ES2910990T3 - Sistema hidroeléctrico - Google Patents

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ES2910990T3 ES18860104T ES18860104T ES2910990T3 ES 2910990 T3 ES2910990 T3 ES 2910990T3 ES 18860104 T ES18860104 T ES 18860104T ES 18860104 T ES18860104 T ES 18860104T ES 2910990 T3 ES2910990 T3 ES 2910990T3
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Abstract

Un sistema de generación hidroeléctrica que comprende: una máquina de fluidos (21) dispuesta en una tubería forzada o canal (1) por donde fluye un fluido; un generador (22) accionado por la máquina de fluidos (21); y una unidad de control (40) configurada para generar un par predeterminado en el generador, teniendo la tubería forzada o canal (1) un camino principal (12) en el que se dispone la máquina de fluidos (21), y un desvío (13) proporcionado en paralelo al camino principal (12), el desvío (13) que incluye una válvula de cierre (16), el sistema de generación hidroeléctrica caracterizado por que la válvula de cierre (16) se abre cuando no está electrificada, la válvula de cierre (16) se cierra cuando está electrificada, comprendiendo además el sistema de generación hidroeléctrica un detector de anomalías (23, 24) configurado para detectar una anomalía en la generación hidroeléctrica sistema (10), en donde si el detector de anomalías (23, 24) detecta la anomalía, se detiene la electrificación de la válvula de cierre (16) y en donde el detector de anomalías (23, 24) detecta una anomalía basándose en una altura efectiva de la máquina de fluidos (21).

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema hidroeléctrico
Campo técnico
La presente invención se refiere a un sistema de generación hidroeléctrica.
Antecedentes de la técnica
Ha habido un sistema de generación hidroeléctrica que genera energía mediante un fluido, como el agua, que fluye a través de una tubería forzada o canal. Por ejemplo, un sistema de generación hidroeléctrica descrito en el Documento de Patente 1 tiene una tubería forzada o canal conectado a una turbina hidráulica que sirve como máquina de fluidos. Cuando el fluido hace que la turbina hidráulica rote, se acciona un generador conectado a la turbina hidráulica. La energía de salida del generador se suministra a un sistema de energía eléctrica mediante, por ejemplo, un flujo de energía inverso. Tal sistema de generación hidroeléctrica incluye una unidad de control. La unidad de control hace que el generador produzca un par predeterminado para controlar el caudal o la presión del agua que fluye a través de la turbina hidráulica. Otro ejemplo de un sistema de generación hidroeléctrica se describe en el documento JP 2004364357 A.
Lista de citas
Documento de patente
Documento de patente 1: Publicación de patente japonesa no examinada N.° 2014-214710
Compendio de la invención
Problema técnico
Sin embargo, si el sistema de generación hidroeléctrica o el sistema de energía eléctrica entra en un estado anómalo que provoca la pérdida de energía, la energía de salida del generador no puede fluir de manera inversa. Cuando la unidad de control se detiene así para ajustar la corriente de salida a cero, se pierde el par producido por el generador. Esto hace que la turbina hidráulica rote a una velocidad fuera de control, lo que da como resultado una falta de caudal o presión del agua que fluye a través de la tubería forzada o el canal.
Un objeto de la presente invención es evitar que falte el caudal o la presión del agua que fluye a través de una tubería forzada o canal incluso cuando se pierde energía.
Solución a los problemas
Un primer aspecto de la invención se dirige a un sistema de generación hidroeléctrica que incluye: una máquina de fluidos (21) dispuesta en una tubería forzada o canal (1) a través de la cual fluye un fluido; un generador (22) accionado por la máquina de fluidos (21); y una unidad de control (40) configurada para generar un par predeterminado en el generador. La tubería forzada o canal (1) tiene un camino principal (12) en el que se dispone la máquina de fluidos (21) y un desvío (13) proporcionado en paralelo al camino principal (12). El desvío (13) incluye una válvula de cierre (16). La válvula de cierre (16) se abre cuando no está electrificada, y la válvula de cierre (16) se cierra cuando está electrificada.
Según el primer aspecto de la invención, cuando la válvula de cierre (16) está electrificada, la válvula de cierre (16) está cerrada. Así, el fluido circula por el camino principal (12) sin pasar por el desvío (13). Por otro lado, cuando se pierde energía, la válvula de cierre (16) se abre sin estar electrificada. Así, el agua fluye por el desvío (13).
Además, en el primer aspecto de la invención, el sistema incluye además un detector de anomalías (23, 24) configurado para detectar una anomalía en el sistema de generación hidroeléctrica (10). Si el detector de anomalías (23, 24) detecta la anomalía, se detiene la electrificación de la válvula de cierre (16).
