FR2517751A1 - Hydraulic turbine control system - uses dynamic speed error integrator with amplification beyond thresholds variable with acceleration, speed, and pressure - Google Patents
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Abstract
Description
La presente invention concerne un procédé et un dispositif de régulation de vitesse d'une turbine hydraulique, plus particulièrement destinés à minimiser ltécart dynamique de la vitesse en fonction de la perturbation. The present invention relates to a method and a device for regulating the speed of a hydraulic turbine, more particularly intended to minimize the dynamic difference in speed as a function of the disturbance.
La fonction essentielle d'un régulateur de vitesse d'un groupe turbo-alternateur hydraulique est de maintenir constante la vitesse de la turbine motrice et de l'alternateur qutelle entraine, et par conséquent la fréquence du courant produit par l'alternateur connecté à un réseau général de distribution. The essential function of a speed regulator of a hydraulic turbo-alternator group is to maintain constant the speed of the driving turbine and of the alternator which it drives, and consequently the frequency of the current produced by the alternator connected to a general distribution network.
Un système usuel de régulation est représenté schématiquement par la figure 1 annexée, où la turbine T accouplée au générateur G est alimentée par une vanne V dont l'ouverture réglable permet de faire varier le débit de l'eau entrant dans la turbine. Le comparateur 1 mesure l'écart
EF entre la fréquence de consigne FC, élaborée par exemple par une horloge étalon 2, et la fréquence réelle F relevée en 3 sur l'arbre du groupe turbo-générateur. Le signal d'écart de fréquence EF est appliqué aux deux circuits 4 et 5, à actions respectivement proportionnelle et dérivée, et dont les signaux de sortie sont additionnés dans le comparateur 6.Le signal de sortie EM du comparateur 6, après écrêtage dans le circuit 8, est traité dans le circuit à action intégrale 9 qui élabore le signal RV de pilotage de position de la vanne V, dans le sens d'ouverture ou defermeture defcelle- ci, pour respectivement augmenter ou diminuer la vitesse de la turbine. Les écratages du circuit 8 ont pour objet de limiter l'intensité du signal EH dans le sens d'ouverture ou de fermeture, et par conséquent, après intégra tion, les vitesses de manoeuvre de la vanne V ; en effet il est indispensable de limiter les vitesses de manoeuvre pour éviter les surpressions hydrauliques dans les conduites.A usual regulation system is shown diagrammatically in the appended FIG. 1, where the turbine T coupled to the generator G is supplied by a valve V whose adjustable opening makes it possible to vary the flow rate of the water entering the turbine. Comparator 1 measures the difference
EF enters the setpoint frequency FC, developed for example by a standard clock 2, and the actual frequency F noted in 3 on the shaft of the turbo-generator group. The frequency difference signal EF is applied to the two circuits 4 and 5, with proportional and derivative actions respectively, and whose output signals are added in comparator 6. The output signal EM of comparator 6, after clipping in the circuit 8, is processed in the integral action circuit 9 which generates the signal RV for controlling the position of the valve V, in the direction of opening or closing of the latter, to respectively increase or decrease the speed of the turbine. The overruns of circuit 8 are intended to limit the intensity of the signal EH in the opening or closing direction, and therefore, after integration, the operating speeds of the valve V; in fact it is essential to limit the maneuvering speeds to avoid hydraulic overpressures in the pipes.
Une boucle de contre réaction applique à ltentrée du comparateur 6, et en oppostion aux signaux proportionnel et dérivé, le signal 5 figuratif de 11 ouverture de la vanne V et issu du signal RV par filtrage dans le circuit 10, dérivation dans le circuit 11, et écrêtage dans le circuit 12. A feedback loop applies to the input of the comparator 6, and in opposition to the proportional and derived signals, the figurative signal 5 of 11 opening of the valve V and coming from the signal RV by filtering in the circuit 10, bypass in the circuit 11, and clipping in circuit 12.
Les écrêtages haut (H) et bas (B) du circuit 12 ont pour objet de réduire le temps de rétablissement de la vitesse. En effet ltécrêtage haut ou bas limite la valeur absolue, positive ou négative, du signal de contre-réaction, et donc limite l'affaiblissement du signal issu du compara teur 6 et par lâ le temps d'intégration dans le circuit 9. En d'autres termes le signal EM à traiter par l'action intégrale 9 augmente plus fortement lorsqu'il dépasse en valeur absolue les seuils haut et bas d'une plage centrée sur la valeur zéro. The purpose of high (H) and low (B) clipping of circuit 12 is to reduce the speed recovery time. In fact high or low clipping limits the absolute value, positive or negative, of the feedback signal, and therefore limits the weakening of the signal from comparator 6 and thereby the integration time in circuit 9. By d In other words, the signal EM to be processed by the integral action 9 increases more strongly when it exceeds in absolute value the high and low thresholds of a range centered on the zero value.
