EP1166422A1 - Improved method for supplying electric power to a network using an alternating current generator associated with a turbine - Google Patents

Improved method for supplying electric power to a network using an alternating current generator associated with a turbine

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Publication number
EP1166422A1
EP1166422A1 EP01907701A EP01907701A EP1166422A1 EP 1166422 A1 EP1166422 A1 EP 1166422A1 EP 01907701 A EP01907701 A EP 01907701A EP 01907701 A EP01907701 A EP 01907701A EP 1166422 A1 EP1166422 A1 EP 1166422A1
Authority
EP
European Patent Office
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voltage
generator
network
active power
nominal
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01907701A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Serge Mourier
Marc Vezinet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP1166422A1 publication Critical patent/EP1166422A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1885Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using rotating means, e.g. synchronous generators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30Reactive power compensation

Definitions

  • the present invention relates to the conditions for connection to the network of electrical energy production sites and relates more particularly to the improvement of the conditions for connection to the network of high power alternators.
  • the connection to the network of a generator of the aforementioned type is ensured by means of a transformer.
  • the generator delivers active power and reactive power to the network.
  • the active power Pg supplied by the alternator is given by the relation:
  • Vcp is the voltage across the network, at the transformer output
  • I is the current
  • ⁇ cp is the power factor seen by the network at the delivery point.
  • Vg. cos ⁇ g Vcp.cos ⁇ cp
  • the active power received by the network is equal to the active power supplied by the alternator, assuming that the transformer losses are negligible.
  • Xt is the resistance of the transformer.
  • the reactive power received by the network is equal to that supplied by the alternator, reduced by the consumption of the transformer in reactive power Xtl 2 .
  • the active power and the reactive power of the network supplied by the generator are constant data which the electric energy supplier must take into account for the construction and operation of the generator.
  • Specifications drawn up by the EDF / GS21 study committee define the conditions for connecting private energy production units to the public transport network.
  • the main rule concerning the electrical sizing of an energy production installation is as follows: - verification of the maximum short-circuit current supplied by the installation at the point of delivery on the network, this verification resulting in the most vast majority of cases of inducing an increase in the reactance of the transformer to reduce the short-circuit current of the installation, - verification of the capacity of the installation to supply to the delivery point, a certain amount of power reactive depending on the voltage conditions (value) at the delivery point.
  • This supply constraint is expressed in the document GS21 by a graph on which the reactive power Q exchanged at the delivery point is shown on the abscissa, expressed in proportion to the maximum active power of the installation and officially called Pmax and on the ordinate, the delivery point voltage expressed as a relative value compared to a reference voltage, officially called Vref, the value of which is given by EDF.
  • the corresponding net performance [q, u] at the delivery point is a rectangle.
  • the graph of net performance [q, u] at the delivery point becomes a trapezoid.
  • the increase in the reactance of the transformer is reflected on the graph by an increase in the slope of the trapezoid.
  • the invention aims to remedy the aforementioned drawbacks of connecting large machines to the network and to improve the conditions for connecting such machines to the network.
  • the voltage is lowered so that the generator can always transform the active power of the available turbine as closely as possible or sized according to site conditions and that the generator can simultaneously deliver reactive power as closely as possible associated
  • the generator is adapted to a reduced voltage Ungf in order to reduce the short-circuit current and increase the dynamic range of the regulated voltages at least equal to that of its old range around its old nominal voltage Ungi;
  • the generator being oversized and initially designed for operation under a Ungi voltage, its operating voltage Ungf with a reduced short-circuit current is linked to the initial operating voltage Ungi by the relation:
  • Ps and Qs being respectively the active power and the reactive power of the site, and Png and Qng being respectively the nominal active power and the nominal reactive power of the generator;
  • Fig.1 is an equivalent diagram of a current generator alternative connected to the network
  • - Fig.2 is a vector representation of the voltage across the network delivered by the generator with a first reactance value of the link transformer
  • - Fig.3 is a vector representation of the voltage across the network, delivered by the generator with a second reactance value of the link transformer
  • - Figs.4 and 5 are vector representations of the characteristic quantities of the generator and the network with two different values of the voltage at the delivery point;
  • FIG. 6 is a vector representation of the voltage at the delivery point and the generator voltage and their respective slopes illustrating an additional difficulty in connecting the generator to the network.
  • Vg2cos ⁇ g2 Vcpcos ⁇ cp
  • FIGS. 2 and 3 reproduce the changes in each of the characteristic quantities when the reactance of the transformer is varied by keeping the active power Pcp and the reactive power Qcp delivered to the network constant, which responds to a general constraint imposed by network managers to keep the Qcp / Pcp ratio constant.
  • the diagram in FIG. 1 is a vector representation of the different quantities involved in the operation of the system.
  • the current I is directed towards the reference axis.
  • the voltage across the generator having a first value Vg1 has a phase shift cp g1 relative to the current I.
  • the voltage Vcp at the delivery point has a phase shift ⁇ cp with the current I due to the presence of the reactance 1 having a first value X t1 causing a voltage drop X t1 .l.
  • the vector sum of the electromotive force of the generator Eg1 and the voltage Xpl due to the Potter reactance of the generator is equal to the voltage Vg1 across the terminals of the generator.
  • the vector sum of the voltage Vcp across the network and the voltage Xr.l due to the direct reactance of the network seen at the delivery point is equal to the electromotive force at the delivery point of the network.
  • the machine thus provides the same active power but more reactive power.
  • Vg1 cos ⁇ g1 Vcp1 cos ⁇ cp
  • Vg2cos ⁇ g2 Vcp2cos ⁇ cp
  • the new current is lower than the old; the reactive power consumption in the transformer becomes:
  • the alternator must therefore supply the same active power; Pcp and a total reactive power Qg2 such that:
  • connection conditions show an additional connection condition.
  • the resulting discomfort is especially noticeable for the high network voltages which prevent the alternator, itself unable to raise its voltage by more than 10%, to provide all the expected reactive power.
  • This slope is not mathematically equal to that of the parallelogram appearing in the usual diagrams of the specifications at delivery point, but still remains fairly well represented by the slope of the parallelogram.
  • the slope is defined by the variation of reactive power exchanged at the coupling point as a function of the difference between the voltage at the coupling point and the alternator voltage.
  • Vgcos ⁇ g Vcpcos ⁇ cp (8)
  • Vgsin ⁇ g Vcpsin ⁇ cp + Xt.l (9)
  • Vg.l.sin ⁇ g Vcp.l.sin ⁇ cp + Xt I 2
  • Qg Qcp + Qt
  • Vcp voltage at the delivery point, which will be assumed to be high in order to be able to assess the absolute voltage of the alternator Vg necessary for virtually maintaining Qcp.
  • Vg absolute voltage across the generator
  • Xt constant reactance of the transformer
  • Qcp reactive power at the delivery point, the variation of which as a function of Vg (slope) must be controlled
  • Qg reactive power supplied by the alternator
  • Qt reactive power consumed by the reactance of the transformer.
  • the “turbine + generator” group is very often slightly oversized from the point of view of active power and almost always oversized from the point of view of reactive power.
  • the generator voltage is made by the manufacturer and not by the network manager.
  • this same generator is oversized in reactive power.
  • the invention consists in evaluating the generator as closely as possible according to the need of the site, by lowering the nominal voltage to the lowest while continuing to satisfy the ability to export the active power delivered by the generator drive device, the power reactive corresponding to this active power required by the consumer or the network operator.
