Diseño y simulación de un algoritmo de control óptimo aplicado al regulador de velocidad para un grupo generador de 20 MW de una central hidroeléctrica

Abstract

El desarrollo de la presente tesis está orientado al diseño de un algoritmo de control óptimo del tipo LQR (Linear Quadratic Regulator, Regulador Cuadrático Lineal) para la regulación primaria de la frecuencia de un grupo generador de 20MW en una Central Hidroeléctrica, todo esto con el fin de mejorar las limitaciones que presentan algoritmos de control tradicionales como el PID o el algoritmo de control mecánico-hidráulico usados para este fin. Se enfoca de esta manera también en realizar un adecuado modelamiento que describa el comportamiento de una central de generación hidroeléctrica. Una vez diseñado el algoritmo de control LQR, se compara con los algoritmos PID mecánico-hidráulico mediante la simulación usando el software MATLAB Student R2015b. Posteriormente, en los resultados se analizará la performance de estos algoritmos en términos del tiempo de establecimiento y sobreimpulso. Finalmente, se realiza una propuesta de implementación de un regulador de velocidad con costos de inversión, en la que, mediante una evaluación económica, se aplicará fórmulas financieras del Valor Actual Neto(VAN) y Tasa Interna de Retorno (TIR) para evaluar la bondad de la ejecución del proyecto.

The development of this thesis is oriented to the design of an optimal control algorithm of the LQR type (Linear Quadratic Regulator, Linear Quadratic Regulator) for the primary frequency regulation of a 20MW generator group in a Hydroelectric Power Plant, all with the in order to improve the limitations presented by traditional control algorithms such as the PID or the mechanical-hydraulic control algorithm used for this purpose. It also focuses in this way on adequate modeling that describes the behavior of a hydroelectric power plant. Once the LQR control algorithm is designed, it is compared with the mechanical-hydraulic PID algorithms by simulation using the MATLAB Student R2015b software. Subsequently, the results will analyze the performance of these algorithms in terms of settling time and overshoot. Finally, a proposal for the implementation of a speed governor with investment costs is made, in which, through an economic evaluation, financial formulas of the Net Present Value (NPV) and Internal Rate of Return (IRR) will be applied to assess the goodness of project execution.