Ce type de structure de régulation est appelé "régulation tachy- accélérométrique à asservissement temporaire et à écrêtagesWixestt. This type of regulating structure is called "tachy-accelerometric regulation with temporary servo and Wixestt clipping.
Un choix convenable des paramètres des circuits 4, 5, 9 et 11 conduit à un compromis satisfaisant entre la stabilité et la précision dynamique du réglage de la vitesse. Ceci est valable dans le domaine des petites perturbations, où aucun des écretages H et B du circuit 12 n'est atteint. Pour les perturbations de moyenne ou grande amplitude, les écretages
H et B interviennent, et le temps de rétablissement de la vitesse ut plus court dans la mesure où la stabilité est satisfaite ; l'expérience montre en effet que la stabilité du réglage est fonction de l'amplit wde de la perturbation.A suitable choice of the parameters of circuits 4, 5, 9 and 11 leads to a satisfactory compromise between the stability and the dynamic precision of the speed adjustment. This is valid in the field of small disturbances, where none of the H and B clipping of circuit 12 is reached. For medium or large amplitude disturbances, clipping
H and B intervene, and the speed recovery time ut shorter as long as the stability is satisfied; experience shows that the stability of the adjustment is a function of the amplitude wde of the disturbance.
L'invention permet, en minimisant lSécart de vitesse, de conserver la stabilité du réglage et dfameliorer le régime transitoire saune pour de fortes amplitudes de perturbations.
Le procédé pour minimiser l'2cart dynamique de la vitesse stap- plique à un système de régulation de vitesse d'une turbine hydraulique comportant un circuit à action intégrale pour traiter le signal issu de la comparaison entre une vitesse de consigne et la vitesse réelle de la turbine, et commandant l'ouverture ou la fermeture de la vanne de réglage du débit de la turbine, le signal à traiter par l'action intégrale étant augmenté lorsqu'il dépasse en valeur absolue les seuils haut et bas d'une plage centrée sur la valeur zéro.The invention makes it possible, by minimizing the difference in speed, to maintain the stability of the adjustment and improve the transient state of the sauna for large amplitudes of disturbances.
The method for minimizing the dynamic difference in speed staple to a speed control system of a hydraulic turbine comprising an integral action circuit for processing the signal resulting from the comparison between a set speed and the actual speed of the turbine, and controlling the opening or closing of the turbine flow control valve, the signal to be processed by the integral action being increased when it exceeds in absolute value the high and low thresholds of a centered range on the value zero.
Selon l'invention on fait varier les seuils haut et bas de la plage en fonction décroissante de la valeur absolue de l'accélération ins- tantanée de la turbine. According to the invention, the upper and lower thresholds of the range are varied as a function of the absolute value of the instantaneous acceleration of the turbine decreasing.
Selon un mode particulier de réalisation, on fait aussi varier les seuils haut et bas de la plage en fonction croissante de la vitesse de la turbine et en fonction décroissante de la dérivée de la pression d'eau à l'entrée de la turbine. According to a particular embodiment, the upper and lower thresholds of the range are also varied as an increasing function of the speed of the turbine and as a decreasing function of the derivative of the water pressure at the inlet of the turbine.
Lorsque le procédé est destiné à un système où le circuit à action intégrale agit en série avec des circuits à actions proportionnelle et dérivée, avec écrêtage sur une boucle de contre-réaction du circuit à action intégrale, on agit en faisant varier les seuils d'écrêtage du circuit de contre-réaction. When the method is intended for a system where the integral action circuit acts in series with proportional and derivative action circuits, with clipping on a feedback loop of the integral action circuit, this is done by varying the thresholds of clipping the feedback circuit.
Lorsque le procédé est destiné à un système où le circuit à action intégrale agit en parallèle avec des circuits à actions proportionnelle et dérivée, on agit sur les seuils de non-linéarité dtun circuit nonlinéaire disposé à l'entrée du circuit à action intégrale. When the method is intended for a system where the integral action circuit acts in parallel with proportional and derivative action circuits, action is taken on the non-linearity thresholds of a nonlinear circuit disposed at the input of the integral action circuit.
L'invention sera mieux comprise en se référant à des modes de réalisation donnée à titre.d'exemples et représentés par les autres dessins annexés. The invention will be better understood by referring to embodiments given by way of examples and represented by the other appended drawings.
La figure 2, homologue de la figure 1, montre le dispositif complémentaire de régulation selon l'invention en fonction de la seule accélération de la turbine. FIG. 2, homologous to FIG. 1, shows the complementary regulation device according to the invention as a function of the only acceleration of the turbine.
