] [FIGURA 7] A FIGURA 7 mostra um mapa característico de um sistema de fluido.
[035] [FIGURA 8] A FIGURA 8 ilustra esquematicamente uma configuração global de um cano que inclui um sistema de geração de potência hidroelétrica de acordo com uma quarta modalidade.
[036] [FIGURA 9] A FIGURA 9 é um diagrama que ilustra um sistema de potência elétrica do sistema de geração de potência hidroelétrica da quarta modalidade.
[037] [FIGURA 10] A FIGURA 10 mostra um mapa característico para explicar o conceito de controle na quarta modalidade.
[038] As modalidades da presente invenção serão descritas em detalhes abaixo com referência aos desenhos. As modalidades abaixo são meramente exemplificativas quanto à natureza, e não são destinadas a limitar o escopo, aplicações ou uso da invenção.
[039] A Figura 1 ilustra esquematicamente uma configuração global de um cano (1) que inclui um sistema de geração de potência hidroelétrica (10) de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção. O cano (1) tem uma cabeça e permite que um fluido flua através do mesmo. O cano (1) é um exemplo do canal da presente invenção. Nessa modalidade, o cano (1) forma uma parte de um sistema de distribuição de água (4). O sistema de distribuição de água (4) inclui um tanque de armazenamento (2) e um tanque de recebimento de água (3). O cano (1) dessa modalidade é disposto de modo a conectar o tanque de armazenamento (2) ao tanque de recebimento de água (3) fornecido a jusante do tanque de armazenamento (2).
[040] Conforme ilustrado na Figura 1, o sistema de geração de potência hidroelétrica (10) inclui uma turbina de água (W) e um gerador (G). A Figura 2 é um diagrama que ilustra um sistema de potência elétrica do sistema de geração de potência hidroelétrica (10). O sistema de geração de potência hidroelétrica (10) inclui um controlador de gerador (20), um inversor de interconexão de sistema (30), e um resistor regenerativo (40). O sistema de geração de potência hidroelétrica (10) gera a potência elétrica e supre a potência ao sistema de potência elétrica (5). Nesse exemplo, o sistema de potência elétrica (5) é uma assim denominada fonte de alimentação comercial. O sistema de geração de potência hidroelétrica (10) supre a potência elétrica à fonte de alimentação comercial (5) (isto é, realiza o assim denominado fluxo de potência reversa), assim efetuando as assim denominadas vendas de eletricidade.
[041] Para vender eletricidade, o sistema de geração de potência hidroelétrica (10) geralmente controla o gerador (G) de modo que o gerador (G) forneça uma potência nominal, e forneça potência elétrica ao sistema de potência elétrica (5). Essa operação é denominada operação normal. A potência nominal, conforme usado no presente documento, se refere à emissão de potência elétrica máxima que o gerador (G) pode alcançar no sistema de geração de potência hidroelétrica (10). Conforme será descrito em detalhes posteriormente, o sistema de geração de potência hidroelétrica (10) controla pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada de modo que um valor de tensão de CA (Vac) de uma linha de distribuição do sistema de potência elétrica (5) esteja dentro de uma faixa de regulação de tensão predeterminada (Vr). Por exemplo, quando o valor de tensão de CA (Vac) da linha de distribuição do sistema de potência elétrica (5) correr o risco de exceder o limite superior da faixa de regulação de tensão (Vr), uma operação para reduzir a potência elétrica a ser suprida ao sistema de potência elétrica (5) (uma operação de redução de pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada, que será descrita posteriormente) será realizada. Além disso, durante tanto a operação normal quanto a operação de redução de pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada, o sistema de geração de potência hidroelétrica (10) controla a taxa de fluxo total (QT) para uma taxa de fluxo total-alvo predeterminada (QT*).
[042] A turbina de água (W) é instalada em uma porção intermediária do cano (1), e é um exemplo da máquina hidráulica da presente invenção. Nesse exemplo, a turbina de água (W) inclui um impulsor e um invólucro (nenhum dos dois é mostrado). Um impulsor de uma bomba de voluta é usado como o impulsor da turbina de água. Um eixo (19) é fixado ao centro do impulsor. A turbina de água (W) é configurada de modo que o impulsor seja girado recebendo uma pressão de um fluxo de água a partir de uma entrada de fluido (não mostrada) formada no invólucro, e consequentemente, o eixo (19) é girado. O fluido que fluiu para a turbina de água (W) é descarregado através de uma saída de fluido (não mostrada) formada no invólucro.
[043] O gerador (G) é acoplado ao eixo (19) da turbina de água (W), e gera a potência elétrica quando acionado rotacionalmente. Nesse exemplo, o gerador (G) inclui um rotor de ímã permanente interior, e um estator que tem bobinas (nenhum é mostrado).
[044] O cano (1) é conectado a um cano de influxo (11), um cano de efluxo (14), um primeiro cano de ramificação (12), e um segundo cano de ramificação (13). O cano dessa modalidade é composto por um cano de metal (por exemplo, um cano de ferro fundido dúctil). O cano de influxo (11) tem uma extremidade de influxo conectada ao tanque de armazenamento (2). O cano de efluxo (14) tem uma extremidade de efluxo conectada ao tanque de recebimento de água (3). O primeiro cano de ramificação (12) e o segundo cano de ramificação (13) são conectados de modo paralelo um ao outro entre o cano de influxo (11) e o cano de efluxo (14). O primeiro cano de ramificação (12) forma um canal que está mais próximo à turbina de água (W), e através da qual a água para acionar a turbina de água (W) flui. O segundo cano de ramificação (13) forma um canal de contorno que contorna a turbina de água (W).
[045] Um primeiro fluxímetro (17), uma primeira válvula operada por motor (15), e a turbina de água (W) (especificamente, a entrada de fluido da turbina de água (W)) são conectadas ao primeiro cano de ramificação (12) nessa ordem na direção de fluxo. A saída de fluido da turbina de água (W) é conectada ao cano de efluxo (14). Um segundo fluxímetro (18) e uma segunda válvula operada por motor (16) são conectados ao segundo cano de ramificação (13) nessa ordem na direção de fluxo.
[046] O primeiro fluxímetro (17) e o segundo fluxímetro (18) são eletricamente operáveis. O primeiro fluxímetro (17) detecta uma taxa de fluxo de água que flui para a turbina de água (W) e sai de um sinal de detecção. O segundo fluxímetro (18) detecta uma taxa de fluxo de água que flui através do segundo cano de ramificação (13) e sai de um sinal de detecção.
[047] Cada uma dentre a primeira válvula operada por motor (15) e a segunda válvula operada por motor (16) controla uma taxa de fluxo de um fluido acionando-se seu corpo de válvula com um motor elétrico. A primeira válvula operada por motor (15) entra em um estado fechado quando, por exemplo, a manutenção da turbina de água (W) é realizada de modo a impedir que a água atravesse a turbina de água (W) que está em repouso. A primeira válvula operada por motor (15) é aberta em um grau de abertura predeterminado (por exemplo, um valor fixo) quando o sistema de geração de potência hidroelétrica (10) está em operação. A segunda válvula operada por motor (16) controla a taxa de fluxo de água que flui através do segundo cano de ramificação (13).
[048] Observa-se que a soma do valor detectado do primeiro fluxímetro (17) e do valor detectado do segundo fluxímetro (18) é a taxa de fluxo total (QT) do fluido que flui para fora do cano (1). A taxa de fluxo total (QT) é um exemplo das “informações sobre fluido que incluem informações correlacionadas à quantidade física do fluido que flui para fora de um canal” da presente invenção. O primeiro fluxímetro (17) e o segundo fluxímetro (18) juntos formam um exemplo de uma unidade de aquisição de informações sobre fluido da presente invenção.
[049] O controlador de gerador (20) inclui uma unidade de conversor de CA/CC (21), uma unidade de detecção de tensão de CC (22), uma unidade de detecção de taxa de fluxo (23), uma unidade de determinação de comando de taxa de fluxo (24), e uma unidade de controle de taxa de fluxo (25). O controlador de gerador (20), juntamente com o inversor de interconexão de sistema (30), controla a potência elétrica a ser suprida ao sistema de potência elétrica (5) ao mesmo tempo em que é mantida a quantidade física de um fluido (nesse caso, a taxa de fluxo total (QT) do cano (1)) em um valor desejado.
[050] A unidade de conversor de CA/CC (21) inclui uma pluralidade de elementos de comutação, e comuta a potência elétrica (potência de CA) gerada pelo gerador (G) para converter a potência de CA em potência de CC. A potência de CC é suavizada por um capacitor de suavização (não mostrado) e fornecida ao inversor de interconexão de sistema (30).
