FR2568428A1

FR2568428A1 - Method and installation for regulating the voltage of an asynchronous machine used as stand-alone generator, by staged variation of a bank of capacitors connected to the network

Info

Publication number: FR2568428A1
Application number: FR8411866A
Authority: FR
Inventors: Patrick Gorria; Dominique Laurent
Original assignee: DIJON INST UNIVERS TECHNO CREU
Current assignee: DIJON INST UNIVERS TECHNO CREU
Priority date: 1984-07-26
Filing date: 1984-07-26
Publication date: 1986-01-31
Also published as: FR2568428B1; OA08071A

Abstract

The present invention relates to a method and an installation for regulating the voltage of an asynchronous machine used as stand-alone generator, by staged variation of a bank of capacitors connected to the network, as a function of the desired operating point, dependent on the user's actual load. This installation is characterised in that it comprises a real-time controller 5 operating in multitask mode and receiving, by way of an analog bus 13, information coming from sensors 12 determining the voltage, intensity, phase-shift and period of the current from the network 2, this controller 5 being connected at its output to the bank of capacitors 60, 61... 6n in order to switch them selectively onto the network 2.

Description

La présente invention concerne un procédé et une installation de régulation en tension d'une machine asynchrone utilisée en génératrice autonome, par variation échelonnée d'une batterie de condensateurs connectés sur le réseau, en fonction du point de fonctionnement souhait, dépendant de la charge réelle de l'utilisateur. The present invention relates to a method and an installation for regulating the voltage of an asynchronous machine used as an autonomous generator, by staggered variation of a battery of capacitors connected to the network, as a function of the desired operating point, dependent on the actual load. of the user.

L'utilisation d'une machine asynchrone en tant que génératrice autonome h régime variable, c'est--dire isolée du réseau extérieur et sans batterie fixe, permet de diminuer le coût et l'encombrement de l'ensemble turbo-électrique et un fonctionnement en milieu ambiant sévère. En outre la machine asynchrone, d'un coût bien moindre qu'un alternateur de même puissance, est d' une durée de vie et d'une robustesse bien plus élevées si bien qu'elle convient parfaitement à la production locale d'électricité pour de petites collectivités isolées, par exemple les pays en voie de développement. L'utilisation d'une telle machine asynchrone nécessite toutefois une régulation de la tension du réseau ainsi desservi dont la charge du ou des utilisateurs peut varier dans de larges proportions. The use of an asynchronous machine as an autonomous generator at variable speed, that is to say isolated from the external network and without a fixed battery, makes it possible to reduce the cost and the size of the turbo-electric assembly and a operating in severe ambient conditions. In addition, the asynchronous machine, which costs much less than an alternator of the same power, has a much longer service life and robustness, so that it is perfectly suited to local electricity production for small, isolated communities, such as developing countries. The use of such an asynchronous machine, however, requires regulation of the voltage of the network thus served, the load of which or the users can vary widely.

On connaît dé3d, ainsi qu'il est décrit dans le brevet FR-2 008 729, un procédé de régulation en tension d'un alternateur asynchrone par commutation échelonnée d'une batterie de condensateurs. Toutefois il est spécifié dans ce brevet que l'utilisation de la génératrice asynchrone se fait à régime de fonctionnement normal ctest-à-dire è une tension pratiquement stabilisée. En effet, dans ce procédé, la régulation porte sur le courant, à tension du réseau constante. Donc la régulation n'est faite que pour absorber les variations progressives de la charge commutée sur le réseau. Dans le cas d'une forte perturbation appliquée à la génératrice, par exemple lors du démarrage direct d'un moteur asynchrone triphasé, le diagramme du cercle qui est utilisé pour la régulation ne peut plus servir de modèle.En effet la démagntisation brusque de la machine conduit à une chute simultané de la tension et du courant. Cette conséquence, contraire au principe adopté, provoque une insta bilité conduisant au décrochage de la génératrice. Le principe de régulation décrit dans le brevet précité ne peut donc s'appliquer en fonctionnement perturbé. De3d is known, as described in patent FR-2 008 729, a method of regulating the voltage of an asynchronous alternator by staggered switching of a capacitor bank. However, it is specified in this patent that the use of the asynchronous generator takes place at normal operating conditions, that is to say at a practically stabilized voltage. Indeed, in this process, the regulation relates to the current, at constant network voltage. Therefore the regulation is made only to absorb the progressive variations of the switched load on the network. In the case of a strong disturbance applied to the generator, for example during the direct starting of a three-phase asynchronous motor, the circle diagram which is used for the regulation can no longer serve as a model. Indeed the sudden demagntization of the machine leads to a simultaneous drop in voltage and current. This consequence, contrary to the principle adopted, causes instability leading to the stall of the generator. The regulation principle described in the aforementioned patent cannot therefore apply in disturbed operation.