La figure 3 décrit le dispositif utilisant à la fois la vitesse et l'accélération de la turbine, et la mesure de la pression de liteau à l'entrée de la turbine. FIG. 3 describes the device using both the speed and the acceleration of the turbine, and the measurement of the batten pressure at the inlet of the turbine.
La figure 4 donne un exemple numérique montrant, avec et sans application de l'invention, la réponse du système de régulation à une même perturbation. FIG. 4 gives a numerical example showing, with and without application of the invention, the response of the regulation system to the same disturbance.
La figure 5 représente l'application de l'invention à un autre système de régulation. FIG. 5 represents the application of the invention to another regulation system.
On retrouve dans le cadre A de la figure 2 le système de réglage connu tel que représenté à la figure lb Dans le cadre C1 qui représente l'ap- port de l'invention, le signal de vitesse F est d'abord filtré en 13 et dé- rivé en 14 dont le signal de sortie DF représente l'accélération de la turbine T. Le circuit 17 qui revoit DF élabore en fonction de l'accélération de la turbine des signaux L1 et 12 qui sont respectivement, pour les valeurs négative ou positive de DF, fonction décroissante de la valeur absolue de DF. We find in frame A of Figure 2 the known adjustment system as shown in Figure lb In frame C1 which represents the contribution of the invention, the speed signal F is first filtered at 13 and derived at 14, the output signal DF of which represents the acceleration of the turbine T. The circuit 17 which reviews DF produces, as a function of the acceleration of the turbine, signals L1 and 12 which are, respectively, for the negative values or positive of DF, decreasing function of the absolute value of DF.
Ce sont ces valeurs L1 et 12 qui sont introduites dans le circuit 12 pour constituer respectivement les seuils H et B d'écrêtage du signal de contreréaction. Ainsi, une augmentation de la-valeurabsolue de l'accélération de la turbine, positive ou négative, entraine un resserrement de l'écart entre les seuils dtécrêtage du signal de contre-réaction et une réduction supplémentaire du temps d'intégration et du rétablissement de la vitesse.It is these values L1 and 12 which are introduced into the circuit 12 to constitute respectively the thresholds H and B for clipping of the feedback signal. Thus, an increase in the absolute value of the acceleration of the turbine, positive or negative, leads to a narrowing of the difference between the thresholds for clipping of the feedback signal and a further reduction in the integration time and the restoration of speed.
La figure 4 traduit ce résultat en représentant, pour une meme perturbation ayant entrainé une chute de vitesse de la turbine, d'une part en trait plein l'évolution de cette vitesse pendant le régime transitoire d'action de la régulation muni du dispositif à écrêtages variables selon l'invention, et dtautre part en traits interrompus la même évolution avec une régulation connue à écrêtages fixes. FIG. 4 translates this result by representing, for the same disturbance having led to a drop in speed of the turbine, on the one hand in solid lines the evolution of this speed during the transient regime of action of the regulation provided with the device at variable clipping according to the invention, and on the other hand in broken lines the same development with a known regulation with fixed clipping.
Le perfectionnement peut encore être amélioré en prenant en combe non seulement l'accélération de la turbine, mais encore la vitesse de celleci et la pression de l'eau à ltentrée de la turbine. La figure 3 représente te dans le cadre C2 le dispositif correspondant où l'on retrouve les circuits 13, 14 et 17 pour élaborer les signaux L1 et L2 à partir de la vitesse F et l'accélération DF. Mais ici chaque signal Li et L2 est d'abord ajouté à F dans les circuits 19 et 20, dont les sorties sont à leur tour combinées dans les circuits 21 et 22, en opposition avec la dérivée DP de la pression P prélevée en 24 à l'entrée de la turbine, puis filtrée en 25 et dérivée en 26.Ce sont les signaux de sortie des comparateurs 21 et 22 qui sont introduits dans le circuit 12 pour constituer respectivement les seuils
H et B d'écrêtage du signal de contre-réaction.
Sous la forme simplifiée comme représentée à la figure 2, aussi bien que sous la forme complexe de la figure 3, l'invention peut aussi s'appliquer aux systèmes de régulation comportant un dispositif de réduction automatique du trainage de position d'un système copiant non-linéaire décrit par exemple par la demande de brevet franchais 80-27275.La figure 5dz la présente demande rappelle la figure 5 de la demande antérieure décrivant un tel dispositif où le signal EF d'écart entre la vitesse de consigne CF et la vitesse réelle F de la turbine est appliqué en parallèle à trois circuits 30, 31 et 32, respectivement à actions proportionnelle, dérivée et intégrale ; la somme des signaux de sortie commande un circuit copiånt 33-34 qui entraine la manoeuvre de la vanne V d'alimentation de la turbine T. Selon la demande 80-27275 les circuits 15 et 16 sont utilisés pour élaborer un signal qui constitue un seuil variable de saturation du circuit à action intégrale 32.The improvement can be further improved by taking into account not only the acceleration of the turbine, but also the speed of the turbine and the pressure of the water at the inlet of the turbine. FIG. 3 represents you in frame C2 the corresponding device in which the circuits 13, 14 and 17 are found to develop the signals L1 and L2 from speed F and acceleration DF. But here each signal Li and L2 is first added to F in circuits 19 and 20, the outputs of which are in turn combined in circuits 21 and 22, in opposition to the derivative DP of the pressure P taken at 24 to the input of the turbine, then filtered at 25 and derivative at 26. These are the output signals from the comparators 21 and 22 which are introduced into the circuit 12 to constitute the thresholds respectively
H and B clipping the feedback signal.