  • the lowering of the voltage is ensured so that the alternator can always transform the active power of the drive device available or dimensioned as closely as possible according to site conditions and that the alternator can simultaneously deliver, as accurately as possible, the power associated reactive, defined by the consumer.
  • the method used is pessimistic because as the losses to the rotor are reduced in a large proportion because they vary with the square of the excitation current and the f.e.m. demand is lower, as the overall iron losses are slightly reduced due to the f.e.m. reduced, in the caloric balance of the losses to dissipate, one could therefore accept losses of the stator a little higher than the original losses.
  • x'd transient reactance (originally subtransient x "d in IEC 909).
  • x'd transient reactance (originally subtransient x "d) of the alternator.
  • Sin ⁇ ng is deduced from the nominal power factor cos ⁇ ⁇ g of the alternator.
  • cmax varies from 1 to 1, 1 according to the type of minimum or maximum short-circuit current that one seeks to establish and according to the quantity of hazards of the network that one seeks to take into account in the result final.

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Abstract

The invention concerns a method for supplying electric power to a network using an alternating current generator associated with a turbine, via a transformer (reactance XT). The invention is characterised in that it consists in assessing the generator as precisely as possible based on the site requirements by lowering its nominal voltage to a maximum low while continuing to satisfy the capacity of the generator to export its active power delivered by the turbine and the reactive power corresponding to said active power demanded by a consumer or operator of the network.

Description

Procédé perfectionné de fourniture d énergie électrique au réseau à l ' aide d ' un générateur de courant alternatif associé à une turbine Improved method of supplying electrical power to the network using an alternating current generator associated with a turbine
La présente invention est relative aux conditions de raccordement au réseau des sites de production d'énergie électrique et se rapporte plus particulièrement à l'amélioration des conditions de raccordement au réseau d'alternateurs de forte puissance. Le raccordement au réseau d'un générateur du type précité est assuré par l'intermédiaire d'un transformateur.The present invention relates to the conditions for connection to the network of electrical energy production sites and relates more particularly to the improvement of the conditions for connection to the network of high power alternators. The connection to the network of a generator of the aforementioned type is ensured by means of a transformer.
Le générateur délivre au réseau de la puissance active et de la puissance réactive.The generator delivers active power and reactive power to the network.
La puissance active Pg fournie par l'alternateur est donnée par la re- lation :The active power Pg supplied by the alternator is given by the relation:
Pg = -Vg.l. cos φg (1 ) oùPg = -Vg.l. cos φ g (1) where
- Vg est la tension aux bornes du générateur, I est le courant, cos φg est le facteur de puissance du générateur. La puissance active Pcp reçue par le réseau au point de livraison est donnée par la relation :- Vg is the voltage across the generator, I is the current, cos φ g is the generator power factor. The active power Pcp received by the network at the delivery point is given by the relationship:
Pcp = + Vcp.l.cosφcp (2) oùPcp = + Vcp.l.cosφ cp (2) where
Vcp est la tension aux bornes du réseau, à la sortie du transformateur, I est le courant, φcp est le facteur de puissance vu par le réseau au point de livraison.Vcp is the voltage across the network, at the transformer output, I is the current, φ cp is the power factor seen by the network at the delivery point.
Pcp = - Pg (3)Pcp = - Pg (3)
On remarquera que compte tenu de ce qui précède : Vg . cosφg= Vcp.cosφcp It will be noted that taking into account the above: Vg. cosφ g = Vcp.cosφ cp
On constate donc que la puissance active reçue par le réseau est égale à la puissance active fournie par l'alternateur en supposant les pertes du transformateur comme négligeables.It can therefore be seen that the active power received by the network is equal to the active power supplied by the alternator, assuming that the transformer losses are negligible.
La puissance réactive Qg du générateur est donnée par la relation : Qg = -Vg.l.sinφg (4)The reactive power Qg of the generator is given by the relation: Qg = -Vg.l.sinφ g (4)
La puissance réactive du réseau est donnée par la relation :The reactive power of the network is given by the relation:
Qcp = + Vcp.l.sinφcp (5)Qcp = + V cp .l.sinφ cp (5)
Qg-Xtl2 = Qcp (6) oùQg-Xtl 2 = Qcp (6) or
Xt est la résistance du transformateur.Xt is the resistance of the transformer.
Ainsi, la puissance réactive reçue par le réseau est égale à celle fournie par l'alternateur, diminuée de la consommation du transformateur en puis- sance réactive Xtl2.Thus, the reactive power received by the network is equal to that supplied by the alternator, reduced by the consumption of the transformer in reactive power Xtl 2 .
Or, la puissance active et la puissance réactive du réseau alimenté par le générateur sont des données constantes dont doit tenir compte le fournisseur d'énergie électrique pour la construction et le fonctionnement du générateur. Un cahier des charges établi par la commission d'étude EDF/GS21 définit les conditions de raccordement des unités de production d'énergie privées sur le réseau public de transport.However, the active power and the reactive power of the network supplied by the generator are constant data which the electric energy supplier must take into account for the construction and operation of the generator. Specifications drawn up by the EDF / GS21 study committee define the conditions for connecting private energy production units to the public transport network.
La règle principale concernant le dimensionnement électrique d'une installation de production d'énergie est la suivante : - vérification du courant de court-circuit maximum fourni par l'installation au point de livraison sur le réseau, cette vérification ayant pour résultat dans la plus grande majorité des cas d'induire une augmentation de la reactance du transformateur pour réduire le courant de court-circuit de l'installation, - vérification de la capacité de l'installation à fournir au point de livrai- son, une certaine quantité de puissance réactive en fonction des conditions (valeur) de tension au point de livraison.The main rule concerning the electrical sizing of an energy production installation is as follows: - verification of the maximum short-circuit current supplied by the installation at the point of delivery on the network, this verification resulting in the most vast majority of cases of inducing an increase in the reactance of the transformer to reduce the short-circuit current of the installation, - verification of the capacity of the installation to supply to the delivery point, a certain amount of power reactive depending on the voltage conditions (value) at the delivery point.
Cette contrainte de fourniture s'exprime dans le document GS21 par un graphique sur lequel figure en abscisses la puissance réactive Q échangée au point de livraison, exprimée en proportion de la puissance active maximum de l'installation et officiellement appelée Pmax et en ordonnées, la tension au point de livraison exprimée en valeur relative par rapport à une tension de référence, officiellement appelée Vref dont la valeur est donnée par EDF.This supply constraint is expressed in the document GS21 by a graph on which the reactive power Q exchanged at the delivery point is shown on the abscissa, expressed in proportion to the maximum active power of the installation and officially called Pmax and on the ordinate, the delivery point voltage expressed as a relative value compared to a reference voltage, officially called Vref, the value of which is given by EDF.
La vérification ci-dessus et les optimisations induites ont des effets naturellement contradictoires. Le respect de la contrainte initiale sur le courant de court-circuit tend à augmenter très souvent la reactance du transformateur reliant l'alternateur au réseau.The above verification and the resulting optimizations have naturally contradictory effects. Respecting the initial constraint on the short-circuit current tends to very often increase the reactance of the transformer connecting the alternator to the network.
