Mejora de la regulación de potencia activa en turbinas tipo pelton de centrales hidroeléctricas de 80 MW basado en el diseño de algoritmos de control difuso PID

Abstract

Una de las problemáticas que enfrenta el sector de generación hidroeléctrica en el Perú es la optimización de los recursos hídricos. Los sistemas de regulación de velocidad de los grupos generadores en una central hidroeléctrica no cuentan con sistemas de control que logren la optimización de la potencia activa generada debido a que se basan en algoritmos de control convencionales, los cuales no tienen índices adecuados de performance. Por ello, la presente tesis busca diseñar un algoritmo de control basado en difuso PID para un regulador de velocidad de un grupo generador de 80 MW de una central hidroeléctrica, con el fin de mejorar la potencia activa generada. Para el logro de lo indicado, se inicia con el planteamiento de un adecuado modelamiento matemático que describe la dinámica y comportamiento de una central hidroeléctrica. A continuación, se realiza el diseño del algoritmo de control fuzzy PID, cuya performance es comparada con los algoritmos PID mecánico-hidráulico y control PID por asignación de polos mediante simulación usando el software MATLAB Student R2020a. Posteriormente, los resultados obtenidos serán comparados y validados utilizando índices de performance como el tiempo de establecimiento, porcentaje de sobre impulso y considerando el índice ISE (integral del error al cuadrado). Palabras claves: fuzzy PID, grupo generador, potencia activa.

One of the problems facing the hydroelectric generation sector in Peru is the optimization of water resources. The speed governor systems in a hydroelectric plant don’t have control systems that achieve the optimization of the active power generated because they are based on conventional control algorithms, which don’t have adequate performance indicator. For this reason, the present thesis seeks to design a control algorithm based on fuzzy PID for a speed governor of an 80 MW generator set of a hydroelectric plant, in order to improve the active power generated. To achieve the above, it begins with the approach of an adequate mathematical modeling that describes the dynamics and behavior of a hydroelectric plant. Next, the design of the fuzzy PID control algorithm is carried out, whose performance is compared with the mechanical-hydraulic PID algorithms and PID control by pole assignment by simulation using the MATLAB Student R2020a software. Subsequently, the results obtained will be compared and validated using performance indicator such as the establishment time, percentage of overshoot and considering the ISE index (integral of the squared error).