Tesis doctoral de José Ignacio Sarasua Moreno
La implantación de minicentrales hidroeléctricas está experimentando un considerable impulso en los últimos años. En los países desarrollados las minicentrales permiten obtener energía en aquellas localizaciones donde una gran central no sería viable además de minimizar el impacto ambiental que produce la obra civil (presa, edificio de la central…). En los países en vías de desarrollo las minicentrales permiten la electrificación de zonas rurales alejadas de los grandes núcleos de población proporcionando un empuje decisivo para su crecimiento socioeconómico. la gran mayoría de minicentrales son fluyentes, es decir, carecen de un elemento almacenador suficientemente grande que les permita la regulación del caudal turbinado o de la energía producida. La pequeña potencia instalada (menos de 10 mw) tampoco les permite contribuir al mantenimiento de la frecuencia de la red, salvo que operen en isla, lo que ocurre en muy contadas ocasiones. Por tanto, en el caso de minicentrales fluyentes, es recomendable la operación de la central con el control de nivel en el azud de derivación o en la cámara de carga, porque posibilita la reducción de la superficie del embalse o de la cámara y permite combinar su uso hidroeléctrico con otros como puede ser el regadío. el primer objetivo de la presente tesis es la elaboración de un modelo matemático en el entorno de programación matlab, que simule la operación de una minicentral hidroeléctrica fluyente con control de nivel. Dicho modelo se aplica a las tres tipologías de minicentrales más comunes: a pie de presa, en derivación con canal en lámina libre y cámara de carga y en derivación con galería en presión y chimenea de equilibrio. Todos los modelos se implantan en una central de referencia y mediante simulaciones se comprueba su comportamiento dinámico. Merece especial mención el modelo de canal obtenido a partir de la linealización de las ecuaciones de saint venant y el posterior desarrollo de su matriz de transferencia que permite su conexión con los demás componentes del modelo. una vez elaborados los modelos se procede al estudio de la estabilidad en pequeña perturbación de la central en condiciones normales de operación. Para ello, siguiendo las teoría de control clásico, se linealizan las ecuaciones que reflejan la dinámica de cada componente de la central dando lugar a su formulación canónica y a la matriz dinámica del sistema. A partir de dicha matriz y aplicando el criterio de estabilidad de routh-hurwitz se puede llegar a las siguientes conclusiones: centrales en derivación con canal y centrales a pie de presa: – las dimensiones de la cámara de carga y del azud de derivación no influyen en la estabilidad de la central. – se mejora la estabilidad de la central conforme se turbina menor caudal. centrales en derivación con galería y chimenea: – el control de nivel resulta más estable que el control de frecuencia-potencia. – la estabilidad empeora cuando se reduce el caudal turbinado. – la superficie del azud y de la chimenea sí intervienen en la estabilidad de la central. – el vertido del caudal ecológico entre el azud de toma y la descarga mejora la estabilidad de la central. una vez estudiada la estabilidad de la minicentral es sus tres tipologías se propone un criterio heurístico que permite la sintonización de las ganancias del controlador pi que acciona el distribuidor del la turbina. La técnica del lugar de raíces, ampliamente utilizada en la teoría del control clásico, permite establecer una relación a priori entre las ganancias del controlador y las oscilaciones que aparecen en la respuesta de la central. Las ganancias propuestas permiten la minimización de la oscilación así como del tiempo de establecimiento de la respuesta, en función de las dimensiones de los principales componentes de la central así como de su punto de operación. De la aplicación del criterio se concluye: – en la central con canal y cámara de carga la variación del punto de operación apenas modifica las ganancias, por lo que no se considera necesario el control adaptativo. – en la central con galería y chimenea de equilibrio el ajuste del controlador para un punto de operación puede generar inestabilidades en otras circunstancias de funcionamiento, por lo que sí se aconseja el control adaptativo en este caso. – en la central a pie de presa el criterio propuesto no es aplicable ya que exige una precisión excesiva en el sensor de nivel y una acción de control considerable. por último, cabe añadir, que todo el trabajo realizado se enmarca dentro la fase de diseño y predimensionamiento de una minicentral. Con ello se pretende facilitar un diseño de la planta que garantice una respuesta adecuada en condiciones normales de operación.
Datos académicos de la tesis doctoral «Control de minicentrales hidroeléctricas fluyentes. modelado y estabilidad«
- Título de la tesis: Control de minicentrales hidroeléctricas fluyentes. modelado y estabilidad
- Autor: José Ignacio Sarasua Moreno
- Universidad: Politécnica de Madrid
- Fecha de lectura de la tesis: 24/04/2009
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- José Román Wilhelmi Ayza
- Tribunal
- Presidente del tribunal: José Jesús Fraile mora
- José angel Sainz borda (vocal)
- José Dominguez de posada rodriguez (vocal)
- almudena García gorostiaga (vocal)