L'augmentation de cette reactance induit : - une consommation supérieure de puissance réactive dans le transformateur, qui est néfaste lorsqu'on cherche à exporter cette puissance réactive sur le réseau,The increase in this reactance induces: - higher consumption of reactive power in the transformer, which is harmful when trying to export this reactive power to the network,
- une incapacité de plus en plus marquée lorsque la reactance aug- mente, à :- an increasingly marked incapacity when the reactance increases, to:
- exporter de la puissance réactive lorsque la tension au point de livraison est un peu élevée,- export reactive power when the voltage at the delivery point is a little high,
- importer de la puissance réactive lorsque la tension au point de livraison est un peu faible. La dégradation des performances liée à la reactance du transformateur est constatée sur la base de l'examen de deux graphes.- import reactive power when the voltage at the delivery point is a bit low. The performance degradation linked to the reactance of the transformer is noted on the basis of the examination of two graphs.
Les performances [q,u] aux bornes de l'alternateur qu'on peut qualifier de brutes,The performances [q, u] at the terminals of the alternator which can be qualified as raw,
Les performances [q,u] correspondantes nettes au point de livraison. Le graphe des performances brutes [q,u] aux bornes d'un alternateur est un rectangle.The corresponding net performance [q, u] at the delivery point. The raw performance graph [q, u] across an alternator is a rectangle.
A titre indicatif, on peut donner :As an indication, we can give:
- une hauteur variant de umin = 0,9Un à umax = 1 ,1 Un- a height varying from umin = 0.9 Un to umax = 1, 1 Un
- une largeur de Qmin = - 0,2Pmax à + 0,6 Pmax Le graphe à l'origine de la démonstration dans le cahier des charges se base sur un alternateur dont le diagramme [q,u] ) à ses bornes est un rectangle.- a width of Qmin = - 0.2Pmax to + 0.6 Pmax The graph at the origin of the demonstration in the specifications is based on an alternator whose diagram [q, u]) at its terminals is a rectangle .
Le graphe des performances nettes [q,u] au point de livraison devient un trapèze. Le rectangle initial contenant tous les points pour lesquels un fonctionnement du générateur est garanti se déforme naturellement lorsqu'on traverse la reactance du transformateur.The graph of net performance [q, u] at the delivery point becomes a trapezoid. The initial rectangle containing all the points for which a functioning of the generator is guaranteed deforms naturally when one crosses the reactance of the transformer.
Les limites hautes et basses horizontales indiquant la tension maximale ou minimale constante de l'alternateur s'inclinent et au secondaire du transformateur restent des quasi-droites.The horizontal upper and lower limits indicating the constant maximum or minimum voltage of the alternator tilt and at the transformer secondary remain almost straight.
Elles représentent les conditions de tension et les conditions de puissance réactive existantes au secondaire du transformateur pour un même état de fonctionnement de l'alternateur. En pratique, les limites haute et basse sont naturellement obtenues lorsqu'on bloque le régulateur de l'alternateur en position respectivement de tension maximale et de tension minimale et l'on fait varier la tension du réseau au point de livraison pour ootenir la même puissance réactive absorbée ou fournie par l'alternateur.They represent the voltage conditions and the reactive power conditions existing at the transformer secondary for the same operating state of the alternator. In practice, the upper and lower limits are naturally obtained when the alternator regulator is blocked in the maximum voltage and minimum voltage positions respectively and the network voltage at the delivery point is varied to maintain the same power reactive absorbed or supplied by the alternator.
On constate alors une incapacité de l'ensemble « alternateur + transformateur » à fournir, ou à consommer de la puissance réactive pour les mêmes conditions de tension.There is then an inability of the “alternator + transformer” assembly to supply, or to consume reactive power for the same voltage conditions.
Il faut des écarts de tension au point de livraison beaucoup plus grands pour échanger les mêmes quantités de puissance réactive.Much larger voltage differences at the point of delivery are required to exchange the same amounts of reactive power.
Plus la reactance du transformateur est grande, plus les écarts doivent être importants.The greater the reactance of the transformer, the greater the deviations must be.
L'augmentation de la reactance du transformateur se traduit sur le graphe par une augmentation de la pente du trapèze. L'invention vise à remédier aux inconvénients précités du raccordement au réseau des machines de grandes dimensions et de permettre d'améliorer les conditions de raccordement de telles machines du réseau.The increase in the reactance of the transformer is reflected on the graph by an increase in the slope of the trapezoid. The invention aims to remedy the aforementioned drawbacks of connecting large machines to the network and to improve the conditions for connecting such machines to the network.
Elle a donc pour objet un procédé de fourniture d'énergie électrique au réseau à l'aide d'un générateur de courant alternatif associé à une turbine, par l'intermédiaire d'un transformateur, caractérisé en ce qu'il consiste à évaluer le générateur au plus juste en fonction des besoins du site par abaissement de sa tension nominale au plus bas en continuant à satisfaire la capacité du générateur à exporter la puissance active délivrée par la turbine et la puissance réactive correspondant à cette puissance active exigée par un consommateur ou le gestionnaire du réseau.It therefore relates to a method of supplying electrical energy to the network using an alternating current generator associated with a turbine, via a transformer, characterized in that it consists in evaluating the generator as fair as possible according to site needs by lowering its nominal voltage to the lowest level while continuing to satisfy the generator's capacity to export the active power delivered by the turbine and the reactive power corresponding to this active power required by a consumer or the network manager.
Selon des caractéristiques particulières de l'invention :According to particular features of the invention:
- l'abaissement de la tension est réalisé de manière que le générateur puisse toujours transformer au plus juste la puissance active de la turbine disponible ou dimensionnée par les conditions du site et que le générateur puisse dé- livrer simultanément au plus juste, la puissance réactive associée,- the voltage is lowered so that the generator can always transform the active power of the available turbine as closely as possible or sized according to site conditions and that the generator can simultaneously deliver reactive power as closely as possible associated
- le générateur est adapté à une tension réduite Ungf afin de réduire le courant de court-circuit et augmenter la dynamique de la plage des tensions régulées au moins égale à celle de son ancienne plage autour de son ancienne tension nominale Ungi ; - le générateur étant surdimensionné et initialement conçu pour un fonctionnement sous une tension Ungi, sa tension de fonctionnement Ungf avec un courant de court-circuit réduit est liée à la tension de fonctionnement initial Ungi par la relation :- the generator is adapted to a reduced voltage Ungf in order to reduce the short-circuit current and increase the dynamic range of the regulated voltages at least equal to that of its old range around its old nominal voltage Ungi; - the generator being oversized and initially designed for operation under a Ungi voltage, its operating voltage Ungf with a reduced short-circuit current is linked to the initial operating voltage Ungi by the relation:
dans laquelle Sg = Ps2 + Qs2 in which Sg = Ps 2 + Qs 2
Ps et Qs étant respectivement la puissance active et la puissance réactive du site , et Png et Qng étant respectivement la puissance active nominale et la puissance réactive nominale du générateur ;Ps and Qs being respectively the active power and the reactive power of the site, and Png and Qng being respectively the nominal active power and the nominal reactive power of the generator;
- la réduction de la tension de fonctionnement d'un générateur existant est assurée par réduction de son courant d'excitation et réglage de celui-ci en fonction de la nouvelle tension nominale ;- the reduction of the operating voltage of an existing generator is ensured by reducing its excitation current and adjusting it according to the new nominal voltage;
