FR2727809A1 - SPEED CONTROL DEVICE FOR TURBO-ALTERNATOR GROUP - Google Patents

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Abstract

Dispositif de régulation de vitesse pour groupe turbo-alternateur, caractérisé en ce qu'il comporte un premier régulateur (I) pour les petits mouvements destiné à assurer un asservissement de puissance opérationnel, ce premier régulateur (I) étant optimisé pour maintenir la stabilité de l'alternateur autour de son régime permanent quelle que soit la configuration de réseau considérée, un second régulateur (II) pour les grands mouvements destiné à s'opposer efficacement aux perturbations les plus violentes susceptibles de se produire, et un dispositif (IV) détecteur des variations du signal de puissance électrique assurant la commutation du premier et du second régulateurs (I,II) en vue de la commande par le premier régulateur ou par le second, du degré d'ouverture des soupapes haute pression et basse pression de la turbine d'entraînement du turbo-alternateur.Speed regulation device for a turbo-alternator group, characterized in that it comprises a first regulator (I) for small movements intended to ensure an operational power control, this first regulator (I) being optimized to maintain the stability of the alternator around its steady state whatever the network configuration considered, a second regulator (II) for large movements intended to effectively oppose the most violent disturbances likely to occur, and a detector device (IV) variations in the electrical power signal ensuring the switching of the first and second regulators (I, II) with a view to controlling by the first regulator or by the second, the degree of opening of the high pressure and low pressure valves of the turbine turbo-alternator drive.

Description

La présente invention est relative aux dispo-The present invention relates to the provisions

sitifs de régulation de vitesse de groupes turbo-alter-  speed control devices for turbo-alternating groups

nateurs. Un régulateur primaire fréquence/puissance pour groupe turboalternateur a pour objectif d'une part de  nators. A primary frequency / power regulator for a turbo generator group aims on the one hand to

participer au maintien de l'équilibre production/con-  participate in maintaining the production / consumption balance

sommation et d'autre part d'assurer un bon fonctionnement transitoire de l'alternateur. I1 s'agit dans ce cas,  summation and on the other hand to ensure a good transient operation of the alternator. In this case,

d'aider à éviter les pertes de synchronisme lors d'inci-  to help avoid loss of synchronism during incidents

dents survenant sur le réseau (cas des courts-circuits) et de limiter la survitesse lors de passages en réseau séparé  teeth occurring on the network (in the case of short circuits) and limiting overspeed when traveling in a separate network

ou d'ilotages.or islands.

Pour atteindre ces deux objectifs, les dispo-  To achieve these two objectives, the

sitifs classiques présentent deux caractéristiques com-  conventional ingredients have two characteristics

plémentaires.additional.

D'une part, l'objectif de participation à  On the one hand, the objective of participation in

l'équilibre production/consommation est assuré, en géné-  the balance between production and consumption is generally ensured

ral, par un régulateur proportionnel dont l'entrée est le signal Po-k.Af, o P. est un consigne de puissance et Af  ral, by a proportional regulator whose input is the signal Po-k.Af, where P. is a power setpoint and Af

est la différence entre la fréquence mesurée et la fré-  is the difference between the measured frequency and the frequency

quence nominale du réseau (50Hz).nominal network frequency (50Hz).

D'autre part, ce régulateur ayant des perfor-  On the other hand, this regulator having perfor-

mances très limitées, il est nécessaire la plupart du temps, en grands transitoires, de le compléter par un dispositif particulier permettant la fermeture rapide des soupapes de la turbine d'entrainement de l'alternateur suite à un ilotage, un passage en réseau séparé ou un  mances very limited, it is necessary most of the time, in large transients, to supplement it by a particular device allowing the fast closing of the valves of the turbine of drive of the alternator following an islanding, a passage in separate network or a

court-circuit important proche de la centrale. Ce disposi-  significant short circuit near the power plant. This arrangement

tif, pouvant être appelé régulateur en "grands mouvements" agit sur dépassement d'un seuil de vitesse, d'accélération ou de déséquilibre entre puissance mécanique et puissance électrique. I1 est en effet impératif de conserver en permanence la vitesse de l'alternateur dans la plage de fonctionnement admissible. Celle-ci étant très étroite, il  tif, which can be called a regulator in "large movements" acts on exceeding a speed, acceleration or imbalance threshold between mechanical and electrical power. It is indeed imperative to permanently maintain the speed of the alternator within the admissible operating range. This being very narrow, it

est nécessaire de réagir énergiquement lorsqu'une pertur-  it is necessary to react energetically when a disturbance

bation importante apparaît sur le réseau.  important bation appears on the network.

On connaît en particulier, un dispositif tout-  In particular, an all-device is known

ou-rien, dénommé accéléromètre à seuils, utilisé pour assurer le fonctionnement transitoire. Le rôle de l'ac- céléromètre à seuils consiste à fermer rapidement les soupapes d'admission de vapeur et par conséquent à réduire rapidement le couple moteur lorsque l'accélération du groupe est supérieure à un seuil fixé par avance, variable suivant le type du groupe. Par exemple, pour les groupes du palier CP1, ce seuil est fixé à une valeur égale à 35% de l'accélération nominale, tandis que pour les groupes de puissance 1300 MW le seuil vaut 50% de l'accélération nominale. Cette façon de procéder présente plusieurs  or nothing, called threshold accelerometer, used to ensure transient operation. The role of the threshold accelerometer consists in rapidly closing the steam intake valves and consequently in rapidly reducing the engine torque when the acceleration of the group is greater than a threshold fixed in advance, which varies according to the type of group. For example, for the groups in the CP1 stage, this threshold is set at a value equal to 35% of the nominal acceleration, while for the 1300 MW power groups the threshold is 50% of the nominal acceleration. This procedure presents several

inconvénients, aussi bien en ce qui concerne le compor-  disadvantages, both with regard to behavior

tement en petits mouvements que celui en grands mouve-  much in small movements than that in large movements-

ments.ment.

a) Comportement en petits mouvements.  a) Behavior in small movements.

La puissance électrique délivrée par l'alter-  The electric power delivered by the alter-

nateur n'est en général pas mesurée. Les régulateurs classiques, que l'on appelle asservissements d'ouverture élaborent tout d'abord un signal Po-k.Af, qu'ils appliquent ensuite directement en entrée du dispositif de commande des soupapes par l'intermédiaire d'un module réalisant une inversion de la caractéristique statique débit-ouverture des soupapes haute pression. La soupape basse pression ne  nator is generally not measured. Conventional regulators, which are called opening controls first of all generate a Po-k.Af signal, which they then apply directly to the input of the valve control device by means of a module providing a reversal of the static flow-opening characteristic of the high pressure valves. The low pressure valve does not

participe pas ou peu au comportement en petits mouvements.  little or no participation in behavior in small movements.

Ce dispositif ne permet pas de régler très précisément le régime permanent obtenu. En effet, il suppose que la caractéristique statique des soupapes est très bien connue, et qu'elle ne se modifie pas avec le temps. Or, l'usure provoquée par le mouvement des soupapes modifie cette caractéristique, ce qui diminue la précision  This device does not allow very precise regulation of the permanent regime obtained. Indeed, it assumes that the static characteristic of the valves is very well known, and that it does not change over time. However, the wear caused by the movement of the valves modifies this characteristic, which decreases the precision.

du réglage obtenu par ce dispositif.  of the setting obtained by this device.