[051] A unidade de detecção de tensão de CC (22) detecta uma tensão de saída da unidade de conversor de CA/CC (21). Um valor detectado (tensão de CC (Vdc)) pela unidade de detecção de tensão de CC (22) é transmitido à unidade de determinação de comando de taxa de fluxo (24). A unidade de detecção de taxa de fluxo (23) lê os valores detectados do primeiro fluxímetro (17) e do segundo fluxímetro (18), e transmite os valores detectados à unidade de controle de taxa de fluxo (25) periodicamente ou em resposta a uma solicitação da unidade de controle de taxa de fluxo (25).
[052] A unidade de determinação de comando de taxa de fluxo (24) inclui um microcomputador e um dispositivo de memória que armazena um programa para operar o microcomputador. A unidade de determinação de comando de taxa de fluxo (24) determina, a partir do valor-alvo da potência elétrica e a taxa de fluxo total-alvo (QT*) que é um valor- alvo da taxa de fluxo total (QT), um valor de comando de taxa de fluxo (Q1*) que é um valor-alvo da taxa de fluxo (Q1) da turbina de água (W). Para essa determinação, o valor-alvo da potência elétrica é geralmente uma potência nominal que será descrito posteriormente. No entanto, no sistema de geração de potência hidroelétrica (10), o valor-alvo é alterado dependendo do valor detectado da unidade de detecção de tensão de CC (22), conforme será descrito posteriormente em detalhes. O valor de comando de taxa de fluxo (Q1*) pode ser criado utilizando, por exemplo, uma função ou um mapa característico (M), cuja função e cujo mapa característico (M) são definidos no programa com antecedência. O mapa característico (M) será descrito posteriormente.
[053] A unidade de controle de taxa de fluxo (25) é composta por um microcomputador e um dispositivo de memória que armazena um programa para operar o microcomputador. O microcomputador e o dispositivo de memória podem ser comumente usados como aqueles que formam a unidade de determinação de comando de taxa de fluxo (24), ou podem ser fornecidos separadamente. A unidade de controle de taxa de fluxo (25) controla a potência elétrica a ser gerada pelo gerador (G) controlando-se a comutação na unidade de conversor de CA/CC (21). Especificamente, a unidade de controle de taxa de fluxo (25) controla a potência elétrica a ser gerada (tensão de saída) pelo gerador (G) realizando-se o controle de retroalimentação em conformidade com uma diferença entre um valor de comando de taxa de fluxo (Q1*) e a taxa de fluxo atual (Q1).
[054] Além disso, a unidade de controle de taxa de fluxo (25) também controla a taxa de fluxo total (QT) no cano (1). Nesse exemplo, a unidade de controle de taxa de fluxo (25) controla o grau de abertura da segunda válvula operada por motor (16) de modo que um fluxo que tem uma quantidade que corresponde a uma diferença entre o valor-alvo (a seguir, denominada “taxa de fluxo total-alvo (QT*)”) da taxa de fluxo total (QT) do cano (1) e a taxa de fluxo atual (Q1) flui para o segundo cano de ramificação (13).
[055] O inversor de interconexão de sistema (30) inclui uma unidade de inversor (31), uma unidade de detecção de tensão de CA (32) e unidade de determinação de elevação de tensão (33).
[056] A unidade de inversor (31) inclui uma pluralidade de elementos de comutação, recebe uma potência de CC do controlador de gerador (20), e comuta a potência de CC de modo a converter a potência de CC em potência de CA. A potência de CA convertida pela unidade de inversor (31) é suprida (fluída de modo reverso) ao sistema de potência elétrica (5). A unidade de inversor (31) controla a potência elétrica a ser fluída de modo reverso ao sistema de potência elétrica (5) controlando-se a comutação.
[057] A unidade de detecção de tensão de CA (32) adquire informações sobre suprimento e demanda de potência, incluindo potência elétrica aceitável para o sistema de potência elétrica (5) ou informações correlacionadas à potência elétrica. Em outras palavras, a unidade de detecção de tensão de CA (32) é um exemplo da unidade de aquisição de informações sobre potência elétrica da presente invenção. Especificamente, a unidade de detecção de tensão de CA (32) detecta, como as informações sobre suprimento e demanda de potência, um valor de tensão (valor de tensão de CA (Vac)) da linha de distribuição do sistema de potência elétrica (5). O valor de tensão de CA (Vac) é transmitido à unidade de determinação de elevação de tensão (33).
[058] A unidade de determinação de elevação de tensão (33) compara o valor de tensão de CA (Vac) detectado pela unidade de detecção de tensão de CA (32) com um primeiro limiar predeterminado (Th1), e emite o resultado da comparação à unidade de inversor (31). Observa-se que, por exemplo, o primeiro limiar (Th1) pode ser determinado considerando, por exemplo, os regulamentos legais. Por exemplo, há um exemplo no qual, em relação a uma fonte de alimentação comercial (5) que supre uma corrente alternada de 100 V, é legalmente estipulado que uma tensão na linha de distribuição deve ser mantida dentro de uma faixa de 95 V a 107 V e, se a tensão correr o risco de exceder o limite superior da faixa, um vendedor de eletricidade será obrigado a reduzir a fonte de alimentação (fluxo de corrente reversa). Nesse exemplo, a faixa de 95 V a 107 V corresponde à faixa de regulação de tensão (Vr), e o primeiro limiar (Th1) pode ser definido de modo adequado para um valor de tensão ligeiramente inferior a 107 V, que é o limite superior da faixa de regulação de tensão (Vr).
[059] O grau de abertura da primeira válvula operada por motor (15) é fixado quando o sistema de geração de potência hidroelétrica (10) estiver em operação. Em contrapartida, o grau de abertura da segunda válvula operada por motor (16) pode ser variado pelo controlador de gerador (20). Nesse sistema de geração de potência hidroelétrica (10), quando a segunda válvula operada por motor (16) é operada, o ponto de operação da turbina de água (W) é alterado. Essa alteração do ponto de operação da turbina de água (W) leva a uma alteração na taxa de fluxo (Q2) do segundo cano de ramificação (13). É, portanto, necessário para o sistema de geração de potência hidroelétrica (10) realizar o controle cooperativo da turbina de água (W) e da segunda válvula operada por motor (16), isto é, realizar o controle ao mesmo tempo em que é levado em consideração tanto a potência elétrica a ser gerada (o estado da turbina de água (W)) quanto o estado da segunda válvula operada por motor (16).
[060] A Figura 3 é um fluxograma de controle de potência elétrica e taxa de fluxo executada pelo sistema de geração de potência hidroelétrica (10). Na etapa (S01) mostrada no fluxograma, a unidade de controle de taxa de fluxo (25) controla a comutação da unidade de conversor de CA/CC (21) de modo que a potência elétrica a ser gerada pelo gerador (G) se torne igual ao valor-alvo, e controla o grau de abertura da segunda válvula operada por motor (16) de modo que a taxa de fluxo total (QT) do cano (1) se torne igual à taxa de fluxo total-alvo (QT*). Especificamente, em um estado no qual o grau de abertura da primeira válvula operada por motor (15) é definido para um valor fixo, a unidade de controle de taxa de fluxo (25) controla a comutação da unidade de conversor de CA/CC (21) por, por exemplo, controle de retroalimentação de modo que a taxa de fluxo (Q1) da turbina de água (W) se torne igual ao valor de comando de taxa de fluxo (Q1*). Assim, a saída do gerador (G) converge para o valor-alvo da potência elétrica a ser gerada.
[061] Então, quando a taxa de fluxo total-alvo (QT*) difere da taxa de fluxo total atual (QT) nesse estado de geração de potência, a unidade de controle de taxa de fluxo (25) ajusta o grau de abertura da segunda válvula operada por motor (16). Nesse momento, a unidade de controle de taxa de fluxo (25) ajusta o grau de abertura da segunda válvula operada por motor (16) ao mesmo tempo em que é comparado o valor detectado do segundo fluxímetro (18) transmitido a partir da unidade de detecção de taxa de fluxo (23) com o valor-alvo da taxa de fluxo (Q2) (isto é, a diferença entre a taxa de fluxo total-alvo (QT*) e a taxa de fluxo (Q1)). Esse ajuste do grau de abertura pode ser realizado através de, por exemplo, controle de retroalimentação. Observa-se que a definição da taxa de fluxo total-alvo (QT*) não é limitada. Por exemplo, é concebível definir a taxa de fluxo total-alvo (QT*) para uma taxa de fluxo total requerida pelo administrador do sistema de distribuição de água (4). A taxa de fluxo total-alvo (QT*) pode ser um valor fixo ou pode ser variada, por exemplo, de acordo com as zonas de tempo.
[062] Na etapa (S02), a unidade de detecção de tensão de CA (32) detecta um valor de tensão de CA (Vac). Em outras palavras, nessa modalidade, as informações sobre suprimento e demanda de potência são adquiridas com base no valor de tensão de CA (Vac) da linha de distribuição. Na etapa (S03), a unidade de determinação de elevação de tensão (33) compara o valor de tensão de CA (Vac) com o primeiro limiar (Th1). O resultado da comparação pela unidade de determinação de elevação de tensão (33) é emitido à unidade de inversor (31).