- la réévaluation du générateur est assurée en réduisant son dimen- sionnement en tension jusqu'à la plus basse tension nominale possible permettant encore l'obtention des valeurs de puissances active et réactive recherchées.- re-evaluation of the generator is ensured by reducing its voltage dimensioning to the lowest possible nominal voltage, still allowing the desired active and reactive power values to be obtained.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la Fig.1 est un schéma équivalent d'un générateur de courant alternatif connecté au réseau ;The invention will be better understood on reading the description which follows, given solely by way of example and made with reference to the accompanying drawings, in which: - Fig.1 is an equivalent diagram of a current generator alternative connected to the network;
- la Fig.2 est une représentation vectorielle de la tension aux bornes du réseau délivrée par le générateur avec une première valeur de reactance du transformateur de liaison ; - la Fig.3 est une représentation vectorielle de la tension aux bornes du réseau, délivrée par le générateur avec une seconde valeur de reactance du transformateur de liaison ;- Fig.2 is a vector representation of the voltage across the network delivered by the generator with a first reactance value of the link transformer; - Fig.3 is a vector representation of the voltage across the network, delivered by the generator with a second reactance value of the link transformer;
- les Figs.4 et 5 sont des représentations vectorielles des grandeurs caractéristiques du générateur et du réseau avec deux valeurs différentes de la tension au point de livraison ;- Figs.4 and 5 are vector representations of the characteristic quantities of the generator and the network with two different values of the voltage at the delivery point;
- la Fig.6 est une représentation vectorielle de la tension au point de livraison et de la tension du générateur et de leurs pentes respectives illustrant une difficulté supplémentaire de raccordement du générateur du réseau. On va tout d'abord examiner le fonctionnement du schéma de la figure 1 à Pcp et Qcp constantes, évoluant en fonction de la reactance Xt du transformateur interposé entre le générateur et le réseau (Fig1 ). Cette situation se traduit par les relations : Vgcosφ. = Vcpcosφcp - Fig.6 is a vector representation of the voltage at the delivery point and the generator voltage and their respective slopes illustrating an additional difficulty in connecting the generator to the network. We will first examine the operation of the diagram in Figure 1 at constant Pcp and Qcp, evolving as a function of the reactance Xt of the transformer interposed between the generator and the network (Fig1). This situation results in the relations: Vgcosφ. = Vcpcosφ cp
Vg2cosφg2 = Vcpcosφcp Vg2cosφ g2 = Vcpcosφ cp
Les diagrammes représentés aux figures 2 et 3 reproduisent les évolutions de chacune des grandeurs caractéristiques lorsqu'on fait varier la reactance du transformateur en gardant la puissance active Pcp et la puissance ré- active Qcp délivrées au réseau constantes, ce qui répond à une contrainte générale imposée par les gestionnaires du réseau de garder constant le rapport Qcp/Pcp.The diagrams represented in FIGS. 2 and 3 reproduce the changes in each of the characteristic quantities when the reactance of the transformer is varied by keeping the active power Pcp and the reactive power Qcp delivered to the network constant, which responds to a general constraint imposed by network managers to keep the Qcp / Pcp ratio constant.
Le diagramme de la figure 1 est une représentation vectorielle des différentes grandeurs intervenant dans le fonctionnement du système. Le courant I a pour direction l'axe de référence.The diagram in FIG. 1 is a vector representation of the different quantities involved in the operation of the system. The current I is directed towards the reference axis.
La tension aux bornes du générateur ayant une première valeur Vg1 a un déphasage cpg1 par rapport au courant I.The voltage across the generator having a first value Vg1 has a phase shift cp g1 relative to the current I.
La tension Vcp au point de livraison a un déphasage φcp avec le courant I en raison de la présence de la reactance 1 ayant une première valeur Xt1 occasionnant une chute de tension Xt1.l.The voltage Vcp at the delivery point has a phase shift φ cp with the current I due to the presence of the reactance 1 having a first value X t1 causing a voltage drop X t1 .l.
La somme vectorielle de la force électromotrice du générateur Eg1 et de la tension Xpl due à la reactance de Potier du générateur est égale à la tension Vg1 aux bornes du générateur.The vector sum of the electromotive force of the generator Eg1 and the voltage Xpl due to the Potter reactance of the generator is equal to the voltage Vg1 across the terminals of the generator.
La somme vectorielle de la tension Vcp aux bornes du réseau et de la tension Xr.l due à la reactance directe du réseau vue au point de livraison est égale à la force électromotrice au point de livraison du réseau.The vector sum of the voltage Vcp across the network and the voltage Xr.l due to the direct reactance of the network seen at the delivery point is equal to the electromotive force at the delivery point of the network.
Si la reactance du transformateur augmente, on se trouve en présence du graphique de la Fig.2.If the reactance of the transformer increases, we are in the presence of the graph in Fig. 2.
La tension Vcp aux bornes du réseau et la force électromotrice au point de livraison restant inchangées, il est nécessaire d'augmenter la tension Vg2 aux bornes du générateur ainsi que son déphasage φg2 par rapport au courant I et bien entendu la force électromotrice Eg2 du générateur.The voltage Vcp at the terminals of the network and the electromotive force at the delivery point remaining unchanged, it is necessary to increase the voltage Vg2 at the terminals of the generator as well as its phase shift φ g2 relative to the current I and of course the electromotive force Eg2 of the generator.
Ainsi pour réagir à l'augmentation de la reactance du transformateur et afin de garder Pcp et Qcp constants : - l'alternateur doit pouvoir délivrer une tension Vg2>Vg1 ,So to react to the increase in the reactance of the transformer and to keep Pcp and Qcp constant: - the alternator must be able to deliver a voltage Vg2> Vg1,
- l'alternateur doit continuer de fournir le courant initial I,- the alternator must continue to supply the initial current I,
- l'alternateur doit posséder un meilleur facteur de puissance- the alternator must have a better power factor
Φg2 > Φg-t = COSφg2 < COSφg1 De telles exigences impliquent immédiatement pour l'alternateur :Φg2> Φg-t = COSφ g2 <COSφ g1 Such requirements immediately imply for the alternator:
- un état magnétique plus extrême entraînant des pertes dans le fer plus élevées.- a more extreme magnetic state resulting in higher losses in iron.
Mais les pertes dans le fer représentent généralement moins de 15% du total des pertes, ce même total ne représentant qu'environ 1 ,5% de la puis- sance nominale de la machine.But losses in iron generally represent less than 15% of the total losses, this same total representing only about 1.5% of the nominal power of the machine.
- aucun changement des pertes par effet Joule et des pertes supplémentaires, car le courant au stator reste constant.- no change in losses by Joule effect and additional losses, because the stator current remains constant.
En fait, il y a une augmentation des pertes au rotor car pour obtenir Eg2>Eg1 , il faut une excitation supérieure. L'impact de l'augmentation de φg est pris en compte par le courant du rotor. Il résulte de l'augmentation de Eg.In fact, there is an increase in losses to the rotor because to obtain Eg2> Eg1, a higher excitation is required. The impact of the increase in φ g is taken into account by the rotor current. It results from the increase in Eg.
Il s'agit de pouvoir exciter plus ce qui induit des pertes par effet Joule au rotor.It is a question of being able to excite more which induces losses by Joule effect to the rotor.
On constate donc que si on utilise une machine standard : 1 ) il est nécessaire de pouvoir exciter plus la machine pour augmenter sa force électromotrice ou f.e.m. interne Eg et donc sa tension externe Vg.It can therefore be seen that if a standard machine is used: 1) it is necessary to be able to excite the machine more to increase its electromotive force or f.e.m. internal Eg and therefore its external voltage Vg.
La machine fournit ainsi la même puissance active mais plus de puissance réactive.The machine thus provides the same active power but more reactive power.
Ce surcroît de puissance réactive est consommé dans la reactance du transformateur.This additional reactive power is consumed in the reactance of the transformer.
