ES3013134T3 - Hydroelectric power generation system - Google Patents

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ES3013134T3 ES17852940T ES17852940T ES3013134T3 ES 3013134 T3 ES3013134 T3 ES 3013134T3 ES 17852940 T ES17852940 T ES 17852940T ES 17852940 T ES17852940 T ES 17852940T ES 3013134 T3 ES3013134 T3 ES 3013134T3
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Takahiro Abe
Atsushi Suhara
Tomomi Sakamoto
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Daikin Industries Ltd
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Daikin Industries Ltd
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Abstract

Un sistema de generación de energía hidroeléctrica cuenta con una unidad de control (20) que controla un circuito de suministro de energía (C) de manera que se lleva a cabo lo siguiente: un funcionamiento normal, en el que se suministra energía desde una red eléctrica (5) a los dispositivos eléctricos prescritos (15, 16, 17, 18) conectados a un canal de agua (1); y un funcionamiento independiente, en el que la energía generada por un generador (G) se suministra a los dispositivos eléctricos (15, 16, 17, 18). La unidad de control (20) activa el funcionamiento independiente cuando se produce un corte de energía en la red eléctrica (5). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de generación de energía hidroeléctrica
Campo técnico
La presente invención se refiere a un sistema de generación de energía hidráulica.
Antecedentes de la técnica
Ha habido un sistema de generación de energía hidráulica que genera energía eléctrica mediante un fluido (por ejemplo, agua) que fluye a través de un canal de agua (una compuerta). Por ejemplo, el Documento 1 de Patente describe un sistema de generación de energía hidráulica, donde una turbina hidráulica (una máquina de fluidos) está conectada a una compuerta. Cuando la turbina hidráulica gira por acción de un fluido, se acciona un generador conectado a la turbina hidráulica. La salida de energía del generador se suministra a un sistema de energía mediante, por ejemplo, un flujo de energía inverso.
Lista de menciones
Documento de patente
Documento 1 de Patente: Publicación de patente japonesa sin examinar No. 2014-214710.
Compendio de la invención
Problema técnico
El documento US 4496 845 A describe un generador de turbina dispuesto de manera tal que se apague en el caso de una tensión insuficiente o excesiva en el generador.
En algunos casos, se proporciona un dispositivo eléctrico tal como una válvula accionada por motor o un medidor de flujo en un canal de agua de un sistema de generación de energía hidráulica. El dispositivo eléctrico proporcionado en el canal de agua es importante para suministrar un fluido en un caudal deseado al destino de suministro. Por lo tanto, es concebible introducir una fuente de energía ininterrumpida (UPS, por sus siglas en inglés) como medida contra una falla de energía de un sistema de energía para suministrar energía eléctrica a equipos eléctricos. Sin embargo, esta medida puede conducir a una estructura complicada del aparato y al aumento del costo del aparato.
Por lo tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar un sistema de generación de energía hidráulica donde se pueda omitir o reducir el tamaño de una fuente de alimentación ininterrumpida conectada a un equipo eléctrico proporcionado en un canal de agua.
Solución al problema
La invención se puede encontrar en la reivindicación 1 adjunta. Un primer aspecto se refiere a un sistema de generación de energía hidráulica que incluye: una máquina (W) de fluidos conectada a un canal (1) de agua a través del cual fluye un fluido; un generador (G) accionado por la máquina (W) de fluidos; un circuito (C) de suministro de energía que suministra energía generada por el generador (G) a un sistema (5) de energía; y una unidad (20) de control que controla el circuito (C) de suministro de energía para realizar una operación normal de suministro de energía desde el sistema (5) de energía a un dispositivo (15, 16, 17, 18) eléctrico predeterminado proporcionado en el canal (1) de agua y una operación autónoma de suministro de la energía generada por el generador (G) eléctrico al dispositivo (15, 16, 17, 18) eléctrico. La unidad (20) de control ejecuta el funcionamiento autónomo cuando el sistema (5) de energía falla.
En esta configuración, el generador (G) es accionado por la máquina (W) de fluidos operada por un fluido. La energía generada por el generador (G) (energía de salida) se suministra al sistema (5) de energía a través del circuito de fuente de energía (C) (flujo de energía inverso).
La unidad (20) de control controla el circuito (C) de suministro de energía de modo que se realiza una operación normal cuando el sistema (5) de energía está en un estado normal, y se realiza una operación autónoma cuando el sistema (5) de energía falla. En el funcionamiento normal, la energía se suministra desde el sistema (5) de energía a un dispositivo (15, 16, 17, 18) eléctrico predeterminado proporcionado en el canal (1) de agua.
En el funcionamiento autónomo, la energía generada por el generador (G) se suministra directamente al dispositivo (15, 16, 17, 18) eléctrico a través del circuito (C) de suministro de energía. Por consiguiente, es posible operar continuamente el dispositivo (15, 16, 17, 18) eléctrico provisto en el canal (1) de agua, incluso cuando el sistema (5) de energía falla.
La unidad (20) de control reduce una energía de salida del generador (G) en el funcionamiento autónomo.
En esta configuración, la unidad (20) de control reduce la energía de salida del generador (G) en el funcionamiento autónomo. Por consiguiente, es posible evitar que la energía de salida del generador (G) sea excesivamente grande cuando falla el sistema (5) de energía.
Un tercer aspecto es una realización del segundo aspecto. En el segundo aspecto, la unidad (20) de control controla el generador (G) de modo que la energía de salida del generador (G) disminuye en el funcionamiento autónomo.
En esta configuración, el generador (G) se controla para que la energía de salida del generador (G) disminuya en el funcionamiento autónomo. La capacidad de respuesta del control del generador (G) es relativamente alta, lo que hace posible reducir rápidamente la energía de salida del generador (G) y evitar rápidamente que la energía de salida del generador (G) se vuelva excesivamente grande.
Un cuarto aspecto es una realización del segundo aspecto. En el cuarto aspecto, una válvula (15) accionada por motor está conectada al canal (1) de agua como el dispositivo eléctrico, y la unidad (20) de control reduce un grado de apertura de la válvula (15) accionada por motor en la operación autónoma de modo que la energía de salida del generador (G) disminuye.
En esta configuración, el grado de apertura de la válvula (15) accionada por motor se reduce en el funcionamiento autónomo. Como resultado, una altura (H) efectiva de la máquina (W) de fluidos, es decir, una cantidad física del fluido, disminuye y, por consiguiente, la energía de salida del generador (G) disminuye. La disminución de la energía de salida del generador (G) permite evitar de forma fiable, por ejemplo, un caso donde un punto de funcionamiento de la máquina (W) de fluidos alcanza una región de cavitación (un estado de funcionamiento donde el fluido se evapora y se generan burbujas de aire finas). Además, con la salida de energía del generador (G) suministrada a la válvula (15) accionada por motor, el grado de apertura de la válvula (15) accionada por motor puede reducirse de manera fiable incluso cuando falla el sistema (5) de energía.
Un quinto aspecto es una realización del segundo aspecto. En el quinto aspecto, una válvula (15) accionada por motor está conectada al canal (1) de agua como el dispositivo eléctrico, y la unidad (20) de control controla el generador (G) y un grado de apertura de la válvula (15) accionada por motor de modo que la energía de salida del generador (G) disminuye en la operación autónoma.