De plus, ce régulateur ne dispose que d'un degré de liberté (paramètre de réglage) qui est le paramètre k (dont l'inverse est couramment dénommé statisme). Il n'est donc pas possible de régler indépendamment le régime permanent et le comportement transitoire de la régulation. En particulier, avec un statisme courant (k=25), on  In addition, this regulator has only one degree of freedom (adjustment parameter) which is the parameter k (the reverse of which is commonly called droop). It is therefore not possible to independently regulate the steady state and the transient behavior of the regulation. In particular, with a current droop (k = 25), we

obtient un régime transitoire qui sollicite assez violem-  obtains a transitional regime which solicits fairly violently

ment les soupapes, et cause donc une usure plus importante  the valves, and therefore causes more wear

que celle strictement tolérable.than that strictly tolerable.

La Demanderesse utilise également un dispositif appelé asservissement de puissance qui utilise une mesure  The Applicant also uses a device called power control which uses a measurement

de la puissance électrique P. fournie par le groupe.  of the electrical power P. supplied by the group.

Dans ce dispositif un signal Po-P, - K.Af est  In this device a Po-P signal, - K.Af is

appliqué en entrée d'un régulateur PI (Proportionnel -  applied at the input of a PI regulator (Proportional -

Intégral). Ce dispositif permet d'éviter le premier inconvénient de l'asservissement d'ouverture. Par contre, ses caractéristiques dynamiques sont très mauvaises: lors d'un court-circuit par exemple, il génère aux premiers instants un signal qui tend à ouvrir les soupapes, alors  Integral). This device avoids the first drawback of the opening control. On the other hand, its dynamic characteristics are very bad: during a short circuit for example, it generates at the first instant a signal which tends to open the valves, then

qu'il faudrait les fermer au plus vite.  that they should be closed as soon as possible.

En réseau séparé, son comportement est encore plus mauvais puisqu'il peut conduire à un régime de  In a separate network, its behavior is even worse since it can lead to a regime of

fonctionnement très oscillant, voire instable.  very oscillating, even unstable operation.

Ces inconvénients font que ce régulateur n'est utilisé qu'en régime permanent, et lorsqu'il est en service, il est associé à un dispositif qui commute sur  These drawbacks mean that this regulator is only used in steady state, and when in service, it is associated with a device which switches on

l'asservissement d'ouverture dès qu'un défaut est détecté.  the opening control as soon as a fault is detected.

b) Comportement en grands mouvements.  b) Behavior in large movements.

Le dispositif presque universellement utilisé  The almost universally used device

dans le monde est semblable à l'accéléromètre à seuils.  in the world is similar to the threshold accelerometer.

Des variantes existent suivant les constructeurs, mais le principe de base est toujours le même: un dispositif estime l'accélération du groupe; dès que celle-ci est jugée anormale, on commande une fermeture rapide des  Variants exist according to the manufacturers, but the basic principle is always the same: a device estimates the acceleration of the group; as soon as it is found to be abnormal, a rapid closure of the

soupapes haute pression et basse pression de la turbine.  high pressure and low pressure turbine valves.

Ceci permet d'éviter au maximum les pertes de synchronisme en survitesse du groupe, en augmentant sensiblement les  This makes it possible to avoid as much as possible the loss of synchronism in overspeed of the group, by significantly increasing the

temps limites d'élimination de courts-circuits.  time limits for eliminating short circuits.

Les inconvénients majeurs de ce système tiennent à sa rusticité, et en particulier au fait qu'il s'agit d'un dispositif en tout-ou-rien, ce qui rend extrêmement  The major drawbacks of this system are its rusticity, and in particular the fact that it is an all-or-nothing device, which makes it extremely

délicat le choix du seuil de commutation. Si l'accéléra-  difficult to choose the switching threshold. If the acceleration

tion du groupe est inférieure au seuil, l'accéléromètre à seuils n'agit pas. Pour une accélération légèrement supérieure au seuil, on ferme les soupapes pendant un certain temps. Ceci représente une action extrêmement brutale, alors qu'une fermeture partielle des soupapes  tion of the group is below the threshold, the threshold accelerometer does not act. For an acceleration slightly above the threshold, the valves are closed for a certain time. This represents an extremely brutal action, while a partial closing of the valves

aurait suffi à maintenir la stabilité du groupe.  would have been enough to maintain the stability of the group.

Les désagréments évidents sont d'une part que l'on cause une usure des soupapes très importante, et d'autre part que l'on diminue pendant un certain temps la  The obvious annoyances are on the one hand that one causes a very important wear of the valves, and on the other hand that one decreases for a certain time the

puissance produite par le groupe, ce qui nuit à l'équili-  power produced by the group, which affects the balance

bre global production-consommation. Il faut alors que d'autres groupes sur le réseau compensent ce déséquilibre, et la perturbation ainsi causée augmente la fatigue de groupes qui n'étaient pas a priori concernés par le premier incident. Un autre inconvénient provient du fait que la perturbation engendrée par la fermeture rapide des soupapes provoque un à-coup qui entraîne des oscillations  bre overall production-consumption. It is then necessary that other groups on the network compensate for this imbalance, and the disturbance thus caused increases the fatigue of groups which were not a priori concerned by the first incident. Another drawback stems from the fact that the disturbance caused by the rapid closing of the valves causes a jerk which causes oscillations.

électromécaniques au niveau de l'alternateur. Ces oscilla-  electromechanical at the alternator. These oscillated

tions sur la fréquence de rotation du groupe causent dans de nombreux cas d'autres sollicitations, intempestives  the frequency of rotation of the group in many cases cause other untimely stresses

celles-là, de l'accéléromètre à seuils.Ce processus aug-  the threshold accelerometer. This process increases

mente encore le déficit de puissance produite, et peut conduire dans certaines configurations du réseau à un régime d'oscillations entretenues, voire à des pertes de  still lies the deficit of power produced, and can lead in certain configurations of the network to a regime of maintained oscillations, even to losses of

synchronisme en sous vitesse.synchronism under speed.

Il est à noter que l'estimation de l'accéléra-  It should be noted that the estimation of the acceleration

tion du groupe est réalisée en général en dérivant la mesure de la vitesse. Cette façon de procéder présente l'inconvénient d'amplifier le bruit de la mesure de la vitesse qui est souvent très important. Il est alors nécessaire d'atténuer très fortement ce bruit par filtrage et ceci est souvent la cause d'un retard non négligeable dans la détection des défauts. On connait en outre, un régulateur dénommé p-rec  tion of the group is generally carried out by deriving the speed measurement. This procedure has the disadvantage of amplifying the noise of the speed measurement which is often very important. It is then necessary to very strongly attenuate this noise by filtering and this is often the cause of a non-negligible delay in the detection of faults. We also know a regulator called p-rec

(voir D.Deloues " Advantages of the Microrec System" GEC.  (see D. Deloues "Advantages of the Microrec System" GEC.

Alsthom Technical Review, 1990 n 3) sensiblement plus performant que l'accéléromètre à seuils. Il s'agit de la combinaison d'un élément dit de correction dynamique et  Alsthom Technical Review, 1990 n 3) significantly better than the threshold accelerometer. It is the combination of a so-called dynamic correction element and

d'un élément d'interaction dynamique haute pression -  of a high pressure dynamic interaction element -

basse pression. L'élément de correction dynamique est un  low pressure. The dynamic correction element is a

régulateur de grands mouvements agissant de façon conti-  regulator of large movements acting in a conti-

nue, et non pas en tout ou rien. Il permet d'augmenter temporairement le gain du régulateur lorsqu'un défaut est détecté, et donc de réagir avec l'action exactement appropriée à l'ampleur du défaut. L'interaction dynamique permet alors de coordonner l'action des soupapes haute pression et basse pression en imposant à la soupape basse pression de suivre les mouvements de la soupape haute  naked, not all or nothing. It allows the regulator gain to be temporarily increased when a fault is detected, and therefore to react with the action exactly appropriate to the extent of the fault. The dynamic interaction then makes it possible to coordinate the action of the high pressure and low pressure valves by forcing the low pressure valve to follow the movements of the high valve

pression lors des premiers instants du défaut.  pressure during the first moments of the fault.

