ES2394329A1 - Sistema y método de vigilancia de un sistema de desexcitación rápida para máquinas síncronas con excitación indirecta - Google Patents

Sistema y método de vigilancia de un sistema de desexcitación rápida para máquinas síncronas con excitación indirecta Download PDF

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ES2394329A1 ES201231071A ES201231071A ES2394329A1 ES 2394329 A1 ES2394329 A1 ES 2394329A1 ES 201231071 A ES201231071 A ES 201231071A ES 201231071 A ES201231071 A ES 201231071A ES 2394329 A1 ES2394329 A1 ES 2394329A1
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Abstract

Sistema y método de vigilancia de un sistema de desexcitación rápida para máquinas síncronas (1) con excitación indirecta, a través de una máquina excitatriz (2) y puente rectificador giratorio (8), que comprende:- medios de medida de corriente (13) y tensión (14) del estator (4) de la máquina síncrona (1);- medios de medida de corriente (15) de excitación de la máquina excitatriz (2);- medios de estimación (24) para obtener la corriente de excitación estimada (19) de la máquina excitatriz (2) a partir de los valores medidos de corriente (16) y tensión (17) en el estator (4) de la máquina síncrona (1);- un módulo comparador (28) de la corriente de excitación medida Imed (18) con la corriente de excitación estimada Iest (19), de forma que:- si se cumple Imed>k Iest+A, siendo k y A números reales determinados en función de cada máquina, existe funcionamiento incorrecto;- en caso contrario, existe funcionamiento correcto.

Description

Sistema y metodo de vigilancia de un sistema de desexcitacion rapida para maquinas sincronas con excitacion indirecta. CAMPO DE LA INVENCION La presente patente de invencion tiene por objeto presentar un nuevo sistema para vigilar el correcto funcionamiento del sistema de desexcitacion rapida para maquinas sincronas con excitacion indirecta mediante diodos rotativos descrito en la patente ES2325729-B2 y en la solicitud de patente PCT/ES2010/000058. Con este sistema de vigilancia se protege el sistema de desexcitacion en caso de un mal funcionamiento de este durante la operacion normal de la maquina. ANTECEDENTES DE LA INVENCION El sistema de desexcitacion rapida para maquinas sincronas con excitacion indirecta descrito en la patente ES2325729 B2 consigue mejorar la respuesta dinamica y la seguridad a la hora de desexcitar la maquina, lo que implica que en caso de cortocircuito interno los dafos en la maquina serian mucho menores. En funcionamiento normal el elemento de maniobra del sistema de desexcitacion debe estar conectado y no debe circular apenas corriente por la resistencia de desexcitacion. En caso d e mal funcionamiento de este sistema, el elemento de maniobra no conduciria por lo qu e la c orriente de excitacion debe circular por la r esistencia de desexcitacion. En este caso se podrian producir dafos en la maquina provocados por calentamientos excesivos en la resistencia de desexcitacion. Ademas, en el caso de mal funcionamiento, para que pueda seguir circulando por el devanado de excitacion del generador principal una determinada corriente, es necesario incrementar la corriente de excitacion del devanado de excitacion de la excitatriz. Se hace pues necesario un sistema de vigilancia capaz de determinar si el sistema de desexcitacion rapida funciona correctamente, es decir si el elemento de maniobra conduce durante la operacion normal. DESCRIPCION DE LA INVENCION La presente invencion se refiere a un sistema y metodo de vigilancia de un sistema de desexcitacion rapida para maquinas sincronas con excitacion indirecta, que es capaz de determinar si dicho sistema de desexcitacion rapida funciona correctamente. Para ello necesita informacion de la corriente de excitacion del devanado de excitacion de la excitatriz, de la tension y la corriente en el estator de la maquina sincrona principal. Se basa en comparar el valor de la corriente de excitacion de la excitatriz con un valor calculado a partir de la medida de la corriente y tension del estator de la maquina sincrona. Si la corriente de excitacion de la excitatriz es muy sup erior a l a corri ente calc ulada, esto in dica q ue e l sistem a de desexcitacion no esta funcio nando correctamente, es decir que no conduce el elemento de maniobra (9). Un primer aspecto de la presente invencion se refiere a un sistema de vigilancia de un sistema de desexcitacion rapida para maquinas sincronas con excitacion indirecta, a traves de una maquina excitatriz y puente rectificador giratorio. El sistema comprende:
-
medios de medida de la corriente del estator de la maquina sincrona;
- medios de medida de la tension del estator de la maquina sincrona;
-
medios de medida de la corriente de excitacion de la maquina excitatriz;
-
medios de estimacion encargados de obtener la corriente de excitacion estimada de la maquina excitatriz a partir de los valores medidos de corriente y tension en el estator de la maquina sincrona;
-
un modulo comparador encargado de comparar la corriente de excitacion medida Imed con la corriente de excitacion estimada Iest, el resultado de dicha comparacion conteniendo informacion acerca del funcionamiento correcto o incorrecto del sistema de desexcitacion rapida, de forma que:
• si se cumple I > k . I + A, siendo k y A numeros reales determinados en funcion de cada
med est
maquina, existe funcionamiento incorrecto;
• en caso contrario, existe funcionamiento correcto. Otro aspecto de la presente invencion incluye un metodo de vigilancia de un sistema de desexcitacion rapida para maquinas sincronas con excitacion indirecta, a traves de una maquina excitatriz y puente rectificador giratorio. El metodo comprende:
-
medir la corriente del estator de la maquina sincrona;
- medir la tension del estator de la maquina sincrona;
-
medir la corriente de excitacion de la maquina excitatriz;
ES 2 394 329 Al
-
obtener la corriente de excitacion estimada de la maquina excitatriz a partir de los valores medidos de corriente y tension en el estator de la maquina sincrona;
-
comparar la corriente de excitacion medida Imed con la corriente de excitacion estimada Iest, el resultado de dicha comp aracion conte niendo i nformacion acerc a de l f uncionamiento correcto o incorrecto del sistema d e desexcitacion rapida, de forma que:
• si se cumple I > k . I + A, siendo k y A numeros reales determinados en funcion de cada
med est
maquina, existe funcionamiento incorrecto.
• en caso contrario, existe funcionamiento correcto;
La estimacion de la corriente de excitacion se realiza preferentemente mediante el modelo de maquina sincrona no saturada.
La estimacion de la corriente de excitacion se puede realizar mediante ensayos previos de la maquina sincrona y la maquina excitatriz.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS A continuacion se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invencion y que se relacionan expresamente con una realizacion de dicha invencion que se presenta como un ejemplo no limitativo de esta.
La Figura 1 muestra un esquema de un sistema de desexcitacion rapida para maquinas sincronas con excitacion indirecta, de acuerdo con el estado del arte, al cual va destinado el sistema de vigilancia de la presente invencion.
La Figura 2 muestra un esquema del sistema de desexcitacion rapida de la figura anterior con el sistema de vigilancia objeto de la presente invencion.
La Figura 3 muestra un diagrama de bloques interno del modulo de control del sistema de vigilancia objeto de la presente invencion
La Figura 4 muestra una realizacion preferente del modulo de control del sistema de vigilancia objeto de la presente invencion
REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION La Figura 1 muestra el es quema del sistema de desexcitacion rapida para maquinas sincronas con excitacion indirecta empleado en la patente ES2325729-B2, donde se emplean las siguientes referencias:
-
Maquina sincrona (1);
-
Maquina excitatriz (2);
-
Componentes giratorios (3);
-
Estator (4) de la maquina sincrona (1);
-
Devanado inductor (5) de la maquina sincrona (1);
-
Devanado inductor (6) de la maquina excitatriz (2);
-
Devanado inducido (7) de la maquina excitatriz (2);
-
Puente rectificador giratorio (8);
-
Elemento de maniobra (9);
-
Impedancia de desexcitacion (10);
-
Circuito de control (11) del elemento de maniobra (9);
La Figura 2 representa un esquema del sistema de vigilancia objeto de la presente patente de invencion instalado en el sistema de desexcitacion rapida de la Figura 1. El sistema de vigilancia del sistema de desexcitacion rapida comprende:
-
un modulo de control (12).