Según el primer aspecto de la invención, cuando el detector de anomalías (23, 24) detecta una anomalía, la válvula de cierre (16) se abre y el fluido fluye a través del desvío (13).
Además, en el primer aspecto de la invención, el detector de anomalías (23, 24) detecta una anomalía basándose en una altura efectiva de la máquina de fluidos (21).
Según el primer aspecto de la invención, cuando la altura efectiva de la máquina de fluidos (21) es un valor en el que la máquina de fluidos (21) no puede funcionar correctamente, se determina que ha ocurrido una anomalía en el sistema de generación hidroeléctrica (10). Esto permite que el fluido fluya a través del desvío (13).
Un segundo aspecto de la invención es una realización del primer aspecto. En el segundo aspecto, el camino principal (12) puede incluir una válvula de cierre (15), la válvula de cierre (15) se cierra cuando no está electrificada, la válvula de cierre (15) se abre cuando está electrificada, y el desvío (13) puede incluir un primer ajustador (71) configurado para ajustar mecánicamente una presión o un caudal del fluido.
Según el segundo aspecto de la invención, cuando se pierde energía, la válvula de cierre (15) dispuesta en el camino principal se cierra sin electrificarse. Por lo tanto, el fluido no fluye hacia el camino principal (12). La presión o el caudal del fluido que fluye a través del desvío (13) es ajustada mecánicamente por el primer ajustador (71).
Un tercer aspecto de la invención es una realización del primer aspecto. En el tercer aspecto, la tubería forzada o canal (1) puede tener un tubo de flujo saliente (14) dispuesto aguas abajo del camino principal (12) y el desvío (13) de tal manera que el camino principal (12) y el desvío (13) se unen, y la tubería de flujo saliente (14) puede incluir un segundo ajustador (81) configurado para ajustar mecánicamente una presión o un caudal del fluido.
Según el tercer aspecto de la invención, se puede ajustar la presión o el caudal del fluido que circula por el tubo de flujo saliente (14) en el que se unen el camino principal (12) y el baipás (13).
Ventajas de la invención
Según la presente invención, incluso cuando se pierde energía, una válvula de cierre (16) cambia a un estado abierto. Como resultado, un fluido es guiado hacia un desvío (13). Esto permite que el fluido fluya a través de una tubería forzada o canal (1) a un caudal predeterminado y una presión predeterminada.
Según el primer aspecto de la invención, incluso cuando se suministra energía, se puede evitar sustancialmente que una anomalía en un sistema de generación hidroeléctrica (10) haga que el fluido fluya a través de la tubería forzada o canal (1) a un caudal y presión insuficientes.
Según el primer aspecto de la invención, si una región operativa de una máquina de fluidos (21) es una región donde puede ocurrir cavitación, o si la altura efectiva disminuye de manera que el número de rotaciones de la máquina de fluidos (21) se vuelve extremadamente pequeño, se determina que el sistema de generación hidroeléctrica (10) se encuentra en un estado anómalo. Esto permite guiar el fluido hacia un desvío (13). Así, antes de que el fluido que fluye hacia la máquina de fluidos (21) en condiciones anómalas provoque un mal funcionamiento en la máquina de fluidos (21), el fluido puede ser guiado hacia el desvío (13).
Según el segundo aspecto de la invención, cuando se pierde energía, el fluido no circula por el camino principal (12) sino por el desvío (13) que incluye un primer ajustador (71). Por lo tanto, incluso cuando se pierde energía, se puede ajustar el caudal o la presión del fluido que circula por la tubería forzada o canal (1).
Según el tercer aspecto de la invención, el caudal o la presión del fluido que circula por la tubería forzada o canal (1) se puede ajustar incluso cuando se pierde energía.
Breve descripción de los dibujos
[FIG. 1] La FIG. 1 es un diagrama que ilustra esquemáticamente una configuración general de una tubería incluida en un sistema de generación hidroeléctrica según una realización.
[FIG. 2] La FIG. 2 es un diagrama que ilustra un sistema de energía eléctrica del sistema de generación hidroeléctrica.
[FIG. 3] La FIG. 3 es un gráfico que muestra un mapa característico del sistema de generación hidroeléctrica.
[FIG. 4] La FIG. 4 es un diagrama de flujo del funcionamiento del sistema de generación hidroeléctrica.
[FIG. 5] La FIG. 5 corresponde a l
Figure imgf000003_0001
ilustra una primera variante de la realización. [FIG. 6] La FIG. 6 corresponde a la FIG.1 e
Figure imgf000003_0002
ilustra una segunda variante de la realización. [FIG. 7] La FIG. 7
Figure imgf000003_0004
corresponde
Figure imgf000003_0003
ilustra una tercera variante de la realización.