[063] Se o resultado da comparação na Etapa (S03) indicar que o valor de tensão de CA (Vac) é maior do que o primeiro limiar (Th1), a unidade de inversor (31) realizará o processo da Etapa (S04). Nessa etapa (S04), a unidade de inversor (31) controla a comutação para reduzir a potência elétrica (tensão) a ser fluída de modo reverso, e liga um comutador (SW) conectado ao resistor regenerativo (40). Isso faz com que o resistor regenerativo (40) consuma parte ou toda a emissão de potência de CC da unidade de conversor de CA/CC (21). Essa operação é denominada “operação de redução de pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada”. Em outras palavras, o resistor regenerativo (40) é um exemplo da unidade de consumo de potência da presente invenção.
[064] Por outro lado, na Etapa (S05), a unidade de detecção de tensão de CC (22) detecta uma tensão de CC (Vdc) da unidade de conversor de CA/CC (21). Na Etapa (S06), a unidade de determinação de comando de taxa de fluxo (24) compara a tensão de CC (Vdc) com um segundo limiar predeterminado (Th2). Quando a potência elétrica (tensão) a fluir de modo reverso for reduzida na Etapa (S04), a tensão de CC (Vdc) poderá aumentar. Se o resultado de comparação pela unidade de determinação de comando de taxa de fluxo (24) indicar que a tensão de CC (Vdc) é maior do que o segundo limiar (Th2), o processo prosseguirá para a Etapa (S07). Na Etapa (S07), a unidade de determinação de comando de taxa de fluxo (24) altera o valor-alvo (reduz o valor-alvo) da potência gerada, e altera o valor de comando de taxa de fluxo (Q1*) (reduz o valor-alvo) com base no valor-alvo alterado da potência elétrica a ser gerada. A unidade de determinação de comando de taxa de fluxo (24) instrui a unidade de controle de taxa de fluxo (25) para realizar a operação de redução de pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada.
[065] Quando a Etapa (S07) é concluída, o processo no controlador de gerador (20) prossegue para a Etapa (S01). Nesse caso, a Etapa (S01) pode ser considerada como uma parte da operação de redução de pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada. Na etapa (S01), conforme descrito anteriormente, a comutação da unidade de conversor de CA/CC (21) é controlada com base no valor de comando de taxa de fluxo (Q1*).
[066] Quando o processo prossegue da Etapa (S07) para a Etapa (S01), o valor de comando da taxa de fluxo (Q1*) foi alterado, e a taxa de fluxo (Q1) da turbina de água (W) diminui. Como resultado, a potência elétrica gerada ou a ser gerada pelo gerador (G) diminui, e a tensão da linha de distribuição está dentro da faixa de regulação de tensão (Vr). Por outro lado, o grau de abertura da segunda válvula operada por motor (16) é controlado pela unidade de controle de taxa de fluxo (25), e a taxa de fluxo total (QT) do cano (1) converge para a taxa de fluxo total-alvo (QT*). Isto é, essa modalidade torna possível manter a taxa de fluxo total (QT) na taxa de fluxo total-alvo (QT*) ao mesmo tempo em que é controlada a potência elétrica (tensão da linha de distribuição) a fluir de modo reverso para um valor desejado.
[067] Conforme pode ser visto, após a potência de saída da unidade de conversor de CA/CC (21) ser reduzida, o comutador (SW) é desligado, e o resistor regenerativo (40) é induzido a parar de consumir a potência elétrica. Observa- se que o resistor regenerativo (40) absorve a potência elétrica durante um período a partir do início de uma operação de redução de potência pela unidade de inversor (31) até o início de uma operação de redução de potência pela unidade de conversor de CA/CC (21), e a capacidade do resistor regenerativo (40) precisa ser definida de modo a ter capacidade para absorver potência elétrica extra nesse período de tempo.
[068] Se o resultado da comparação na Etapa (S03) indicar que o valor de tensão de CA (Vac) é menor ou igual ao primeiro limiar (Th1), ou se o resultado de comparação na Etapa (S06) indicar que a tensão de CC (Vdc) é menor ou igual ao segundo limiar (Th2), o processo prosseguirá para a Etapa (S08). Na Etapa (S08), se a operação de redução de pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada estiver sendo executada atualmente, o comutador (SW) será desligado, e o resistor regenerativo (40) será induzido a parar de consumir a potência elétrica. Além disso, a unidade de determinação de comando de taxa de fluxo (24) corrige o valor de comando de taxa de fluxo (Q1*) de modo a retornar a potência elétrica reduzida para o nível original. Especificamente, a unidade de determinação de comando de taxa de fluxo (24) faz com que o valor de comando de taxa de fluxo (Q1*) retorne ao valor original (um valor no momento da potência nominal) de modo que o gerador (G) forneça a potência nominal. Em resposta a isso, a unidade de controle de taxa de fluxo (25) controla a unidade de conversor de CA/CC (21) (Etapa (S01)). Além disso, a unidade de inversor (31) também realiza a comutação de acordo com a potência nominal do gerador (G), de modo que a unidade de inversor (31) forneça uma potência nominal (Etapa (S01)). Dessa forma, a operação normal é realizada.
[069] No exemplo descrito acima, a Etapa (S04) é seguida pela Etapa (S05) e pelo processamento subsequente. No entanto, o processamento da Etapa (S02) à Etapa (S04) (isto é, o processamento realizado principalmente pelo inversor de interconexão de sistema (30)) e o processamento da Etapa (S05) à Etapa (S07) (processamento realizado principalmente pelo controlador de gerador (20)) podem ser realizados paralelamente.
[070] Conforme descrito acima, o sistema de geração de potência hidroelétrica (10) dessa modalidade torna possível controlar a potência elétrica (a tensão da linha de distribuição) ao mesmo tempo em que é mantida a quantidade física de fluido (nesse caso, a taxa de fluxo total (QT)) em um valor desejado.
[071] No sistema de geração de potência hidroelétrica (10), o controle da potência elétrica (tensão de CA) e a taxa de fluxo pode ser realizada com o uso do fluxograma mostrado na Figura 4. Além disso, nessa variação, o grau de abertura da primeira válvula operada por motor (15) é fixado quando o sistema de geração de potência hidroelétrica (10) estiver em operação. O grau de abertura da segunda válvula operada por motor (16) é variado pelo controlador de gerador (20).
[072] Na etapa (S01) mostrada no fluxograma da Figura 4, a unidade de controle de taxa de fluxo (25) controla a comutação da unidade de conversor de CA/CC (21) de modo que a potência elétrica a ser gerada pelo gerador (G) se torne igual ao valor-alvo, e controla o grau de abertura da segunda válvula operada por motor (16) de modo que a taxa de fluxo total (QT) do cano (1) se torne igual à taxa de fluxo total-alvo (QT*). Especificamente, em um estado no qual o grau de abertura da primeira válvula operada por motor (15) é definido para um valor fixo, a unidade de controle de taxa de fluxo (25) controla a comutação da unidade de conversor de CA/CC (21) por, por exemplo, controle de retroalimentação de modo que a taxa de fluxo (Q1) da turbina de água (W) se torne igual ao valor de comando de taxa de fluxo (Q1*). Assim, a saída do gerador (G) converge para a potência elétrica a ser gerada.
[073] Então, quando a taxa de fluxo total-alvo (QT*) difere da taxa de fluxo total atual (QT) nesse estado de geração de potência, a unidade de controle de taxa de fluxo (25) ajusta o grau de abertura da segunda válvula operada por motor (16). Nesse momento, a unidade de controle de taxa de fluxo (25) ajusta o grau de abertura da segunda válvula operada por motor (16) ao mesmo tempo em que é comparado o valor detectado do segundo fluxímetro (18) transmitido a partir da unidade de detecção de taxa de fluxo (23) com o valor-alvo da taxa de fluxo (Q2) (isto é, a diferença entre a taxa de fluxo total-alvo (QT*) e a taxa de fluxo (Q1)). Esse ajuste do grau de abertura pode ser realizado através de, por exemplo, controle de retroalimentação. Observa-se que a definição da taxa de fluxo total-alvo (QT*) não é limitada. Por exemplo, é concebível definir a taxa de fluxo total-alvo (QT*) para uma taxa de fluxo total requerida pelo administrador do sistema de distribuição de água (4). A taxa de fluxo total-alvo (QT*) pode ser um valor fixo ou pode ser variada, por exemplo, de acordo com as zonas de tempo.
