Adaptación de señales de E/S de un DSP para el simulador de centrales eléctricas Virtual Machine

Macera Fumis, Lucía (2016). Adaptación de señales de E/S de un DSP para el simulador de centrales eléctricas Virtual Machine. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Descripción

Título: Adaptación de señales de E/S de un DSP para el simulador de centrales eléctricas Virtual Machine
Autor/es:
  • Macera Fumis, Lucía
Director/es:
  • Platero Gaona, Carlos Antonio
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Fecha: Septiembre 2016
Materias:
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

Una central de generación debe ser capaz de suministrar energía de forma continua. Las variaciones en el suministro de energía impiden el correcto funcionamiento de la red eléctrica y pueden generar averías y disminución de la vida útil de las máquinas y dispositivos conectados a la red. Por lo tanto es importante monitorizar en todo momento la central y actuar ante los fallos y variaciones que se produzcan. Para ello las centrales precisan de sistemas de regulación, de control y de protección. Actualmente, las protecciones se implementan mediante relés de protección, mientras que la tarea de regulación y control la realiza el regulador automático de tensión, o AVR, que también ofrece funciones de limitación y protección. La configuración y el manejo de estos dispositivos requieren un entrenamiento que por razones de seguridad se lleva a cabo en laboratorios con generadores de baja potencia. Esto implica que las condiciones de operación y los tiempos de respuesta no son los que se darán en una situación real en una central. Por esta razón, el Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales (ETSII) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) está desarrollando el proyecto Virtual Machine, una plataforma de simulación en tiempo real de centrales de generación que permita la configuración y la realización de ensayos de equipos de control y protección. Para ello el departamento cuenta con un procesador digital de señales o DSP (DS1103 de dSPACE), un ordenador, un regulador automático de tensión (Unitrol® 1000 de ABB) y un relé multifunción (MiCOM P345 de Schneider Electric). La central simulada consta de una máquina síncrona de 52 MVA y 13,8 kV, un interruptor y un transformador de potencia de 52 MVA y relación 220 / 13,8 kV. Se considerará la posición del interruptor antes y después del transformador y el funcionamiento del generador desacoplado de la red. A partir de un modelo de Simulink®, como el de la Figura 1, el DSP simulará la operación de la central y generará las señales correspondientes a las tensiones y corrientes. Esta es la información que necesitan el regulador y el relé para funcionar, con la que el AVR dará las órdenes de apertura o cierre del interruptor y controlará la excitación del generador de forma que se mantenga el nivel de tensión y se regule la potencia reactiva. Sin embargo, el DSP no se puede conectar directamente al regulador ni al relé de protecciones, ya que, por una parte, sus niveles de tensión de entrada y salida son muy diferentes, y, por otra parte, resultaría peligroso para los equipos, pues un fallo en uno se transmitiría a todo el sistema. Así, el objetivo del proyecto que se describe en este documento es posibilitar la transmisión de la información necesaria entre el DSP, el regulador y el relé multifunción. Para ello es necesario adaptar los niveles de tensión y corriente de las señales emitidas a unos valores aceptables para el equipo receptor: el panel conector del DSP admite hasta 10 V y 5 mA, mientras que el regulador y el relé trabajan con valores más altos. En cuanto a las señales digitales, estas también se encuentran a distinto nivel, 5 V las entradas y salidas del DSP y 24 V las del regulador. A continuación se describen las señales a transmitir: •Las tensiones y corrientes trifásicas antes y después del transformador de potencia y la tensión de la red: son las salidas analógicas del DSP. Con esta información el regulador y el relé podrán detectar anomalías en el funcionamiento del sistema. •La caída de tensión en el rotor de la máquina síncrona provocada por la corriente de excitación. Es una entrada analógica del DSP, necesaria para conseguir una simulación realista. •El estado del interruptor. Son las salidas digitales del DSP, con las que el regulador sabrá en todo momento la situación en la que se encuentra la central. •La orden de cierre o apertura del interruptor. Son las entradas digitales del DSP, emitidas por el regulador de tensión. Los niveles a adaptar en las salidas analógicas del DSP, tema tratado en el capítulo 3 del presente documento, son: •Tensiones en bornes de la máquina síncrona. •Tensión de red. •Intensidades antes y después del transformador. Sin embargo, el panel conector del DSP no cuenta con suficientes canales de salidas analógicas, sino que sólo tiene 8 y deberán asignarse en función del ensayo que se vaya a realizar en cada ocasión: para el AVR se utilizarán las tensiones y las intensidades en bornes de la máquina síncrona y la tensión de red, y para el relé de protecciones se conectarán las corrientes antes y después del transformador y la tensión de red. Una vez se han tenido las tarjetas de circuito impreso montadas y conectadas a los transformadores, y tras realizar los ensayos, se han ajustado desde ControlDesk las constantes de cada una que compensan las resistencias internas de sus componentes. Tras la simulación del circuito y su ensayo en una protoboard, se ha diseñado la tarjeta de circuito impreso. Una vez todas las tarjetas estuvieron listas se ajustaron sus constantes en el modelo. En cuanto a las entradas analógicas del DSP, el panel conector cuenta con 20 canales, pero sólo se utilizará una señal: la caída de tensión que provoca la excitación de la máquina síncrona. Su valor se ha tratado mediante un transductor de tensión de efecto Hall. Este elemento genera una tensión proporcional a la corriente que se quiere medir. La constante de proporcionalidad es función de una resistencia externa conectada en serie. Posteriormente se ha ajustado desde ControlDesk el valor necesario de la ganancia para el funcionamiento del modelo. Se ha dejado preparada una segunda etapa de adaptación para un uso futuro: la alimentación tipo shunt del regulador. En este caso el modelo deberá conocer la tensión medida después del filtro del inversor. Con respecto a las señales digitales, el panel conector presenta 50 canales de los cuales 32 pueden usarse como señales de E/S, agrupados en 4 grupos de 8. Se han tomado 2 grupos para las salidas y los otros 2 para las entradas. Las salidas digitales del DSP se utilizan para comunicar al regulador cuál es el estado de la central en cada momento. Son convertidas de 5 V a 24 V a través de un circuito formado por un optoacoplador y un relé, de forma que se evita el contacto eléctrico entre los dos niveles de tensión. Las entradas digitales del DSP se utilizan para comunicar al DSP las órdenes del regulador. Los 24 V que salen del AVR se transforman a 5 V mediante relés libres de potencial, consiguiendo también un aislamiento entre los dos circuitos. De esta forma se tienen ya todas las señales preparadas para su incorporación al sistema. Para las simulaciones, se cuenta con los siguientes modelos: •Central de generación para ensayo del regulador de tensión. •Central de generación para ensayo de las protecciones. •Generador no acoplado a la red.

Más información

ID de Registro: 43971
Identificador DC: http://oa.upm.es/43971/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:43971
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 27 Nov 2016 17:39
Ultima Modificación: 27 Nov 2016 17:39
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