Toutefois, la méthodologie à partir de laquelle ce régulateur a été conçu n'est pas claire. L'optimisation de son réglage paraît donc très délicate. Il ne semble pas d'autre part que ce régulateur ait des capacités de resynchronisation satisfaisantes, ni qu'aucune mesure ait  However, the methodology from which this regulator was designed is unclear. Optimizing its setting therefore seems very delicate. On the other hand, it does not seem that this regulator has satisfactory resynchronization capacities, nor that any measure has

été prise à cet effet.taken for this purpose.

En effet, une autre caractéristique importante d'un régulateur est sa capacité à faire retrouver le synchronisme à une machine qui l'a perdu lors d'un défaut  Another important characteristic of a regulator is its ability to restore synchronism to a machine that lost it during a fault.

trop important, car une machine ou une région désynchro-  too important, because a machine or a region out of sync

nisée ne fournit plus de puissance active au réseau et doit être déconnectée au bout de quelques secondes. Si elle a la possibilité de se resynchroniser pendant ce laps  nisée no longer supplies active power to the network and must be disconnected after a few seconds. If she has the option to resynchronize during this time

de temps, cela évite aux autres machines d'avoir à compen-  time, this saves other machines from having to compensate

ser le déficit de puissance. Il est donc important de remettre en service au plus vite une machine qui a perdu  be the power deficit. It is therefore important to put back into service as soon as possible a machine that has lost

le synchronisme.synchronism.

Un bon régulateur de vitesse doit donc assurer un comportement correct aussi bien en petits mouvements qu'en grands mouvements. Ces deux objectifs sont trop antagonistes pour être réalisés au moyen d'un seul module fonctionnel. L'invention vise à remédier aux inconvénients des régulateurs connus en créant à partir de principes méthodologiques clairs, un dispositif de régulation de vitesse qui présente les performances requises pour chaque  A good cruise control must therefore ensure correct behavior in both small and large movements. These two objectives are too antagonistic to be achieved by means of a single functional module. The invention aims to remedy the drawbacks of known regulators by creating, from clear methodological principles, a speed regulation device which has the performance required for each

situation et à chaque instant de son fonctionnement.  situation and at every moment of its operation.

Elle a donc pour objet un dispositif de régu-  Its object is therefore a regulatory system

lation de vitesse pour groupe turbo-alternateur, carac-  Speed lation for turbo-generator group, charac-

térisé en ce qu'il comporte un premier régulateur pour les petits mouvements destiné à assurer un asservissement de puissance opérationnel, ce premier régulateur étant optimisé pour maintenir la stabilité de l'alternateur  terized in that it includes a first regulator for small movements intended to ensure an operational power control, this first regulator being optimized to maintain the stability of the alternator

autour de son régime permanent quelle que soit la configu-  around its steady state whatever the configuration

ration de réseau considérée, un second régulateur pour les grands mouvements destiné à s'opposer efficacement aux perturbations les plus violentes susceptibles de se produire, et un dispositif détecteur des variations du signal de puissance électrique assurant la commutation du premier et du second régulateurs en vue de la commande par  network ration considered, a second regulator for large movements intended to effectively oppose the most violent disturbances likely to occur, and a device detecting variations in the electric power signal ensuring the switching of the first and second regulators in view of the order by

le premier régulateur ou par le second du degré d'ouver-  the first regulator or the second of the degree of openness

ture des soupapes haute pression et basse pression de la  high pressure and low pressure valves

turbine d'entraînement du turbo-alternateur.  turbo-generator drive turbine.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de  The invention will be better understood on reading

la description qui va suivre, donnée uniquement à titre  the description which follows, given only as

d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig.1 est un schéma synoptique représentant  example and made with reference to the accompanying drawings, in which: - Fig.1 is a block diagram representing

un dispositif de linéarisation de la soupape basse pres-  a linearization device for the low pressure valve

sion d'un dispositif de régulation suivant l'invention; - la Fig.2 est un schéma synoptique général du dispositif de régulation suivant l'invention;  sion of a regulation device according to the invention; - Fig.2 is a general block diagram of the regulation device according to the invention;

- la Fig.3 est un schéma synoptique du régula-  - Fig.3 is a block diagram of the regulation

teur de petits mouvements qui fait partie du dispositif de régulation suivant l'invention;  teur of small movements which is part of the regulating device according to the invention;

- la Fig.4 est un schéma synoptique du régula-  - Fig.4 is a block diagram of the regulation

teur de grands mouvements entrant dans la construction du dispositif de régulation suivant l'invention; et  large movements involved in the construction of the regulation device according to the invention; and

- la Fig.5 est un schéma synoptique d'un dispo-  - Fig.5 is a block diagram of an arrangement

sitif de commutation entrant dans la construction du  switching factor used in the construction of the

dispositif de régulation suivant l'invention.  regulating device according to the invention.

Pour des raisons invoquées ci-dessus, ni l'accé-  For the reasons given above, neither access

léromètre à seuils ni les améliorations apportées pour parvenir au régulateur à élément de correction dynamique et élément d'interaction dynamique combinés (p-rec) ne permettent de répondre de façon complète aux besoins exprimés. Ces deux régulateurs présentent des performances satisfaisantes pour un fonctionnement correct du système  Threshold lerometer nor the improvements made to arrive at the regulator with combined dynamic correction element and dynamic interaction element (p-rec) do not fully meet the needs expressed. These two regulators have satisfactory performance for correct operation of the system.

électrique, et leur utilisation donne relativement satis-  electric, and their use gives relatively satisfactory

faction pour les régimes de fonctionnement habituels.  faction for the usual operating regimes.

Le dispositif décrit ci-après permet en fait d'obtenir des performances supérieures, qui sont sensibles  The device described below in fact makes it possible to obtain superior performance, which is sensitive

aussi bien en régime permanent qu'en régime perturbé.  both steady and disturbed.

La régulation de vitesse des groupes turbo-  The speed regulation of turbo groups

alternateurs est un sujet qui est à l'origine d'une  alternators is a subject that is at the origin of a

littérature extrêmement abondante notamment à l'étranger.  extremely abundant literature, especially abroad.

La plupart des articles récents sont malheureusement des recherches universitaires dont l'application pratique semble difficile en dehors des exemples académiques  Most recent articles are unfortunately academic research whose practical application seems difficult apart from academic examples.

présentés. En particulier, les performances des régula-  presented. In particular, the performance of regulators

teurs présentés sont mises en avant sur un nombre toujours très restreint d'exemples. S'il est facile d'atteindre chacun des objectifs décrits ci-dessus, aucun des travaux  The presented authors are highlighted on an always very limited number of examples. While it is easy to achieve each of the objectives described above, none of the work

présentés ne semble satisfaire à l'ensemble des contrain-  presented does not seem to satisfy all of the constraints

tes demandées. Les réalisation les plus marquantes ayant fait l'objet d'une application industrielle sont en nombre assez restreint. L'étude de Y.Morioka, H.Tanaka, T.Kojima, T.Suzuki, S.Hanada. "Application of Multivariable Optimal  your requested. The most significant achievements which have been the subject of an industrial application are quite limited in number. The study by Y. Morioka, H. Tanaka, T. Kojima, T. Suzuki, S. Hanada. "Application of Multivariable Optimal

Controller to Real Power Systems". IEEE PES Winter Mee-  Controller to Real Power Systems ". IEEE PES Winter Mee-

ting, Février 1994 présente des résultats qui sont inté-  ting, February 1994 presents results which are integrated

ressants en petits mouvements. Rien n'est par contre précisé quant au comportement en grands mouvements du dispositif décrit, et en particulier sur la façon dont sont atteints les objectifs contradictoires d'obtenir une action efficace en grands mouvements sans trop solliciter  in small movements. Nothing is specified on the other hand as for the behavior in large movements of the device described, and in particular on the way in which are reached the contradictory objectives of obtaining an effective action in large movements without requesting too much

les soupapes en petits mouvements.the valves in small movements.