In the simplified form as shown in FIG. 2, as well as in the complex form of FIG. 3, the invention can also be applied to regulation systems comprising a device for automatic reduction of the position drag of a copying system. non-linear described for example by the patent application franchais 80-27275. Figure 5dz the present request recalls figure 5 of the previous application describing such a device where the signal EF of deviation between the setpoint speed CF and the speed real F of the turbine is applied in parallel to three circuits 30, 31 and 32, respectively with proportional, derivative and integral actions; the sum of the output signals controls a copying circuit 33-34 which causes the operation of the valve V supplying the turbine T. According to request 80-27275 circuits 15 and 16 are used to produce a signal which constitutes a threshold saturation variable of the integral action circuit 32.
Pour provoquer, comme dans le cas des figures 2 ou 3, une augmen- tation du signal à traiter par l'action intégrale à partir de seuils haut et bas variables en fonction de l'accélération de la turbine, ou en fonction en outre des vitesse et de la variation de pression de l'eau à l'entrée de la turbine, on utilise ici un circuit non linéaire 36 où le gain affectant le signal EF est fortement augmenté lorsque EF atteint l'un des seuils B ou H entourant la valeur zéro. To cause, as in the case of FIGS. 2 or 3, an increase in the signal to be processed by the integral action from variable high and low thresholds as a function of the acceleration of the turbine, or in addition as a function of the speed and pressure variation of the water entering the turbine, a non-linear circuit 36 is used here where the gain affecting the signal EF is greatly increased when EF reaches one of the thresholds B or H surrounding the zero value.
On utilise alors les circuits regroupés dans les cadres C1 ou
C2 des figures 2 ou 3 pour constituer les seuils H et B qui varient ainsi avec, soit la seule accélération de Ia turbine, soit la combinaison avec la vitesse et la dérivée de la pression de l'eau à ltentrée de la turbine. Ici encore l'augmentation de la valeur absolue de l'accélération de la turbine va entrainer un resserrement de la plage centrale de linéarité du circuit 36, d'où un déclenchement plus rapide de l'accroissement de gain du signal traité par action intégrale, et réduction du temps dtinté- gration.We then use the circuits grouped in frames C1 or
C2 of Figures 2 or 3 to form the thresholds H and B which thus vary with either the only acceleration of the turbine, or the combination with the speed and the derivative of the water pressure at the inlet of the turbine. Here again, the increase in the absolute value of the acceleration of the turbine will lead to a tightening of the central linearity range of the circuit 36, hence a faster triggering of the gain increase of the signal processed by integral action, and reduced integration time.
Bien entendu l'invention ntest pas strictement limitée aux modes de réalisation qui ont été décrits à titre d'exemples, mais elle couvre également les réalisations qui nten diffèreraient que par des détails, par des variantes d'exécution ou par l'utilisation de moyens équivalents. Of course, the invention is not strictly limited to the embodiments which have been described by way of examples, but it also covers the embodiments which would differ only in details, in variant embodiments or in the use of means. equivalent.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| FR8122755A FR2517751A1 (en) | 1981-12-04 | 1981-12-04 | Hydraulic turbine control system - uses dynamic speed error integrator with amplification beyond thresholds variable with acceleration, speed, and pressure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| FR8122755A FR2517751A1 (en) | 1981-12-04 | 1981-12-04 | Hydraulic turbine control system - uses dynamic speed error integrator with amplification beyond thresholds variable with acceleration, speed, and pressure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2517751A1 true FR2517751A1 (en) | 1983-06-10 |
| FR2517751B1 FR2517751B1 (en) | 1984-02-03 |
Family
ID=9264698
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| FR8122755A Granted FR2517751A1 (en) | 1981-12-04 | 1981-12-04 | Hydraulic turbine control system - uses dynamic speed error integrator with amplification beyond thresholds variable with acceleration, speed, and pressure |
Country Status (1)
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| FR (1) | FR2517751A1 (en) |
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| FR2517751B1 (en) | 1984-02-03 |
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