Descripción de realizaciones
Realizaciones de la presente invención se describirán en detalle con referencia a los dibujos. Obsérvese que las siguientes realizaciones y variaciones son simplemente ejemplos beneficiosos por naturaleza y no pretenden limitar el alcance, las aplicaciones o el uso de la presente invención.
«Realización»
Se describirá una realización.
La FIG. 1 es un diagrama que ilustra esquemáticamente una configuración general de una tubería (1) incluida en un sistema de generación hidroeléctrica (10) según una realización de la presente invención. La tubería (1) es un ejemplo de tubería forzada o canal por el que fluye agua que sirve de fluido con una altura. En esta realización, la tubería (1) se proporciona entre cada par adyacente de una pluralidad de estanques. La tubería (1) se dispone para conectar entre sí un tanque de almacenamiento de agua (2) provisto para uno de los estanques adyacentes aguas arriba de la tubería (1) y un tanque receptor de agua (3) provisto para el otro estanque aguas abajo de la tubería (1).
<Sistema de generación hidroeléctrica>
Como se muestra en la FIG. 1, el sistema de generación hidroeléctrica (10) incluye una turbina hidráulica (21) y un generador (22). La FIG. 2 es un diagrama que ilustra un sistema de energía eléctrica del sistema de generación hidroeléctrica (10). El sistema de generación hidroeléctrica (10) incluye un controlador de generador (40) que sirve como unidad de control y un inversor de interconexión de sistema (30). El sistema de generación hidroeléctrica (10) genera energía, que se suministra a un sistema de energía eléctrica (8). En este ejemplo, el sistema de energía eléctrica (8) es una denominada "energía comercial". En el sistema de generación hidroeléctrica (10), el suministro de energía a un sistema de energía comercial (el llamado "flujo de energía inverso") permite la llamada "venta de energía".
-Turbina hidráulica-
La turbina hidráulica (21) se dispone a medio camino de la tubería (1), y es una máquina de fluidos ejemplar. En este ejemplo, la turbina hidráulica (21) incluye un impulsor y una carcasa. Como impulsor se utiliza un impulsor de una bomba de voluta. Un árbol (19) se fija a la parte central del impulsor. Luego, el impulsor se rota bajo presión por el flujo de agua desde un orificio de flujo entrante de fluido de la carcasa. Como resultado, un fluido que ha fluido adentro de la turbina hidráulica (21) hace rotar el árbol (19). Obsérvese que el fluido que ha fluido entrando a la turbina hidráulica (21) se descarga desde un orificio de flujo saliente de fluido de la carcasa.
-Generador-
El generador (22) se conecta al árbol (19) de la turbina hidráulica (21) para ser rotado, generando así energía eléctrica. En este ejemplo, el generador (22) incluye un rotor incrustado de imán permanente y un estator que tiene una bobina.
-Sistema de tuberías-
La tubería (1) se conecta a un tubo de flujo entrante(11), un tubo de flujo saliente (14), una primera tubería de ramal (12) y una segunda tubería de ramal (13). La tubería (1) de esta realización se configura como tubería de metal (por ejemplo, una tubería de hierro dúctil). El extremo de entrada de la tubería de flujo entrante (11) se conecta al tanque de almacenamiento de agua (2). El extremo de salida de la tubería de flujo saliente (14) se conecta al tanque receptor de agua (3). Las tuberías de ramal primera y segunda (12) y (13) se conectan entre sí en paralelo entre el tubo de flujo entrante (11) y el tubo de flujo saliente (14). La primera tubería de ramal (12) constituye un camino principal por el que fluye el agua para accionar la turbina hidráulica (21). La segunda tubería de ramal (13) constituye un baipás para baipasear la turbina hidráulica (21).
Un caudalímetro (17), una primera válvula electromagnética (15) y la turbina hidráulica (21) se conectan a la primera tubería de ramal (12) en este orden en la dirección del flujo. Un primer sensor de presión (23) se dispone en el orificio de flujo entrante de fluido de la turbina hidráulica (21), y un segundo sensor de presión (24) se dispone en el orificio de flujo saliente de fluido de la turbina hidráulica (21). El orificio de flujo saliente de fluido se conecta a la tubería de flujo saliente (14). La segunda tubería de ramal (13) se conecta a una segunda válvula electromagnética (16) que sirve como válvula de cierre.
El caudalímetro (17) se configura para funcionar con electricidad. El caudalímetro (17) detecta el caudal (Q) del agua que fluye a través de la turbina hidráulica (21) y emite una señal de detección.
