EP2326830A1 - Systeme de controle d'une turbomachine a paire de turbines hydrauliques jumelles - Google Patents

Systeme de controle d'une turbomachine a paire de turbines hydrauliques jumelles

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EP2326830A1
EP2326830A1 EP09740478A EP09740478A EP2326830A1 EP 2326830 A1 EP2326830 A1 EP 2326830A1 EP 09740478 A EP09740478 A EP 09740478A EP 09740478 A EP09740478 A EP 09740478A EP 2326830 A1 EP2326830 A1 EP 2326830A1
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EP
European Patent Office
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turbine
speed
generator
turbomachine
turbines
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Withdrawn
Application number
EP09740478A
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German (de)
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Inventor
Daniel Roye
Ana Maria Andreica
Seddik Bacha
Antoneta Iuliana Bratcu
Joël GUIRAUD
Iulian Munteanu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Electricite de France SA
Institut Polytechnique de Grenoble
Original Assignee
Electricite de France SA
Institut Polytechnique de Grenoble
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Publication date
Application filed by Electricite de France SA, Institut Polytechnique de Grenoble filed Critical Electricite de France SA
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    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the invention relates to a turbine engine hydrau ⁇ lic, and in particular, a hydraulic turbine engine for recovery and the kinetic energy conversion marine or river currents, including the supply of electricity.
  • a turbine engine hydrau ⁇ lic and in particular, a hydraulic turbine engine for recovery and the kinetic energy conversion marine or river currents, including the supply of electricity.
  • an energy source currently under-exploited corresponds to naturally occurring water currents on the planet: high-water currents, tidal currents, strait and estuary currents, river currents or river.
  • the devices for recovering and converting the kinetic energy of marine or fluvial currents generally comprise a turbine comprising a set of blades adapted to rotate a shaft when immersed in the stream.
  • a turbine comprising a set of blades adapted to rotate a shaft when immersed in the stream.
  • the current direction is generally perpendicular ⁇ dicular to the axis of rotation of the turbine.
  • a transverse flow turbomachine for which, in operation, the overall transverse lift force applied to the device maintaining the turbomachine is substantially zero.
  • This turbomachine comprises first and second transverse flow hydraulic turbines symmetrical to each other with respect to a plane and rotating in opposite directions when immersed in a moving liquid; and a holding device of the first and second turbine comprising one or more posts disposed symétri ⁇ cally relative to said plane.
  • Each turbine comprises a rotation shaft and blades connected to this shaft for driving the shaft in rotation when the blades are immersed in a moving liquid.
  • These first and second turbines will be called here twin turbines.
  • This French patent application unpublished also includes a controller adapted to maintain equal (and opposite) the rotational speeds of the pre ⁇ Mière turbines and optionally a mechanical control device (gear) adapted to hold the pre symmetrical ⁇ first and second blades.
  • An object of an embodiment of the present invention is to ensure that two twin turns rotate exactly at the same speed and maintain a constant mutual angular relationship. In other words, it is desired to synchronize the two turns in speed and in angular position.
  • An object of an embodiment of the present invention is to perform this synchronization electrically without mechanical coupling between the twin towers. This avoids the use of a cumbersome mechanical gear system, non-adaptive and requiring regular maintenance ⁇ l.
  • An object of an embodiment of the present invention is to achieve this synchronization without using specific electrical machines imposing a direct electrical coupling between them and without introducing control structures incorporating additional control loops of each of the angular positions.
  • a turbomachine comprising first and second hydraulic turbines transverse flux, symétri ⁇ c, related to the same holder and rotating in opposite directions when they are immersed in a moving liquid; a generator associated with the shaft of each turbine; and means for electrically regulating the power extracted from the second generator to ensure that the shaft of the second turbine rotates at the same speed in the same angular posi ⁇ tion relation determined with respect to the shaft of the first turbine.
  • the first generator is controlled to rotate at an optimum speed depending on the liquid stream in which the tur bine ⁇ is immersed.
  • said angular position relationship is determined according to the flow conditions of the liquid in which the turbine is immersed.
  • the first and second generators comprise a speed control loop acting on a rectifier block associated with the output of each of the generators, the speed control loop of the first generator being slaved on a optimum speed calculated according to the current, and the speed loop of the second generator being slaved to the speed of the first generator corrected by an error signal ( ⁇ B) reflecting the difference in angular position between the two generators.
  • ⁇ B error signal
  • the speed correction loop of the second generator comprises a device for measuring the differences between the angular posi ⁇ tions of each of the turbines and a reference position, and a comparison between these two positions. ⁇ angu lar, with an offset corresponding to the difference imposed angular posi- tions, the difference being supplied via a loop filter to correct the speed signal applied to the first control loop.
  • the turbomachine comprises a large number of additional pairs of hydraulic turbines, each hydraulic turbine of additional pairs being slaved in the same way as the second turbine.