Par ailleurs le maintien de la charge des condensateurs è la valeur crête de la tension, en régime stabilisé, ne permet pas leur commutation lors de chutes inévitables et importantes de la tension réseau et cette impossibilité conduit à un décrochage de l'ensemble turbo-électrique. Furthermore, maintaining the charge of the capacitors at the peak value of the voltage, in steady state, does not allow them to be switched during unavoidable and significant drops in the mains voltage, and this impossibility leads to a stall of the turboelectric assembly. .

La présente invention vise h remédier à ces inconvénients en procurant un procédé et une installation permettant d'obtenir à coup sûr une régulation en régime transitoire grâce å une détermination de la charge instantanée réelle commutée sur le réseau, a partir de tous ses éléments caractéristiques. The present invention aims to remedy these drawbacks by providing a method and an installation making it possible to obtain transient regulation without fail by determining the actual instantaneous load switched over the network, from all of its characteristic elements.

A cet effet ce procédé pour stabiliser la tension aux bornes d'une génératrice alternative asynchrone à point de fonctionnement variable et à puissance utile variable, par commutation de capacités échelonnées, sans adjonction de charges résistives, est caractérisé en ce qu'on tient compte des paramètres de la machine, des tolérances de fluctuation admises, des consignes d'arrêt,--d'alarme ou d'ouverture du réseau et des temps de réponse souhaités, on mesure, par échantillonnage, au moins une tension et au moins un courant du réseau, on en déduit les valeurs-efficaces vraies des courants, des déphasages et des déséquilibres du réseau, on déduit le type et la valeur de la charge commutée par l'utilisateur du réseau, on déduit le point de fonctionnement nécessaire au maintien de la tension du réseau après commutation de cette charge, on déduit la charge capacitive nécessaire pour le point de fonctionnement précédemment calculé ou les consignes nécessaires à l'ouverture du réseau (court-circuit sur une phase), on détermine les diverses capacités élémentaires qui sont nécessaires, et on commmute ces capacités sur le réseau. To this end, this process for stabilizing the voltage at the terminals of an asynchronous alternating generator with variable operating point and with variable useful power, by switching staggered capacities, without the addition of resistive loads, is characterized in that the machine parameters, allowed fluctuation tolerances, stop instructions, - alarm or network opening and desired response times, at least one voltage and at least one current are measured by sampling of the network, we deduce the true effective values of the currents, phase shifts and imbalances of the network, we deduce the type and the value of the load switched by the user of the network, we deduce the operating point necessary to maintain the network voltage after switching this load, we deduct the capacitive load necessary for the previously calculated operating point or the instructions required to open the network (short rcuit on a phase), one determines the various elementary capacities which are necessary, and one commutes these capacities on the network.