La primera válvula electromagnética (15) es una válvula electromagnética de dos vías normalmente cerrada, que mantiene su estado cerrado cuando no está electrificada, y mantiene su estado abierto cuando está electrificada. Obsérvese que la primera válvula electromagnética (15) está electrificada en condiciones normales (cuando no se detecta ninguna anomalía) y está en estado abierto.
El primer sensor de presión (23) detecta la presión del agua que fluye adentro de la turbina hidráulica (21). El segundo sensor de presión (24) detecta la presión del agua que fluye saliendo de la turbina hidráulica (21). Estos sensores de presión (23, 24) constituyen detectores de anomalías.
La segunda válvula electromagnética (16) es una válvula electromagnética de dos vías normalmente abierta, que mantiene su estado abierto cuando no está electrificada, y mantiene su estado cerrado cuando está electrificada. Obsérvese que la segunda válvula electromagnética (16) se electrifica en condiciones normales (cuando no se detecta ninguna anomalía) y está en estado cerrado.
-Inversor de interconexión de sistema-
El inversor de interconexión de sistema (30) incluye una pluralidad de elementos de conmutación que constituyen una unidad inversora. La energía de CC procedente del controlador de generador (40) se introduce en el inversor de interconexión de sistema (30). Al conmutar la pluralidad de elementos de conmutación, la energía de CC se convierte en energía de CA. La energía de CA convertida por el inversor de interconexión de sistema (30) se suministra (en flujo inverso) al sistema de energía eléctrica (8).
-Controlador de generador-
Como se muestra en la FIG. 2, el controlador de generador (40) (unidad de control) incluye un convertidor CA/CC (41), una unidad de control de generador (50) y una unidad de control de válvula electromagnética (60).
-Convertidor CA/CC-
El convertidor CA/CC (41) incluye una pluralidad de elementos de conmutación y convierte la energía eléctrica (energía CA) generada por el generador (22) en energía CC mediante conmutación. La salida del convertidor CA/CC (41) es suavizada por un condensador de suavizado y es enviada al inversor de interconexión de sistema (30).
-Unidad de control de generador-
La unidad de control de generador (50) ejecuta el control de caudal para llevar el caudal (Q) del agua que fluye a través de la turbina hidráulica (21) cerca de un objetivo de caudal. Aquí, el objetivo de caudal se determina, por ejemplo, según una solicitud de un objetivo al que se suministra agua desde la tubería (1). El controlador de generador (40) recibe un valor de mando de caudal (Q*) correspondiente al objetivo de caudal.
La unidad de control de generador (50) incluye un microordenador y un dispositivo de memoria que almacena un programa para operar el microordenador. La unidad de control de generador (50) incluye un controlador de caudal (51), un controlador de par (52) y un controlador de modulación por anchura de impulsos (PWM) (53).
La unidad de control de caudal (51) recibe el caudal (Q) del agua detectado por el caudalímetro (17) y el valor de consigna de caudal (Q*) que es el objetivo de caudal. Aquí, el valor de mando de caudal (Q*) corresponde al objetivo de caudal descrito anteriormente. El controlador de caudal (51) calcula un valor de mando de par (T*) para hacer converger el caudal (Q) al valor de mando de caudal (Q*).
El controlador de par (52) recibe el valor de mando de par (T*) que es un objetivo de control del generador (22). El controlador de par (52) calcula un valor de mando de tensión (V*) según el valor de mando de par (T*).
El controlador PWM (53) ejecuta el control PWM de los elementos de conmutación del convertidor CA/CC (41) basándose en del valor de mando de tensión (V*) que sale del controlador de par (52). Como resultado, el caudal (Q) converge al valor de mando de caudal (Q*).
-Unidad de control de válvula electromagnética-
La unidad de control electromagnético (60) incluye un microordenador y un dispositivo de memoria que almacena un programa para operar el microordenador. La unidad de control de válvula electromagnética (60) incluye un calculador de altura (62), un determinador de altura (63) y un controlador de válvula electromagnética (64).
El calculador de altura (62) recibe una presión, detectada por el primer sensor de presión (23), del agua a través del orificio de flujo entrante de la turbina hidráulica (21) (un primer valor de presión p1), y una presión, detectada por el segundo sensor de presión (24), del agua a través del orificio de flujo saliente de la turbina hidráulica (21) (un segundo valor de presión p2). El calculador de altura (62) obtiene la altura efectiva de la turbina hidráulica (21) basándose en la diferencia entre estos valores de presión (p1, p2).
El determinador de altura (63) determina si el sistema de generación hidroeléctrica (10) está o no en un estado anómalo, basándose en la salida de altura efectiva del calculador de altura (62) y la salida de caudal (Q) del caudalímetro (17).