En esta configuración, la energía de salida del generador (G) se reduce controlando el generador (G) y el grado de apertura de la válvula (15) accionada por motor. Si la energía de salida del generador (G) se reduce solo por el control del generador (G) sin el control de la válvula (15) accionada por motor, el punto de funcionamiento de la máquina (W) de fluidos puede llegar a la región de cavitación. Por otro lado, si la energía de salida del generador (G) se reduce solo por el control de la válvula (15) accionada por motor sin el control del generador (G), la energía de salida del generador (G) podría resultar temporalmente excesiva cuando falla el sistema (5) de energía. Esto se debe a que el grado de apertura de la válvula (15) accionada por motor se ajusta mecánicamente y, por lo tanto, la capacidad de respuesta de la válvula (15) accionada por motor es generalmente menor que la del generador (G).
Por otro lado, en el funcionamiento autónomo según el presente aspecto de la invención, tanto el generador (G) como la válvula (15) accionada por motor están controlados. Esto puede evitar rápidamente un aumento excesivo de la energía de salida del generador (G) a través del control del generador (G), cuya capacidad de respuesta es relativamente alta, y puede evitar de manera fiable la aparición de cavitación a través del control de la válvula (15) accionada por motor, cuya capacidad de respuesta es relativamente baja.
Un sexto aspecto es una realización de cualquiera del segundo al quinto aspecto. En el sexto aspecto, una válvula (16) accionada por motor está conectada al canal (1) de agua como el dispositivo eléctrico, el sistema de generación de energía hidráulica incluye además una unidad (17, 18) de adquisición de caudal que adquiere un caudal del fluido en el canal (1) de agua, y la unidad (20) de control controla un grado de apertura de la válvula (16) accionada por motor según el caudal adquirido por la unidad (17, 18) de adquisición de caudal cuando el sistema (5) de energía falla.
En esta configuración, la energía de salida del generador (G) se suministra a la válvula (16) accionada por motor cuando el sistema (5) de energía falla y se realiza la operación autónoma. La unidad (20) de control controla la válvula (16) accionada por motor según el caudal adquirido por la unidad (17, 18) de adquisición de caudal. Por consiguiente, el fluido puede suministrarse al lado aguas abajo del canal (1) de agua a un caudal deseado incluso después de que el sistema (5) de energía haya fallado.
Un séptimo aspecto es una realización del sexto aspecto. En el séptimo aspecto, el canal (1) de agua tiene un canal (13) de derivación que deriva la máquina (W) de fluidos y al que está conectada la válvula (16) accionada por motor, y la unidad (20) de control controla un grado de apertura de la válvula (16) accionada por motor de modo que un caudal total del fluido que fluye fuera del canal (1) de agua se aproxime a un caudal objetivo cuando el sistema (5) de energía falle.
En esta configuración, se proporciona un canal (13) de derivación en el canal (1) de agua para derivar la máquina (W) de fluidos. Después de la falla de energía del sistema (5) de energía, el grado de apertura de la válvula (16) accionada por motor se controla de modo que el caudal total del fluido que fluye fuera del canal (1) de agua se aproxime a un caudal objetivo. Como resultado, incluso si el caudal del fluido que fluye a través de la máquina (W) de fluidos disminuye debido a la reducción de la energía de salida del generador (G), el caudal del fluido en el canal (13) de derivación puede aumentarse para mantener el caudal objetivo.
Un octavo aspecto es una realización de cualquiera del primero al séptimo aspecto. En el octavo aspecto, un resistor (40) que consume la energía generada por el generador (G) cuando el sistema (5) de energía falla está conectado al circuito (C) de suministro de energía.
En esta configuración, el resistor (40) puede consumir la energía excedente incluso si la energía generada por el generador (G) se vuelve excesiva cuando el sistema (5) de energía falla y se realiza la operación autónoma. La capacidad de resistencia del resistor (40) se vuelve relativamente pequeña porque la energía generada por el generador (G) es consumida por el dispositivo (15, 16, 17, 18) eléctrico proporcionado en el canal (1) de agua. Ventajas de la invención
Según el primer aspecto, el funcionamiento autónomo se realiza cuando falla el sistema (5) de energía. En el funcionamiento autónomo, la energía generada por el generador (G) se suministra directamente al dispositivo (15, 16, 17, 18) eléctrico. Esta configuración permite que la energía se suministre de forma estable al dispositivo (15, 16, 17, 18) eléctrico, al tiempo que se omite o reduce el tamaño de una fuente de alimentación ininterrumpida. Por consiguiente, se puede reducir el costo del sistema de generación de energía hidráulica.
Según el segundo aspecto, se puede evitar que la energía de salida del generador (G) sea excesivamente grande cuando falla el sistema (5) de energía, lo que hace posible reducir, por ejemplo, la capacidad de la resistencia (resistor regenerativo) para consumir la energía generada.
Según el tercer aspecto, el generador (G) se controla en la operación autónoma, lo que hace posible reducir rápidamente la energía generada por el generador (G).
Según el cuarto aspecto, el grado de apertura de la válvula (15) accionada por motor se reduce en la operación autónoma, lo que hace posible reducir de manera confiable la energía de salida del generador (G) mientras se evita que el punto de funcionamiento de la máquina (W) de fluidos alcance la región de cavitación. El grado de apertura de la válvula (15) accionada por motor se puede reducir sin la fuente de energía ininterrumpida.
Según el quinto aspecto, tanto el generador (G) como la válvula (15) accionada por motor se controlan en la operación autónoma, lo que permite reducir rápidamente la energía de salida del generador (G) mientras se evita que el punto de funcionamiento de la máquina (W) de fluidos alcance la región de cavitación.
Según el sexto aspecto, el fluido puede suministrarse al lado aguas abajo del canal (1) de agua a un caudal deseado incluso después de que el sistema (5) de energía haya fallado. En particular, Según el séptimo aspecto, incluso cuando el caudal del fluido que fluye a través de la máquina (W) de fluidos cambia, el caudal total puede mantenerse al caudal objetivo mediante el ajuste del grado de apertura de la válvula (16) accionada por motor proporcionada en el canal (13) de derivación.
Según el octavo aspecto, la sobretensión en el circuito (C) de fuente de energía se puede evitar de forma fiable. Además, con una capacidad de resistencia relativamente pequeña, se puede reducir el tamaño del resistor (40). Breve descripción de los dibujos
La FIG. 1 es un diagrama que ilustra una configuración esquemática general de un sistema de generación de energía hidráulica de una primera realización incluyendo un sistema de compuerta.
La FIG. 2 es un diagrama que ilustra un sistema de energía del sistema de generación de energía hidráulica, e ilustra un estado de una operación normal.
La FIG. 3 es un gráfico que muestra un mapa característico del sistema de generación de energía hidráulico. La FIG. 4 muestra los cambios en el punto de funcionamiento de un funcionamiento normal y un funcionamiento autónomo en el mapa característico del sistema de generación de energía hidráulica.
La FIG. 5 es un diagrama de flujo del funcionamiento autónomo en el sistema de generación de energía hidráulica. La FIG. 6 es un diagrama que ilustra un sistema de energía del sistema de generación de energía hidráulica, e ilustra un estado de la operación autónoma.
La FIG. 7 es un diagrama que ilustra un sistema de generación de energía hidráulica de una segunda realización, y corresponde a la FIG. 2.