L'invention a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre du procédé précité caractérisée en ce qu'elle comprend un contrôleur temps réel fonctionnant en multitâches recevant, par l'intermédiaire d'un bus analo gique, des informations provenant de capteurs déterminant la tension, l'intensité, le déphasage et la période du courant du réseau, ce contrôleur étant connecté a sa sortie à la batterie de capacités pour les commuter sélectivement sur le réseau en fonction des informations d'entrée rogues,
Le procédé et l'installation suivant l'invention offre plusieurs avantages.The invention also relates to an installation for the implementation of the aforementioned method characterized in that it comprises a real-time controller operating in multitasking receiving, via an analog bus, information from sensors determining the voltage, the intensity, the phase shift and the period of the network current, this controller being connected at its output to the capacitor bank to selectively switch them on the network as a function of the input information rogues,
The process and installation according to the invention offers several advantages.

En premier lieu la prise en compte des paramètres instantanés du réseau, à savoir la tension, l'intensité, le facteur de puissance et la fréquence, par échantillonnage, permet de calculer le type de la charge commute et de déduire le choix optimal des condensateurs b coupler, suivant un modèle auto-adaptif. Par ailleurs les condensateurs constituant la batterie de capacités ne sont pas maintenus à la tension maximale mais ils sont déchargés h l'aide de résistances branchées en parallèle, permettant ainsi leur commutation en phase critique. First of all, taking into account the instantaneous parameters of the network, namely the voltage, the intensity, the power factor and the frequency, by sampling, makes it possible to calculate the type of the switched load and to deduce the optimal choice of the capacitors. b to couple, according to a self-adaptive model. Furthermore, the capacitors constituting the capacitor bank are not kept at the maximum voltage but they are discharged using resistors connected in parallel, thus allowing their switching to critical phase.

Le procédé et l'installation permettent d'obtenir un bon fonctionnement de l'ensemble turbo-électrique non seulement en régime variable mais encore lors de fortes perturbations. The method and the installation make it possible to obtain correct operation of the turbo-electric assembly not only under variable speed but also during strong disturbances.

Le contrôleur temps réel fonctionnant en multitâches permet de déterminer très rapidement le point de fonctionnement répondant à chaque charge demandée pour maintenir la tension constante et de commuter à temps les étages de capacités nécessaires, notamment- pour des charges importantes. The real-time controller operating in multitasking makes it possible to very quickly determine the operating point responding to each load required to maintain the constant voltage and to switch in time the necessary capacity stages, in particular for large loads.

nn décrira ci-aprèsd titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention,en référence au dessin annexe qui est un schéma synoptique d' une installation de régulation suivant l'invention. nn will describe below by way of nonlimiting example, an embodiment of the present invention, with reference to the accompanying drawing which is a block diagram of a regulation installation according to the invention.

L'installation représentbe sur le dessin est prévue pour stabiliser la tension aux bornes d'une génératrice alternative asynchrone 1 à point de fonctionnement varia hie et à puissance utile variable. Cette génératrice alimente un roseau triphasé 2 qui est connecté, par l'intermé- diapre d'un contacteur 3, à une charge variable 4. The installation shown on the drawing is intended to stabilize the voltage across an alternating asynchronous generator 1 with a variable operating point and with variable useful power. This generator supplies a three-phase reed 2 which is connected, via a contactor 3, to a variable load 4.

Suivant l'invention, l'installation comprend un contrôleur temps réel 5, fonctionnant en multitaches qui reçoit des informations, les traite et commande la commutation d'une batterie de condensateurs 60, 61... 6n qui peuvent être reliés sélectivement au réseau triphasé 2. Chaque groupe de condensateurs comprend trois condensateurs montés en étoile et sur chaque condensateur est branchée, en parallèle, une résistance de décharge 6a. According to the invention, the installation comprises a real-time controller 5, operating in multitasking which receives information, processes it and controls the switching of a battery of capacitors 60, 61 ... 6n which can be selectively connected to the three-phase network. 2. Each group of capacitors comprises three capacitors mounted in a star and on each capacitor is connected, in parallel, a discharge resistance 6a.