Si se determina que el sistema de generación hidroeléctrica (10) está en un estado anómalo, el controlador de válvula electromagnética (64) controla las válvulas electromagnéticas primera y segunda (15) y (16) de tal manera que estas válvulas electromagnéticas (15) y (16) no están electrificadas.
<Parámetros de funcionamiento del sistema de generación hidroeléctrica>
Los parámetros de funcionamiento del sistema de generación hidroeléctrica (10) y sus relaciones se describirán ahora en detalle con referencia a la FIG. 3. En el gráfico (también denominado mapa característico (M)) mostrado en la FIG.
3, el eje vertical representa la altura efectiva (H) de la turbina hidráulica (21), y el eje horizontal representa el caudal (Q) del agua que fluye a través de la turbina hidráulica (21). Aquí, la altura efectiva (H) de la turbina hidráulica (21) se obtiene restando una altura correspondiente a la resistencia de una tubería, mientras que el agua en el tanque de almacenamiento de agua (2) fluye hacia el tanque receptor de agua (3) a través de la tubería (1), de una altura bruta (Ho) entre el nivel de líquido del tanque de almacenamiento de agua (2) y el nivel de líquido del tanque de recepción de agua (3).
La relación entre la altura efectiva (H) y el caudal (Q) se puede representar mediante una línea característica de resistencia al flujo (también conocida como curva de pérdidas de sistema (S)) mostrada en la FIG. 3. Las características de la curva de pérdidas de sistema (S) son que la altura efectiva (H) cuando el caudal (Q) = 0 es la altura bruta (Ho), y que la altura efectiva (H) se reduce en la curva de segunda orden en función del aumento del caudal (Q). La curvatura de la curva de pérdidas de sistema (S) tiene un valor único para la tubería (1) en la FIG. 1. El caudal (Q) en la tubería (1) incluida en el sistema de generación hidroeléctrica (10) y la altura efectiva (H) en ese momento corresponden a puntos de la curva de pérdidas de sistema (S). Es decir, el punto (el punto de funcionamiento de la turbina hidráulica (21)) correspondiente al caudal (Q) y la altura efectiva (H) de la turbina hidráulica (21) está siempre en la curva de pérdidas de sistema (S).
En el mapa característico (M) de la FIG. 3, el valor de par (T) del generador (22), el número de rotaciones (velocidad de rotación) (N) del generador (22) y la energía eléctrica generada (P) del generador (22) se representan como las características correlacionadas con el caudal (Q) y la altura efectiva (H) en la turbina hidráulica (21).
En el mapa característico (M), una región (denominada región de turbina hidráulica o región operable) en la que la turbina hidráulica (21) puede ser rotada por el flujo de agua se forma entre una curva (denominada curva no restringida (T = 0)) en la que el valor de par (T) del generador (22) es 0 y una curva (denominada curva de límite de funcionamiento) en la que el número de rotaciones (N) del generador (22) es 0 o un número mínimo predeterminado de rotaciones. En la FIG. 3, una región a la izquierda de la curva sin restricciones es una región de freno de turbina hidráulica (una región de funcionamiento de energía).
En la región de turbina hidráulica, se proporciona una pluralidad de curvas iso-par a lo largo de la curva libre, y el valor del par (T) también aumenta según el aumento del caudal (Q) en el mapa característico (M). Además, se proporciona una pluralidad de curvas de iso-velocidad de rotación a lo largo de la curva de límite de funcionamiento, y el número de rotaciones (N) aumenta con el aumento de la altura efectiva (H). En la curva de pérdidas de sistema (S), el valor de par (T) disminuye con la disminución del caudal (Q). Además, en la curva de pérdidas de sistema (S), el número de rotaciones (N) disminuye con el aumento del caudal (Q). Una curva de iso-potencia generada indicada por una línea discontinua es una curva convexa hacia abajo, y la potencia eléctrica generada (P) también aumenta con el aumento de la altura efectiva (H) y el caudal (Q).
La relación entre los parámetros en el mapa característico (M) descrito anteriormente se puede almacenar en el dispositivo de memoria en forma de tabla (tabla numérica) o fórmula matemática (función) en el programa. Por lo tanto, el controlador de generador (40) puede realizar diversos cálculos y controlar utilizando la relación entre los parámetros representados en el mapa característico (M).
<Funcionamiento>
El funcionamiento del sistema de generación hidroeléctrica (10) se describirá con referencia a la FIG. 4. En la FIG. 4, cuando se inicia el funcionamiento del sistema de generación hidroeléctrica (10), el controlador de generador (40) ejecuta el control de arranque para electrificar las válvulas electromagnéticas primera y segunda (15) y (16) (Etapa St1). Bajo el control de arranque, la primera válvula electromagnética (15) se abre y la segunda válvula electromagnética (16) se cierra. Así, el agua no fluye a través de la segunda tubería de ramal (13) sino que fluye a través de la primera tubería de ramal (12). Entonces, en la región de turbina hidráulica, la relación entre la caída efectiva (H) y el caudal (Q) se mueve en la curva libre desde el punto en el que el caudal (Q) es igual a 0 hasta el punto de intersección de la curva de pérdidas de sistema (S) y la curva sin restricciones.