[074] Na etapa (S02), a unidade de detecção de tensão de CA (32) detecta um valor de tensão de CA (Vac). Em outras palavras, nessa modalidade, as informações sobre suprimento e demanda de potência são adquiridas com base no valor de tensão de CA (Vac) da linha de distribuição. Na etapa (S03), a unidade de determinação de elevação de tensão (33) compara o valor de tensão de CA (Vac) com o primeiro limiar (Th1). O resultado da comparação pela unidade de determinação de elevação de tensão (33) é emitido à unidade de inversor (31).
[075] Se o resultado da comparação na Etapa (S03) indicar que o valor de tensão de CA (Vac) é maior do que o primeiro limiar (Th1), a unidade de inversor (31) realizará o processo da Etapa (S04). Nessa etapa (S04), a unidade de inversor (31) controla a comutação para reduzir a potência elétrica (tensão) a ser fluída de modo reverso. Essa operação é denominada “operação de redução de pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada”.
[076] Por outro lado, na Etapa (S05), a unidade de detecção de tensão de CC (22) detecta uma tensão de CC (Vdc) da unidade de conversor de CA/CC (21). Na Etapa (S06), a unidade de determinação de comando de taxa de fluxo (24) compara a tensão de CC (Vdc) com um segundo limiar predeterminado (Th2). Quando a potência elétrica (tensão) a fluir de modo reverso for reduzida na Etapa (S04), a tensão de CC (Vdc) poderá aumentar. Se o resultado de comparação pela unidade de determinação de comando de taxa de fluxo (24) indicar que a tensão de CC (Vdc) é maior do que o segundo limiar (Th2), o processo prosseguirá para a Etapa (S07). Na Etapa (S07) dessa variação, ligar o comutador (SW) conectado ao resistor regenerativo (40) faz com que uma parte ou toda a emissão de potência de CC da unidade de conversor de CA/CC (21) seja consumida pelo resistor regenerativo (40). Na Etapa (S07), a unidade de determinação de comando de taxa de fluxo (24) altera o valor-alvo (reduz o valor-alvo) da potência elétrica a ser gerada, e altera (reduz o valor-alvo) o valor de comando de taxa de fluxo (Q1*) com base no valor-alvo alterado da potência gerada. A unidade de determinação de comando de taxa de fluxo (24) instrui a unidade de controle de taxa de fluxo (25) para realizar a operação de redução de pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada.
[077] Quando a Etapa (S07) é concluída, o processo no controlador de gerador (20) prossegue para a Etapa (S01). Nesse caso, a Etapa (S01) pode ser considerada como uma parte da operação de redução de pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada. Na etapa (S01), conforme descrito anteriormente, a comutação da unidade de conversor de CA/CC (21) é controlada com base no valor de comando de taxa de fluxo (Q1*).
[078] Quando o processo prossegue da Etapa (S07) para a Etapa (S01), o valor de comando da taxa de fluxo (Q1*) foi alterado, e a taxa de fluxo (Q1) da turbina de água (W) diminui. Como resultado, a potência elétrica gerada ou a ser gerada pelo gerador (G) diminui, e a tensão da linha de distribuição está dentro da faixa de regulação de tensão (Vr). Por outro lado, o grau de abertura da segunda válvula operada por motor (16) é controlado pela unidade de controle de taxa de fluxo (25), e a taxa de fluxo total (QT) do cano (1) converge para a taxa de fluxo total-alvo (QT*). Isto é, essa modalidade torna possível manter a taxa de fluxo total (QT) na taxa de fluxo total-alvo (QT*) ao mesmo tempo em que é controlada a potência elétrica (tensão da linha de distribuição) a fluir de modo reverso para um valor desejado.
[079] Se o resultado da comparação na Etapa (S06) indicar que a tensão de CC (Vdc) é menor ou igual ao segundo limiar (Th2), o processo prosseguirá para a Etapa (S08). Na Etapa (S08), o comutador (SW) é desligado, e o resistor regenerativo (40) é induzido a parar de consumir a potência elétrica. O resistor regenerativo (40) absorve a potência elétrica durante um período no qual a tensão de CC (Vdc) é maior do que o segundo limiar (Th2), e o resistor regenerativo (40) precisa ter uma capacidade para absorver a potência extra no período de tempo.
[080] Na Etapa (S08), se a operação de redução de pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou potência elétrica a ser gerada estiver sendo executada atualmente, a unidade de determinação de comando de taxa de fluxo (24) corrige o valor de comando de taxa de fluxo (Q1*) de modo a fazer com que a potência reduzida retorne ao nível original. Especificamente, a unidade de determinação de comando de taxa de fluxo (24) faz com que o valor de comando de taxa de fluxo (Q1*) retorne ao valor original (um valor no momento da potência nominal) de modo que o gerador (G) forneça a potência nominal. Em resposta a isso, a unidade de controle de taxa de fluxo (25) controla a unidade de conversor de CA/CC (21) (Etapa (S01)). Além disso, a unidade de inversor (31) também realiza a comutação de acordo com a potência nominal do gerador (G), de modo que a unidade de inversor (31) forneça uma potência nominal (Etapa (S01)). Dessa forma, a operação normal é realizada.
[081] Se o resultado da comparação na Etapa (S03) indicar que o valor de tensão de CA (Vac) é menor ou igual ao primeiro limiar (Th1), o processo prosseguirá para a Etapa (S09). Na Etapa (S09), se o inversor de interconexão de sistema (30) estiver realizando atualmente a operação de redução de pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada, o inversor de interconexão de sistema (30) será retornado para uma operação nominal, e então o processo prosseguirá para a Etapa (S05).
[082] Conforme descrito acima, o sistema de geração de potência hidroelétrica (10) dessa variação também torna possível controlar a potência elétrica (a tensão da linha de distribuição) ao mesmo tempo em que é mantida a quantidade física de fluido (nesse caso, a taxa de fluxo total (QT)) em um valor desejado.
[083] Em uma segunda modalidade da presente invenção, diferentes exemplos da operação de redução de pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada serão descritos. Essa modalidade difere da primeira modalidade nas configurações do controlador de gerador (20) e do inversor de interconexão de sistema (30). Além disso, nesse exemplo, nem o resistor regenerativo (40) nem o comutador (SW) é fornecido. A descrição abaixo focará principalmente nas diferenças entre essa modalidade e a primeira modalidade.
[084] A Figura 5 é um diagrama em bloco que ilustra o controlador de gerador (20) e o inversor de interconexão de sistema (30) de acordo com a segunda modalidade da presente invenção. Conforme ilustrado na Figura 5, o controlador de gerador (20) inclui uma unidade de conversor de CA/CC (21), uma unidade de detecção de taxa de fluxo (23), uma unidade de determinação de comando de taxa de fluxo (24), uma unidade de controle de taxa de fluxo (25), uma unidade de detecção de tensão de CA (32), e uma unidade de determinação de elevação de tensão (33). Ou seja, o controlador de gerador (20) dessa modalidade inclui a unidade de detecção de tensão de CA (32) e a unidade de determinação de elevação de tensão (33), que estão incluídas no inversor de interconexão de sistema (30) na primeira modalidade.
[085] Como consequência dessa alteração, o resultado de comparação pela unidade de determinação de elevação de tensão (33) é transmitido à unidade de determinação de comando de taxa de fluxo (24). A unidade de determinação de comando de taxa de fluxo (24) cria um novo valor de comando de taxa de fluxo (Q1*) em conformidade com o resultado de comparação transmitido a partir da unidade de determinação de elevação de tensão (33). O valor de comando de taxa de fluxo (Q1*) pode ser criado utilizando, por exemplo, uma função ou um mapa característico (M), em que a função e o mapa característico (M) são definidos no programa com antecedência. O mapa característico (M) será descrito posteriormente. As funções dos outros componentes que formam o controlador de gerador (20) são as mesmas que as da primeira modalidade.
[086] Conforme ilustrado na Figura 5, o inversor de interconexão de sistema (30) inclui uma unidade de inversor (31). A unidade de inversor (31) tem a mesma configuração que a da primeira modalidade.
[087] A Figura 6 é um fluxograma de controle da potência elétrica e da taxa de fluxo executada pelo sistema de geração de potência hidroelétrica (10) de acordo com a segunda modalidade. Na etapa (S11) mostrada nesse fluxograma, a unidade de controle de taxa de fluxo (25) controla a comutação da unidade de conversor de CA/CC (21) de modo que a potência elétrica a ser gerada pelo gerador (G) se torne igual ao valor-alvo, e controla o grau de abertura da segunda válvula operada por motor (16) de modo que a taxa de fluxo total (QT) do cano (1) se torne igual à taxa de fluxo total- alvo (QT*). Em outras palavras, o controle na Etapa (S11) é o mesmo que na Etapa (S01) da primeira modalidade.
[088] Na etapa (S12), a unidade de detecção de tensão de CA (32) detecta um valor de tensão de CA (Vac). Assim, nessa modalidade, o controlador de gerador (20) detecta o valor de tensão de CA (Vac). Na etapa (S13), a unidade de determinação de elevação de tensão (33) compara o valor de tensão de CA (Vac) com o primeiro limiar (Th1). O resultado da comparação pela unidade de determinação de elevação de tensão (33) é emitido à unidade de determinação de comando de taxa de fluxo (24).