  • FIG. 1A represents an example of a hydraulic turbine and Figures 1B and 1C are very schematically a very simplified front view and a top view of an example of twin hydraulic towers;
  • Figure 2 is a circuit diagram for connecting twin towers to a network;
  • Fig. 3 is a slave tower servo scheme according to an embodiment of the present invention;
  • FIG. 4 shows another example of an electrical circuit diagram for connecting twin towers to a network.
  • DETAILED DESCRIPTION For the sake of clarity, the same elements have been designated with the same references in the various figures.
  • FIG. 1A represents an exemplary embodiment of a turbine column comprising an assembly of four turbines
  • a turbine unit 1 of common axis.
  • a turbine unit 1 comprises a rotation shaft 2 and a hub 3 fixed to the rotation shaft
  • Each arm 4 carries a wing (or blade) 5 at its end opposite the hub 3.
  • Each wing 5, for example in the shape of "V”, may comprise marginal fins 6 at its ends.
  • the assembly consists of a turbine column and the device for holding the turbine column. Examples of towers are described in the European patent application 06709514.1 filed in the name of the Applicant.
  • FIGS. 1B and 1C here we consider twin towers 2A whose axes of rotation, 2B are sensitive ⁇ parallel and which are linked to the same frame, shown schematically by an amount 8.
  • Each turn comprises a shaft on the same stacks ⁇ turbines IA, IB and a generator 1OA , 1OB supplying electrical power on conductors 12A, 12B.
  • These twin towers are intended to turn in opposite directions. As they are subject to the same liquid flow F, they rotate natu ⁇ ACTUALLY substantially at the same speed. This cancels out the two equal and opposite global lift forces, perpendicular to the direction of flow, that apply to each of the twin towers when immersed in a moving liquid.
  • the present invention applies to any type of tur bine ⁇ transverse flux.
  • the present invention applies to Darrieus type Gorlov type transverse flow turbines (for example, the turbines described in the publication "Helical Turbines for the GuIf Stream”: Conceptual Approach to Design of a Large -Scale Floating Power Farm “of Gorlov (Marine Technology, vol.35, No. 3, July 1998, pages 175-182), etc.) or turbines of the type described in European Patent Application No. 1718863 filed in Name of requester .
  • each revolution of a couple of twin revolutions is connected to the network by an electronic power converter.
  • the controlled rectifier 14A is shown very schematically, in fact it will be a single phase or polyphase rectifier bridge depending on the nature of the generator.
  • the continuous interface 15A comprises two conductors, one of which is connected to ground. Between these two conductors, there is a braking device 23 comprising a resistor R ⁇ , this resistor being switchable to provide the braking function.
  • a power storage system 24A which can be connected to the other terminal of the bus directly or via a power control device 25A.
  • a rectifier / inverter system will not be described in detail here because they are known in themselves.
  • the control signals MLIA2 of the inverter 2OA will not be described here because they are conventional devices for transforming a DC voltage into an alternating frequency signal adapted to the AC bus 21 connected to the network or to the power supply. a charge.
  • the control mode will depend on the network connection mode.
  • the generator 1OB is connected to the reciprocating bus 21 by a similar chain whose elements are designated with the suffix B instead of A.
  • a fundamental aspect of the present invention resides in the control signals MLIA1 and MLIA2 of the controlled converters 14A, 14B.
  • 3 shows a diagram of a mode provided ⁇ ture control signals MLIAl, MLIBl controlled rectifiers 14A, 14B generators 1OA, 1Ob of Figure 2.
  • one of the generators for example the generator 10A is chosen as the master system and the other generator is chosen as the slave system.
  • the generator 10A is chosen as the master system and the other generator is chosen as the slave system.
  • the 10A is associated with a speed control loop which receives a speed reference from a rotation calculation block 30.
  • the block 30 takes into account the speed of the hydraulic current to determine an optimum rotational speed of the turbine. This is for example an optimal point search device operating system, commonly referred to as MPPT (Maximum Power Point Tracking).
  • MPPT Maximum Power Point Tracking
  • the block 30 supplies a reference speed ⁇ A * to an addition input of a subtractor 31A whose subtraction input receives a signal supplied by a rotation detection unit 32A ⁇ A of the generator 10A.
  • the subtractor 31A provides an error signal to a speed control block 33A which provides a reference signal for the current controlled rectifier block 14A.
  • the output signal iqGA * of the speed control block 33A is supplied to an input input of a subtractor 34A whose subtraction input receives a signal for measuring the current iqGA actually supplied.
  • the resulting error signal is converted into a PULSE width modulation signal ⁇ sions in a current control block 35A.
  • the block 35A calculates the signals to be applied to the various phases of a polyphase rectifier bridge.
