Efecto del acople hidráulico de tuberías de presión en el desempeño de la regulación primaria de frecuencia de la central hidroeléctrica Santiago Antúnez de Mayolo

Abstract

En la presente tesis se calcula el efecto que tienen las tuberías acopladas hidráulicamente en la central hidroeléctrica Santiago Antúnez de Mayolo; ésta central presenta el aspecto constructivo de acoplamiento hidráulico de turbinas y tuberías de presión. Se realiza un resumen de la evolución del control de las centrales hidroeléctricas, abarcando desde los primeros modelos, hasta técnicas actuales de control de estas centrales. Luego se explica el modelo clásico de una central hidroeléctrica para estudios de regulación primaria de frecuencia, desarrollando los bloques de regulador de velocidad, sistema oleodinámico, hidráulico y el bloque generador, luego se desarrolla un modelo general del sistema hidráulico de una central hidroeléctrica desde el embalse hasta la turbina, esto implica la inclusión de un túnel de aducción, un pozo de oscilación y la consideración de efectos físicos en las tuberías de presión, inicialmente despreciados en el modelo clásico. Posteriormente se desarrolla el modelo general del sistema hidráulico considerando diferentes tipos de acoplamiento hidráulico. Luego se modela el sistema de control de la central Santiago Antúnez de Mayolo y se implementan los modelos del sistema hidráulico desarrollados con los casos de acoplamiento propuestos utilizando la herramienta Simulink del software MATLAB. Finalmente se simulan eventos de desbalance generación-demanda con la Central hidroeléctrica operando en un sistema aislado, se analizan los resultados y se contrastan con los resultados obtenidos con el modelo clásico del sistema hidráulico de la Central, con el fin de identificar el efecto del acoplamiento hidráulico.

In this thesis, the effect of hydraulically coupled pipes in Santiago Antúnez de Mayolo hydroelectric plant is calculated; this plant presents the constructive aspect of hydraulic coupling of turbines and pressure pipes. A summary is made of the hydroelectric power plants control evolution, starting from the early models, to the current control techniques of the power plants. Then, the hydroelectric plant classical model for frequency primary regulation studies is explained, developing the blocks of speed regulator, hydraulic system, hydraulic and the generator block. Then a hydroelectric power plant hydraulic system general model is developed, from the reservoir up to the turbine, this implies the inclusion of a tunnel, an oscillation pit and the consideration of physical effects in the pressure pipes, initially neglected in the classical model. Subsequently, the hydraulic system general model considering different types of hydraulic coupling is developed. The control system of the Santiago Antúnez de Mayolo plant is then mathematically modeled and the hydraulic system models developed with the proposed coupling cases are implemented using the Simulink tool of the MATLAB software. Finally, generation-demand imbalance events are simulated with the hydroelectric power plant operating in an isolated system; the results are analyzed and contrasted with the results detected with the classic model of the Hydraulic system of the Power Plant, in order to identify the effect of the coupling hydraulic.