-
medios de medida de la corriente (13) del estator del generador principal.
-
medios de medida de la tension (14) del estator del generador principal.
-
medios de medida de la corriente (15) de excitacion de la excitatriz.
El modulo de control (12) recibe la medida de la corriente (16) en el estator del generador principal, la medida de la tension (17) del estator del generador principal y la medida de la corriente de excitacion (18) de la excitatriz.
La Figura 3 muestra un diagrama de bloques interno del modulo de control del sistema de vigilancia. Un modulo estimador, medios de estimacion (24), se encarga de obtener la estimacion (19) de la corriente de excitacion de la excitatriz de la maquina sincrona principal a partir de la medida de la corriente (16) en el estator del generador principal y la medida de la tension (17) del estator del generador principal. Existen multitud de modelos de maquina sincrona en la literatura tecnica para el calculo de la corriente de excitacion.
ES 2 394 329 Al
El pri ncipio de funcio namiento de l sistem a de vi gilancia se bas a e n l a compar acion, real izada p or un mo dulo comparador (28), entre la medida de la corriente de excitacion (18) de la excitatriz y la corriente de excitacion estimada (19). El resultado de la comparacion (20) es una sefal logica con informacion acerca del funcionamiento correcto o incorrecto del sistema de d esexcitacion rapida. En funcionamiento correcto la corriente de excitacion medida (1 8) y estimad a (1 9) deb en s er s imilares, mie ntras qu e e n fu ncionamiento incorrecto la c orriente d e excitacion medida (18) sera muy superior a la corriente de excitacion estimada (19).
La Figura 4 muestra una realizacion preferente del modulo de control (12) del sistema de vigilancia. La realizacion preferente se basa en la estimacion de la corriente de excitacion de la excitatriz a partir del modelo de maquina sincrona no saturada. Para ello se n ecesita conocer el valor de la reactancia sincrona de la maquina sincrona principal Xd.
A partir de las medidas de la corriente (16) y de la tension (17) del estator (4) de la maquina sincrona principal (1) se calculan, empleando los correspondientes elementos de medida (P,U,Q), el valor eficaz de la tension (22), el valor de la p otencia activa (21) y el va lor de la potenc ia reactiva (2 3), todos estos va lores sera n e xpresados en magnitudes unitarias (por unidad).
El calculo de la corriente de excitacion estimada (19) en este caso se puede realizar de una forma sencilla a partir de la siguiente expresion:
Donde If Corriente de excitacion estimada [pu]; Xd Reactancia síncrona de la máquina síncrona principal en [pu]; P Potencia activa de la máquina síncrona principal en [pu]; Q Potencia reactiva de la máquina síncrona principal en [pu]; U Tensión en el inducido (estator) de la máquina síncrona principal en [pu];
El valor de la corriente de excitacion de la excitatriz medida (18) debe ser muy superior que el valor de corriente de excitacion estimada (19), en caso de defecto. Esto dependera del valor de la impedancia de desexcitacion (10). Por tanto, antes de realizar la comparacion en el valor estimado debe ser aumentado, multiplicandolo por un factor k mediante un multiplicador (25). Este factor k depende del tipo de maquina.
Una vez que se realiza la comparacion de los dos valores estimado ymedido, se activa una sefal logica (20) que indica mal funcionamiento del sistema de desexcitacion. Esta sefal debe estar activada un tiempo suficiente para activar la sefal de salida (27) del sistema. Esto se consigue gracias a un temporizador ajustable (26).