  • the invention relates more particularly to the control of the second generator which is controlled in slave mode, on the one hand, to rotate at the same speed as the first generator and, on the other hand, to present an angular positional shift ⁇ determined with respect to this first generator.
  • the generatrix 1OB is associated with a first control loop of speed ⁇ similar to the loop described above, comprising elements of the same nature 33B, 34B and 35B for supplying an MLIB1 signal to the controlled rectifier block 14B.
  • a speed correction loop comprising elements 4OB, 4IB, 42B providing a speed correction signal ⁇ B to a first addition input of an adder 43B which receives moreover the speed signal ⁇ A of the first turbine.
  • the adder 43B provides a signal ⁇ B which is compared with the speed signal ⁇ B of the second generator provided by a speed detection and calculation circuit 36B.
  • the speed correction loop is intended to ensure a determined angular relationship between the two generators.
  • This loop comprises a position comparator block 41B angu lar ⁇ the two turbines, which can react quickly to high frequency signals.
  • Block 4 IB compares the angle ⁇ A of the first turbine with respect to a reference chosen at the angle ⁇ B of the second turbine with respect to the same reference system, the signal ⁇ A being previously added with an angle CC.
  • the angle CC is the difference that we want to impose between the angular positions of the two turbines.
  • the block 4 IB provides a signal which, after passing through a loop filter 42B, constitutes a speed correction signal ⁇ B.
  • each of the turbines several detectors, namely a position detector and a speed detector. It is only provided for each turbine a angu lar position detector ⁇ providing the angular positions and ⁇ B ⁇ A with respect to a selected reference. These detectors may be used, on the one hand, to provide an indication to the angular position detector 41B, on the other hand, for speed calculations in blocks 33A and 33B.
  • the speed controllers 33A, 33B generate electromagnetic torque image active current setpoints applied to the current controllers 35A and 35B which generate the PWM control signals (pulse width modulation).
  • the structure according to the present invention tion is particularly suitable for the sync ⁇ nise need to quickly and accurately without the use of mechanical coupling manner towers turbines whatever the conditions ⁇ water flow tions namely both laminar nary regime in turbulent regime characterized by varia tions ⁇ rapid and unexpected rate.
  • this structure provides increased robustness compared to other structures and synchronization methods.
  • the regulation signals according to the present invention can be applied to a system other than that represented in FIG. 2.
  • generators 10A and 10B can be coupled by the rectifiers 14A and 14B to a common DC bus 15, connected via a circuit electro ⁇ nic power 24 to a storage circuit 25 and it is the energy on the common DC bus is transferred through an inverter 20 to a network 22 .
  • Controlled rectifiers 14A, 14B may be structures polyphase bridges controlled by modulating lar ⁇ geur pulses (PWM) implementing elec tronic components ⁇ controllable or devices implementing structures polyphase bridge diodes and choppers voltage boosters controlled by pulse width modulation.
  • PWM lar ⁇ geur pulses
  • the purpose of control systems is to impose relative offset angles between revolutions (with or without MPPT), to impose operating points (through the imposition of velocities), and to manage power transfers. For this they are provided with a means of processing the measurement information for decision making and monitoring, such a means being conventional for those skilled in the field of servo.
  • the network 22 can be either a powerful network, or a weak network (a microarray or an isolated network), or a load.
  • the electrical generating system operates in operating mode (P, Q).
  • the mains-side inverter is responsible for the regulation of the DC bus by ensuring the transfer of the active P and reactive powers Q.
  • the AC / DC interfaces of the towers work in speed regulation by fixing the operating point of the hydrogenator towers and having as their upper floor the loop of Coordinated control of the turns that generates the offset references between the hydrogenator towers as shown in Figure 3.
  • the tidal generator system In operating mode (V, f) the tidal generator system, as shown in Figure 1, is connected to a weak / isolated network or load.
  • a hydrogenator tower controls the voltage of the common DC bus via its rectifying system and the other hydrogenator towers synchronously supply the energy balance required for this bus (they will be controlled in speed). via their recovery system).
  • a supervisory system imposes refe ⁇ ences each turn and the storage interface.
  • the hydrogenator tower A is in charge of the control of the continuous bus. Assuming that the hydro-generator tower A is in control of the continuous bus, then the other hydrogenator tower will be speed-controlled at the operating points corresponding to the imposed / modified offset angles between the towers so that the remainder of the energy required for the continuous bus is provided.

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Abstract

L'invention concerne une turbomachine comprenant des première et deuxième turbines hydrauliques à flux transverse, symétriques, liées à un même dispositif de maintien et tournant en sens opposé quand elles sont immergées dans un liquide en mouvement; une génératrice (10A, 10B) associée à l'arbre de chaque turbine; et des moyens de régulation électrique (14B- 20B) de la puissance extraite de la deuxième génératrice pour assurer que l' arbre de la deuxième turbine tourne à la même vitesse dans une même relation de position angulaire déterminée par rapport à l' arbre de la première turbine.