La FIG. 8 es un diagrama que ilustra un sistema de generación de energía hidráulica de una tercera realización, y corresponde a la FIG. 1.
Descripción de las realizaciones
A continuación, se describirán en detalle realizaciones de la presente invención con referencia a los dibujos. Las realizaciones descritas a continuación son de naturaleza meramente ejemplar y no pretenden limitar el alcance, las aplicaciones o el uso de la invención.
«Prim era realización»
La FIG. 1 es un diagrama que ilustra una configuración esquemática general de una compuerta (1) incluyendo un sistema (10) de generación de energía hidráulica de una primera realización de la presente invención. La altura de la compuerta (1) permite que fluya un fluido, y la compuerta (1) es un ejemplo de un canal de agua de la presente invención. En la presente realización, la compuerta forma parte de una obra hidráulica (4). La obra hidráulica (4) está provista de un tanque (2) de almacenamiento y un tanque (3) de recepción de agua. La compuerta (1) de la presente realización está dispuesta en el medio de una ruta de tubería que conecta el tanque (2) de almacenamiento y el tanque (3) de recepción de agua proporcionado aguas abajo del tanque (2) de almacenamiento.
<Sistema (10) de generación de energía hidráulica>
Como se ilustra en la FIG. 1, el sistema (10) de generación de energía hidráulica tiene una turbina (W) hidráulica y un generador (G). La FIG. 2 es un diagrama que ilustra un sistema de energía del sistema (10) de generación de energía hidráulica. El sistema (10) de generación de energía hidráulica tiene un controlador (20) de generador, un inversor (30) conectado a la red y un resistor (40) regenerativo. La energía generada en el sistema (10) de generación de energía hidráulica se suministra al sistema (5) de energía. En este ejemplo, el sistema (5) de energía es un llamado suministro de energía comercial, y el sistema (10) de generación de energía hidráulica realiza una llamada venta de energía eléctrica suministrando energía al sistema (5) de energía (llamado flujo de energía inverso). Un circuito eléctrico desde el generador (G) al sistema (5) de energía constituye un circuito (C) de suministro de energía.
-Turbina (W) hidráulica-
La turbina (W) hidráulica está dispuesta en el centro de la compuerta (1), y es un ejemplo de una máquina hidráulica de la presente invención. En este ejemplo, la turbina (W) hidráulica incluye un impulsor y una carcasa (ninguna de las cuales se muestra). Un impulsor proporcionado para una bomba de voluta se utiliza como impulsor de la turbina (W) hidráulica. Un árbol (19) giratorio está fijado al centro del impulsor. La turbina (W) hidráulica está configurada de tal manera que el impulsor gira bajo presión causada por un flujo de agua desde una entrada de fluido (no mostrada) formada en la carcasa y, por lo tanto, gira el árbol (19) giratorio. Cabe señalar que el fluido que ha fluido hacia la turbina (W) hidráulica se descarga desde una salida de fluido (no se muestra), formada en la carcasa.
-Generador (G)-
El generador (G) está conectado a un árbol (19) giratorio de la turbina (W) hidráulica, el cual lo acciona para que gire y genere energía. En este ejemplo, el generador (G) tiene un rotor integrado de imán permanente y un estator con una bobina (ninguna de las cuales se muestra).
-Sistema de tuberías-
Una tubería (11) de entrada, una tubería (14) de salida, una primera tubería (12) de derivación y una segunda tubería (13) de derivación están conectadas a la compuerta (1) (sistema de tuberías) del sistema (10) de generación de energía hidráulica. La compuerta (1) de la presente realización consiste en una tubería metálica (por ejemplo, una tubería de hierro fundido dúctil). El tanque (2) de almacenamiento está conectado a un extremo de entrada de la tubería (11) de entrada. El tanque (3) de recepción de agua está conectado a un extremo de salida de la tubería (14) de salida. La primera tubería (12) de derivación y la segunda tubería (13) de derivación están conectadas en paralelo entre sí entre la tubería (11) de entrada y la tubería (14) de salida. La primera tubería (12) de derivación constituye un paso de flujo en el lado de la turbina hidráulica, donde fluye el agua para accionar la turbina (W) hidráulica. La segunda tubería (13) de derivación constituye un canal de derivación para derivar la turbina (W) hidráulica.
Un primer medidor de flujo (17), una primera válvula (15) accionada por motor y la turbina (W) hidráulica están conectados a la primera tubería (12) de derivación secuencialmente desde aguas arriba hacia aguas abajo. Un segundo medidor de flujo (18) y una segunda válvula (16) accionada por motor están conectados a la segunda tubería (13) de derivación secuencialmente desde aguas arriba hacia aguas abajo.
El primer medidor de flujo (17) y el segundo medidor de flujo (18) están configurados para ser operados por electricidad. El primer medidor de flujo (17) detecta el caudal de agua que fluye a través de la turbina (W) hidráulica y emite una señal de detección. El segundo medidor de flujo (18) detecta el caudal de agua que fluye a través de la segunda tubería (13) de derivación y emite una señal de detección. En otras palabras, el primer medidor de flujo (17) y el segundo medidor de flujo (18) constituyen una unidad de adquisición de caudal para adquirir el caudal del fluido en la compuerta (1). El primer medidor de flujo (17) y el segundo medidor de flujo (18) de la presente realización constituyen equipos eléctricos accionados por electricidad, por ejemplo.
La primera válvula (15) accionada por motor y la segunda válvula (16) accionada por motor respectivamente tienen cuerpos de válvula, que son accionados por un motor eléctrico para controlar una cantidad física (por ejemplo, un caudal, una presión, una altura efectiva) del fluido. La primera válvula (15) accionada por motor está cerrada para el mantenimiento de la turbina (W) hidráulica, por ejemplo, e inhibe que el agua pase a través de la turbina (W) hidráulica en un estado suspendido. La primera válvula (15) accionada por motor se abre con un grado de apertura predeterminado (por ejemplo, un valor fijo) mientras el sistema (10) de generación de energía hidráulica está funcionando. La segunda válvula (16) accionada por motor controla una cantidad física (por ejemplo, un caudal, una presión y una carga efectiva) del fluido que fluye a través de la segunda tubería (13) de derivación.
Cabe señalar que la suma del valor detectado del primer medidor de flujo (17) y del valor detectado del segundo medidor de flujo (18) es el caudal (QT) total del fluido que sale de la compuerta (1).
-Controlador (20) del generador-
El controlador (20) del generador incluye una unidad (21) convertidora de CA/CC, una unidad (22) de detección de voltaje de CC, una unidad (23) de detección de caudal, una unidad (24) de determinación de comando de caudal, una unidad (25) de control de caudal y una unidad (26) de control de válvula. El controlador (20) del generador, junto con el inversor (30) conectado a la red, controla la energía suministrada al sistema (5) de energía mientras mantiene la cantidad física del fluido (en este caso, el caudal (QT) total de la compuerta (1)) en un valor deseado.
La unidad (21) convertidora de CA/CC incluye una pluralidad de elementos de conmutación, y conmuta la energía (energía de CA) generada por el generador (G) para convertir la energía de CA en energía de CC. La salida de la unidad (21) convertidora de CA/CC se suaviza mediante un condensador de suavizado (no se muestra) y se envía al inversor (30) conectado a la red.