2) il est nécessaire d'avoir la capacité d'évacuer un delta (écart, surcroît) de calories en plus du à l'augmentation des pertes dans le fer et par effet Joule.2) it is necessary to have the capacity to evacuate a delta (difference, increase) of calories in addition to the increase in losses in iron and by Joule effect.
L'augmentation de la reactance du transformateur reliant l'alternateur au réseau pour réduire le courant de court-circuit vers le réseau conduit à disposer d'un alternateur ayant la même puissance active et une puissance réactive supérieure et pouvant fonctionner à une tension nominale plus élevée. On considère maintenant le fonctionnement à Pcp et Qcp constantes et l'évolution de ce fonct onnement en fonction de la tension au point de livraison.The increase in the reactance of the transformer connecting the alternator to the network to reduce the short-circuit current to the network leads to having an alternator with the same active power and a higher reactive power and able to operate at a nominal voltage more high. We now consider the operation at constant Pcp and Qcp and the evolution of this operation as a function of the voltage at the delivery point.
Vg1 et Vg2 étant deux tensions différentes du générateur, cette condi- tion se traduit par les relations :Vg1 and Vg2 being two different generator voltages, this condition results in the relations:
Vg1 cosφg1 = Vcp1 cosφcp Vg2cosφg2 = Vcp2cosφcp Les diagrammes des figures 3 et 4 reproduisent les évolutions de chacune des grandeurs caractéristiques lorsqu'on fait varier la tension au point de livraison en gardant constantes comme dans le cas précédent la puissance active Pcp et la puissance réactive Qcp délivrées au réseau.Vg1 cosφ g1 = Vcp1 cosφ cp Vg2cosφ g2 = Vcp2cosφ cp The diagrams in Figures 3 and 4 reproduce the changes in each of the characteristic quantities when the voltage at the delivery point is varied, keeping the active power Pcp constant as in the previous case and the reactive power Qcp delivered to the network.
Les évolutions sont ici moins évidentes et ne peuvent être toutes déduites des graphiques.The evolutions here are less obvious and cannot be deduced all from the graphics.
11 faut revenir aux équations de base des bilans des puissances (1 ) à (6) et regarder les évolutions nécessaires à leur conservation.We must return to the basic equations of the balance sheets of powers (1) to (6) and look at the changes necessary for their conservation.
La puissance apparente Sep étant conservée au point de livraison (Pcp, Qcp inchangées) : le facteur de puissance au point de livraison est inchangé et reste cosφcp ; le nouveau courant 12 est déduit de l'ancien courant 11 par l'équation :The apparent power Sep being kept at the delivery point (Pcp, Qcp unchanged): the power factor at the delivery point is unchanged and remains cosφ cp ; the new current 12 is deduced from the old current 11 by the equation:
Scp1 = Scp2 = Vcp1.l1 = Vcpl2Scp1 = Scp2 = Vcp1.l1 = Vcpl2
12 = 11 (Vcp1Λ/cp2)12 = 11 (Vcp1Λ / cp2)
Le nouveau courant est inférieur à l'ancien ; la consommation de puissance réactive dans le transformateur de- vient :The new current is lower than the old; the reactive power consumption in the transformer becomes:
Qt2=Xtl2 2 = Xtl,2 (Vcp1Λ/cp2)2=Qt1 (Vcp1Λ/cp2)2 Qt2 = Xtl 2 2 = Xtl, 2 (Vcp1Λ / cp2) 2 = Qt1 (Vcp1Λ / cp2) 2
On notera qu'en cas d'augmentation de tension, Vcp1Λ/cp2 < 1 et donc Qt2<Qt1.It will be noted that in the event of an increase in voltage, Vcp1Λ / cp2 <1 and therefore Qt2 <Qt1.
L'alternateur doit donc fournir la même puissance active ; Pcp et une puissance réactive totale Qg2 telle que :The alternator must therefore supply the same active power; Pcp and a total reactive power Qg2 such that:
Qg2=Qcp+Qt2 = Qcp+Qt1 (Vcp1Λ/cp2)2 Qg2 = Qcp + Qt2 = Qcp + Qt1 (Vcp1Λ / cp2) 2
Le facteur de puissance de l'alternateur se déduit de sa nouvelle tgφg2 = Qg2/Pcp.The alternator power factor is deduced from its new tgφ g2 = Qg2 / Pcp.
Etant donné que Qg2 < Qg1 , cosφg2>cosφg1. Un meilleur cosφ ne sera donc pas exigé de l'alternateur.Since Qg2 <Qg1, cosφ g2 > cosφ g1 . A better cosφ will therefore not be required from the alternator.
La nouvelle tension de l'alternateur se déduit de l'équation (7) établie au paragraphe qui concerne la pente d'évolution de la puissance réactive en fonction de la tension au point de couplage. Qcp+Qg=(Vg2-Vcp2)/ X*^Vg2=Xt-(Qcp+Qg)+Vcp2 (7)The new alternator voltage is deduced from equation (7) established in the paragraph which relates to the slope of evolution of the reactive power as a function of the voltage at the coupling point. Qcp + Qg = (Vg 2 -Vcp 2 ) / X * ^ Vg 2 = Xt- (Qcp + Qg) + Vcp 2 (7)
Il est établi ci-dessus que Qg diminue lorsque la tension Vcp augmente. Il suffit donc que l'équation Vg2=Xt.(Qcp+Qg)+Vcp2 soit vérifiée par Vcp = Vref = Uref/30 5 et que l'alternateur puisse élever sa tension Vg de façon homo- thétique à Vcp. Pour simplifier, on peut définir une constante Vo :It is established above that Qg decreases when the voltage Vcp increases. It suffices therefore that the equation Vg 2 = Xt. (Qcp + Qg) + Vcp 2 be verified by Vcp = Vref = Uref / 3 0 5 and that the alternator can raise its voltage Vg in a manner homogeneous to Vcp. To simplify, we can define a constant Vo:
Vo2=Xt(Qcp+Qg)[Vcp=Vref] = Xt(Qcp+Qg[Vcp=Vreη)Vo 2 = Xt (Qcp + Qg) [Vcp = Vref] = Xt (Qcp + Qg [Vcp = Vreη )
Alors Vg2 = Vcp2 + Vo2 et donc dVg/Vg = dVcp/Vcp est la relation suffisante pour que l'alternateur puisse continuer à « exporter » au moins la même quantité de puissance réactive vue du point de livraison.Then Vg 2 = Vcp 2 + Vo 2 and therefore dVg / Vg = dVcp / Vcp is the sufficient relationship so that the alternator can continue to "export" at least the same amount of reactive power seen from the point of delivery.
Il apparaît clairement que pour réagir à l'augmentation de la tension au point de livraison et afin de garder Pcp et Qcp constants ; l'alternateur doit pouvoir élever la tension Vg à ses bornes de telle façon que la variation relative dVg/Vg soit égale à la variation relative de la ten- sion Vcp au point de livraison (dVcp/Vcp).It is clear that to react to the increase in tension at the point of delivery and to keep Pcp and Qcp constant; the alternator must be able to raise the voltage Vg across its terminals so that the relative variation dVg / Vg is equal to the relative variation of the voltage Vcp at the delivery point (dVcp / Vcp).
Les documents exprimant les conditions de raccordement font apparaître une condition de raccordement supplémentaire.The documents expressing the connection conditions show an additional connection condition.
Elle découle directement de l'incapacité des alternateurs modernes à proposer une dynamique de régulation de tension à leurs bornes supérieure à ±10% autour de leur tension nominale.It results directly from the inability of modern alternators to offer a voltage regulation dynamic across their terminals greater than ± 10% around their nominal voltage.