[089] Se o resultado da comparação na Etapa (S13) indicar que o valor de tensão de CA (Vac) é maior do que o primeiro limiar (Th1), o processo prosseguirá para a Etapa (S14). Nessa etapa (S14), a unidade de controle de taxa de fluxo (25) controla a comutação da unidade de conversor de CA/CC (21) para reduzir a potência elétrica (tensão) a ser fluída de modo reverso. Essa operação é denominada “operação de redução de pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada”. Especificamente, na Etapa (S14), a unidade de determinação de comando de taxa de fluxo (24) cria um novo valor de comando de taxa de fluxo (Q1*) em conformidade com uma diferença entre o valor de tensão de CA (Vac) e o valor-alvo do mesmo, e transmite o novo valor de comando de taxa de fluxo (Q1*) à unidade de controle de taxa de fluxo (25). Nesse caso, o valor de comando de taxa de fluxo (Q1*) será reduzido. O mesmo método que o da primeira modalidade pode ser empregado para criar o valor de comando de taxa de fluxo (Q1*).
[090] Quando a Etapa (S14) for concluída, o processo do controlador de gerador (20) prosseguirá para a Etapa (S11). Nesse caso, a Etapa (S11) pode ser considerada como uma parte da operação de redução de pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada. Na etapa (S11), conforme descrito anteriormente, a comutação da unidade de conversor de CA/CC (21) é controlada com base no valor de comando de taxa de fluxo (Q1*). Quando o processo prossegue da Etapa (S14) para a Etapa (S11), o valor de comando de taxa de fluxo (Q1*) foi alterado, e um valor de torque (T) e uma velocidade rotacional (N) da turbina de água (W) são variados para fazer a taxa de fluxo (Q1) diminuir. Como resultado, a potência elétrica gerada ou a ser gerada pelo gerador (G) diminui, e a tensão da linha de distribuição está dentro da faixa de regulação de tensão (Vr). Por outro lado, o grau de abertura da segunda válvula operada por motor (16) é controlado pela unidade de controle de taxa de fluxo (25), e a taxa de fluxo total (QT) do cano (1) converge para a taxa de fluxo total- alvo (QT*). Isto é, essa modalidade torna possível manter a taxa de fluxo total (QT) na taxa de fluxo total-alvo (QT*) ao mesmo tempo em que é controlada a potência elétrica (tensão da linha de distribuição) a fluir de modo reverso para um valor desejado.
[091] Se o resultado da comparação na Etapa (S13) indicar que o valor de tensão de CA (Vac) é menor ou igual ao primeiro limiar (Th1), o processo prosseguirá para a Etapa (S15). O processamento na Etapa (S15) é o mesmo que o da Etapa (S08) da primeira modalidade. A unidade de determinação de comando de taxa de fluxo (24) corrige o valor de comando de taxa de fluxo (Q1*) de modo a retornar a potência reduzida ao nível original. Especificamente, a unidade de determinação de comando de taxa de fluxo (24) faz com que o valor de comando de taxa de fluxo (Q1*) retorne ao valor original (um valor no momento da potência nominal) de modo que o gerador (G) forneça a potência nominal. Em resposta a isso, a unidade de controle de taxa de fluxo (25) controla a unidade de conversor de CA/CC (21). Além disso, a unidade de inversor (31) também realiza a comutação de acordo com a potência nominal do gerador (G), de modo que a unidade de inversor (31) forneça a potência nominal.
[092] Conforme descrito acima, o sistema de geração de potência hidroelétrica (10) dessa modalidade também torna possível controlar a potência elétrica (a tensão da linha de distribuição) ao mesmo tempo em que é mantida a quantidade física de fluido (nesse caso, a taxa de fluxo total (QT)) em um valor desejado.
[093] Além disso, nessa modalidade, quando a potência elétrica precisa ser reduzida, a saída da unidade de conversor de CA/CC (21) é reduzida antes da redução da potência elétrica da unidade de inversor (31). Esse recurso elimina a necessidade do resistor regenerativo (40), e assim, reduz o tamanho do sistema de geração de potência hidroelétrica (10).
[094] Em uma terceira modalidade da presente invenção, são descritos exemplos do controle nos quais nem o primeiro fluxímetro (17) nem o segundo fluxímetro (18) são usados. A fim de realizar esse controle, o dispositivo de memória da unidade de controle de taxa de fluxo (25) dessa modalidade armazena um mapa característico (M) (consulte Figura 7. Esse mapa característico (M) é um mapa H-Q cujo eixo geométrico vertical representa uma cabeça eficaz (H) de um cano (1) e cujo eixo geométrico horizontal representa uma taxa de fluxo (isto é, a taxa de fluxo total (QT)) de um fluido que flui para fora do cano (1). No mapa característico (M), as características que podem ser detectadas no gerador (G) e que se correlacionam com a taxa de fluxo (Q1) da turbina de água (W) e da cabeça eficaz (H) são registradas. Nesse exemplo, uma característica que se correlaciona com a taxa de fluxo (Q1) e a cabeça eficaz (H) inclui um valor de torque (T), uma velocidade rotacional (N), e uma potência elétrica gerada (P) do gerador (G). Mais especificamente, o mapa característico (M) dessa modalidade é o mapa H-Q no qual uma pluralidade de curvas de torque iguais e uma pluralidade de curvas de velocidade rotacional iguais são registradas. O mapa característico (M) é armazenado em um dispositivo de memória que forma a unidade de controle de taxa de fluxo (25), na forma de uma tabela (tabela numérica) e uma expressão matemático (função) em um programa.
[095] No mapa característico (M), uma região entre uma curva de velocidade não restrita no caso em que nenhuma carga é aplicada ao gerador (G) e o valor de torque é zero (T = 0) e uma curva de velocidade rotacional igual no caso em que o valor de velocidade rotacional é zero (N = 0) é uma região de turbina de água (região operável) em que a turbina de água (W) é girada pelo fluxo de água. Aqui, a curva de velocidade rotacional igual no momento em que N = 0 é denominada curva limite de operação. O gerador (G) opera basicamente quando rotacionalmente acionado pela turbina de água (W) dentro da região de turbina de água. A região à esquerda da curva de velocidade não restrita é uma região de freio de turbina de água (região de execução de potência).
[096] Na região de turbina de água, a pluralidade de curvas de torque iguais se estende ao longo da curva de velocidade não restrita (T = 0), e o valor de torque também aumenta em conformidade com um aumento da taxa de fluxo (Q1) no mapa. A pluralidade de curvas de velocidade rotacional iguais se estende ao longo da curva de velocidade rotacional igual no caso em que o valor de velocidade rotacional é zero (N = 0), e a velocidade rotacional aumenta com um aumento na cabeça eficaz (H). Além disso, as curvas de potência geradas iguais indicadas pelas linhas tracejadas são convexas para baixo, e a potência gerada também aumenta com um aumento na cabeça eficaz (H) e na taxa de fluxo (Q1). Uma curva (E) que conecta os ápices da pluralidade de curvas de potência gerada iguais juntas é uma curva de potência elétrica gerada máxima ao longo da qual o gerador (G) obtém a potência elétrica gerada máxima. O mapa característico (M), isto é, o mapa H-Q no qual o valor de torque (T), a velocidade rotacional (N), e a potência gerada (P) do gerador (G) são registrados, é independente do cano (1) ao qual o sistema de geração de potência hidroelétrica (10) é conectado, e é exclusivo do sistema de geração de potência hidroelétrica (10).
[097] Uma curva de perda de sistema (S), do cano (1), que foi medida em uma operação real é, então, registrada no mapa característico (M). A curva de perda de sistema (S) também é armazenada no dispositivo de memória que forma a unidade de controle de taxa de fluxo (25), na forma de uma tabela (tabela numérica) e uma expressão matemática (função) em um programa.
[098] A curva de perda de sistema (S) é uma linha característica de resistência ao fluxo que é exclusiva ao cano (1) mostrado na Figura 1. A cabeça eficaz (H) no momento em que a taxa de fluxo total (QT) é zero é uma cabeça total (Ho). A cabeça eficaz (H) diminui na forma de uma curva quadrática em conformidade com um aumento na taxa de fluxo total (QT), e a curvatura da mesma tem um valor exclusivo para o cano (1) mostrado na Figura 1. A taxa de fluxo total (QT) no cano (1) que inclui o sistema de geração de potência hidroelétrica (10) e a cabeça eficaz (H) nesse caso correspondem a um ponto na curva de perda de sistema (S). Por exemplo, se a segunda válvula operada por motor (16) for totalmente fechada e a água for suprida apenas à turbina de água (W), a taxa de fluxo na turbina de água (W) corresponderá à taxa de fluxo total (QT) do cano (1), incluindo o sistema de geração de potência hidroelétrica (10), e o ponto que corresponde à taxa de fluxo (Q1) e a cabeça eficaz (H) da turbina de água (W) nesse momento estão na curva de perda de sistema (S). Em outras palavras, o ponto de operação da turbina de água (W) está na curva de perda de sistema (S).