NEI-Parsons présente pour sa part dans P.A.L.  NEI-Parsons for its part in P.A.L.

Ham Digital Turbine Governor and AVR Systems. 10th Int. Conf. on Power Stations, Liège, Belgique, Septembre 1989,  Ham Digital Turbine Governor and AVR Systems. 10th Int. Conf. on Power Stations, Liège, Belgium, September 1989,

un régulateur associé à des soupapes à mouvement ultra-  a regulator associated with ultra-movement valves

rapide. Les performances obtenues ne sont cependant pas meilleures que pour le régulateur à élément de correction dynamique et élément d'interaction dynamique combinés, alors que, d'un point de vue théorique, l'augmentation de  quick. The performances obtained are however not better than for the regulator with dynamic correction element and dynamic interaction element combined, whereas, from a theoretical point of view, the increase in

la vitesse des soupapes devrait conduire à des performan-  valve speed should lead to performance-

ces accrues. On peut donc déduire que la logique de commande de ces soupapes n'est pas optimale pour rejeter  these increased. We can therefore deduce that the control logic of these valves is not optimal for rejecting

au mieux les perturbations présentes sur le réseau.  at best the disturbances present on the network.

Le dispositif de régulation qui va être décrit en référence aux Fig.1 à 5 permet de satisfaire aux  The regulation device which will be described with reference to FIGS. 1 to 5 makes it possible to satisfy the

objectifs énoncés plus haut.objectives stated above.

Il s'agit en fait de réaliser un dispositif qui calcule la position des soupapes haute pression et basse pression de la turbine d'entraînement de l'alternateur à  This is in fact a device which calculates the position of the high pressure and low pressure valves of the alternator drive turbine at

partir de mesures disponibles.from available measurements.

Les équations de la turbine d'entraînement de l'alternateur sont les suivantes: Tai, = - x1 + u1 Tsi2 = x1 - x2x3 T1X3 = - x3 + U2 TBx4 = - X4 + x2x3 o xl est le débit ou la haute pression HP, x2 est la pression du surchauffeur, x3 est l'ouverture de la soupape basse pression BP et x4, la basse pression BP. On note z le débit sortant du surchauffeur de la turbine (z=x2x3), mais ce n'est pas une variable d'état supplémentaire. ul et u2 sont respectivement les commandes de la soupape HP et de la soupape BP. TN désigne la constante de temps équivalente du corps HP avec la chaîne de commande des soupapes, Ts est la constante de temps du resurchauffeur, T1 la constante de temps de la chaîne de commande des soupapes BP et TB représente la constante de temps du corps BP. Ceci représente un modèle non-linéaire dont le comportement en petits mouvements varie suivant le point de fonctionnement de l'alternateur. Ces variations rendent plus difficiles la conception de la régulation de vitesse: un régulateur optimisé pour un point de fonctionnement donné fournira des performances moins bonnes aux autres  The equations for the alternator drive turbine are as follows: Tai, = - x1 + u1 Tsi2 = x1 - x2x3 T1X3 = - x3 + U2 TBx4 = - X4 + x2x3 o xl is the flow or high pressure HP , x2 is the superheater pressure, x3 is the opening of the low pressure valve BP and x4, the low pressure BP. We denote by z the outflow from the turbine superheater (z = x2x3), but this is not an additional state variable. ul and u2 are the controls for the HP valve and the BP valve respectively. TN denotes the equivalent time constant of the body HP with the valve control chain, Ts is the time constant of the reheater, T1 the time constant of the valve control chain BP and TB represents the time constant of the body BP . This represents a non-linear model whose behavior in small movements varies according to the operating point of the alternator. These variations make the design of cruise control more difficult: a cruise control optimized for a given operating point will provide poorer performance for others

points de fonctionnement.operating points.

Il est aisé de constater que la seule non-  It is easy to note that the only

linéarité du système provient de la soupape basse pres-  linearity of the system comes from the low pressure valve

sion. L'idée est donc d'intercaler un dispositif linéari-  if we. The idea is therefore to insert a linear device

sant entre le régulateur de vitesse et la soupape BP. Au lieu d'appliquer simplement la sortie du régulateur à la commande de la soupape BP, on l'applique en entrée du dispositif linéarisant. Celui-ci calcule alors la commande de la soupape BP, de façon à ce que la non- linéarité due  between the cruise control and the LP valve. Instead of simply applying the output of the regulator to the control of the LP valve, it is applied at the input of the linearizing device. This then calculates the control of the BP valve, so that the non-linearity due

à la soupape BP ne soit pas visible extérieurement.  at the BP valve is not visible from the outside.

Autrement dit, l'association turbine-régulateur linéari-  In other words, the association turbine-linear regulator-

sant présente un comportement linéaire (qui ne varie donc pas en fonction de point de fonctionnement). Ceci peut  health exhibits linear behavior (which therefore does not vary depending on the operating point). This can

être résumé par le schéma de la Fig.l.  be summarized by the diagram in Fig.l.

La Fig.l est un schéma synoptique représentant une turbine 1 d'entrainement d'un alternateur non repré- senté. La sortie de la turbine 1 est connectée d'une  Fig.l is a block diagram showing a turbine 1 for driving an alternator not shown. The outlet of turbine 1 is connected by a

part à l'entrée d'un régulateur de type linéaire-quadrati-  part at the input of a linear-quadrati- type regulator

que, LQ, et d'autre part à une entrée de commande d'un  that, LQ, and secondly to a command input of a

circuit de bouclage non-linéaire 3.  non-linear looping circuit 3.

La sortie du circuit 3 est connectée à une entrée 5 de commande de la soupape basse pression de la  The output of circuit 3 is connected to an input 5 for controlling the low pressure valve of the

turbine 1.turbine 1.

Le régulateur 2 comporte une première sortie connectée à une entrée 4 de commande de la soupape haute  The regulator 2 has a first output connected to an input 4 for controlling the high valve

pression HP de la turbine 1 et une seconde sortie connec-  HP pressure from turbine 1 and a second connected outlet

tée à une autre entrée du circuit de bouclage non linéaire 3.  ted to another input of the nonlinear loop circuit 3.

Sur la Fig.2, on a représenté, le schéma synop-  In Fig. 2, the synop-

tique général du dispositif de régulation suivant l'inven-  general tick of the regulation device according to the invention

tion. Ce dispositif comporte un régulateur pour petits mouvements I et un régulateur pour grands mouvements Il dont les entrées sont connectées par l'intermédiaire de  tion. This device includes a regulator for small movements I and a regulator for large movements Il whose inputs are connected via

cartes d'acquisition classiques à des capteurs non repré-  conventional acquisition cards with sensors not shown

sentés: - de pression du corps haute pression, - de pression du surchauffeur, - de position de la soupape basse pression, - de pression du corps basse pression, - de Af, et  felt: - high pressure body pressure, - superheater pressure, - low pressure valve position, - low pressure body pressure, - Af, and

- de puissance électrique.- electrical power.

L'ensemble constitué par les régulateurs I et II, et le commutateur III commandé par le détecteur de  The assembly constituted by regulators I and II, and switch III controlled by the detector

défauts IV est mis en oeuvre par exemple sur un micro-  IV defects is implemented for example on a micro-

ordinateur de type PC et commande les actionneurs des  PC type computer and controls the actuators of the

soupapes haute pression HP et basse pression BP.  high pressure HP and low pressure BP valves.

On désignera par la suite v2 comme l'entrée du  We will subsequently designate v2 as the input of the

dispositif linéarisant.linearizing device.