La unidad (22) de detección de voltaje de CC detecta un voltaje de salida de la unidad (21) convertidora de CA/CC. Un valor detectado (voltaje de CC (Vcc)) por la unidad (22) de detección de voltaje de CC se transmite a la unidad (24) de determinación de comando de caudal. La unidad (23) de detección de caudal lee los valores de detección del primer medidor de flujo (17) y del segundo medidor de flujo (18), y transmite los valores detectados a la unidad (25) de control de caudal periódicamente o en respuesta a una solicitud de la unidad (25) de control de caudal.
La unidad (24) de determinación de comando de caudal incluye un microordenador y un dispositivo de memoria donde se almacena un programa para operar el microordenador. La unidad (24) de determinación de comando de caudal determina un valor (Q1*) de comando de caudal, que es un valor objetivo del caudal (Q1) de la turbina (W) hidráulica, a partir de un valor objetivo de la energía y un caudal (QT*) total objetivo que es un valor objetivo del caudal (QT) total. En general, el valor objetivo de la energía suele ser, por ejemplo, una salida nominal, que se describirá más adelante, pero el valor objetivo se cambia según el valor detectado de la unidad (22) de detección de voltaje de CC, como se describirá más adelante en detalle. Por ejemplo, se puede utilizar una función o un mapa (M) de características descrito más adelante, que se define en el programa por adelantado, para generar el valor (Q1 *) de comando de caudal.
La unidad (25) de control de caudal incluye un microordenador y un dispositivo de memoria que almacena un programa para operar el microordenador. El microordenador y el dispositivo de memoria pueden compartirse con la unidad (24) de determinación de comando de caudal, o pueden proporcionarse de forma independiente. La unidad (25) de control de caudal controla la energía generada por el generador (G) controlando la conmutación en la unidad (21) convertidora de CA/CC. Específicamente, la unidad (25) de control de caudal controla la energía generada (la salida de voltaje) por el generador (G) mediante el control de retroalimentación según una diferencia entre el valor (Q1*) de comando de caudal y el caudal (Q1) actual.
Además, la unidad (25) de control de caudal también controla el caudal (QT) total en la compuerta (1). En este ejemplo, la unidad (25) de control de caudal controla el grado de apertura de la segunda válvula (16) accionada por motor de modo que el fluido fluya hacia la segunda tubería (13) de derivación a un caudal correspondiente a una diferencia entre un valor objetivo del caudal (QT) total de la compuerta (1) (en lo sucesivo, denominado "caudal (QT*) total objetivo") y el caudal (Q1) actual.
En un funcionamiento autónomo, que se describirá más adelante en detalle, la unidad (26) de control de válvula realiza el control para reducir el grado de apertura de la primera válvula (15) accionada por motor.
El controlador (20) del generador está configurado para funcionar incluso cuando el sistema (5) de energía está en un estado de falla de energía.
-Inversor (30) conectado a la red-
El inversor (30) conectado a la red incluye una unidad (31) de inversor, una unidad (32) de detección de falla de energía y una unidad (33) de control de conmutación.
La unidad (31) de inversor incluye una pluralidad de elementos de conmutación, recibe energía CC del controlador (20) del generador y convierte la energía CC en energía CA al conmutar la energía CC. La energía de CA generada por la unidad (31) de inversor se suministra al sistema (5) de energía (flujo de energía inverso). Además, la energía de CA generada por la unidad (31) de inversor también se puede suministrar a un circuito (50) auxiliar. Cabe señalar que la unidad (31) de inversor controla la conmutación para controlar la energía que fluye inversamente hacia el sistema (5) de energía.
La unidad (32) de detección de falla de energía detecta si el sistema (5) de energía está en un estado de falla de energía o no midiendo un valor de voltaje entre la unidad (31) de inversor y el sistema (5) de energía.
Según el estado (estado normal o estado de falla de energía) del sistema (5) de energía detectado por la unidad (32) de detección de falla de energía, la unidad (33) de control de conmutación conmuta el estado de tres unidades de conmutación (41,42, 43) que se describirán más adelante en detalle.
El inversor (30) conectado a la red está configurado para funcionar incluso cuando el sistema (5) de energía está en un estado de falla de energía.
-Resistor (40) regenerativo-
El resistor regenerativo (40) está conectado entre el controlador (20) del generador (estrictamente, la unidad (21) convertidora de CA/CC)) y el inversor (30) conectado a la red en el circuito (C) de suministro de energía. El resistor (40) regenerativo sirve como un resistor que consume el exceso de energía generada por el generador (G). Específicamente, el resistor (40) regenerativo consume parte de la energía de salida del generador (G) cuando el sistema (5) de energía se encuentra en un estado de falla de energía.
-Circuito (50) auxiliar-
El circuito (50) auxiliar está conectado al circuito (C) de suministro de energía y al sistema (5) de energía. El circuito (50) auxiliar tiene un primer circuito (circuito del lado del generador) (51) conectado a la unidad (31) de inversor, un segundo circuito (circuito del lado de energía del sistema) (52) conectado al sistema (5) de energía y un tercer circuito (circuito de fuente de energía auxiliar) (53) conectable al primer circuito (51) y al segundo circuito (52). Un lado de salida del tercer circuito (53) se ramifica en una pluralidad de ramificaciones, que están conectadas a dispositivos eléctricos conectados a la compuerta (1). Específicamente, el tercer circuito (53) está conectado a la primera válvula (15) accionada por motor, la segunda válvula (16) accionada por motor, el primer medidor de flujo (17) y el segundo medidor de flujo (18).
-Primera unidad (41) de conmutación, segunda unidad (42) de conmutación y tercera unidad (43) de conmutación-
Una primera unidad (41) de conmutación y una segunda unidad (42) de conmutación están conectadas al circuito (C) de fuente de energía. La primera unidad (41) de conmutación enciende/apaga el contacto entre la ruta entre la unidad (21) convertidora de CA/CC y el controlador (20) del generador y el resistor (40) regenerativo. La segunda unidad (42) de conmutación está conectada entre la unidad (31) de inversor y el sistema (5) de energía, y enciende/apaga el contacto entre ellos.
El circuito (50) auxiliar está conectado a la tercera unidad (43) de conmutación. La tercera unidad (43) de conmutación está conectada entre el primer circuito (51), el segundo circuito (52) y el tercer circuito (53). La tercera unidad (43) de conmutación conmuta entre un estado donde el segundo circuito (52) y el tercer circuito (53) están conectados entre sí (primer estado), y un estado donde el primer circuito (51) y el tercer circuito (53) están conectados entre sí (segundo estado).
La unidad (33) de control de conmutación está configurada para cambiar los estados de la primera unidad (41) de conmutación, la segunda unidad (42) de conmutación y la tercera unidad (43) de conmutación según una señal del sistema (5) de energía. Cuando el sistema (5) de energía está en un estado normal, la unidad (33) de control de conmutación establece la primera unidad (41) de conmutación en un estado APAGADO, la segunda unidad (42) de conmutación en un estado ENCENDIDO y la tercera unidad (43) de conmutación en el primer estado. Cuando el sistema (5) de energía está en un estado de falla de energía, la unidad (33) de control de conmutación establece la segunda unidad (42) de conmutación en un estado APAGADO, y la tercera unidad (43) de conmutación en el segundo estado. Además, cuando el sistema (5) de energía está en un estado de falla de energía, la unidad (33) de control de conmutación repite la conmutación de ENCENDIDO/APAGADO de la primera unidad (41) conmutación a una relación de trabajo predeterminada.