Description

SYSTEME DE CONTROLE D'UNE TURBOMACHINE A PAIRE DE TURBINES
HYDRAULIQUES JUMELLES
Domaine de l' invention
La présente invention concerne une turbomachine hydrau¬ lique, et en particulier, une turbomachine hydraulique pour la récupération et la conversion d'énergie cinétique de courants marins ou fluviaux, notamment pour la fourniture d'électricité. Exposé de l'art antérieur
Parmi les sources d'énergie naturelles non polluantes, une source d'énergie actuellement peu exploitée correspond aux courants d'eau naturellement présents sur la planète : courants de pleine mer, courants de marée, courants de détroit et d'estuaire, courants de fleuve ou de rivière.
Les dispositifs de récupération et de conversion de l'énergie cinétique de courants marins ou fluviaux comprennent généralement une turbine comprenant un ensemble de pales adaptées à entraîner en rotation un arbre lorsqu'elles sont immergées dans le courant. On s'intéressera ici aux turbines à flux transverse pour lesquelles la direction du courant est généralement perpen¬ diculaire, à l'axe de rotation de la turbine.
Le fonctionnement de certaines turbines à flux trans- verse utilise les forces de portance exercées par le courant sur les pales qui ont alors, par exemple, un profil d'aile pour entraîner l'arbre de rotation. C'est le cas notamment de tur¬ bines à flux transverse du type Darrieus ou Gorlov ou encore de turbines du type de celles décrites dans la demande de brevet européen 1718863 déposée au nom du Demandeur. Une caractéristique générale des turbines hydrauliques est la présence d'une force de portance globale perpendiculaire à l'axe de rotation de la turbine et à la direction du courant amont. En effet, la rotation des pales autour de l'axe de rota¬ tion de la turbine considérée dans son ensemble, induit un mou- vement giratoire du liquide autour de la turbine qui se super¬ pose au mouvement incident perpendiculaire à l'axe de rotation. Il en résulte une force de portance globale qui s'exerce in fine sur l'axe de rotation de la turbine et qui est donc perpen¬ diculaire à la direction du courant et à l'axe de rotation. Cette force de portance globale tend à varier autour d'une valeur moyenne. Les fluctuations observées autour de cette valeur moyenne se répètent périodiquement sur chaque rotation de 360° de la turbine. Le dispositif de maintien de la turbine et éventuellement le système d'ancrage de la turbine au sol doivent alors être conçus pour résister, en plus de la force de traînée, à la force de portance globale. En outre, la turbomachine dans son ensemble, c'est-à-dire incluant le système de conversion de l'énergie mécanique fournie par l'arbre de la turbine, doit supporter la fatigue produite par les vibrations induites par la force de portance globale variable.
Pour pallier ces inconvénients, le Demandeur a proposé dans la demande de brevet français non publiée N° 07/58511 du 23 octobre 2007 (B8450) , une turbomachine à flux transverse pour laquelle, en fonctionnement, la force de portance transverse globale appliquée au dispositif de maintien de la turbomachine est sensiblement nulle. Cette turbomachine comprend des première et deuxième turbines hydrauliques à flux transverse, symétriques l'une de l'autre par rapport à un plan et tournant dans des sens opposés lorsqu'elles sont immergées dans un liquide en mouve- ment ; et un dispositif de maintien des première et deuxième turbines comprenant un ou plusieurs montants disposés symétri¬ quement par rapport audit plan. Chaque turbine comprend un arbre de rotation et des pales reliées à cet arbre pour entraîner 1 ' arbre en rotation lorsque les pales sont immergées dans un liquide en mouvement. Ces première et deuxième turbines seront appelées ici turbines jumelles. Cette demande de brevet français non publiée prévoit aussi un dispositif de commande adapté à maintenir égales (et opposées) les vitesses de rotation des pre¬ mière turbines et éventuellement un dispositif de commande méca- nique (à engrenages) adapté à maintenir symétriques les pre¬ mières et les deuxièmes pales. Résumé de l'invention
Un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est d'assurer que deux tours jumelles tournent exacte- ment à la même vitesse et conservent une relation angulaire mutuelle constante. En d'autres termes, on souhaite synchroniser les deux tours en vitesse et en position angulaire.
Un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de réaliser cette synchronisation de façon élec- trique sans couplage mécanique entre les tours jumelles. Ceci permet d'éviter l'utilisation d'un système mécanique encombrant à engrenages, non adaptatif et exigeant une maintenance régu¬ lière.