Ce dispositif assure un fonctionnement à la fois linéaire et aussi proche que possible du fonctionnement naturel de la turbine. Il est facile de vérifier qu'il peut être réalisé par la fonction suivante: X20- V2 = (u2-1)x2 + Tl/T,(xl-z)(z/x2-1) (1) o x20 désigne le point de conception du régulateur, qui peut par exemple être le point de fonctionnement nominal  This device ensures operation that is both linear and as close as possible to the natural operation of the turbine. It is easy to verify that it can be achieved by the following function: X20- V2 = (u2-1) x2 + Tl / T, (xl-z) (z / x2-1) (1) where x20 denotes the design point of the regulator, which can for example be the nominal operating point

de la turbine: x20 = 1.of the turbine: x20 = 1.

Ce régulateur assure à la turbine le comporte-  This regulator ensures that the turbine behaves

ment linéaire suivant: TiX1 = - x1 + u1 TsX2 = X1 - Z TlZ = T1/T.(xl-z) + X2 - z + v2 Tai4 = - X4 + z On va maintenant décrire les régulateurs pour petits et grands mouvements qui calculent ul et v2 à  following linear ment: TiX1 = - x1 + u1 TsX2 = X1 - Z TlZ = T1 / T. (xl-z) + X2 - z + v2 Tai4 = - X4 + z We will now describe the regulators for small and large movements which calculate ul and v2 to

partir des mesures disponibles sur la turbine.  from the measurements available on the turbine.

Le régulateur pour petits mouvements est repré-  The regulator for small movements is shown

senté sous forme de schéma synoptique à la Fig.3.  felt as a block diagram in Fig. 3.

Ce régulateur comporte un premier intégrateur 7 pour élaborer la grandeur: E1 =Jot (Po-P. - kAf) dt (2)  This regulator includes a first integrator 7 to develop the quantity: E1 = Jot (Po-P. - kAf) dt (2)

qui garantit l'absence d'erreur statique en régime perma-  which guarantees the absence of static error in perma-

nent. L'intégrateur 7 reçoit à ses entrées, le signal de sortie Pe d'un capteur de puissance électrique non  nent. The integrator 7 receives at its inputs, the output signal Pe from a non-electric power sensor

représenté et un signal Af.represented and a signal Af.

Pour obtenir un comportement transitoire correct matérialisé par un temps de réponse suffisamment rapide et pas d'oscillations faiblement amorties, il est nécessaire d'utiliser pour la régulation les variables importantes de  To obtain a correct transient behavior materialized by a sufficiently fast response time and no weakly damped oscillations, it is necessary to use for the regulation the important variables of

fonctionnement de l'alternateur.alternator operation.

En plus, des signaux Pe et Af précités, il faut  In addition, the aforementioned signals Pe and Af, it is necessary

mesurer les valeurs de pression de vapeur dans les diffé-  measure the vapor pressure values in the different

rents corps désignées dans la suite par Pi, i représentant le corps de la soupape haute pression, le surchauffeur, le  rents body designated hereinafter by Pi, i representing the body of the high pressure valve, the superheater, the

corps de la soupape basse pression.low pressure valve body.

Ceci conduit & réaliser un régulateur qui pilote la position des soupapes haute pression HP et basse pression BP (ul et u2) d'après la loi suivante: [ulv2]T = f(X) avec X = [El E2 Af P. Pi]T avec E2 =/' (u2 - 1) dt (3) qui permet d'assurer que la soupape basse pression reste  This leads to a regulator which controls the position of the high pressure HP and low pressure BP valves (ul and u2) according to the following law: [ulv2] T = f (X) with X = [El E2 Af P. Pi ] T with E2 = / '(u2 - 1) dt (3) which ensures that the low pressure valve remains

ouverte à 1 en régime permanent.open to 1 in steady state.

L'équation (3) est matérialisée sur la Fig.3 par  Equation (3) is shown in Fig. 3 by

un second intégrateur 8.a second integrator 8.

Les sorties E1 et E2 des intégrateurs 7 et 8 sont appliquées à un circuit 9 générateur des signaux ul et v2 qui reçoit sur quatre autres de ses entrées respectivement un signal de sortie d'un capteur de pression relié au corps haute pression HP, d'un capteur de pression du surchauffeur, d'un capteur de position de la soupape basse pression et d'un capteur de pression du corps basse  The outputs E1 and E2 of the integrators 7 and 8 are applied to a circuit 9 generating signals ul and v2 which receives on four other of its inputs respectively an output signal from a pressure sensor connected to the high pressure body HP, d ' a superheater pressure sensor, a low pressure valve position sensor and a low body pressure sensor

pression (non représentés).pressure (not shown).

Le circuit 9 est un circuit permettant la mise en oeuvre d'une fonction linéaire, ce qui conduit au régulateur suivant: [ulV2]T = K(X) (4) o K est une matrice qui comporte deux lignes et autant de  Circuit 9 is a circuit allowing the implementation of a linear function, which leads to the following regulator: [ulV2] T = K (X) (4) o K is a matrix which comprises two lines and as many

colonnes que de variables mesurées.  columns than measured variables.

K peut être calculée par exemple par une méthode de type linéaire quadratique (LQ). Cette méthode est particulièrement appropriée dans le présent cas, car on pondère les différentes variables mises en jeu dans le système: la pondération sur El permet de régler la vitesse avec laquelle on rejoint la consigne; celle sur X permet d'ajuster le comportement transitoire du groupe, et celles sur ul et u2 définissent l'action respective des deux soupapes dans la réalisation de ces objectifs. On pondère  K can be calculated for example by a method of linear quadratic type (LQ). This method is particularly appropriate in the present case, because the different variables brought into play in the system are weighted: the weighting on El makes it possible to adjust the speed with which the setpoint is reached; that on X makes it possible to adjust the transient behavior of the group, and those on ul and u2 define the respective action of the two valves in the achievement of these objectives. We weight

très fortement u2 de façon à limiter au maximum son action.  very strongly u2 so as to limit its action as much as possible.

Seule la soupape HP est en effet réellement utile en  Only the HP valve is actually really useful in

petits mouvements.small movements.

La sortie du circuit 9 délivrant le signal v2 est connectée à un circuit 10 de linéarisation de la commande de la soupape basse pression mettant en oeuvre l'équation (1). Le régulateur de grands mouvements va être  The output of circuit 9 delivering the signal v2 is connected to a circuit 10 for linearizing the control of the low pressure valve implementing equation (1). The large movement regulator is going to be

décrit en référence à la Fig.4. Ce régulateur est simi-  described with reference to Fig. 4. This regulator is simi-

laire à celui décrit en référence à la Fig.3 à l'exception du fait qu'il comporte un filtre passe-bas 11 connecté à l'entrée de l'intégrateur 7 reliée au capteur de puissance électrique. Ce régulateur qui entre en service après un défaut doit avoir une action énergique afin d'éviter au  laire to that described with reference to Fig.3 except that it includes a low-pass filter 11 connected to the input of the integrator 7 connected to the electric power sensor. This regulator which enters into service after a fault must have an energetic action in order to avoid

maximum les risques de perte de synchronisme. Fonctionnel-  maximum risk of loss of synchronism. Functional-

lement, sa structure est très proche de celle du régula-  Its structure is very close to that of the regulatory system.

teur de petits mouvements, mais deux différences fondamen-  of small movements, but two fundamental differences

tales expliquent son comportement différent.  tales explain his different behavior.

D'une part, la matrice de gains K de l'équation (4) a des valeurs sensiblement plus importantes qu'en petits mouvements. Ceci permet d'obtenir des mouvements de soupapes plus importants pour une variation similaire des  On the one hand, the gain matrix K of equation (4) has significantly larger values than in small movements. This makes it possible to obtain greater valve movements for a similar variation of the

grandeurs mesurées (fréquence de rotation par exemple).  measured quantities (frequency of rotation for example).