[099] Se um fluido (água) for suprido tanto à turbina de água (W) quanto ao segundo cano de ramificação (13), o valor total da taxa de fluxo na turbina de água (W) e da taxa de fluxo no segundo cano de ramificação (13) corresponderá à taxa de fluxo total (QT) do cano (1) incluindo o sistema de geração de potência hidroelétrica (10). A taxa de fluxo total (QT) e a cabeça eficaz (H) nesse momento correspondem a um ponto na curva de perda de sistema (S), considerando que o ponto de operação da turbina de água (W) não está na curva de perda de sistema (S).
[0100] Por exemplo, se a velocidade rotacional (N) do gerador (G) e o valor de torque atual (T) forem conhecidos, o ponto de operação da turbina de água (W) poderá ser constatado utilizando-se o mapa característico (M), de modo que a taxa de fluxo atual (Q1) na turbina de água (W) possa ser constatada. Torna-se possível consequentemente conhecer a taxa de fluxo total (QT) e a taxa de fluxo (Q2) do segundo cano de ramificação (13).
[0101] Essa abordagem é agora especificamente descrita com referência à Figura 7. O ponto de operação atual é a interseção de uma curva de velocidade rotacional igual que corresponde à velocidade rotacional atual (N) e uma curva de torque igual que corresponde ao valor de torque atual (T). Uma taxa de fluxo (Q1a) que é um valor indicado por uma marca de escala, no eixo geométrico horizontal, que corresponde ao ponto de operação é a taxa de fluxo (Q1) da turbina de água (W). Um ponto de interseção de uma linha que atravessa um ponto de operação e que está paralela ao eixo geométrico horizontal e à curva de perda de sistema (S) é obtido. Uma taxa de fluxo (QTa) que é um valor indicado por uma marca de escala, no eixo geométrico horizontal, que corresponde ao ponto de interseção é uma taxa de fluxo total (QT) nesse momento. Então, a taxa de fluxo (Q2) do segundo cano de ramificação (13) nesse momento é dada pela expressão: QTa — Q1a.
[0102] Uma vez que o valor-alvo da potência elétrica a ser gerada é determinado, o ponto de operação da turbina de água (W) pode ser determinado utilizando-se o mapa característico (M). Consequentemente, conforme descrito anteriormente, uma taxa de fluxo de fluido a ser suprida à turbina de água (W) pode ser determinada, e o valor dessa taxa de fluxo pode ser usada como o valor de comando de taxa de fluxo (Q1*). Por exemplo, a interseção de uma linha que atravessa um ponto na curva de perda de sistema (S) que corresponde à taxa de fluxo total atual (QT) (denominada taxa de fluxo (QTa)) e está paralela ao eixo geométrico horizontal e uma linha de potência gerada igual que corresponde ao valor-alvo da potência elétrica a ser gerada correspondem a um ponto de operação-alvo (consulte Figura 7. Uma vez que o ponto de operação-alvo é determinado, a taxa de fluxo (Q1a), que é um valor indicado por uma escala, no eixo geométrico horizontal, que corresponde ao ponto de operação-alvo corresponde a um valor de comando de taxa de fluxo (Q1*) para obter o valor-alvo da potência elétrica a ser gerada.
[0103] Observa-se que, uma vez que a cabeça eficaz (H) e a diferença de pressão entre um lado a montante e um lado a jusante da turbina de água (W) estão em uma relação proporcional, uma curva de perda de sistema na qual uma diferença de pressão (diferença de pressão eficaz) entre os lados a montante e a jusante da turbina de água (W) é tomada como um eixo geométrico vertical é equivalente a uma curva de perda de sistema (S) na qual a cabeça eficaz (H) é tomada como um eixo geométrico vertical. Em outras palavras, uma curva de perda de sistema na qual o eixo geométrico vertical representa a diferença de pressão entre os lados a montante e a jusante da turbina de água (W) e o eixo geométrico horizontal representa a taxa de fluxo total (QT), pode ser usada.
[0104] Além disso, o ponto de operação do gerador (G) pode ser determinado, no mapa característico (M), através de uma combinação da velocidade rotacional (N) e da potência gerada (P), ou uma combinação do valor de torque (T) e da potência gerada (P). Ou seja, as características do gerador (G) usado no mapa característico (M) podem ser adequadamente uma característica do gerador (G) que se correlaciona com a taxa de fluxo (Q1) da turbina de água (W) e a cabeça eficaz (H), e que podem ser detectadas.
[0105] A turbina de água (W) e o gerador (G) que formam o sistema de geração de potência hidroelétrica (10) não são limitados a nenhum tipo específico desde que as características do gerador (G) (que podem ser detectadas) possam estar associadas à taxa de fluxo (Q1) da turbina de água (W) e à cabeça eficaz (H) da turbina de água (W). Por exemplo, mesmo se a operação da turbina de água (W) não puder ser variada pelo gerador (G), é possível estimar a taxa de fluxo (Q1) e a cabeça eficaz (H) como nessa modalidade.
[0106] A aplicação da técnica de estimativa da taxa de fluxo total (QT) descrita nessa modalidade para o sistema de geração de potência hidroelétrica (10) da primeira modalidade, a variação da primeira modalidade, ou da segunda modalidade torna possível conhecer a taxa de fluxo (Q 1) da turbina de água (W) e da taxa de fluxo (Q1) do segundo cano de ramificação (13) sem utilizar o primeiro fluxímetro (17) ou o segundo fluxímetro (18). Em outras palavras, essa modalidade permite o controle sem utilizar o primeiro fluxímetro (17) e o segundo fluxímetro (18), e, assim, a omissão do primeiro fluxímetro (17) e do segundo fluxímetro (18). Isto é, nessa modalidade, os custos para o sistema de geração de potência hidroelétrica (10) podem ser reduzidos.
[0107] Em uma quarta modalidade da presente invenção, um exemplo do sistema de geração de potência hidroelétrica (10) é descrito. Esse exemplo é capaz de controlar a potência elétrica a ser fluída de modo reverso, ao mesmo tempo em que é mantida a pressão do fluido suprido através do cano (1) (isto é, a quantidade física do fluido, denominado pressão suprida) em um valor desejado (pressão- alvo (P*)). O sistema de geração de potência hidroelétrica (10) dessa modalidade é disposto como um dispositivo de, por exemplo, uma válvula de descompressão fornecida no sistema de distribuição de água (4), de modo que a energia do fluido que não tenha sido usada possa ser recuperada como potência elétrica.
[0108] A Figura 8 ilustra esquematicamente ilustra a configuração global do cano (1) que inclui o sistema de geração de potência hidroelétrica (10) de acordo com a quarta modalidade da presente invenção. Conforme ilustrado na Figura 8, o cano (1) dessa modalidade é conectado a um cano de influxo (11) e um cano de efluxo (14). O cano de influxo (11) tem uma extremidade de influxo conectada ao tanque de armazenamento (2). O cano de efluxo (14) tem uma extremidade de efluxo conectada ao tanque de recebimento de água (3).
[0109] Um calibre de pressão de entrada lateral (50), uma primeira válvula operada por motor (15), e a turbina de água (W) (especificamente, a entrada de fluido da turbina de água (W)) são conectadas ao cano de influxo (11) nessa ordem na direção de fluxo. Em outras palavras, a primeira válvula operada por motor (15) é conectada em série à turbina de água (W). Um cano de efluxo (14) é conectado à saída de fluido da turbina de água (W). Um calibre de pressão de saída lateral (51) é conectado a uma porção intermediária do cano de efluxo (14). O calibre de pressão de entrada lateral (50) detecta uma pressão (P1) de um fluido a ser suprido à turbina de água (W), e o calibre de pressão (51) detecta uma pressão (P2) de fluxo fora da turbina de água (W). O valor detectado pelo calibre de pressão de saída lateral (51) corresponde à pressão suprida. O valor detectado do calibre de pressão de saída lateral (51) (pressão suprida = pressão (P2)) é um exemplo das “informações sobre fluido incluindo as informações correlacionadas à quantidade física do fluido que flui para fora de um canal” da presente invenção. O calibre de pressão de saída lateral (51) é um exemplo da unidade de aquisição de informações sobre fluido da presente invenção.
[0110] A primeira válvula operada por motor (15) controla uma taxa de fluxo de um fluido acionando-se o corpo de válvula com um motor elétrico. O grau de abertura da primeira válvula operada por motor (15) é controlado por um controlador de gerador (20), que será descrito posteriormente. Assim, a taxa de fluxo do fluido que flui para a turbina de água (W) é controlada. Isto é, a primeira válvula operada por motor (15) é um exemplo da válvula de controle de taxa de fluxo da presente invenção.