Luego, se ejecuta el control de caudal para llevar el caudal (Q) en la turbina hidráulica (21) cerca del objetivo de caudal (Etapa St2). Es decir, en el control de caudal, la unidad de control de generador (50) calcula el valor de mando de par (T*) basado en el caudal actual (Q) y el valor de mando de caudal (Q*). El controlador PWM (53) controla los elementos de conmutación del convertidor CA/CC (41) basándose en el valor de mando de tensión (V*) calculado por el controlador de par (52). Esto acerca el caudal (Q) en la turbina hidráulica (21) o en la tubería (1) al valor de mando de caudal (Q*). Entonces, si el control de caudal se realiza después del control de arranque, la relación entre la altura efectiva (H) y el caudal (Q) se mueve en la curva de pérdidas de sistema (S) desde el punto de intersección de la curva de pérdidas de sistema (S) y la curva sin restricciones. Así, el par aumenta hasta que el caudal (Q) alcanza el valor de mando de caudal (Q*).
A continuación, en la etapa St3, el calculador de altura (62) detecta la altura efectiva (H) de la turbina hidráulica (21). En la etapa St4, la altura efectiva (H) se compara con un primer valor umbral (Hoptmax1). Aquí, el primer valor umbral (Hoptmax1) es un valor de determinación para determinar si el punto de funcionamiento de la turbina hidráulica (21) ha alcanzado o no una región de cavitación, y varía dependiendo del valor de mando de caudal (Q*). En la etapa St4, si la altura efectiva (H) es mayor que el primer valor umbral (Hoptmax1), se determina que el punto de funcionamiento de la turbina hidráulica (21) está en la región de cavitación. En este caso se determina que el sistema de generación hidroeléctrica (10) se encuentra en un estado anómalo. Luego, el proceso pasa a la etapa St6, en la que se detiene la electrificación de las válvulas electromagnéticas primera y segunda (15) y (16), y las válvulas electromagnéticas primera y segunda (15, 16) no se electrifican. En la etapa St4, si la altura efectiva (H) es menor que el primer valor umbral (Hoptmax1), el proceso pasa a la etapa St5.
Aquí, la cavitación es un fenómeno (un fenómeno de cavidad) en el que, dado que un fluido se acelera dentro de la turbina hidráulica (21), la presión del fluido disminuye hasta estar cerca de una presión de vapor de agua saturada, y se genera una gran cantidad de burbujas de vapor. Cuando se genera un gran número de burbujas de vapor en asociación con la aparición de cavitación, y luego desaparecen estas burbujas de vapor, se genera localmente una presión muy alta de varias decenas de miles de atmósferas. Como resultado, esto provoca problemas tales como el deterioro del rendimiento de la turbina hidráulica (21), daños en la superficie de la turbina hidráulica (21) y generación de vibraciones y ruido. Así, en esta realización, si el punto de funcionamiento de la turbina hidráulica (21) se encuentra en la región de cavitación, se determina que el sistema de generación hidroeléctrica (10) se encuentra en un estado anómalo.
En la etapa St5, la altura efectiva (H) se compara con un segundo valor umbral (Hoptmin1). En este caso, el segundo valor umbral (Hoptmin1) es un valor de determinación para determinar si la turbina hidráulica (21) ha alcanzado o no la curva de límite de funcionamiento, y varía en función del valor de mando de caudal (Q*). En la etapa St5, si la altura efectiva (H) es menor que el segundo valor umbral (Hoptmin1), se determina que el punto de funcionamiento de la turbina hidráulica (21) ha alcanzado la curva de límite de funcionamiento. En este caso se determina que el sistema de generación hidroeléctrica (10) se encuentra en un estado anómalo. Luego, el proceso pasa a la etapa St6, en la que se detiene la electrificación de las válvulas electromagnéticas primera y segunda (15) y (16), y las válvulas electromagnéticas primera y segunda (15, 16) no se electrifican. En la etapa St5, si la altura efectiva (H) es mayor que el segundo valor umbral (Hoptmin1), el proceso pasa a la etapa St2.