Ceci confère au régulateur une plus grande bande passante et permet de rétablir au plus vite les équilibres qui avaient été rompus suite au défaut. Cette matrice de gains peut être calculée comme précédemment par une méthode LQ  This gives the regulator greater bandwidth and enables the balances that had been broken following the fault to be restored as quickly as possible. This gain matrix can be calculated as before by an LQ method

en augmentant les pondérations correspondant à et à El.  by increasing the weights corresponding to and to El.

La matrice de pondération sur les commandes permet en outre de choisir la participation respective des deux soupapes HP et BP au maintien de l'équilibre. Dans ce cas, on souhaitera un mouvement parallèle des deux soupapes  The weighting matrix on the controls also makes it possible to choose the respective participation of the two valves HP and BP in maintaining the balance. In this case, we wish a parallel movement of the two valves

pour profiter au maximum de leur efficacité.  to make the most of their efficiency.

D'autre part, et c'est un des points qui consti-  On the other hand, and this is one of the points which constitute

tue une différence fondamentale par rapport aux régula-  kills a fundamental difference from the regulatory

teurs connus, le signal E1 n'est plus calculé conformément à l'équation (2). Il vérifie l'équation: E1 d.o (Po-P.f - kAf) dt  Known factors, the signal E1 is no longer calculated in accordance with equation (2). It checks the equation: E1 d.o (Po-P.f - kAf) dt

o P, est la valeur P. filtrée par le filtre passe-bas 11.  o P, is the value P. filtered by the low-pass filter 11.

On choisira par exemple un filtre de Butterworth d'ordre  We will choose for example an order Butterworth filter

2, de pulsation de coupure 1 Hz.2, 1 Hz cut-off pulse.

Cette façon de procéder permet d'améliorer le comportement du régulateur pour la raison suivante. Le comportement en basses fréquences n'est pas modifié, et E1 permet toujours d'atteindre le même régime permanent. Par contre, lors d'un défaut, quand P. varie rapidement, P, ne bouge pas dans les premiers instants. De ce fait, E1 représente l'intégrale des variations de la fréquence, ce qui revient à dire qu'on prend en compte les variations angulaires du groupe considéré par rapport au reste du réseau. En pratique, on obtient l'effet suivant: quand la survitesse est maitrisée, on regarde si le groupe a pris de l'avance sur le reste du réseau. Si oui, on maintient les soupapes fermées un certain temps pour faire ralentir  This procedure improves the behavior of the regulator for the following reason. The behavior at low frequencies is not modified, and E1 always makes it possible to reach the same steady state. On the other hand, during a fault, when P. varies rapidly, P does not move in the first moments. Therefore, E1 represents the integral of the variations of the frequency, which amounts to saying that one takes into account the angular variations of the group considered compared to the rest of the network. In practice, we obtain the following effect: when the overspeed is controlled, we check if the group is ahead of the rest of the network. If yes, keep the valves closed for a while to slow down

le groupe et compenser cette avance.  the group and compensate for this advance.

Il est à noter que cette fermeture prolongée des soupapes est favorable à la resynchronisation. En effet, quand le groupe a perdu le synchronisme, sa vitesse est supérieure à la vitesse de référence. L'angle relatif augmente donc rapidement, ce qui se traduit par une variation de E1. Les gains correspondants dans la matrice K permettent alors de maintenir fermées les soupapes plus longtemps, ce qui a bien entendu un effet favorable pour  It should be noted that this prolonged closure of the valves is favorable to resynchronization. When the group has lost synchronism, its speed is higher than the reference speed. The relative angle therefore increases rapidly, which results in a variation of E1. The corresponding gains in the matrix K then make it possible to keep the valves closed longer, which of course has a favorable effect for

la resynchronisation. Des simulations ont confirmé l'effi-  resynchronization. Simulations confirmed the effectiveness

cacité de ce dispositif.effectiveness of this device.

Le dispositif de commutation entre les régula-  The switching device between the regulators

teurs pour petits mouvements et le régulateur pour grands mouvements va maintenant être décrit en référence à la Fig.5.  tor for small movements and the regulator for large movements will now be described with reference to Fig. 5.

Dès qu'une perturbation survient, il est indis-  As soon as a disturbance occurs, it is essential

pensable de réagir rapidement. Pour cela, il s'agit de détecter la perturbation le plus rapidement possible, afin  thinkable to react quickly. To do this, it is necessary to detect the disturbance as quickly as possible, in order to

d'entreprendre l'action appropriée.  take appropriate action.

Les techniques de détection de défaut utilisées en France sont toutes basées sur le même principe. Le point de départ est qu'il faut éviter que le groupe atteigne une vitesse trop importante (ou rappelle qu'il existe une protection déclenchant le groupe dès que la vitesse de rotation dépasse un seuil fixé, 53 Hz par exemple). Pour anticiper, on dérive électroniquement la mesure de la vitesse afin d'estimer l'accélération, et on compare cette accélération à un seuil. Dès que le seuil est franchi, on commute sur le régulateur pour grands mouvements. Les inconvénients de cette méthode proviennent du fait que la mesure de la vitesse est dérivée. Comme cette mesure est très chargée de bruit (notamment par les  The fault detection techniques used in France are all based on the same principle. The starting point is that it is necessary to avoid that the group reaches too high a speed (or reminds that there is a protection triggering the group as soon as the rotation speed exceeds a fixed threshold, 53 Hz for example). To anticipate, the speed measurement is electronically derived in order to estimate the acceleration, and we compare this acceleration to a threshold. As soon as the threshold is crossed, we switch to the regulator for large movements. The disadvantages of this method come from the fact that the speed measurement is derived. As this measurement is very loaded with noise (especially by

oscillations de torsion de la ligne d'arbres), l'estima-  torsional oscillations of the tree line), the estimate

tion de cette dérivée est peu fiable et cause souvent des  tion of this derivative is unreliable and often causes

déclenchements intempestifs. Pour limiter ces déclenche-  nuisance trips. To limit these triggers

ments, on est obligé de filtrer la dérivée, ce qui intro-  we have to filter the derivative, which intro

duit un retard qui est préjudiciable à l'entrée en action  due to delay which is detrimental to entry into action

rapide du régulateur grands mouvements.  fast movement regulator.

Pour pallier ces inconvénients, la Demanderesse  To overcome these drawbacks, the Applicant

a pensé à revenir aux causes de la variation de vitesse.  thought of going back to the causes of the speed variation.

D'après l'équation des masses tournantes, l'accélération du groupe est due à la différence entre le couple moteur fourni par la turbine et le couple mécanique envoyé au réseau. Au lieu de dériver la mesure de la vitesse, il est  According to the equation of rotating masses, the acceleration of the group is due to the difference between the engine torque supplied by the turbine and the mechanical torque sent to the network. Instead of deriving the speed measurement, it is

donc naturel d'utiliser la mesure de la puissance électri-  therefore natural to use the measurement of the electric power

que et de regarder ses variations. Comme on n'a pas  that and look at its variations. Since we don't have

effectué de dérivation, ce signal est peu chargé de bruit.  performed bypass, this signal is not very loaded with noise.

Il est donc inutile de le filtrer trop énergiquement, et on évite alors d'introduire du retard néfaste aux bonnesperformances de l'ensemble.  It is therefore useless to filter it too vigorously, and then one avoids introducing harmful delay to the good performances of the whole.