La commutation sélective des batteries de condensateur est réalisée par l'intermédiaire de contacteurs 71... 7n associés respectivement aux batteries de capacité 60, 61 ... 6n Une batterie de capacités fixes R est également connectée en permanence au réseau 2. The selective switching of the capacitor banks is carried out by means of contactors 71 ... 7n associated respectively with the capacity batteries 60, 61 ... 6n A fixed capacity battery R is also permanently connected to the network 2.

Le contrôleur multitâches 5 prend en considération des paramètres de la machine 1 et notamment des consignes arrêt/marche, la température, la vitesse, les valeurs de ces paramètres tant transmises au contrôleur 5 par une ligne 9. The multitasking controller 5 takes into account the parameters of the machine 1 and in particular the stop / start instructions, the temperature, the speed, the values of these parameters both transmitted to the controller 5 by a line 9.

Le contrôleur 5 émet également, sur une ligne 11, un signal de consigne ouvertur'e/fermeture du réseau transmis au contacteur 3.The controller 5 also transmits, on a line 11, a setpoint signal opening / closing of the network transmitted to the contactor 3.

Par ailleurs le contrôleur 5 est également relié à un ensemble 12 qui mesure la tension, le courant, le déphasage et la période sur le réseau triphasé 2. Cet ensemble de mesure 12 est connecté, par un bus analogique 13, au contrôleur 5. Ce contrôleur 5 comporte un étage d'échantillonnage 14 recevant les informations analogiques transmises par le bus 13, puis un étage 15 de détermination de la charge réelle commutée puis un étage 16 de calcul de la capacité nécessaire et des consignes. Cet étage 16 commande sélectivement les divers contacteurs 7n, 71--- 7n pour brancher, sur le réseau 2, la capacité additionnelle désirée et il admet également les signaux de consigne appropriés sur les lignes 9 et il. Furthermore, the controller 5 is also connected to an assembly 12 which measures the voltage, the current, the phase shift and the period on the three-phase network 2. This measurement assembly 12 is connected, by an analog bus 13, to the controller 5. This controller 5 comprises a sampling stage 14 receiving the analog information transmitted by the bus 13, then a stage 15 for determining the actual switched load then a stage 16 for calculating the required capacity and instructions. This stage 16 selectively controls the various contactors 7n, 71 --- 7n to connect, on the network 2, the additional capacity desired and it also accepts the appropriate setpoint signals on lines 9 and 11.

Claims

1.- Method for stabilizing the voltage across an alternating asynchronous generator with variable operating point and variable useful power, by switching staggered capacities, without adding resistive loads, characterized in that the parameters of the machine, accepted fluctuation tolerances, instructions for stopping, alarming or opening the network and the desired response times, at least one voltage and at least one current from the network are measured by sampling, deduce the true effective values of the currents, phase shifts and imbalances of the network, we deduce the type and the value of the load switched by the user of the network, we deduce the operating point necessary to maintain the network voltage after switching this load, the capacitive load necessary for the previously calculated operating point or the instructions necessary for opening the network is deducted (short circuit on a p hase), we determine the various elementary capacities which are necessary, and we commute these capacities on the network.

2.- Installation for the implementation of the method according to claim lvcaractérisée in that it comprises a real time controller (5) operating in multitasking receiving, via an analog bus (13), information from sensors (12) determining the voltage, intensity, phase shift and period of the network current (2), this controller (5) being connected, at its output, to the capacity battery (60,61 ... 6n ) to selectively switch them over the network (2) according to the input information received.

3.- Installation according to claim 2 characterized in that on each capacity is connected, in parallel, a discharge resistance (6a).

4.- Installation according to any one of claims 2 and 3, characterized in that the controller (5) comprises a sampling stage (14) receiving the analog information transmitted by the bus (13), then a stage (15 ) of determining the actual switched load then a stage (16) for calculating the necessary capacity and setpoints, this stage (16) selectively controlling the various contactors (70, 71 ... 7n) for connecting, to the network ( 2), the additional capacity desired, and also transmitting appropriate setpoint signals on lines (9 and 11).