La gêne résultante est surtout perceptible pour les tensions de réseaux hautes qui empêchent l'alternateur, lui-même dans l'incapacité d'élever sa tension de plus de 10%, de fournir toute la puissance réactive escomptée.The resulting discomfort is especially noticeable for the high network voltages which prevent the alternator, itself unable to raise its voltage by more than 10%, to provide all the expected reactive power.
Cette limitation habituelle des alternateurs induit les organismes ges- tionnaires des réseaux de transport à imposer, plutôt qu'une reactance maximum de transformateur, une pente pour la courbe [q,u].This usual limitation of alternators induces the management bodies of the transport networks to impose, rather than a maximum transformer reactance, a slope for the curve [q, u].
Cette pente n'est pas mathématiquement égale à celle du parallélogramme figurant dans les diagrammes habituels des cahiers des charges au point de livraison, mais reste malgré tout, assez bien figurée par la pente du parallélogramme.This slope is not mathematically equal to that of the parallelogram appearing in the usual diagrams of the specifications at delivery point, but still remains fairly well represented by the slope of the parallelogram.
Plus cette pente sera faible, moins la perte d'énergie réactive dans le transformateur sera perceptible, surtout pour les tensions de réseau élevées. La pente est définie par la variation de puissance réactive échangée au point de couplage en fonction de l'écart entre la tension au point de couplage et la tension de l'alternateur.The lower this slope, the less the loss of reactive energy in the transformer will be perceptible, especially for high network voltages. The slope is defined by the variation of reactive power exchanged at the coupling point as a function of the difference between the voltage at the coupling point and the alternator voltage.
En présentant les variations avec le préfixe « d » comme « delta » ou « différence » : Vgcosφg = Vcpcosφcp (8)By presenting the variations with the prefix "d" as "delta" or "difference": Vgcosφ g = Vcpcosφ cp (8)
Vgsinφg = Vcpsinφcp+Xt.l (9)Vgsinφ g = Vcpsinφ cp + Xt.l (9)
Vg.l.sinφg = Vcp.l.sinφcp+Xt I2 Qg = Qcp + QtVg.l.sinφ g = Vcp.l.sinφ cp + Xt I 2 Qg = Qcp + Qt
Qg - Qcp = Qt (10) Vg2 = Vcp2 + 2Vcp.l.sinφcp Xt + Xt2.l2 Qg - Qcp = Qt (10) Vg 2 = Vcp 2 + 2Vcp.l.sinφ cp Xt + Xt 2 .l 2
Vg2 - Vcp2 Vg 2 - Vcp 2
= 2Vcp.l.sin φcp+XTI2 = 2Vcp.l.sin φcp + XTI 2
Xtxt
Vg2 - Vcp2 = 2Qcp + Qt = Qcp +Qg Xt f Vg2 - Vcp Qg+Qcp = [ * χt jVg 2 - Vcp 2 = 2Qcp + Qt = Qcp + Qg Xt f Vg 2 - Vcp Qg + Qcp = [* χt j
2Qcp = (Vg2-Vcp2)/Xt - Qt Qcp+Qg=(Vg2-Vcp2)/Xt (7) dQcp=2(Vg/Xt) dVg (1 1 )2Qcp = (Vg 2 -Vcp 2 ) / Xt - Qt Qcp + Qg = (Vg 2 -Vcp 2 ) / Xt (7) dQcp = 2 (Vg / Xt) dVg (1 1)
Ces expressions représentent les relations recherchées. Elles ne font intervenir que les variables directement incriminées dans le contrôle de la pente. Vcp : tension au point de livraison, qui sera présumée haute pour pouvoir évaluer la tension absolue de l'alternateur Vg nécessaire au quasi maintien de Qcp.These expressions represent the relationships sought. They only involve the variables directly incriminated in the control of the slope. Vcp: voltage at the delivery point, which will be assumed to be high in order to be able to assess the absolute voltage of the alternator Vg necessary for virtually maintaining Qcp.
Vg : tension absolue aux bornes du générateur, Xt constante : reactance du transformateur, Qcp : puissance réactive au point de livraison dont la variation en fonction de Vg (pente) doit être contrôlée, Qg : puissance réactive fournie par l'alternateur, Qt : puissance réactive consommée par la reactance du transformateur.Vg: absolute voltage across the generator, Xt constant: reactance of the transformer, Qcp: reactive power at the delivery point, the variation of which as a function of Vg (slope) must be controlled, Qg: reactive power supplied by the alternator, Qt: reactive power consumed by the reactance of the transformer.
C'est à partir de l'expression (7) que les gestionnaires de réseaux avaient voulu initialement fixer une reactance maximum du transformateur Xt afin que Qcp conserve une valeur suffisante.It is from expression (7) that the network managers initially wanted to set a maximum reactance of the transformer Xt so that Qcp retains a sufficient value.
La fixation de la pente de la fonction ci-dessus revient au même car la pente peut se constater depuis le point de livraison sans imposer de dispositions constructives sur aucune machine en particulier (alternateur ou transformateur). Le dimensionnement habituel des groupes « turbine - alternateur » industriels est toujours effectué : a) sur la base de la puissance active maximum de la turbine atteinte pour des conditions de fluide énergétique et de process pas toujours disponibles sur le site où ces groupes seront impantés ; b) sur la base d'une puissance réactive nominale Qmax = 0,6 Sn ( et donc Pmax ci-dessus = 0,8 Sn), ce qui correspond à un facteur de puissance cosφ = 0,8 Sn ; c) sur la base d'une tension nominale Vng (Ung entre phases) optimisée par le constructeur de l'alternateur pour des questions d'isolement statori- que, d'échauffement, etc..Fixing the slope of the above function is the same because the slope can be seen from the point of delivery without imposing constructive provisions on any particular machine (alternator or transformer). The usual sizing of industrial "turbine - alternator" groups is always carried out: a) on the basis of the maximum active power of the turbine reached for energetic and process fluid conditions not always available on the site where these groups will be installed; b) on the basis of a nominal reactive power Qmax = 0.6 Sn (and therefore Pmax above = 0.8 Sn), which corresponds to a power factor cosφ = 0.8 Sn; c) on the basis of a nominal voltage Vng (Ung between phases) optimized by the manufacturer of the alternator for reasons of stator insulation, overheating, etc.
Le groupe « turbine + générateur » est très souvent légèrement sur- dimensionné du point de vue de la puissance active et quasiment toujours sur- dimensionné du point de vue de la puissance réactive.The “turbine + generator” group is very often slightly oversized from the point of view of active power and almost always oversized from the point of view of reactive power.
La tension du générateur est le fait du constructeur et non du gestion- naire de réseau.The generator voltage is made by the manufacturer and not by the network manager.
Elle n'est donc jamais imposée. C'est sur la base des implications liées :It is therefore never imposed. This is based on the related implications:
- au bilan lorsque la reactance du transformateur augmente afin de réduire le courant de court-circuit ; - au bilan lorsque la tension au point de livraison augmente (augmentation de la plage de performances Pcp, Qcp) ;- on the balance sheet when the reactance of the transformer increases in order to reduce the short-circuit current; - on the balance sheet when the voltage at the delivery point increases (increase in the Pcp, Qcp performance range);
C'est sur la base de la façon dont sont établies les caractéristiques nominales des machines tournantes (IEC34) et de la façon dont les alternateurs sont habituellement stancardisés, mesurés et associés aux turbines qu'est bâtie la présente invention.This is based on the way in which the nominal characteristics of rotating machines (IEC34) are established and the way the alternators are usually standardized, measured and associated with the turbines that the present invention is constructed.