Dès qu'un défaut est détecté, on commute alors sur le régulateur pour grands mouvements (Fig.4). Afin d'éviter un à-coup brutal sur les soupapes, on ajoute un dispositif dit d'anti à-coup qui fait en sorte que la sortie du régulateur qui n'est pas en service suive celle  As soon as a fault is detected, we then switch to the regulator for large movements (Fig. 4). In order to avoid a sudden jerk on the valves, we add a so-called anti-jerk device which ensures that the regulator output which is not in service follows that

de l'autre régulateur. Lors de la commutation, le bascule-  from the other regulator. When switching, the toggle

ment entre les deux régulateurs se fait alors sans discon-  between the two regulators is then done without discrepancy

tinuité.continuity.

La commutation en sens inverse se fait en observant les mesures de vitesse et de puissance de l'alternateur. Dès qu'on a rejoint l'état d'équilibre (cela dure en général de quelques secondes à quelques dizaines de secondes), on peut à nouveau basculer sur le régulateur de petits mouvements afin d'économiser les soupapes. Le dispositif de commutation représenté à la Fig.5 comporte un circuit 12 de mesure de la puissance électrique délivrée par le groupe et dont la sortie est connectée à un circuit à seuil 13 qui commande le passage du régulateur pour petits mouvements (Fig.3) au régulateur pour grands mouvements (Fig. 4) ou inversement selon le  Switching in the opposite direction is made by observing the alternator speed and power measurements. As soon as one has reached the equilibrium state (this generally lasts from a few seconds to a few tens of seconds), one can again switch to the regulator of small movements in order to save the valves. The switching device shown in Fig. 5 includes a circuit 12 for measuring the electric power delivered by the group and the output of which is connected to a threshold circuit 13 which controls the passage of the regulator for small movements (Fig. 3) to the regulator for large movements (Fig. 4) or vice versa depending on the

processus décrit ci-dessus.process described above.

Le dispositif qui vient d'être décrit permet d'obtenir des performances supérieures à tout ce qui est actuellement connu, aussi bien en régime permanent qu'en  The device which has just been described makes it possible to obtain performances superior to all that is currently known, both in steady state and in

régime perturbé.disturbed regime.

* Il réalise de façon correcte l'asservissement de puissance, et assure donc un parfait suivi de la consigne* It performs power control correctly, and therefore ensures perfect setpoint monitoring

en régime permanent, et ce, même en présence d'incertitu-  in steady state, even in the presence of uncertainty

des de modélisation des soupapes de la turbine.  turbine valve modeling.

Cet asservissement de puissance fonctionne correctement quelle que soit la topologie de réseau considérée, c'est à dire aussi bien sur réseau intercon-  This power control functions correctly whatever the network topology considered, that is to say both on an intercon-

necté que sur réseau isolé.connected only on an isolated network.

Le passage du régulateur pour petits mouvements au régulateur pour grands mouvements est rapide et est  The transition from the regulator for small movements to the regulator for large movements is rapid and is

assuré avec peu de risques de déclenchements intempestifs.  insured with little risk of nuisance tripping.

De plus, les déclenchements inutiles sont beaucoup moins gênants qu'avec l'accéléromètre à seuils puisque l'action du régulateur pour grands mouvements n'est pas en tout-ou-rien. Il n'y a donc pas de grosse perturbation introduite sur le réseau, ni de déficit  In addition, unnecessary trips are much less annoying than with the threshold accelerometer since the action of the regulator for large movements is not all-or-nothing. There is therefore no major disturbance introduced into the network, nor any deficit

temporaire de production.temporary production.

Le régulateur pour grands mouvements a une action énergique mais parfaitement dosée. Il garantit des temps limites d'élimination de courtcircuit plus grands que ceux habituellement constatés, tout en amortissant plus vite que l'accéléromètre à seuils les oscillations  The regulator for large movements has an energetic but perfectly balanced action. It guarantees shorter short circuit elimination time limits than those usually observed, while damping oscillations faster than the threshold accelerometer.

électromécaniques consécutives au défaut.  electromechanical following the fault.

L'approche globale de synthèse du régulateur  The global approach to synthesizing the regulator

permet une grande souplesse dans la réalisation de régula-  allows great flexibility in the realization of

teurs pour différents modèles de turbines. Il est facile d'optimiser le comportement des régulateurs pour petits et grands mouvements à l'aide des différentes matrices de pondération du dispositif linéaire quadratique LQ. On peut par exemple régler la bande passante des régulateurs pour trouver le meilleur compromis entre les performances de la régulation et l'usure des soupapes, et également décider de l'amplitude respective des mouvements des soupapes HP et BP. En petits mouvements, par exemple, on demandera à ce que la soupape BP bouge très peu, alors qu'en grands mouvements, on préférera un mouvement parallèle des deux  ters for different models of turbines. It is easy to optimize the behavior of regulators for small and large movements using the different weighting matrices of the linear quadratic device LQ. One can for example adjust the bandwidth of the regulators to find the best compromise between the performance of the regulation and the wear of the valves, and also decide the respective amplitude of the movements of the HP and LP valves. In small movements, for example, we will ask that the BP valve move very little, while in large movements, we will prefer a parallel movement of the two

soupapes.valves.

Les bonnes capacités de resynchronisation du régulateur permettent de se prémunir contre les incidents les plus graves, ce qui assure une bonne sécurité au  The good resynchronization capabilities of the regulator make it possible to protect against the most serious incidents, which ensures good safety at

réseau même dans les configurations les plus perturbées.  network even in the most disturbed configurations.

Enfin, la linéarisation de la soupape BP assure un comportement optimal de la régulation pour tous les  Finally, the linearization of the BP valve ensures optimal behavior of the regulation for all

régimes de fonctionnement.operating regimes.