[0111] A Figura 9 é um diagrama que ilustra um sistema de potência elétrica do sistema de geração de potência hidroelétrica (10) de acordo com a quarta modalidade. Conforme ilustrado na Figura 9, o sistema de geração de potência hidroelétrica (10) inclui um controlador de gerador (20) e um inversor de interconexão de sistema (30). A configuração do inversor de interconexão de sistema (30) é a mesma que a da primeira modalidade, considerando que a configuração do controlador de gerador (20) difere da primeira modalidade. Especificamente, o controlador de gerador (20) dessa modalidade inclui um detector de pressão (26) em vez da unidade de detecção de taxa de fluxo (23) da primeira modalidade, e um controlador de pressão (27) em vez da unidade de controle de taxa de fluxo (25).
[0112] O detector de pressão (26) lê os valores de detecção do calibre de pressão de entrada lateral (50) e do calibre de pressão de saída lateral (51), e transmite os valores detectados ao controlador de pressão (27) periodicamente ou em resposta a uma solicitação do controlador de controlador de pressão (27). O controlador de pressão (27) controla cooperativamente o grau de abertura da primeira válvula operada por motor (15) e a comutação de uma unidade de conversor de CA/CC (21), conforme será descrito posteriormente, de modo a controlar a potência elétrica a ser fluída de modo reverso ao mesmo tempo em que é mantida a pressão suprida em um valor desejado.
[0113] Além disso, nessa modalidade, quando o valor de tensão de CA (Vac) da linha de distribuição do sistema de potência elétrica (5) correr o risco de exceder o limite superior da faixa de regulação de tensão (Vr), o sistema de geração de potência hidroelétrica (10) realizará a operação de redução de pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada para reduzir a potência elétrica a ser suprida ao sistema de potência elétrica (5). Especificamente, além disso, nessa modalidade, quando o valor de tensão de CA (Vac) detectado pela unidade de detecção de tensão de CA (32) do inversor de interconexão de sistema (30) exceder um primeiro limiar predeterminado (Th1), a potência elétrica a ser suprida ao sistema de potência elétrica (5) será reduzida pelo inversor de interconexão de sistema (30). Então, quando a tensão de CC (Vdc) exceder o segundo limiar predeterminado (Th2) devido à redução de potência elétrica causada pelo inversor de interconexão de sistema (30), o controlador de gerador (20) também realiza a operação de redução de pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada. Para determinar se a operação de redução de pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada é necessário que um valor de detecção da unidade de detecção de tensão de CC (22) seja transmitido ao controlador de pressão (27).
[0114] A Figura 10 mostra um mapa característico (M) para explicar o conceito de controle nessa modalidade. No sistema de geração de potência hidroelétrica (10), se a soma de uma cabeça eficaz (H) na turbina de água (W) e uma cabeça eficaz (Hv) na primeira válvula operada por motor (15) for controlada de modo a ser um valor constante quando a potência elétrica for reduzida, será possível controlar a potência elétrica a ser fluída de modo reverso ao mesmo tempo em que é mantida a pressão suprida em um valor desejado. Com referência à Figura 10, pode ser visto que o ponto de operação da turbina de água (W) deve ser apenas deslocado diretamente abaixo da localização atual.
[0115] No entanto, conforme descrito anteriormente, a curva de perda de sistema (S) é curva como uma curva quadrática, e no caso do cano (1) dessa modalidade, o ponto de operação da turbina de água (W) se move na curva de perda de sistema (S). Portanto, é possível fazer a soma da cabeça eficaz (H) na turbina de água (W) e da cabeça eficaz (Hv) na primeira válvula operada por motor (15) ser um valor constante meramente controlando-se a comutação da unidade de conversor de CA/CC (21). Em vista disso, nessa modalidade, o grau de abertura da primeira válvula operada por motor (15) também é controlado, fazendo assim com que a própria curva de perda de sistema (S) altere, conforme mostrado na Figura 10. Em outras palavras, nessa modalidade, o ponto de operação é deslocado para baixo a partir da localização atual através de controle cooperativo do grau de abertura da primeira válvula operada por motor (15) e da comutação da unidade de conversor de CA/CC (21).
[0116] Especificamente, nessa modalidade, o controlador de pressão (27) monitora o valor detectado do calibre de pressão de saída lateral (51) (isto é, a saída do detector de pressão (26)). Ao mesmo tempo, o controlador de pressão (27) controla a potência de saída da unidade de conversor de CA/CC (21) ao mesmo tempo em que é ajustado o grau de abertura da primeira válvula operada por motor (15) de modo que o valor detectado se torne igual à pressão-alvo (P*) (ou se aproxime da mesma) (controle cooperativo). Aqui, o controlador de pressão (27) pode utilizar o controle de retroalimentação ao ajustar o grau de abertura da primeira válvula operada por motor (15) e controlar a potência de saída da unidade de conversor de CA/CC (21).
[0117] Observa-se que a cabeça eficaz (H) na turbina de água (W) pode ser obtida, por exemplo, utilizando- se o mapa característico (M) descrito acima. Quando a soma da cabeça eficaz (H) da turbina de água (W) e da cabeça eficaz (Hv) da primeira válvula operada por motor (15) é definida para um valor constante, um valor-alvo da cabeça eficaz (Hv) da primeira válvula operada por motor (15) pode ser determinado quando a cabeça eficaz (H) da turbina de água (W) for determinada. Então, uma vez que a cabeça eficaz (Hv) da primeira válvula operada por motor (15) e o grau de abertura da primeira válvula operada por motor (15) têm uma relação correspondente expressa como 1:1, é possível determinar o grau de abertura da primeira válvula operada por motor (15) quando o valor-alvo da cabeça eficaz (Hv) for determinado.
[0118] Além disso, no sistema de geração de potência hidroelétrica (10), a unidade de determinação de elevação de tensão (33) monitora o valor detectado da unidade de detecção de tensão de CA (32). Quando o valor de tensão de CA (Vac) excede o primeiro limiar (Th1), o inversor de interconexão de sistema (30) realiza a operação de redução de pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada. Por outro lado, o controlador de pressão (27) monitora o valor detectado da unidade de detecção de tensão de CC (22). Por exemplo, quando o valor detectado da unidade de detecção de tensão de CC (22) excede um segundo limiar predeterminado (Th2) devido à operação de redução de pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou potência elétrica a ser gerada realizada pelo inversor de interconexão de sistema (30), o controlador de gerador (20) realiza a operação de redução de pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada.
[0119] Na operação de redução de pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada pelo controlador de gerador (20), o controlador de pressão (27) reduz a cabeça eficaz (H) da turbina de água (W) para reduzir a potência gerada. Uma alteração na cabeça eficaz (H) da turbina de água (W) altera a soma da cabeça eficaz (H) da turbina de água (W) e da cabeça eficaz (Hv) da primeira válvula operada por motor (15). Portanto, o controlador de pressão (27) altera o valor-alvo da cabeça eficaz (Hv) da primeira válvula operada por motor (15). Especificamente, o controlador de pressão (27) ajusta o grau de abertura da primeira válvula operada por motor (15) ao mesmo tempo em que é monitorado o valor detectado do calibre de pressão de saída lateral (51) (a saída do detector de pressão (26)), de modo que o valor detectado se torna igual à pressão-alvo (P*). Como resultado, a pressão suprida é mantida a uma pressão-alvo predeterminada (P*) no cano (1).
[0120] Além disso, nessa modalidade, o resistor regenerativo (40) é permitido consumir a potência elétrica quando a operação de redução de pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada é realizada. O tempo no qual o comutador (SW) conectado ao resistor regenerativo (40) é ligado pode ser definido como um momento em que o inversor de interconexão de sistema (30) reduz a potência elétrica como na primeira modalidade, ou um momento em que o controlador de gerador (20) reduz a potência elétrica como na variação da primeira modalidade.
[0121] Conforme descrito acima, o sistema de geração de potência hidroelétrica (10) dessa modalidade torna possível controlar a potência elétrica (a tensão na linha de distribuição) ao mesmo tempo em que é mantida a quantidade física de fluido (a pressão suprida nesse caso) em um valor desejado (a pressão-alvo (P*)).
[0122] Além disso, nessa modalidade, o controlador de gerador (20) e o inversor de interconexão de sistema (30) podem ser configurados de modo a detectar o valor de tensão de CA (Vac) no controlador de gerador (20) e controlar a potência elétrica, como na segunda modalidade. Essa configuração torna possível omitir o resistor regenerativo (40).