Estas unidades (41, 42, 43) de conmutación están configuradas para funcionar incluso cuando el sistema (5) de energía está en un estado de falla de energía.
<Funcionamiento del sistema de generación de energía hidráulica>
El funcionamiento básico del sistema de generación de energía hidráulica (10) se describirá con referencia a las FIGS.
1 a 6. El sistema (10) de generación de energía hidráulica realiza la operación normal y la operación autónoma según el estado del sistema (5) de energía.
La operación normal se realiza cuando el sistema (5) de energía está en un estado normal. En la operación normal, el generador (G) se controla para que emita una salida nominal. La energía generada por el generador (G) se suministra al sistema (5) de energía. En este contexto, la salida nominal es la energía de salida máxima del generador (G) que puede exhibir el sistema (10) de generación de energía hidráulica.
La operación autónoma se realiza cuando el sistema (5) de energía está en un estado de falla de energía. En la operación autónoma, la energía de salida del generador (G) se reduce a un valor predeterminado inferior a la salida nominal. La energía generada por el generador (G) se suministra a cada uno de los dispositivos (15, 16, 17, 18) eléctricos proporcionados en la compuerta (1) a través del circuito (50) auxiliar. La energía de salida del generador (G) en la operación autónoma se determina según el consumo de energía de los dispositivos (15, 16, 17, 18) eléctricos proporcionados en la compuerta (1) (los detalles se describirán más adelante).
-Relación entre parámetros-
Antes de describir los detalles de cada operación, se describirá en detalle la relación entre los parámetros operativos del sistema (10) de generación de energía hidráulica haciendo referencia al gráfico de la FIG. 3. En el gráfico (también denominado mapa (M) característico) de la FIG. 3, un eje vertical representa una altura (H) efectiva de la compuerta (1), y un eje horizontal representa un caudal (es decir, un caudal (QT) total) del fluido que fluye fuera de la compuerta (1). La altura (H) efectiva se obtiene restando, de la altura (Ho) total del nivel de fluido del tanque (2) de almacenamiento al nivel de fluido del tanque (3) de recepción de agua, una altura correspondiente a las resistencias ofrecidas por la compuerta (1) mientras el agua en el tanque (2) de almacenamiento fluye a través de la compuerta (1) y alcanza el tanque (3) de recepción de agua.
La relación entre la altura (H) efectiva y el caudal (QT) total se puede expresar mediante una línea característica de resistencia al flujo (también denominada "curva (S) de pérdida del sistema") que se muestra en la FIG. 3. En la curva (S) de pérdida del sistema, la altura (H) efectiva en el momento en que el caudal (QT) total es igual a cero, es decir, (QT) = 0, es la altura (Ho) total, y la altura (H) efectiva disminuye cuadráticamente según el aumento del caudal (QT) total. La curvatura de la curva (S) de pérdida del sistema tiene valores únicos para la compuerta (1) de la FIG. 1.
El caudal (QT) total en la compuerta (1), incluyendo el sistema (10) de generación de energía hidráulica y la altura (H) efectiva en este ejemplo, corresponde a un punto en la curva (S) de pérdida del sistema. Por ejemplo, en una condición donde la segunda válvula (16) accionada por motor está completamente cerrada y el agua se suministra solo a la turbina (W) hidráulica, el caudal (Q1) en la turbina (W) hidráulica es el caudal (QT) total de la compuerta (1), incluyendo el sistema (10) de generación de energía hidráulica, y el punto correspondiente al caudal (Q1) en la turbina (W) hidráulica y la altura (H) efectiva en ese momento está en la curva (S) de pérdida del sistema. En otras palabras, el punto de funcionamiento de la turbina (W) hidráulica en el momento en que la segunda válvula (16) accionada por motor está completamente cerrada está en la curva (S) de pérdida del sistema.
Además, si se suministra un fluido (agua) tanto a la turbina (W) hidráulica como a la segunda tubería (13) de derivación, el valor total del caudal (Q1) en la turbina (W) hidráulica y el caudal (Q2) en la segunda tubería (13) de derivación es el caudal (QT) total de la compuerta (1), incluyendo el sistema (10) de generación de energía hidráulica, y el caudal (QT) total y la altura (H) efectiva en ese momento corresponden a un punto en la curva (S) de pérdida del sistema.
El mapa (M) característico de la FIG. 3 representa un valor (T) de par del generador (G), una velocidad (N) de rotación (el número de rotaciones) del generador (G) y la energía (P) generada por el generador (G), como características que se correlacionan con el caudal (Q1) en la turbina (W) hidráulica y la altura (H) efectiva.
El mapa (M) característico incluye una región (que se denominará región de turbina hidráulica o región operativa) donde se forma la turbina (W) hidráulica que puede girar por el flujo de agua. Esta región se encuentra entre una curva donde el valor (T) de par del generador (G) es cero (una curva de velocidad de fuga (T = 0)) y una curva donde la velocidad (N) de rotación del generador (G) es cero (una curva de límite de operación (N = 0)). La región en el lado izquierdo de la curva de velocidad de fuga es una región de freno de turbina hidráulica (región de funcionamiento con energía).
En la región de la turbina hidráulica, una pluralidad de curvas de par iguales siguen la curva de velocidad de fuga (T = 0), y el valor (T) de par también aumenta a medida que aumenta el caudal (Q1) en el mapa. Además, una pluralidad de curvas de velocidad de rotación iguales siguen la curva de límite de operación (N = 0), y el número de rotaciones aumenta a medida que aumenta la altura (H) efectiva. Además, una pluralidad de curvas de generación de energía iguales mostradas por la línea discontinua son curvas convexas hacia abajo, y la energía (P) generada aumenta a medida que aumentan la altura (H) efectiva y el caudal (Q1). Una curva (E) que conecta los vértices de la pluralidad de curvas de generación de energía iguales es una curva (E) de generación de energía máxima donde el generador (G) genera la energía máxima.
La relación descrita anteriormente entre los parámetros en el mapa (M) de características se puede almacenar en el dispositivo de memoria en forma de una tabla (tabla de números) o una expresión matemática (función) en un programa. Es decir, los parámetros que se pueden representar en el mapa (M) característico se pueden usar para obtener otros parámetros.
-Operación normal-
En el funcionamiento normal del sistema (10) de generación de energía hidráulica, la primera unidad (41) de conmutación está en el estado APAGADO, la segunda unidad (42) de conmutación está en el estado ENCENDIDO, y la tercera unidad (43) de conmutación está en el primer estado, como se muestra en la FIG. 2. Es decir, en el funcionamiento normal, la energía generada por el generador (G) se suministra al sistema (5) de energía a través de la unidad (21) convertidora de CA/CC y la unidad (31) de inversor. En el funcionamiento normal, la energía del sistema (5) de energía se suministra a la primera válvula (15) accionada por motor, la segunda válvula (16) accionada por motor, el primer medidor de flujo (17) y el segundo medidor de flujo (18) a través del circuito (50) auxiliar. En el funcionamiento normal, el resistor (40) regenerativo no funciona.