La curva de límite de funcionamiento tal como se utiliza aquí es un límite del punto de funcionamiento en el que se hace imposible ajustar el caudal (Q) en la turbina hidráulica (21) al valor de mando de caudal (Q*) por el generador (22) debido a que el número de rotaciones del generador (22) llega a 0 o a un número mínimo predeterminado de rotaciones. Por lo tanto, si el punto de funcionamiento de la turbina hidráulica (21) alcanza la curva de límite de funcionamiento, el control de caudal no puede ejecutarse de manera continua a partir de entonces. Así, en esta realización, si el punto de funcionamiento de la turbina hidráulica (21) alcanza la curva de límite de funcionamiento, se determina que el sistema de generación hidroeléctrica (10) se encuentra en un estado anómalo.
-Ventajas de la realización-
Según esta realización, cuando no se pierde energía, la segunda válvula electromagnética (16) se electrifica y, por lo tanto, se cierra. Así, el agua fluye a través de la primera tubería de ramal (12) sin pasar por la segunda tubería de ramal (13). Por otro lado, cuando se pierde la energía, la segunda válvula electromagnética (16) se abre sin estar electrificada. Así, el agua fluye a la segunda tubería de ramal (13). Por lo tanto, incluso si el controlador de generador (40) se detiene cuando se pierde energía, el estado de la segunda válvula electromagnética (16) cambia al estado abierto y el agua es guiada a la segunda tubería de ramal (13). Esto permite que el agua fluya a través de la tubería (1) con un caudal predeterminado (Q) y una presión predeterminada.
Además, según esta realización, el sistema de generación hidroeléctrica (10) incluye sensores de presión primero y segundo (23) y (24) para detectar cavitación y un límite de funcionamiento como anomalías en el sistema de generación hidroeléctrica (10). Los sensores de presión primero y segundo (23, 24) detectan anomalías basándose en la altura efectiva de la turbina hidráulica (21). Por lo tanto, incluso antes de que la pérdida de energía provoque el cambio de la tubería (1) por donde fluye el agua, un estado anómalo del sistema de generación hidroeléctrica (10) permite que la tubería (1) por donde fluye el agua cambie de la primera tubería de ramal (12) a la segunda tubería de ramal (13). Esto permite que el agua fluya a través de la tubería (1) con un caudal predeterminado (Q) y una presión predeterminada, y puede reducir el agua que fluye a través de la turbina hidráulica (21) en un estado en el que se ha producido una anomalía, como la cavitación, en el sistema de generación hidroeléctrica (10).
Además, según este modo de realización, la primera válvula electromagnética (15) se dispone aguas arriba de la turbina hidráulica (21) en la primera tubería de ramal (12). La primera válvula electromagnética (15) mantiene su estado cerrado cuando no está electrificada y mantiene su estado abierto cuando está electrificada. Así, cuando se pierde energía, la segunda válvula electromagnética (15) se cierra sin estar electrificada. Esto evita que el agua fluya hacia la primera tubería de ramal (12). Cuando cualquiera de los detectores de anomalías detecta una anomalía, la primera válvula electromagnética (15) que no está electrificada puede evitar que el agua fluya a través de la primera tubería de ramal (12).
Según esta realización, dado que las válvulas electromagnéticas se utilizan como válvulas de cierre, la tubería (1) a través de la que fluye agua se puede cambiar fácilmente de la primera tubería de ramal (12) a la segunda tubería de ramal (13) a bajo coste cuando se pierde energía.
-Primera variante de realización-
En la realización anterior, la primera válvula electromagnética (15) se proporciona aguas arriba de la turbina hidráulica (21) en la primera tubería de ramal (12). Sin embargo, esta configuración es meramente un ejemplo no limitativo. En una primera variante, como se muestra en la FIG. 5, no se proporciona una primera válvula electromagnética aguas arriba de la turbina hidráulica (21) en la primera tubería de ramal (12). Incluso en este caso, cuando se pierde energía, la segunda válvula electromagnética (16) se abre sin estar electrificada. Así, el agua fluye a la segunda tubería de ramal (13). Esto permite que el agua fluya a través de la tubería (1) con un caudal predeterminado (Q).
-Segunda variante de realización-
En una segunda variante, como se muestra en la FIG. 6, se proporciona un primer ajustador (71), como una válvula de caudal constante o una válvula de descompresión, en la segunda tubería de ramal (13) para ajustar mecánicamente el caudal o la presión sin electricidad. Esto permite que el ajustador ajuste mecánicamente el caudal o la presión de un fluido cuando se pierde energía. Por tanto, incluso en un entorno en el que el agua necesita fluir con un caudal predeterminado y una presión predeterminada, se puede utilizar el sistema de generación hidroeléctrica (10). Además, cuando se suministra energía, la unidad de control de generador (50) que ajusta el caudal o la presión del fluido que fluye a través de la turbina hidráulica (21) permite que el caudal o la presión del fluido que fluye a través de la tubería (1) esté siempre ajustada cuando se suministra energía o cuando se pierde energía.