[0123] O sistema de geração de potência hidroelétrica (10) pode ser instalado não apenas no cano (1), mas também em um canal aberto ou um canal que inclui um canal fechado (por exemplo, um cano) e um canal aberto. Como um exemplo, é concebível instalar o sistema de geração de potência hidroelétrica (10) em um canal de irrigação agrícola.
[0124] O fluido suprido à turbina de água (W) não é limitado à água. Por exemplo, a salmoura que é usada em um ar condicionado instalado em, por exemplo, um edifício pode ser usado como o fluido.
[0125] A taxa de fluxo e a pressão foram descritas como exemplos não limitantes da quantidade física do fluido.
[0126] A localização em que o sistema de geração de potência hidroelétrica (10) é instalado não é limitada ao sistema de distribuição de água (4).
[0127] A configuração de qualquer item da primeira modalidade, a variação da primeira modalidade, da segunda modalidade e da terceira modalidade (isto é, a configuração em que a taxa de fluxo total é controlada para um valor constante) pode ser combinada com a configuração da quarta modalidade (isto é, a configuração em que a pressão suprida é controlada para um valor constante).
[0128] A magnitude do sistema de potência elétrica a ser suprida ao sistema de potência elétrica (5) (isto é, a potência elétrica a ser vendida) pode ser determinada a partir de vários pontos de vista. Por exemplo, quando a quantidade total de “potência gerada“ é vendida (isto é, quando toda a potência gerada é suprida ao sistema de potência elétrica), a “potência gerada“ é controlada de modo que a expressão a seguir seja mantida: “potência elétrica suprida ao sistema de potência elétrica (5)” = “potência gerada a ser gerada” < “potência elétrica aceitável para o sistema de potência elétrica (5)”.
[0129] Por outro lado, quando parte da potência gerada é gasta em autoconsumo (doravante, a potência elétrica gasta em autoconsumo é denominada “autoconsumo de potência”), e um excedente da potência gerada (doravante denominada “potência excedente”) é suprido ao sistema de potência elétrica (5), a seguinte expressão mantém: “Potência excedente” = “potência gerada” - “autoconsumo de potência”. Nesse caso, a “potência gerada” é controlada de modo que a expressão a seguir seja mantida: “potência elétrica suprida ao sistema de potência elétrica (5)” = “potência excedente” < “potência elétrica aceitável para o sistema de potência elétrica (5)”. Nesse caso, as informações para identificar o “autoconsumo de potência” podem ser obtidas, por exemplo, medindo-se realmente o consumo, estimando-se o consumo com base na data de demanda passada, ou utilizando-se o autoconsumo de potência máximo estimado com antecedência. Se a “potência gerada” for gasta em autoconsumo, um equipamento elétrico que aumenta o consumo de potência em resposta a uma solicitação pode ser usado como a “unidade de consumo de potência”, além do resistor regenerativo (40).
[0130] Ao controlar a quantidade física do fluido (por exemplo, a taxa de fluxo total (QT) do cano (1)) para um “valor desejado”, o “valor desejado” pode ser um único valor (um único valor constante) ou um valor que pode estar em uma faixa de um valor menor ou igual a um limiar predeterminado, ou um valor maior ou igual a um limiar predeterminado, ou em uma faixa predeterminada de valores.
[0131] Exemplos utilizados como as “informações sobre suprimento e demanda de potência” incluem, além do valor de tensão (valor de tensão de CA (Vac)) da linha de distribuição do sistema de potência elétrica (5), uma frequência de tensão da linha de distribuição do sistema de potência elétrica (5), uma fase de tensão da linha de distribuição do sistema de potência elétrica (5), um fator de potência da linha de distribuição do sistema de potência elétrica (5), potência elétrica, uma solicitação da empresa de potência para reduzir a potência elétrica a ser fluída de modo reverso, o limite superior de geração de potência determinado pelo contrato com a empresa de potência elétrica.
[0132] A presente invenção é útil como um sistema de geração de potência hidroelétrica.
[0133] 1 Cano (Canal)
[0134] 5 Suprimento de Potência Comercial (Sistema de Potência Elétrica)
[0135] 10 Sistema de Geração de Potência Hidroelétrica
[0136] 13 Segundo Cano de Ramificação (Canal de Contorno)
[0137] 15 Primeira Válvula Operada por Motor (Válvula de Controle de Fluxo)
[0138] 17 Primeiro Fluxímetro (Unidade de Aquisição de Informações de Fluido)
[0139] 18 Segundo Fluxímetro (Unidade de Aquisição de Informações de Fluido)
[0140] 20 Controlador de Gerador (Unidade de Controle)
[0141] 30 Inversor de Interconexão de Sistema (Unidade de Controle)
[0142] 32 Unidade de Detecção de Tensão de CA (Unidade de Aquisição de Informações de Potência Elétrica)
[0143] 40 Resistor Regenerativo (Unidade Consumo de Potência)
[0144] G Gerador
[0145] W Turbina de Água (Máquina de Fluido)
Claims (7)
1. SISTEMA DE GERAÇÃO DE POTÊNCIA HIDROELÉTRICA compreendendo: uma máquina de fluido (W) disposta em um canal (1) através do qual um fluido flui; um gerador (G) acionado pela máquina de fluido (W); um controlador (20, 30) configurado para controlar pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada pelo gerador (G) e suprir potência elétrica gerada pelo gerador (G) a um sistema de potência elétrica (5); uma unidade de aquisição de informações sobre potência elétrica (32) configurada para adquirir informações sobre suprimento e demanda de potência incluindo potência elétrica aceitável para o sistema de potência elétrica (5) ou informações correlacionadas à potência elétrica; e uma unidade de aquisição de informações sobre fluido (17, 18) configurada para adquirir informações sobre fluido, incluindo informações correlacionadas com uma quantidade física do fluido que flui para fora do canal (1), em que o controlador (20, 30) é configurado para controlar pelo menos um dentre a quantidade física, o canal (1), ou a potência elétrica gerada ou a potência elétrica a ser gerada pelo gerador (G) utilizando-se as informações sobre fluido de modo que a quantidade física seja mantida em um valor desejado, ao mesmo tempo em que controla-se a potência elétrica a ser suprida ao sistema de potência elétrica (5) para a potência elétrica aceitável para o sistema de potência elétrica (5) ou menos, utilizando-se as informações sobre suprimento e demanda de potência, caracterizado pelo controlador (20, 30) estimar uma taxa de fluxo (Q1) e uma cabeça eficaz (H) na máquina de fluido (W) com base em uma característica desejada que está relacionada ao gerador (G) e correlacionada à taxa de fluxo (Q1) e à cabeça eficaz (H) na máquina de fluido (W), e estimar a taxa de fluxo total (QT) com base em uma linha característica de resistência ao fluxo (S) que representa uma relação entre a cabeça eficaz (H) e a taxa de fluxo total (QT) no canal (1), cuja taxa de fluxo (Q1) foi estimada, e a cabeça eficaz (H) que foi estimada.
2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: o canal (1) ser fornecido com um canal de contorno (13) que contorna a máquina de fluido (W), a quantidade física incluir uma taxa de fluxo total (QT) do fluido no canal (1), e o controlador (20, 30) controlar uma taxa de fluxo (Q2) do fluido no canal de contorno (13) de modo a fazer com que a taxa de fluxo total (QT) se aproxime de uma taxa de fluxo total-alvo predeterminada (QT*).
3. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por: o canal (1) ser um cano, e ser dotado de uma válvula de controle de taxa de fluxo (15) conectada em série à máquina de fluido (W) e que controla uma taxa de fluxo do fluido que flui para a máquina de fluido (W), um valor da quantidade física incluir uma pressão (P2) do fluido que flui para fora do canal (1), e o controlador (20, 30) controlar um grau de abertura da válvula de controle de taxa de fluxo (15) de modo a fazer com que a pressão (P2) se aproxime de uma pressão- alvo predeterminada (P*).
4. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo controlador (20, 30) adquirir as informações sobre suprimento e demanda de potência com base em um valor de tensão (Vac) de uma linha de distribuição do sistema de potência elétrica (5).
5. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por compreender adicionalmente: uma unidade de consumo de potência (40) configurada para consumir a potência elétrica gerada, em que o controlador (20, 30) supre parte ou toda a potência elétrica gerada à unidade de consumo de potência (40) de modo que a potência elétrica a ser suprida ao sistema de potência elétrica (5) se torne igual a um valor desejado.
6. SISTEMA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo controlador (20, 30) controlar uma taxa de fluxo (Q1) na máquina de fluido (W) de modo que a potência elétrica a ser suprida ao sistema de potência elétrica (5) se torne igual a um valor desejado.
7. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo controlador (20, 30) controlar a pelo menos uma dentre a potência elétrica gerada ou potência elétrica a ser gerada ao mesmo tempo em que se controla o grau de abertura da válvula de controle de taxa de fluxo (15) de modo que a potência elétrica a ser suprida ao sistema de potência elétrica (5) se torne igual a um valor desejado.
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