Un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de réaliser cette synchronisation sans utiliser des machines électriques spécifiques imposant un couplage électrique direct entre elles et sans introduire de structures de commande intégrant des boucles supplémentaires de contrôle de chacune des positions angulaires. Pour atteindre tout ou partie de ces objets ainsi que d'autres, il est prévu une turbomachine comprenant des première et deuxième turbines hydrauliques à flux transverse, symétri¬ ques, liées à un même dispositif de maintien et tournant en sens opposé quand elles sont immergées dans un liquide en mouvement ; une génératrice associée à l'arbre de chaque turbine ; et des moyens de régulation électrique de la puissance extraite de la deuxième génératrice pour assurer que l'arbre de la deuxième turbine tourne à la même vitesse dans une même relation de posi¬ tion angulaire déterminée par rapport à l'arbre de la première turbine .
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la première génératrice est régulée pour tourner à une vitesse optimale en fonction du courant du liquide dans lequel la tur¬ bine est immergée. Selon un mode de réalisation de la présente invention, ladite relation de position angulaire est déterminée en fonction des conditions d'écoulement du liquide dans lequel la turbine est immergée.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les première et deuxième génératrices comprennent une boucle de commande de vitesse agissant sur un bloc redresseur associé à la sortie de chacune des génératrices, la boucle de commande de vitesse de la première génératrice étant asservie sur une vitesse optimale calculée en fonction du courant, et la boucle de vitesse de la deuxième génératrice étant asservie sur la vitesse de la première génératrice corrigée par un signal d'erreur (ΔΩB) reflétant la différence de position angulaire entre les deux génératrices.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la boucle de correction de vitesse de la deuxième génératrice comprend un dispositif de mesure des différences entre les posi¬ tions angulaires de chacune des turbines et une position de référence, et une comparaison entre ces deux positions angu¬ laires, avec un décalage correspondant à la différence de posi- tions angulaires imposée, cette différence étant fournie par l'intermédiaire d'un filtre de boucle pour corriger le signal de vitesse appliqué à la première boucle de régulation.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la turbomachine comprend un grand nombre de paires supplémen- taires de turbines hydrauliques, chaque turbine hydraulique des paires supplémentaires étant asservie de la même façon que la deuxième turbine .
Brève description des dessins
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante d'exemples de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure IA représente un exemple de turbine hydraulique et les figures IB et IC représentent de façon très schéma- tique une vue de face et une vue de dessus très simplifiées d'un exemple de tours hydrauliques jumelles ; la figure 2 est un schéma électrique de connexion de tours jumelles à un réseau ; la figure 3 est un schéma d'asservissement de tours jumelles selon un mode de réalisation de la présente invention ; et la figure 4 représente un autre exemple de schéma électrique de connexion de tours jumelles à un réseau. Description détaillée Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures.
La figure IA représente un exemple de réalisation d'une colonne turbine comprenant un assemblage de quatre turbines
1 d'axe commun. A titre d'exemple, un module turbine 1 comprend un arbre de rotation 2 et un moyeu 3 fixé à l'arbre de rotation
2 et duquel se projettent des bras 4. Chaque bras 4 porte une aile (ou pale) 5 à son extrémité opposée au moyeu 3. Chaque aile 5, par exemple en forme de "V", peut comprendre des ailettes marginales 6 à ses extrémités. On appelle tour l'ensemble constitué d'une colonne turbine et du dispositif de maintien de la colonne turbine. Des exemples de tours sont décrits dans la demande de brevet européen 06709514.1 déposée au nom du Demandeur.
Comme l'illustrent schématiquement, en vue de face et en vue de dessus, les figures IB et IC, on considère ici des tours jumelles dont les axes de rotation 2A, 2B sont sensible¬ ment parallèles et qui sont liées à un même bâti, schématisé par un montant 8. Chaque tour comprend sur un même arbre un empile¬ ment de turbines IA, IB et une génératrice 1OA, 1OB fournissant de l'énergie électrique sur des conducteurs 12A, 12B. Ces tours jumelles sont prévues pour tourner en sens inverse. Comme elles sont soumises à un même flux de liquide F, elles tournent natu¬ rellement sensiblement à la même vitesse. Ceci annule les deux forces de portance globales égales et opposées, perpendiculaire à la direction de l'écoulement, qui s'appliquent sur chacune des tours jumelles lorsqu'elles sont immergées dans un liquide en mouvement .
La présente invention s ' applique à tout type de tur¬ bine à flux transverse. A titre d'exemple, la présente invention s'applique à des turbines à flux transverse du type Darrieus, du type Gorlov (par exemple, les turbines décrites dans la publication "Helical Turbines for the GuIf Stream: Conceptual Approach to Design of a Large-Scale Floating Power Farm" de Gorlov (Marine Technology, vol. 35, N° 3, juillet 1998, pages 175-182), etc.) ou à des turbines du type de celles décrites dans la demande de brevet européen 1718863 déposée au nom du Demandeur .