Es importante indicar que existen multitud de realizaciones diferentes a la realizacion preferente de la Figura 4. Por ejemplo, la for ma de rea lizar la compar acion pu ede vari ar, siend o el multiplicador ( 25) y e l temp orizador (26) elementos no esenciales de la invencion. Tambien, la estimacion de la corriente de excitacion puede hacerse de distintas formas, por ejemplo mediante ensayos previos de la maquina sincrona (1) yla maquinaexcitatriz (2), tomando medidas previas de potencia activa y reactiva conjuntamente con la corrientes de excitacion, de forma que se conoce cual debe ser la corriente de excitacion para todas las condiciones de operacion. Lo importante en cualquier caso es realizar una estimacion de la corriente de excitacion de la maquina excitatriz (2), medir dicha corriente y comparar ambos resultados. En funcion de dicha comparacion se determina si existe funcionamiento correcto o incorrecto del sistema de desexcitacion rapida.

Claims (7)

  1. REIVINDICACIONES
    1.- Sistema d e vigi lancia de un sist ema de d esexcitacion rap ida par a maqu inas sincron as (1) c on e xcitacion indirecta, a traves de una maqu ina excitatriz (2) y puente r ectificador giratorio ( 8), caracterizado por que comprende:
    -
    medios de medida de la corriente (13) del estator (4) de la maquina sincrona (1);
    -
    medios de medida de la tension (14) del estator (4) de la maquina sincrona (1);
    -
    medios de medida de la corriente (15) de excitacion de la maquina excitatriz (2);
    -
    medios de estimacion (24) encargados de obtener la corriente de excitacion estimada (19) de la maquina excitatriz (2) a partir de los valores medidos de corriente (16) y tension (17) en el estator (4) de la maquina sincrona (1);
    -
    un modulo comparador (28) encargado de comparar la corriente de excitacion medida Imed (18) c on la corriente de excitacion estimada Iest (19), el resultado de dicha comparacion (20) conteniendo informacion acerca del funcionamiento correcto o incorrecto del sistema de desexcitacion rapida, de forma que:
    • si se cumple I > k . I + A, siendo k y A numeros reales determinados en funcion de cada
    med est
    maquina, existe funcionamiento incorrecto;
    • en caso contrario, existe funcionamiento correcto.
  2. 2.- Sistema de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que la estimacion de la corriente de excitacion se realiza mediante el modelo de maquina sincrona no saturada.
  3. 3.- Sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la estimacion de la corriente de excitacion se realiza mediante ensayos previos de la maquina sincrona (1) y la maquina excitatriz (2).
  4. 4.- Metodo de vigilancia de un sistema de desexcitacion rapida para maquinas sincronas (1) con excitacion indirecta, a traves de una maquina excitatriz (2) y puente rectificador giratorio (8), caracterizado por que comprende:
    -
    medir la corriente (16) del estator (4) de la maquina sincrona (1);
    -
    medir la tension (17) del estator (4) de la maquina sincrona (1);
    -
    medir la corriente (18) de excitacion de la maquina excitatriz (2);
    -
    obtener la corriente de excitacion estimada (19) de la maquina excitatriz (2) a partir de los valores medidos de corriente (16) y tension (17) en el estator (4) de la maquina sincrona (1);
    -
    comparar la corriente de excitacion medida Imed (18) con la corriente de excitacion estimada Iest (19), el resultado de dicha comparacion (20) conteniendo informacion acerca del funcionamiento correcto o incorrecto del sistema de desexcitacion rapida, de forma que:
    • si se cumple I > k . I + A, siendo k y A numeros reales determinados en funcion de cada
    med est
    maquina, existe funcionamiento incorrecto.
    • en caso contrario, existe funcionamiento correcto;
  5. 5.- Metodo de acuerdo con la reivindicacion 4, caracterizado por que la estimacion de la corriente de excitacion
    (19) se realiza mediante el modelo de maquina sincrona no saturada.
  6. 6.- Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 5, caracterizado por que la estimacio n de la corriente de excitacion (19) se realiza mediante ensayos previos de la maquina sincrona (1) y la maquina excitatriz (2).
    OFICINA ESPANOLA DE PATENTES Y MARCAS
    21 N.O solicitud: 201231071 ESPANA
    22 Fecha de presentacion de la solicitud: 09.07.2012
    32 Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : H02P9/12 (2006.01) H02K19/38 (2006.01)
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    A
    FR 2918225 A1 (VALEO EQUIP ELECTR MOTEUR) 02.01.2009, 1-6
    pagina 11, lineas 1-18; resumen; figura 2.