En el funcionamiento normal, la primera válvula (15) accionada por motor se abre a un grado de apertura fijo predeterminado. A continuación, la unidad (25) de control de caudal controla el grado de apertura de la segunda válvula (16) accionada por motor de modo que el caudal (QT) total de la compuerta (1) sea el caudal (QT*) total objetivo, mientras controla la conmutación en la unidad (21) convertidora de CA/CC, de modo que la energía generada por el generador (G) sea un valor objetivo (una salida nominal).
Específicamente, en la presente realización, en una condición donde el grado de apertura de la primera válvula (15) accionada por motor se establece en un valor fijo, la unidad (25) de control de caudal controla la conmutación de la unidad (21) convertidora de CA/CC de modo que el caudal (Q1) en la turbina (W) hidráulica sea el valor (Q1*) de comando de caudal por medio de, por ejemplo, control de retroalimentación, convergiendo así la salida del generador (G) a la energía objetivo generada.
Cuando hay una diferencia entre el caudal (QT*) total objetivo y el caudal total actual (QT) en este estado de generación de energía, la unidad (25) de control de caudal ajusta el grado de apertura de la segunda válvula (16) accionada por motor. La unidad (25) de control de caudal ajusta el grado de abertura de la segunda válvula (16) accionada por motor mientras compara el valor detectado del segundo medidor de flujo (18) transmitido desde la unidad (23) de detección de caudal con un valor objetivo del caudal (Q2) (una diferencia entre el caudal (QT*) total objetivo y el caudal (Q1)). Por ejemplo, se puede usar el control de retroalimentación para ajustar el grado de apertura. Cabe señalar que no hay limitación en el ajuste del caudal (QT*) total objetivo. Como ejemplo, el caudal (QT*) total objetivo se puede establecer en un caudal total requerido por un administrador de las obras hidráulicas (4). El caudal (QT*) total objetivo puede ser un valor fijo o puede ser variable según la hora del día, por ejemplo.
El valor (Q1 *) de comando de caudal descrito anteriormente para el caudal (Q1) en la turbina (W) hidráulica se puede determinar, por ejemplo, de la siguiente manera. En el ejemplo de la FIG. 4, el caudal (QT*) total objetivo del caudal (QT) total en la compuerta (1) se establece en un caudal (Qa). El valor de comando de caudal (Q1*) para la turbina (W) hidráulica se puede obtener a partir del mapa (M) característico, incluyendo la relación entre la curva (S) de pérdida del sistema de la compuerta (1) y la energía (P) generada, o la expresión relacional correspondiente al mapa (M) característico. Específicamente, se puede obtener una altura (Ha) efectiva para la turbina (W) hidráulica a partir del caudal (Qa) que es, por ejemplo, el caudal (QT*) total objetivo y la curva (S) de pérdida del sistema única para la compuerta (1) obtenida de antemano. Un punto de intersección de la altura (Ha) efectiva para la turbina (W) hidráulica y la curva (E) de generación de energía máxima es un punto b de funcionamiento de la turbina (W) hidráulica para obtener la salida nominal del generador (G). Es decir, el caudal (Q1 = Qb) en la turbina (W) hidráulica que corresponde al punto b de funcionamiento es el valor de comando de caudal (Q1 *) de la turbina (W) hidráulica para obtener la salida nominal.
-Operación autónoma-
A continuación, la operación autónoma realizada cuando el sistema (5) de energía está en un estado de falla de energía se describirá con referencia a las FIGS. 4 a 6.
Como se muestra en el diagrama de flujo de la FIG. 5, se supone que la unidad (32) de detección de fallos de energía detecta una falla de energía del sistema (5) de energía en el funcionamiento normal (Etapa (S1)). A continuación, la unidad (33) de control de conmutación conmuta los estados de la primera unidad (41) de conmutación, la segunda unidad (42) de conmutación y la tercera unidad (43) de conmutación. Específicamente, la segunda unidad (42) de conmutación se establece en el estado APAGADO y la tercera unidad (43) de conmutación se establece en el segundo estado en la operación autónoma. Además, la conmutación de la primera unidad (41) de conmutación se repite a una relación de trabajo predeterminada. La relación de trabajo varía según el consumo de energía de los dispositivos (15, 16, 17, 18) eléctricos proporcionados en la compuerta (1).
De esta manera, la energía generada por el generador (G) se suministra a la unidad (21) convertidora de CA/CC, la unidad (31) de inversor y el circuito (50) auxiliar en la operación autónoma. La energía generada suministrada a cada uno de los circuitos (50) auxiliares se suministra a la primera válvula (15) accionada por motor, la segunda válvula (16) accionada por motor, el primer medidor de flujo (17) y el segundo medidor de flujo (18). Al mismo tiempo, la energía generada por el generador (G) se suministra al resistor (40) regenerativo según corresponda. Por consiguiente, se puede reducir de manera confiable un aumento excesivo en el voltaje del controlador (20) del generador.
Cuando se inicia la operación autónoma, primero se realiza el control para que la energía generada por el generador (G) se reduzca a la fuerza a un valor predeterminado (control del generador). En el control del generador, el valor objetivo de la energía que generará el generador (G) se cambia a un valor (Pc) de energía inferior a la salida nominal, como se muestra en la FIG. 4.
La unidad (24) de determinación de comando de caudal obtiene un punto c de funcionamiento de la turbina (W) hidráulica para ajustar la energía que generará el generador (G) al valor (Pc) de energía desde, por ejemplo, un punto de intersección de una curva R, pasando por la altura (Ho) total y el punto de funcionamiento actual b, y una curva (Pc) de generación de energía igual correspondiente a un valor objetivo de la energía generada. La unidad (24) de determinación de comando de caudal obtiene un valor (Q1 = Qc) de comando de caudal correspondiente al punto c de funcionamiento. La curva R puede considerarse como una línea característica de resistencia al flujo que representa la relación entre una altura (H) efectiva y el caudal (Q1) del fluido que pasa a través de la turbina (W) hidráulica, en un estado donde la válvula (15) accionada por motor está abierta a un grado de apertura predeterminado (por ejemplo, 100 %) en el punto b de funcionamiento. Esto significa que el control del generador (G) de tal manera que el punto b de funcionamiento se desplaza al punto c de funcionamiento permite que la energía generada se desplace al valor de energía (Pc) mientras se mantiene el grado de apertura de la válvula (15) accionada por motor a un nivel constante.
La unidad (25) de control de caudal controla la conmutación de la unidad (21) convertidora de CA/CC de modo que el caudal (Q1) en la turbina (W) hidráulica sea el valor de comando de caudal (Qc) por medio de, por ejemplo, control de retroalimentación, convergiendo así la salida del generador (G) al valor de energía objetivo (Pc).
Dicho control para reducir la salida del generador (G) es superior en capacidad de respuesta al control de la válvula accionada por motor que se describe a continuación. Por consiguiente, la salida del generador (G) se puede reducir rápidamente al valor (Pc) de energía objetivo. Es decir, la salida del generador (G) puede reducirse instantáneamente después de la falla de energía del sistema (5) de energía, lo que hace posible evitar un aumento de tensión en el circuito de fuente de alimentación (C) con fiabilidad y reducir la capacidad de resistencia del resistor (40) regenerativo.