Comme l'illustre la figure IC, on souhaite que les deux tours tournent exactement à la même vitesse et conservent une relation angulaire (OC) régulée et constante. En d'autres termes, on souhaite synchroniser les deux tours en vitesse et en position relative.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque tour d'un couple de tours jumelles est connectée au réseau par un convertisseur électronique de puissance.
Dans le mode de réalisation illustré en figure 2, la génératrice 1OA d'une première tour et connectée par l'intermé¬ diaire d'un pont redresseur commandé 14A à un bus continu 15A et la puissance sur ce bus continu est transférée par un onduleur 2OA vers un bus alternatif 21 d'un réseau ou d'une charge 22. Le redresseur commandé 14A est représenté très schéma- tiquement, en fait il s'agira d'un pont redresseur monophasé ou polyphasé selon la nature de la génératrice. L'interface continue 15A comprend deux conducteurs dont l'un est relié à la masse. Entre ces deux conducteurs, on trouve un dispositif de freinage 23 comprenant une résistance R^, cette résistance étant commutable pour assurer la fonction de freinage. Egalement, entre les conduc¬ teurs du bus continu, peut être disposé un système de stockage d'énergie 24A qui peut être connecté à l'autre borne du bus directement ou par l'intermédiaire d'un dispositif de régulation de puissance 25A. Ces divers éléments d'un système redresseur/onduleur ne seront pas décrits en détail ici car ils sont connus en eux- mêmes. De même, les signaux de commande MLIA2 de l'onduleur 2OA ne seront pas décrits ici car il s'agit de dispositifs clas- siques destinés à transformer une tension continue en un signal alternatif de fréquence adaptée au bus alternatif 21 connecté au réseau ou à une charge. Le mode de commande dépendra du mode de connexion au réseau.
La génératrice 1OB est connectée au bus alternatif 21 par une chaîne similaire dont les éléments sont désignés avec le suffixe B au lieu de A.
Un aspect fondamental de la présente invention réside dans les signaux MLIAl et MLIA2 de commande des convertisseurs commandés 14A, 14B. La figure 3 représente un schéma d'un mode de fourni¬ ture des signaux de commande MLIAl, MLIBl des redresseurs commandés 14A, 14B des génératrices 1OA, 1OB de la figure 2.
Selon l'invention, l'une des génératrices, par exemple la génératrice 1OA est choisie comme système maître et l'autre génératrice est choisie comme système esclave. La génératrice
10A est associée à une boucle de contrôle de vitesse qui reçoit une référence de vitesse d'un bloc de calcul de rotation 30. Le bloc 30 tient compte de la vitesse du courant hydraulique pour déterminer une vitesse optimale de rotation de la turbine. Il s'agit par exemple d'un dispositif de recherche du point optimal de fonctionnement, couramment désigné par le sigle anglo-saxon MPPT (Maximum Power Point Tracking) . Ainsi, le bloc 30 fournit une vitesse de référence ΩA* à une entrée d'addition d'un soustracteur 31A dont l'entrée de soustraction reçoit un signal fourni par un bloc 32A de détection de la vitesse de rotation ΩA de la génératrice 1OA. Le soustracteur 31A fournit un signal d'erreur à un bloc de contrôle de vitesse 33A qui fournit un signal de référence pour le bloc redresseur commandé en courant 14A. Le signal de sortie iqGA* du bloc de contrôle de vitesse 33A est fourni à une entrée d'addition d'un soustracteur 34A dont l'entrée de soustraction reçoit un signal de mesure du courant iqGA effectivement fourni. Le signal d'erreur résultant est transformé en un signal de modulation de largeur d'impul¬ sions dans un bloc de contrôle de courant 35A. Si la génératrice est une génératrice polyphasé, le bloc 35A calcule les signaux à appliquer aux diverses phases d'un pont redresseur polyphasé. La description qui précède a été faite relativement brièvement car il s'agit là d'un circuit classique de commande d'asservissement d'une génératrice sur une vitesse de rotation déterminée, le signal MLIAl contrôlant la commutation du bloc de redressement commandé et donc le couple résistant à appliquer à la généra¬ trice pour qu'elle maintienne constante sa vitesse de rotation.
L'invention vise plus particulièrement la commande de la deuxième génératrice qui est commandée en mode esclave, d'une part, pour tourner à la même vitesse que la première génératrice et, d'autre part, pour présenter un décalage de position angu¬ laire déterminé par rapport à cette première génératrice .
De façon classique, une telle commande est effectuée en prévoyant d'une part une boucle de commande de vitesse et d'autre part une boucle de commande de position angulaire. Selon l'invention, on utilise seulement des boucles de commande de vitesse ce qui simplifie le montage et les réglages. Ainsi, à la génératrice 1OB est associée une première boucle d'asservis¬ sement de vitesse similaire à la boucle décrite précédemment, comprenant des éléments de même nature 33B, 34B et 35B pour fournir un signal MLIBl au bloc redresseur commandé 14B.