Les vérifications qui vont suivre sont destinées à permettre la mise en oeuvre de l'invention. 1 ) Puissance active nominale sur site de la turbine inférieure ou égale à la puissance nominale de l'alternateur ramenée aux bornes de l'alternateur, donc multipliée par le rendement de l'alternateur.The verifications which follow are intended to allow the implementation of the invention. 1) Nominal active power on site of the turbine less than or equal to the nominal power of the alternator brought to the terminals of the alternator, therefore multiplied by the efficiency of the alternator.
2) Puissance réactive nominale au point de livraison (Q ) inférieure à la puissance réactive nominale de l'alternateur diminuée de la consommation de puissance réactive du transformateur.2) Nominal reactive power at the delivery point (Q) lower than the nominal reactive power of the alternator minus the reactive power consumption of the transformer.
La puissance réactive consommée par le transformateur Qt et sa reactance X1 sont liées par la relation Xt=ukr(Ure 7Snt) où ukr est la tension de court-circuit. Qt #Sut/uk2.The reactive power consumed by the transformer Qt and its reactance X1 are linked by the relation Xt = ukr (Ure 7Snt) where ukr is the short-circuit voltage. Qt # Sut / uk2.
Le bilan de la vérification nécessaire à la mise en oeuvre de l'invention est le suivant.The balance sheet of the verification necessary for the implementation of the invention is as follows.
1 ) on dispose d'un générateur peut-être surdimensionné en puissance active ;1) there is a generator perhaps oversized in active power;
2) ce même générateur est surdimensionné en puissance réactive. L'invention consiste à évaluer le générateur au plus juste en fonction du besoin du site, par abaissement de la tension nominale au plus bas en continuant à satisfaire la capacité à exporter la puissance active délivrée par le dispositif d'entraînement du générateur, la puissance réactive correspondant à cette puissance active exigée par le consommateur ou le gestionnaire du réseau.2) this same generator is oversized in reactive power. The invention consists in evaluating the generator as closely as possible according to the need of the site, by lowering the nominal voltage to the lowest while continuing to satisfy the ability to export the active power delivered by the generator drive device, the power reactive corresponding to this active power required by the consumer or the network operator.
L'abaissement de la tension est assuré afin que l'alternateur puisse toujours transformer au plus juste la puissance active du dispositif d'entraînement disponible ou dimensionnée par les conditions de site et que l'alternateur puisse délivrer simultanément, au plus juste, la puissance réactive associée, définie par le consommateur.The lowering of the voltage is ensured so that the alternator can always transform the active power of the drive device available or dimensioned as closely as possible according to site conditions and that the alternator can simultaneously deliver, as accurately as possible, the power associated reactive, defined by the consumer.
Si bien des machines tournantes fonctionnent sur des plages de ten- sions étendues (hors des plages définies par les normes en vigueur, IEC 34 pour les machines tournantes, si quelques générateurs fournissent des tensions variables pour des applications spécifiques, souvent temporaires, il n'existe à la connaissance de la Demanderesse aucune application industrielle, pour des machines de grande taille (>10MW) où la machine est volontairement déclassée, ré- évaluée à la baisse et replaquée avec des performances correspondantes à une tension réduite afin de :Although many rotating machines operate over extended voltage ranges (outside the ranges defined by the standards in force, IEC 34 for rotating machines, if some generators supply variable voltages for specific, often temporary, applications, to the knowledge of the Applicant, there is no industrial application, for large machines (> 10MW) where the machine is voluntarily decommissioned, evaluated downward and patched with performance corresponding to a reduced voltage in order to:
- réduire le courant de court-circuit de la machine (courant subtransitoire, transitoire et permanent) et ceci calculé par les normes en vigueur ; - augmenter la dynamique de la plage de tensions régulées afin que l'alternateur puisse continuer à exporter sa « nouvelle » puissance réactive (inférieure à l'ancienne) pour des tensions régulées au moins égales à celles de son ancienne plage autour de son ancienne tension nominale.- reduce the short-circuit current of the machine (subtransient, transient and permanent) and this calculated by the standards in force; - increase the dynamics of the regulated voltage range so that the alternator can continue to export its “new” reactive power (lower than the old one) for regulated voltages at least equal to those of its old range around its old voltage nominal.
On va maintenant examiner l'évaluation du déclassement minimum en tension.We will now examine the evaluation of the minimum derating in tension.
La méthode utilisée est pessimiste car comme les pertes au rotor sont réduites dans une forte proportion du fait qu'elles varient avec le carré du courant d'excitation et la f.e.m. demandée est plus faible, comme les pertes dans le fer globales sont légèrement réduites en raison de la f.e.m. réduite, dans le bilan calorique des pertes à dissiper, on pourrait donc accepter des pertes du stator un peu plus élevées que les pertes originales.The method used is pessimistic because as the losses to the rotor are reduced in a large proportion because they vary with the square of the excitation current and the f.e.m. demand is lower, as the overall iron losses are slightly reduced due to the f.e.m. reduced, in the caloric balance of the losses to dissipate, one could therefore accept losses of the stator a little higher than the original losses.
On remarquera en outre que les flux de fuite diminuent sous excitation ainsi que la reactance de Potier du générateur, de sorte que les pertes au rotor sont fortement allégées en regard du relativement faible déclassement en ten- sion nominale.It will also be noted that the leakage fluxes decrease under excitation as well as the Potter's reactance of the generator, so that the losses to the rotor are greatly reduced compared to the relatively low derating at nominal voltage.
La puissance apparente originale est exprimée par la relation :The original apparent power is expressed by the relation:
Sngi2 = Pngi2 + Qngi2 La puissance apparente finale est exprimée par la relation : Snfg2 = Pngf2 + Qngf2 Afin de travailler au minimum à courant statorique constant, on doit avoir :Sngi 2 = Pngi 2 + Qngi 2 The final apparent power is expressed by the relation: Snfg 2 = Pngf 2 + Qngf 2 In order to work at minimum at constant stator current, we must have:
Ungf Sngf Ungi SngiUngf Sngf Ungi Sngi
Au minimum, la nouvelle tension du stator se déduit de l'ancienne par la relation : Ungf = Ungi [Sngf/Sngi]At a minimum, the new stator voltage is deduced from the old by the relation: Ungf = Ungi [Sngf / Sngi]
Ungi représentant la tension nominale originale de l'alternateur.Ungi representing the original nominal voltage of the alternator.
Sngi représentant la plaque originale de l'alternateur.Sngi representing the original alternator plate.
Sngf représentant ce que le site demande réellement à l'alternateur. Bien entendu, aux fins d'optimisation, le constructeur aura pour tâche d'obtenir pour le générateur une nouvelle tension nominale la plus faible possible.Sngf representing what the site actually asks the alternator. Of course, for optimization purposes, the manufacturer will have the task of obtaining for the generator a new nominal voltage as low as possible.
Le courant de court-circuit évalué par les normes telles que IEC 909 en Europe, par exemple, fait apparaître deux termes dans l'évaluation de l'impédance mise en jeu dans le courant de court-circuit.The short-circuit current evaluated by standards such as IEC 909 in Europe, for example, reveals two terms in the evaluation of the impedance involved in the short-circuit current.
L'impédance globale vaut suivant la norme internationale : Zkg = kg (0,05 ou 0,07 + i) x'd.The overall impedance is according to the international standard: Zkg = kg (0.05 or 0.07 + i) x'd.