Cuando la salida del generador (G) ha alcanzado el valor de energía objetivo (Pc) a través del control del generador, el proceso pasa a la Etapa (S4) y se ejecuta el control de la válvula accionada por motor. En el control de válvula accionada por motor, la unidad (26) de control de válvula reduce gradualmente el grado de apertura de la primera válvula (15) accionada por motor. Específicamente, en una condición, por ejemplo, donde el grado de apertura de la primera válvula accionada por motor 15 es del 100 % en el punto c de funcionamiento, el grado de apertura disminuye gradualmente al 75 %, 50 % y 30 %. Como resultado, la altura (H) efectiva para la turbina (W) hidráulica también disminuye gradualmente, y el punto de funcionamiento de la turbina (W) hidráulica se mueve en el orden de un punto d, un punto e y un punto f.
En el control de la válvula accionada por motor, la unidad (25) de control de caudal ajusta con precisión el caudal (Q1) en la turbina (W) hidráulica para mantener la energía generada por el generador (G) en el valor (Pc) de energía objetivo. La energía generada por el generador (G) se puede obtener, según corresponda, de, por ejemplo, un valor (voltaje de CC (Vdc)) detectado por la unidad (22) de detección de voltaje de CC.
De esta manera, el control del generador y el control de la válvula accionada por motor permiten acercar el punto de funcionamiento de la turbina (W) hidráulica a la curva (E) de generación de energía máxima mientras se mantiene la energía generada por el generador (G) en el valor (Pc) de energía objetivo. Por ejemplo, el punto de funcionamiento de la turbina (W) hidráulica está lejos del punto de funcionamiento nominal (por ejemplo, el punto b de funcionamiento) cuando el punto de funcionamiento de la turbina (W) hidráulica está en el punto c. Si el punto de funcionamiento de la turbina (W) hidráulica se mantiene en el punto c en la operación autónoma, la turbina (W) hidráulica continúa funcionando en una región inestable, lo que puede conducir, por ejemplo, a la cavitación.
Por otro lado, cuando la altura (H) efectiva para la turbina (W) hidráulica se baja a través del control de válvula accionada por motor descrito anteriormente, el punto de funcionamiento de la turbina (W) hidráulica se acerca a la curva (E) de generación de energía máxima, de modo que la turbina (W) hidráulica puede funcionar en la región estable. Esta configuración puede reducir la posibilidad de cavitación y puede mejorar la eficiencia de generación de energía en el funcionamiento autónomo. En vista de esto, en una realización preferida, el grado de apertura de la válvula (15) accionada por motor se reduce a través del control de la válvula accionada por motor de modo que el punto de funcionamiento final de la turbina (W) hidráulica en la operación autónoma satisface el valor (Pc) de energía objetivo y está ubicado en la curva (E) de generación de energía máxima.
La energía generada por el generador (G) ya está en el valor (Pc) de energía objetivo al inicio del control de la válvula accionada por motor, lo que permite suministrar la energía generada deseada a la primera válvula (15) accionada por motor con fiabilidad. Por consiguiente, el grado de apertura de la primera válvula (15) accionada por motor se puede reducir con fiabilidad.
En una realización preferida, el grado de apertura de la segunda válvula (16) accionada por motor se fija a un grado de apertura constante en el control del generador y el control de la válvula accionada por motor. Por lo tanto, se reduce el número de parámetros de control utilizados en el control del generador y el control de la válvula accionada por motor, lo que puede simplificar el proceso de control.
Por otro lado, después de completar el control del generador y el control de la válvula accionada por motor, la segunda válvula (16) accionada por motor se controla de modo que el caudal (QT) total alcance el caudal (QT*) objetivo de la misma manera que en el funcionamiento normal (Etapa (S5)). En este momento, la energía generada por el generador (G) se está suministrando a la segunda válvula (16) accionada por motor, al primer medidor de flujo (17) y al segundo medidor de flujo (18). Por consiguiente, incluso cuando el sistema (5) de energía está en un estado de falla de energía, se puede suministrar continuamente agua al caudal (QT*) objetivo al lado aguas abajo de la compuerta (1).
Cuando el sistema (5) de energía se recupera de la falla de energía a partir de entonces (Etapa (S6)), las unidades (41,42, 43) de conmutación vuelven a sus estados originales y se reanuda el funcionamiento normal.
-Ventajas de la realización-
Como se puede observar, la operación autónoma se realiza en la presente realización cuando el sistema (5) de energía cae en un estado de falla de energía. En la operación autónoma, la energía generada por el generador de energía (G) se suministra a cada uno de los dispositivos (15, 16, 17, 18) eléctricos proporcionados en la compuerta (1). Por consiguiente, es posible operar continuamente estos dispositivos (15, 16, 17, 18) eléctricos sin usar un dispositivo (UPS) de fuente de alimentación ininterrumpida, por ejemplo.
La energía generada por el generador (G) se reduce a un nivel mínimo requerido en la operación autónoma, lo que puede reducir la sobretensión del circuito (C) de suministro de energía. Además, la provisión del resistor (40) regenerativo permite consumir el exceso de energía con fiabilidad.
El control del generador se realiza primero en la operación autónoma. En el control del generador, el generador (G) se controla para reducir la energía a generar. Por consiguiente, la energía generada por el generador (G) se puede reducir rápidamente después de la falla de energía del sistema (5) de energía, lo que permite reducir la capacidad de resistencia del resistor (40) regenerativo.
El control de la válvula accionada por motor para reducir el grado de apertura de la primera válvula (15) accionada por motor se realiza después del control del generador, lo que permite que el punto de funcionamiento de la turbina (W) hidráulica se cambie de una región inestable a una región estable. Por consiguiente, se puede evitar la cavitación y también se puede mejorar la eficiencia de generación de energía. La primera válvula (15) accionada por motor puede ser operada de manera confiable por la energía generada por el generador (G). Además, el control del generador y el control de la válvula accionada por motor en combinación hacen posible evitar rápidamente un aumento excesivo de la energía de salida del generador (G) a través del control del generador, cuya capacidad de respuesta es relativamente alta, y evitar de manera confiable la cavitación a través del control de la válvula accionada por motor, cuya capacidad de respuesta es relativamente baja.
En la operación autónoma, los dispositivos (15, 16, 17, 18) eléctricos pueden ser operados continuamente por la energía reducida generada por el propio generador (G). Por consiguiente, incluso en el caso de una falla de energía del sistema (5) de energía, se puede suministrar agua a un caudal deseado al lado aguas abajo de la compuerta (1).
«Segunda realización»
Un sistema (10) de generación de energía hidráulica de una segunda realización que se ilustra en la FIG. 7 tiene una carga (54) de emergencia conectada al circuito (50) auxiliar de la primera realización. La carga (54) de emergencia consiste, por ejemplo, en una luz de emergencia que se enciende cuando falla el sistema (5) de energía.
Según la segunda realización, la energía generada se suministra a cada uno de los dispositivos (15, 16, 17, 18) eléctricos de la misma manera que en la primera realización cuando el sistema (5) de energía falla. Al mismo tiempo, parte de la energía generada también se suministra a la carga (54) de emergencia a través del circuito (50) auxiliar. Por consiguiente, la carga (54) de emergencia se puede operar de manera confiable sin usar una fuente de energía ininterrumpida (UPS) en el momento de la falla de energía del sistema (5) de energía.
Cabe señalar que el valor de energía objetivo (por ejemplo, Pc) del generador (G) en la operación autónoma según la segunda realización se establece en un valor obtenido al sumar la energía consumida por la carga (54) de emergencia al valor total instantáneo de la energía consumida por los dispositivos (15, 16, 17, 18) eléctricos proporcionados en la compuerta (1). Asimismo, la capacidad de resistencia del resistor (40) regenerativo corresponde a un valor obtenido sumando la energía consumida por la carga (54) de emergencia a la capacidad de resistencia según la primera realización.