    A
    US 2009254308 A1 (LEHMANN CHRISTOPH) 08.10.2009, 1-6
    parrafos [0008]-[0015].
    A
    WO 03038989 A1 (ABB OY; SILANDER EINO) 08.05.2003, 1-6
    pagina 2, linea18 - pagina 4, linea 32.
    Categoria de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoria A: refleja el estado de la tecnica O: referido a divulgacion no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentacion de la solicitud E: documento anterior, pero publicado despues de la fecha de presentacion de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nO:
    Fecha de realización del informe 28.12.2012
    Examinador L. J. Garcia Aparicio Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA T�CNICA
    NO de solicitud: 201231071
    Documentacion minima buscada (sistema de clasificacion seguido de los simbolos de clasificacion) H02� Bases de datos electronicas consultadas durante la busqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, terminos de
    busqueda utilizados) INVENES, EPODOC
    Informe del Estado de la Tecnica Pagina 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    NO de solicitud: 201231071
    Fecha de Realizacion de la Opinion Escrita: 28.12.2012
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones 1-6 Reivindicaciones SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones 1-6 Reivindicaciones SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicacion industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y tecnico de la solicitud (Articulo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinion se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Tecnica Pagina 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    NO de solicitud: 201231071
    1. Documentos considerados.-
    A continuacion se relacionanlos documentos pertenecientes al estado de la tecnica tomados en consideracion para la realizacion de esta opinion.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    FR 2918225 A1 (VALEO EQUIP ELECTR MOTEUR) 02.01.2009
    D02
    US 2009254308 A1 (LEHMANN CHRISTOPH) 08.10.2009
    D03
    WO 03038989 A1 (ABB OY; SILANDER EINO) 08.05.2003
  7. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    El documento mas cercano al objeto de la invencion se considera es el documento D01, que divulga un sistema de control de un motor en el que se lleva a cabo el calculo de un valor de corriente de excitacion umbral y se mide la corriente de excitacion, realizando la comparacion de ambos valores y en caso de que la corriente de excitacion medida supere la corriente de excitacion umbral establecida en funcion de la temperatura yla velocidad, entoncesla unidad de control comanda al convertidor a fin de bajar la corriente de excitacion al valor de la corriente de excitacion umbral.
    Se diferencia el objeto de la invencion de lo divulgado en D01, en que:
    -
    El sistema objeto de invencion esta disefado como medio de vigilancia de un sistema de desexcitacion rapida para maquinas sincronas.
    -
    En la solicitud se estima una corriente de excitacion en funcion de la tension y de la corriente del estator
    -
    El resultado de la comparacion es utilizado para un fin diferente.
    A la vista de las diferencias apuntada cabe sefalar que si bien pudiera considerarse como conocida una actuacion basada en la comparativa realizada entre una corriente de excitacion medida y otra de referencia, tal y como sucede tambien en el documento D02, en ningun caso se pretende servir como medio de vigilancia de un sistema de desexcitacion rapida.
    El problema tecnico objetivo que el objeto de la invencion pretende resolver es como dotar a un sistema de desexcitacion rapida de maquinas sincronas de un medido de vigilancia o proteccion adicional.
    Para valorar la Actividad inventiva de la solicitud no solamente se ha tenido en cuenta de si un tecnico en la materia lo podria hacer, que pudiera ser que si, lo que no parecedefinitivo es que un tecnico en la materia lo haria. Por lo tanto, residiria la actividad inventiva tanto en el planteamiento del problema como en su solucion.
    En consecuencia el objeto de la solicitud tanto en la reivindicacion de producto como la de procedimiento, a la vista de los documentos encontrado parece contar tanto con novedad como con Actividad Inventiva segun lo establecido en los Art. 6(1) y Art. 8(1) de la LP11/86.
    Informe del Estado de la Tecnica Pagina 4/4
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