-Tercera variante de realización-En una tercera variante, como se muestra en la FIG. 7, se proporciona un segundo ajustador (81), como una válvula de caudal constante o una válvula de descompresión, en la tubería de flujo saliente (14) para ajustar mecánicamente el caudal o la presión sin electricidad. Esto permite ajustar de forma fiable el caudal o la presión del fluido.
«Otras realizaciones»
La realización anterior puede modificarse como sigue.
En la realización anterior, los sensores de presión (23, 24) detectan la cavitación y el límite de funcionamiento de la turbina hidráulica (21) como estados anómalos. Sin embargo, esta configuración es meramente un ejemplo no limitativo. Ejemplos de anomalías en el sistema de generación hidroeléctrica (10) incluyen sobrecarga, sobrecalentamiento, sobrevelocidad y sobrecalentamiento de los cojinetes del generador, y sobretensión, sobrecorriente, anomalías del dispositivo, sobrecalentamiento y fallos de conexión a tierra de un convertidor CA/CC o un inversor de interconexión de sistema. El detector de anomalías simplemente necesita detectar estas anomalías. Las válvulas electromagnéticas (15, 16) se pueden configurar para ser capaces de ser electrificadas desde una suministro de energía a través de un interruptor, que puede ser abierto/cerrado por la unidad de control de válvula electromagnética (60). La válvula electromagnética es simplemente un ejemplo de la válvula de cierre. Una válvula principal simplemente necesita abrirse/cerrarse según si la válvula está electrificada o no.
En la realización anterior, el caudalímetro (17) se usa para detectar el caudal (Q) de agua que fluye a través de la turbina hidráulica (21). Sin embargo, esta configuración es meramente un ejemplo no limitativo. No es necesario proporcionar el caudalímetro (17). En este caso, por ejemplo, si se obtiene el valor de velocidad de rotación y par (T) del generador (22), el uso del mapa característico (M) descrito anteriormente permite medir el caudal (Q) de agua que fluye a través de la turbina hidráulica (21) a determinar.
Aplicabilidad industrial
Como puede verse a partir de la descripción anterior, la presente invención es útil para un sistema de generación hidroeléctrica.
Descripción de caracteres de referencia
1 Tubería (tubería forzada o canal)
10 Sistema de generación hidroeléctrica
12 Primera tubería de ramal de tubería (ruta principal)
13 Segunda tubería de ramal de tubería (desvío)
15 Primera válvula electromagnética (válvula de cierre)
16 Segunda válvula electromagnética (válvula de cierre)
21 Turbina hidráulica (máquina de fluidos)
22 Generador
23 Primer sensor de presión (detector de anomalías)
24 Segundo sensor de presión (detector de anomalías)
40 Controlador de generador (Unidad de control)

Claims (3)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de generación hidroeléctrica que comprende:
una máquina de fluidos (21) dispuesta en una tubería forzada o canal (1) por donde fluye un fluido;
un generador (22) accionado por la máquina de fluidos (21); y
una unidad de control (40) configurada para generar un par predeterminado en el generador,
teniendo la tubería forzada o canal (1) un camino principal (12) en el que se dispone la máquina de fluidos (21), y un desvío (13) proporcionado en paralelo al camino principal (12),
el desvío (13) que incluye una válvula de cierre (16), el sistema de generación hidroeléctrica caracterizado por que la válvula de cierre (16) se abre cuando no está electrificada, la válvula de cierre (16) se cierra cuando está electrificada, comprendiendo además el sistema de generación hidroeléctrica un detector de anomalías (23, 24) configurado para detectar una anomalía en la generación hidroeléctrica sistema (10), en donde
si el detector de anomalías (23, 24) detecta la anomalía, se detiene la electrificación de la válvula de cierre (16) y
en donde el detector de anomalías (23, 24) detecta una anomalía basándose en una altura efectiva de la máquina de fluidos (21).
2. El sistema de la reivindicación 1, en donde
el camino principal (12) incluye una válvula de cierre (15), la válvula de cierre (15) se cierra cuando no está electrificada, la válvula de cierre (15) se abre cuando está electrificada, y
el desvío (13) incluye un primer ajustador (71) configurado para ajustar mecánicamente una presión o un caudal del fluido.
3. El sistema de la reivindicación 1, en donde
la tubería forzada o canal (1) tiene una tubería de flujo saliente (14) dispuesta aguas abajo del camino principal (12) y el desvío (13) de manera que el camino principal (12) y el desvío (13) se unen, y la tubería de flujo saliente (14) incluye un segundo ajustador (81) configurado para ajustar mecánicamente una presión o un caudal del fluido.
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