«Tercera realización»
Un sistema de generación de energía hidráulica (10) según una variación que se muestra en la FIG. 8, la compuerta (1) no incluye las dos tuberías (12, 13) de derivación. Un primer medidor de flujo (17), una primera válvula (15) accionada por motor y una turbina (W) hidráulica están conectados en serie a la única compuerta (1) en el orden establecido desde aguas arriba hasta aguas abajo.
También en este ejemplo, la energía generada por el generador (G) se puede suministrar al primer medidor de flujo (17) y a la primera válvula (15) accionada por motor cuando falla el sistema (5) de energía. Esta configuración permite que el agua ajustada a un cierto caudal se suministre al lado aguas abajo de la compuerta (1) incluso después de la falla de energía del sistema (5) de energía.
<Otras realizaciones>
La unidad (17, 18) de adquisición de caudal según las realizaciones descritas anteriormente consiste en un medidor de flujo. Sin embargo, la unidad (17, 18) de adquisición de caudal puede configurarse para incluir el mapa (M) de características descrito anteriormente y para estimar cada caudal según el mapa (M) de características. El sistema (10) de generación de energía hidráulica puede instalarse no solo para la compuerta (1), sino también para un canal de agua abierto o para un canal de agua donde estén presentes un canal de agua cerrado (por ejemplo, una compuerta) y un canal de agua abierto. Como ejemplo, el sistema (10) de generación de energía hidroeléctrica se puede instalar para una vía fluvial agrícola.
El fluido suministrado a la turbina (W) hidráulica no se limita al agua. Por ejemplo, se puede usar como fluido la salmuera que se usa en un acondicionador de aire instalado en un edificio o cualquier otra instalación.
La ubicación de instalación del sistema (10) de generación de energía hidráulica no se limita a las obras hidráulicas (4). En las realizaciones anteriores, la energía generada por el generador (G) se reduce en la operación autónoma a través del control del generador (G) y el grado de apertura de la primera válvula (15) accionada por motor. Sin embargo, la energía generada por el generador (G) puede reducirse en la operación autónoma solo a través del control de reducción del grado de apertura de la primera válvula (15) accionada por motor, que es un dispositivo eléctrico, sin controlar el generador (G). Alternativamente, la energía generada por el generador (G) puede reducirse solo a través del control del generador (G) sin controlar el grado de apertura de la primera válvula (15) accionada por motor. La energía generada por el generador (G) se reduce a un nivel mínimo requerido en la operación autónoma, lo que puede reducir la sobretensión del circuito (C) de suministro de energía. También se puede proporcionar un resistor (40) regenerativo similar a la de las realizaciones anteriores para estas configuraciones, en una realización preferida. En tal caso, la capacidad de respuesta del resistor (40) regenerativo puede ser mayor que la del generador (G) y la de la primera válvula (15) accionada por motor en una realización preferida.
Particularmente en el caso donde el grado de apertura de la primera válvula (15) accionada por motor se reduce para reducir la energía generada por el generador (G), existe la posibilidad de que la respuesta de la primera válvula (15) accionada por motor pueda retrasarse, lo que resulta en un aumento excesivo de tensión del controlador (20) del generador. Sin embargo, un aumento excesivo de voltaje del controlador (20) del generador puede reducirse rápidamente por el resistor (40) regenerativo ya que la capacidad de respuesta del resistor (40) regenerativo es generalmente mayor que la de la primera válvula (15) accionada por motor. Además, la capacidad del resistor (40) regenerativo también se puede reducir, ya que la energía generada por el generador (G) se reduce al nivel mínimo requerido a través del control de la válvula accionada por motor.
Aplicación industrial
La presente invención es útil como un sistema de generación de energía hidráulica.
Descripción de los caracteres de referencia
1 Compuerta (canal de agua)
5 Sistema de energía
13 Segunda tubería de derivación (canal de derivación)
15 Primera válvula accionada por motor
16 Segunda válvula accionada por motor
17 Primer medidor de flujo (unidad de adquisición de caudal)
18 Segundo medidor de flujo (unidad de adquisición de caudal)
20 Controlador del generador (unidad de control)
40 Resistor regenerativo (resistor)

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de generación de energía hidráulica, comprendiendo:
una máquina (W) de fluidos conectada a un canal (1) de agua a través del cual fluye un fluido;
un generador (G) accionado por la máquina (W) de fluidos;
un circuito (C) de suministro de energía que suministra energía generada por el generador (G) a un sistema (5) de energía; y
una unidad (20) de control que controla el circuito (C) de suministro de energía para realizar una operación normal de suministro de energía desde el sistema (5) de energía a un dispositivo eléctrico predeterminado (15, 16, 17, 18) proporcionado en el canal (1) de agua y una operación autónoma de suministro de la energía generada por el generador (G) eléctrico al dispositivo (15, 16, 17, 18) eléctrico a través del circuito (C) de suministro de energía, en donde
la unidad (20) de control ejecuta el funcionamiento autónomo cuando el sistema (5) de energía falla caracterizado por que la unidad de control reduce una energía de salida del generador (G) en el funcionamiento autónomo.
2. El sistema de generación de energía hidráulica de la reivindicación 1, en donde
la unidad (20) de control controla el generador (G) de modo que la energía de salida del generador (G) disminuya en el funcionamiento autónomo.
3. El sistema de generación de energía hidráulica de la reivindicación 1, en donde
una válvula (15) accionada por motor está conectada al canal (1) de agua como el dispositivo eléctrico, y la unidad (20) de control reduce un grado de apertura de la válvula (15) accionada por motor en la operación autónoma de modo que la energía de salida del generador (G) disminuye.
4. El sistema de generación de energía hidráulica de la reivindicación 1, en donde
una válvula (15) accionada por motor está conectada al canal (1) de agua como el dispositivo eléctrico, y la unidad (20) de control controla el generador (G) y un grado de apertura de la válvula (15) accionada por motor de modo que la energía de salida del generador (G) disminuya en el funcionamiento autónomo.
5. El sistema de generación de energía hidráulica de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde una válvula (16) accionada por motor está conectada al canal (1) de agua como el dispositivo eléctrico, el sistema de generación de energía hidráulica incluye además una unidad (17, 18) de adquisición de caudal que adquiere un caudal del fluido en el canal (1) de agua, y
la unidad (20) de control controla un grado de apertura de la válvula (16) accionada por motor según el caudal adquirido por la unidad (17, 18) de adquisición de caudal cuando falla el sistema (5) de energía.
6. El sistema de generación de energía hidráulica de la reivindicación 5, en donde
el canal (1) de agua tiene un canal (13) de derivación que deriva la máquina (W) de fluidos y al que está conectada la válvula (16) accionada por motor, y
la unidad (20) de control controla un grado de apertura de la válvula (16) accionada por motor de modo que un caudal total del fluido que fluye fuera del canal (1) de agua se acerca a un caudal objetivo cuando el sistema (5) de energía falla.
7. El sistema de generación de energía hidráulica de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde un resistor (40) que consume la energía generada por el generador (G) cuando el sistema (5) de energía falla está conectada al circuito (C) de suministro de energía.
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