A cette première boucle d'asservissement de vitesse est associée une boucle de correction de vitesse comprenant des éléments 4OB, 4 IB, 42B fournissant un signal de correction de vitesse ΔΩB à une première entrée d'addition d'un additionneur 43B qui reçoit par ailleurs le signal de vitesse ΩA de la première turbine. L'additionneur 43B fournit un signal ΩB qui est comparé au signal ΩB de vitesse de la deuxième génératrice fourni par un circuit de détection et de calcul de vitesse 36B. La boucle de correction de vitesse est destinée à assurer une relation angulaire déterminée entre les deux génératrices . Cette boucle comprend un bloc 41B de comparaison des positions angu¬ laires des deux turbines, susceptible de réagir rapidement à des signaux haute fréquence. Le bloc 4 IB compare l'angle θA de la première turbine par rapport à un référentiel choisi à l'angle ΘB de la deuxième turbine par rapport au même référentiel, le signal ΘA étant préalablement additionné d'un angle CC. L'angle CC est l'écart que l'on veut imposer entre les positions angulaires des deux turbines. Ainsi, le bloc 4 IB fournit un signal qui, après passage dans un filtre de boucle 42B, constitue un signal de correction de vitesse ΔΩB.
Selon un aspect de la présente invention, il n'est pas prévu pour chacune des turbines plusieurs détecteurs, à savoir un détecteur de position et un détecteur de vitesse. Il est seulement prévu pour chaque turbine un détecteur de position angu¬ laire fournissant les positions angulaires θA et ΘB par rapport à une référence choisie. Ces détecteurs peuvent être utilisés, d'une part, pour fournir une indication au détecteur de positions angulaires 41B, d'autre part, pour des calculs de vitesse dans les blocs 33A et 33B. Les contrôleurs de vitesse 33A, 33B génèrent des consignes de courant actif image des couples électromagnétiques appliquées aux contrôleurs de courant 35A et 35B qui génèrent les signaux de commande MLI (modulation de largeur d'impulsion) . La structure selon la présente inven- tion est particulièrement appropriée pour le besoin de synchro¬ niser de manière rapide et précise sans utilisation de couplage mécanique des tours hydroliennes quelles que soient les condi¬ tions d'écoulement de l'eau à savoir aussi bien en régime lami- naire que dans un régime turbulent caractérisé par des varia¬ tions rapides et imprévues de débit. Dans ce contexte, cette structure apporte une robustesse augmentée par rapport aux autres structures et procédés de synchronisation.
Ceci ne constitue qu'un exemple de mise en oeuvre de la présente invention. Notamment, les signaux de régulation selon la présente invention peuvent être appliqués à un système autre que celui représenté en figure 2. Par exemple, comme cela est représenté en figure 4, des génératrices 1OA et 1OB peuvent être couplées par les redresseurs 14A et 14B à un bus continu commun 15, connecté par l'intermédiaire d'un circuit électro¬ nique de puissance 24 à un circuit de stockage 25 et c'est l'énergie sur ce bus continu commun qui est transférée par un onduleur 20 à un réseau 22.
On a décrit précédemment un exemple d'application au cas de deux tours hydrogénératrices jumelles. Toutefois la commande de coordination des angles de décalage relatifs peut être appliquée pour un nombre quelconque de tours hydrogénéra¬ trices à flux transverse avec une tour maître imposant sa référence de vitesse et de position aux autres tours esclaves. Les architectures présentées sont à base de machine synchrone, mais elles peuvent aussi être mises en place à base de machines à induction, avec prise en compte adaptée de leurs particularités .
Les redresseurs commandés 14A, 14B peuvent être des structures à ponts polyphasés contrôlés par modulation de lar¬ geur d'impulsions (PWM) mettant en oeuvre des composants élec¬ troniques commandables ou des dispositifs mettant en oeuvre des structures à ponts de diodes polyphasés et hacheurs élévateurs de tension contrôlés par modulation de largeur d'impulsions. Les systèmes de contrôle ont pour but d'imposer des angles relatifs de décalage entre tours (avec ou sans MPPT) , d'imposer des points de fonctionnement (à travers l'imposition des vitesses), et de gérer les transferts de puissance. Pour cela ils sont dotés d'un moyen de traitement de l'information de mesure en vue de la prise de décision et de la surveillance, un tel moyen étant classique pour l'homme de l'art du domaine des asservissements . Conditions d/ exploitation Suivant les cas, le réseau 22 peut être soit un réseau puissant, soit un réseau faible (un microréseau ou un réseau isolé), soit une charge.