0,05 pour les machines > 100MVA et 0,07 pour les machines de puis- sance inférieure à 100MVA. x'd = reactance transitoire (originellement subtransitoire x "d dans l' IEC 909). kg est un terme correctif de l'impédance, propre aux machines synchrones dont la valeur est : kg = cmax/(1 +x'd.sinφng) avec : cmax = coefficient imposé par la norme et modifiable par le gestionnaire de réseau. x'd = reactance transitoire (originellement subtransitoire x"d) de l'alternateur.0.05 for machines> 100MVA and 0.07 for machines with a power lower than 100MVA. x'd = transient reactance (originally subtransient x "d in IEC 909). kg is a corrective term for impedance, specific to synchronous machines whose value is: kg = cmax / (1 + x'd.sinφ ng ) with: cmax = coefficient imposed by the standard and modifiable by the network operator. x'd = transient reactance (originally subtransient x "d) of the alternator.
Sinφng est déduit du facteur de puissance nominal cosφπg de l'alternateur. cmax varie de 1 à 1 ,1 suivant le type de courant de court-circuit minimal ou maximal que l'on cherche à établir et suivant la quantité d'aléas du ré- seau que l'on cherche à prendre en compte dans le résultat final.Sinφ ng is deduced from the nominal power factor cosφ πg of the alternator. cmax varies from 1 to 1, 1 according to the type of minimum or maximum short-circuit current that one seeks to establish and according to the quantity of hazards of the network that one seeks to take into account in the result final.
Le nouveau cosφ ayant été augmenté entraînant une réduction probable des performances en raison de la réduction du rapport Qng/Png, Sinφπg est donc réduit.The new cosφ having been increased resulting in a probable reduction in performance due to the reduction in the Qng / Png ratio, Sinφ πg is therefore reduced.
En conséquence, kg augmente légèrement. Les autres termes sont inchangés, excepté x'd qui augmente légèrement du fait de la désaturation provoquée par un fonctionnement en sous- excitation à f.e.m. plus faible. En résultat final, le nouveau courant de court-circuit évolue suivant les normes comme suit :As a result, kg increases slightly. The other terms are unchanged, except x'd which increases slightly due to the desaturation caused by a sub-excitation operation at lower fem. As a final result, the new short-circuit current evolves according to the standards as follows:
Valeur initiale l'kgi = cmaxUni/(305 Zkgi) Valeur finale l'kgf = cmaxUnf/(3 5 Zkgf) Avec Unf < Uni et probablement Zkgi<Zkgf, on constate donc que le courant de court-circuit aux bornes de l'alternateur est réduit dans un rapport au moins égal au rapport des tensions nominales initiales et finales. Red Icc < Ungf/Ungi On obtient en outre une augmentation de la dynamique de régulation de tension vers les tensions hautes.Initial value l'kgi = cmaxUni / (3 05 Zkgi) Final value l'kgf = cmaxUnf / (3 5 Zkgf) With Unf <Uni and probably Zkgi <Zkgf, we therefore see that the short-circuit current across l The alternator is reduced in a ratio at least equal to the ratio of the initial and final nominal voltages. Red Icc <Ungf / Ungi We also obtain an increase in the voltage regulation dynamics towards high voltages.
A l'origine, pour les machines modernes, la dynamique de régulation est donnée généralement par la relation : Umaxi = 1 ,1 UngiOriginally, for modern machines, the regulation dynamics is generally given by the relation: Umaxi = 1, 1 Ungi
Avec une nouvelle tension nominale : Ungf = k Ungi avec k<1 , Umaxi reste inchangé en valeur absolue et vaut : Umaxi = (1 ,1/k)Ugnf L'augmentation de dynamique, vers les tensions maximales est donc dans le rapport 1/k. AugDyn = Ungi/Ungf With a new nominal voltage: Ungf = k Ungi with k <1, Umaxi remains unchanged in absolute value and is worth: Umaxi = (1, 1 / k) Ugnf The increase in dynamics, towards the maximum voltages is therefore in the ratio 1 / k. AugDyn = Ungi / Ungf

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fourniture d'énergie électrique au réseau à l'aide d'un générateur de courant akernatif associé à une turbine, par l'intermédiaire d'un transformateur, caractérisé en ce qu'il consiste à évaluer le générateur au plus juste en fonction des besoins du site par abaissement de sa tension nominale au plus bas en continuant à satisfaire la capacité du générateur à exporter la puissance active délivrée par la turbine et la puissance réactive correspondant à cette puissance active exigée par un consommateur ou le gestionnaire du réseau. 1. Method for supplying electrical energy to the network using an alternating current generator associated with a turbine, by means of a transformer, characterized in that it consists in evaluating the generator as accurately as possible according to the needs of the site by lowering its nominal voltage to the lowest while continuing to satisfy the generator's capacity to export the active power delivered by the turbine and the reactive power corresponding to this active power required by a consumer or the network manager .
2. Procédé suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que l'abaissement de la tension est réalisé de manière que le générateur puisse toujours transformer au plus juste la puissance active de la turbine disponible ou dimensionnée par les conditions du site et que le générateur puisse délivrer simultanément au plus juste, la puissance réactive associée. 2. Method according to claim 1, characterized in that the lowering of the voltage is carried out so that the generator can always transform as closely as possible the active power of the turbine available or dimensioned by site conditions and that the generator can simultaneously deliver as much as possible, the associated reactive power.
3. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le générateur est adapté à une tension réduite (Ungf) afin de réduire le courant de court-circuit et augmenter la dynamique de la plage des tensions régulées au moins égale à celle de son ancienne plage autour de son ancienne tension nominale (Ungi). 3. Method according to one of claims 1 and 2, characterized in that the generator is adapted to a reduced voltage (Ungf) in order to reduce the short-circuit current and increase the dynamic range of the regulated voltages at least equal to that of its former range around its former nominal voltage (Ungi).
4. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le générateur étant surdimensionné et initialement conçu pour un fonctionnement sous une tension (Ungi), sa tension de fonctionnement (Ungf) avec un courant de court-circuit réduit est liée à la tension de fonctionnement initial (Ungi) par la relation : / Png2 + Qng2 dans laquelle Sg = VPs2 + Qs2 4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the generator being oversized and initially designed for operation under a voltage (Ungi), its operating voltage (Ungf) with a reduced short-circuit current is linked to the initial operating voltage (Ungi) by the relation: / Png 2 + Qng 2 in which Sg = VPs 2 + Qs 2
Ps et Qs étant respectivement la puissance active et la puissance réactive du site, et Png et Qng étant respectivement la puissance active nominale et la puissance réactive nominale du générateur ;Ps and Qs being respectively the active power and the reactive power of the site, and Png and Qng being respectively the nominal active power and the nominal reactive power of the generator;
5. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la réduction de la tension de fonctionnement d'un générateur existant est assurée par réduction de son courant d'excitation et réglage de celui-ci en fonction de la nouvelle tension nominale ;5. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the reduction in the operating voltage of an existing generator is ensured by reducing its excitation current and adjusting it as a function of the new nominal voltage;
6. Procédé suivant l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la réévaluation du générateur est assurée en réduisant son dimensionne- ment en tension jusqu'à la plus basse tension nominale possible permettant encore l'obtention des valeurs de puissances active et réactive recherchées. 6. Method according to one of claims 4 and 5, characterized in that the re-evaluation of the generator is ensured by reducing its dimensioning in voltage up to the lowest possible nominal voltage still allowing the obtaining of active power values and reactive sought.
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