Claims (7)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de régulation de vitesse pour groupe turbo-alternateur, caractérisé en ce qu'il comporte un premier régulateur (I) pour les petits mouvements destiné à assurer un asservissement de puissance opérationnel, ce premier régulateur (I) étant optimisé pour maintenir la stabilité de l'alternateur autour de son régime permanent quelle que soit la configuration de réseau considérée, un second régulateur (II) pour les grands mouvements destiné à s'opposer efficacement aux perturbations les plus violentes susceptibles de se produire, et un dispositif (IV) détecteur des variations du signal de puissance électrique assurant la commutation du premier et du second régulateurs (I,II) en vue de la commande par le premier régulateur (I) ou par le second (II) du degré d'ouverture des soupapes haute pression et  1. Speed regulation device for a turbo-alternator group, characterized in that it comprises a first regulator (I) for small movements intended to ensure an operational power control, this first regulator (I) being optimized to maintain the stability of the alternator around its steady state whatever the network configuration considered, a second regulator (II) for large movements intended to effectively oppose the most violent disturbances likely to occur, and a device (IV ) detector of the variations in the electrical power signal ensuring the switching of the first and second regulators (I, II) for the control by the first regulator (I) or by the second (II) of the degree of opening of the high valves pressure and basse pression de la turbine d'entraînement du turbo-  low pressure of the turbo drive turbine alternateur.alternator. 2. Dispositif de régulation suivant la revendi-  2. Regulation device according to the claim cation 1, caractérisé en ce que le premier régulateur (I) pour petits mouvements comporte un premier intégrateur (7)  cation 1, characterized in that the first regulator (I) for small movements includes a first integrator (7) recevant à ses entrées un signal Pe de puissance électri-  receiving at its inputs a signal Pe of electric power que délivrée par l'alternateur et un signal Af de diffé-  than delivered by the alternator and a signal Af of different rence entre la fréquence mesurée et la fréquence nominale  between the measured frequency and the nominal frequency du réseau, un second intégrateur dont l'entrée est connec-  from the network, a second integrator whose input is connected tée à un circuit (10) de linéarisation de la commande de la soupape basse pression de la turbine d'entraînement de  tee to a circuit (10) for linearization of the control of the low pressure valve of the drive turbine l'alternateur, les sorties des premier et second intégra-  the alternator, the outputs of the first and second integration teurs étant connectées à un circuit (9) de mise en oeuvre d'une fonction linéaire [u1v2]T = K(X) dans laquelle ul est le signal de commande de la soupape haute presion, v2 est le signal de sortie du circuit (9) commandant la soupape basse pression, K est une matrice à deux lignes et autant de colonnes qu'il y a de variables mesurées, ledit circuit  teurs being connected to a circuit (9) for implementing a linear function [u1v2] T = K (X) in which ul is the control signal of the high pressure valve, v2 is the output signal of the circuit ( 9) controlling the low pressure valve, K is a matrix with two lines and as many columns as there are measured variables, said circuit (9) ayant par ailleurs des entrées auxquelles sont appli-  (9) also having entries to which are applied qués des signaux de pression du corps haute pression, du corps basse pression, du surchauffeur de la turbine et de position de la soupape basse pression, et en ce que la sortie du circuit (9) de mise en oeuvre de ladite fonction linéaire est en outre reliée à l'entrée du circuit (10) de linéarisation.  pressure signals from the high pressure body, from the low pressure body, from the turbine superheater and from the position of the low pressure valve, and in that the output of the circuit (9) for implementing said linear function is in further connected to the input of the linearization circuit (10). 3. Dispositif de régulation suivant l'une des3. Regulation device according to one of the revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le second  claims 1 and 2, characterized in that the second régulateur (II) pour grands mouvements, comporte un premier intégrateur (7) recevant à ses entrées un signal Pe de puissance électrique délivrée par l'alternateur et un signal Af de différence entre la fréquence mesurée et la fréquence nominale du réseau, un second intégrateur  regulator (II) for large movements, comprises a first integrator (7) receiving at its inputs a signal Pe of electrical power delivered by the alternator and a signal Af of difference between the measured frequency and the nominal frequency of the network, a second integrator dont l'entrée est connectée à un circuit (10) de linéari-  the input of which is connected to a linear circuit (10) sation de la commande de la soupape basse pression de la turbine d'entraînement de l'alternateur, les sorties des premier et second intégrateurs étant connectées à un circuit (9) de mise en oeuvre d'une fonction linéaire [u1v2]T = K(X) dans laquelle u1 est le signal de commande de la soupape haute presion, v2 est le signal de sortie du circuit (9) commandant la soupape basse pression, K est une matrice à deux lignes et autant de colonnes qu'il y a  sation of the control of the low pressure valve of the alternator drive turbine, the outputs of the first and second integrators being connected to a circuit (9) for implementing a linear function [u1v2] T = K (X) in which u1 is the control signal for the high pressure valve, v2 is the output signal from the circuit (9) controlling the low pressure valve, K is a matrix with two lines and as many columns as there are de variables mesurées, ledit circuit (9) ayant par ail-  of measured variables, said circuit (9) also having leurs des entrées auxquelles sont appliqués des signaux de pression du corps haute pression, du corps basse pression, du surchauffeur de la turbine et de position de la soupape basse pression, et en ce que la sortie du circuit (9) de mise en oeuvre de ladite fonction linéaire est en outre reliée à l'entrée du circuit (10) de linéarisation, ledit second régulateur (II) pour grands mouvements comportant en outre un filtre passe-bas (11) connecté à l'entrée du premier intégrateur (7) recevant le signal Pe de puissance électrique.  their inputs to which pressure signals of the high pressure body, of the low pressure body, of the turbine superheater and of the position of the low pressure valve are applied, and in that the output of the circuit (9) for implementing said linear function is also connected to the input of the linearization circuit (10), said second regulator (II) for large movements further comprising a low-pass filter (11) connected to the input of the first integrator (7) receiving the signal Pe of electric power. 4. Dispositif de régulation suivant la revendi-  4. Regulation device according to the claim cation 2, caractérisé en ce que pour le premier régulateur (1) pour petits mouvements, le premier intégrateur (7) est destiné a élaborer une grandeur E1 = t (p-p, - kAf) dt dans laquelle P, est une consigne de puissance, P. est la puissance électrique fournie par le groupe, Af est la différence entre la fréquence mesurée et la fréquence nominale du réseau, et le second intégrateur (8) est  cation 2, characterized in that for the first regulator (1) for small movements, the first integrator (7) is intended to develop a quantity E1 = t (pp, - kAf) dt in which P, is a power setpoint, P. is the electrical power supplied by the group, Af is the difference between the measured frequency and the nominal frequency of the network, and the second integrator (8) is destiné à élaborer une grandeur E2 satisfaisant à l'équa-  intended to develop a quantity E2 satisfying the equa- tion E2 =Sot (U2 - 1) dt dans laquelle u2 est le signal de  tion E2 = Sot (U2 - 1) dt in which u2 is the signal of commande de la soupape basse pression de la turbine.  control of the low pressure turbine valve. 5. Dispositif régulateur suivant l'une des  5. Regulating device according to one of the revendications 2 et 3, caractérisé en ce que pour le  claims 2 and 3, characterized in that for the second régulateur (II) pour les grands mouvements, le  second regulator (II) for large movements, the premier intégrateur (7) est destiné à élaborer une gran-  first integrator (7) is intended to develop a large deur E1 satisfaisant à l'équation El =5t (Po-P.f - kAf) dt dans laquelle P, est une consigne de puissance, Pf est la valeur de la puissance électrique P. fournie par le groupe,  deur E1 satisfying the equation El = 5t (Po-P.f - kAf) dt in which P, is a power setpoint, Pf is the value of the electric power P. supplied by the group, filtrée par le filtre passe-bas (11).  filtered by the low-pass filter (11). 6. Dispositif de régulation suivant l'une des  6. Regulating device according to one of revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le circuit  Claims 2 to 5, characterized in that the circuit (10) de linéarisation de la commande de la soupape basse pression met en oeuvre l'équation: x20 v2 = (u2-1) x 2 + T1/T. (xl-z)(z/x2 - 1) dans laquelle x20 désigne le point de conception du  (10) linearization of the low pressure valve control implements the equation: x20 v2 = (u2-1) x 2 + T1 / T. (xl-z) (z / x2 - 1) in which x20 denotes the point of conception of the régulateur, qui peut par exemple être le point de fonc-  regulator, which can for example be the point of function tionnement nominal de la turbine x20=1, v2 est le signal d'entrée du circuit de linéarisation, u2 est le signal de commande de la soupape basse pression, x2 est la pression du surchauffeur, Tl est la constante de temps de la chaine  nominal turbine operation x20 = 1, v2 is the input signal of the linearization circuit, u2 is the control signal of the low pressure valve, x2 is the pressure of the superheater, Tl is the time constant of the chain de commande des soupapes basse pression, T. est la constan-  low pressure valve control, T. is the constant te de temps du surchauffeur, xl est le débit ou la haute  te of superheater time, xl is the flow or the high pression, z est le débit de sortie du surchauffeur.  pressure, z is the output rate of the superheater. 7. Dispositif de régulation suivant l'une des  7. Regulation device according to one of revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif  claims 1 to 6, characterized in that the device détecteur des variations de la puissance électrique  detector of variations in electrical power comporte un circuit (12) de mesure de la puissance élec-  includes a circuit (12) for measuring the electric power trique délivrée par le groupe et dont la sortie est connectée à un circuit a seuil (13) qui détermine la commande de soupapes haute pression et basse pression de  plate delivered by the group and the output of which is connected to a threshold circuit (13) which determines the control of high pressure and low pressure valves la turbine par le premier régulateur pour petits mouve-  the turbine by the first regulator for small movements ments (I) ou par le second régulateur pour grands mouve- ments (II).  elements (I) or by the second regulator for large movements (II).
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