Dans la situation où les machines sont munies de chaînes alternatif/alternatif individuelles quatre modes de réglage se distinguent: a) cas d'un réseau puissant présent quand chaque onduleur côté réseau règle sa tension de bus continu et chaque redresseur impose le point de fonctionnement à la machine (couple, vitesse, décalage d'angle) (Fonctionnement (P,Q) ) ; b) cas d'un réseau faible quand le réglage se fait par statisme (Fonctionnement (P, Q) ) ; c) cas d'un réseau isolé/microréseau quand une génératrice fonctionne en maître en réglant la tension du bus continu commun et que les autres sont commandées en statisme (Fonction- nement (V, f)) ; d) cas où un élément de stockage est présent et le système de supervision impose les différentes références.
Dans le cas où la puissance électrique fournie est injectée à un réseau non isolé le système de génération élec- trique fonctionne en mode de fonctionnement (P,Q) . L'onduleur côté réseau se charge de la régulation du bus continu en assurant le transfert des puissances active P et réactive Q. Les interfaces alternatif/continu des tours travaillent en régulation de vitesse en fixant le point de fonctionnement des tours hydrogénératrices et en ayant comme étage supérieur la boucle de contrôle coordonné des tours qui génère les références de décalage entre les tours hydrogénératrices comme montré dans la figure 3.
Dans ce mode de fonctionnement, il y a toujours un moyen de régler le réactif Q indépendamment de l'actif P dans la limite de la puissance apparente installée de l'onduleur réseau.
En mode de fonctionnement (V, f) le système générateur hydrolien, comme il est présenté dans la figure 1, est connecté à un réseau faible/isolé ou à une charge. Dans ce cas de fonc- tionnement, sans stockage, une tour hydrogénératrice contrôle la tension du bus continu commun via son système de redressement et les autres tours hydrogénératrices fournissent de manière synchronisée le reliquat d'énergie nécessaire à ce bus (elles seront contrôlées en vitesse via leur système de redressement) . Dans le cas d'un fonctionnement en mode (V, f) avec système de stockage, un système de supervision impose les réfé¬ rences à chaque tour et à l'interface du stockage.
Dans ce cas, la tour hydrogénératrice A est en charge de la régulation du bus continu. En supposant que la tour hydro- génératrice A s'occupe du contrôle du bus continu, alors l'autre tour hydrogénératrice sera commandée en vitesse aux points de fonctionnement correspondants aux angles de décalage imposés/modifiés entre les tours de sorte que le reliquat d'énergie nécessaire au bus continu soit fourni.

Claims

REVENDICATIONS
1. Turbomachine (10) comprenant : des première et deuxième turbines hydrauliques (IA, IB) à flux transverse, symétriques, liées à un même dispositif de maintien et tournant en sens opposé quand elles sont immergées dans un liquide en mouvement, la première turbine tournant à vitesse variable en fonction de la vitesse d'écoulement du liquide ; une génératrice (1OA, 10B) associée à l'arbre de chaque turbine ; et des moyens de régulation électrique de la puissance extraite de la deuxième génératrice pour assurer que l'arbre de la deuxième turbine tourne à la même vitesse dans une même rela¬ tion de position angulaire déterminée par rapport à l'arbre de la première turbine.
2. Turbomachine selon la revendication 1, dans laquelle la première génératrice est régulée pour tourner à une vitesse optimale en fonction du courant du liquide dans lequel la turbine est immergée.
3. Turbomachine selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle ladite relation de position angulaire est déterminée en fonction des conditions d'écoulement du liquide dans lequel la turbine est immergée.
4. Turbomachine selon la revendication 2, dans laquelle les première et deuxième génératrices comprennent une boucle de commande de vitesse agissant sur un bloc redresseur (14A, 14B) associé à la sortie de chacune des génératrices, la boucle de commande de vitesse de la première génératrice étant asservie sur une vitesse optimale calculée en fonction du courant, et la boucle de vitesse de la deuxième génératrice étant asservie sur la vitesse de la première génératrice corrigée par un signal d'erreur (ΔΩB) reflétant la différence de position angulaire entre les deux génératrices.
5. Turbomachine selon la revendication 4, dans laquelle la boucle de correction de vitesse de la deuxième génératrice comprend un dispositif (41B) de mesure des différences entre les positions angulaires de chacune des turbines et une position de référence, et une comparaison entre ces deux positions angu¬ laires, avec un décalage (CC) correspondant à la différence de positions angulaires imposée, cette différence étant fournie par l'intermédiaire d'un filtre de boucle (42B) pour corriger le signal de vitesse appliqué à la première boucle de régulation.
6. Turbomachine selon l'une quelconque des revendica¬ tions 1 à 4, comprenant un grand nombre de paires supplémen¬ taires de turbines hydrauliques, chaque turbine hydraulique des paires supplémentaires étant asservie de la même façon que la deuxième turbine .
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