[0001] L'invention concerne un procédé et un dispositif de réglage d'une turbine à réaction
à double réglage, ainsi qu'un programme d'ordinateur pour leur mise en oeuvre.
[0002] Le domaine de l'invention concerne notamment les turbines de production d'électricité.
[0003] On connaît de telles turbines à réaction à double réglage, à savoir avec un réglage
de l'orientation des pales et avec un réglage de l'orientation des aubes directrices
; lesdites aubes directrices étant aussi appelées vannage.
[0004] L'ensemble des mesures permettant de trouver et/ou d'optimiser les lois de conjugaison
de ces deux réglages s'appelle Index Test, normé par la norme internationale CE160041.
[0005] On connaît de tels procédés de réglage, nécessitant une mesure du débit de fluide
de la turbine pour trouver le point de fonctionnement optimal sur ces deux réglages.
[0006] Le débit définit la cinématique du fluide dans le corps de la turbine. C'est donc
a priori une grandeur clé pour une recherche de la meilleure conjugaison des réglages
du vannage et des pales.
[0007] Or, la mesure du débit du fluide peut être difficilement obtenu, cela en raison par
exemple de l'accessibilité aux sections de mesures (section d'écoulement du fluide
ou zones où se trouvent les points d'installation de capteurs de mesure), la distance
disponible de sections droites sur le circuit hydraulique, etc. En outre la mise en
place de moyen de mesure du débit peut être risquée en termes de sécurité des personnes
selon l'accessibilité des sections de mesures.
[0008] La mesure du débit du fluide peut être également coûteuse en matériel : selon les
conceptions des aménagements, un chariot peut être nécessaire pour la mise en oeuvre
des capteurs qu'il faut multiplier en nombre selon la section d'écoulement. Dans certains
cas, l'état des prises de pression a aussi un poids prépondérant sur la fiabilité
et la cohérence des résultats obtenus.
[0009] Une telle installation de mesure du débit du fluide mobilise des ressources humaines
et reste cependant peu fiable. En effet, selon les aménagements, la géométrie des
sections de mesure n'est pas toujours vérifiable (impossibilité de faire des relevés
géométriques, combinés à des plans anciens voire incomplets) ou comprennent des singularités
géométriques nécessitant des corrections de mesures, la distance entre la turbine
et la section de mesure peut être insuffisante et ne permet pas au fluide d'avoir
un comportement idéalement laminaire évitant les turbulences hydrauliques nuisibles
à la mesure. La fiabilité des mesures repose également sur les incertitudes de mesure
et le suivi métrologique des capteurs impliqués dans la mesure.
[0010] La présente invention vise à obtenir un procédé et un dispositif de réglage de la
turbine, ainsi qu'un programme d'ordinateur pour leur mise en oeuvre, qui améliorent
la situation actuelle en proposant une loi de commande qui conjugue le réglage des
pales et le réglage du vannage, en s'affranchissant de la mesure de débit du fluide.
[0011] A cet effet, un premier objet de l'invention est un procédé de réglage d'une turbine,
la turbine ayant un arbre de rotation et des pales, qui sont fixées sur l'arbre de
rotation et dont une première orientation par rapport à un plan transversal, perpendiculaire
à l'arbre de rotation, est réglable suivant une première commande d'orientation des
pales,
la turbine ayant une voie d'entrée de fluide et des aubes directrices de vannage de
fluide, qui sont situées entre la voie d'entrée de fluide et les pales et dont une
deuxième orientation de vannage est réglable suivant une deuxième commande d'orientation
des aubes directrices de vannage de fluide,
caractérisé en ce que
au cours d'une première étape, on détermine par un module de commande et pour une
pluralité de puissances électriques cibles de la turbine, des premiers ensembles de
combinaisons, dits ensembles de premiers points d'iso-puissance, de premières valeurs
de la première commande d'orientation des pales et de premières valeurs de la deuxième
commande d'orientation des aubes directrices de vannage de fluide, chaque ensemble
de premiers points d'iso-puissance correspondant à l'une des puissances électriques
cibles de la turbine,
au cours d'une deuxième étape, on détermine pour chaque puissance électrique cible
par le module de commande dans chaque ensemble de premiers points d'iso-puissance,
le premier point d'iso-puissance ayant une rupture de pente maximale en valeur absolue,
appelé point de réglage optimum de chaque puissance électrique cible,
au cours d'une troisième étape, on enregistre par le module de commande les points
de réglage optimum pour la pluralité de puissances électriques cibles de la turbine.
[0012] Suivant un mode de réalisation de l'invention, au cours de la première étape,
au cours d'une première sous-étape, on entre dans le module de commande une première
loi de conjugaison de départ, donnant la première commande d'orientation des pales
en fonction de la deuxième commande d'orientation des aubes directrices de vannage
de fluide, la loi de conjugaison de départ correspondant à une programmation initiale
d'un automate de commande de la turbine pour au moins une hauteur de chute donnée
de la turbine,
au cours d'une deuxième sous-étape, on calcule par le module de commande une grille
de deuxièmes points situés dans une enveloppe prescrite autour de la loi de conjugaison
de départ, les deuxièmes points ayant des coordonnées Yp,j et Yv,i pour i allant de 1 à N et pour j allant de 1 à M,
où Yp,j est la première commande d'orientation des pales,
Yv,i est la deuxième commande d'orientation des aubes directrices de vannage de fluide,
N est un premier entier naturel prescrit, supérieur ou égal à 2,
M est un deuxième entier naturel prescrit, supérieur ou égal à 2,
avec

et

δ étant un pas prescrit de deuxième commande d'orientation des aubes directrices de
vannage de fluide et étant non nul,
δ' étant un pas prescrit de première commande d'orientation des pales et étant non
nul,
au cours d'une troisième sous-étape, on obtient par le module de commande le débit
de la turbine pour chaque deuxième point à partir d'une deuxième loi prescrite, donnant
la valeur du débit Q(Yp,j, Yv,i) de la turbine en fonction de Yp,j et Yv,i,
au cours d'une quatrième sous-étape, on sélectionne par le module de commande, pour
chaque deuxième point ayant les coordonnées Yp,j et Yv,i pour i allant de 1 à N et pour j allant de 1 à M, un troisième point ayant des coordonnées
Y'p,j et Y'v,i qui correspondent à celles des coordonnées Yp,j et Yv,i qui minimisent

où Y'p,j est la première commande d'orientation des pales,
Y'v,i est la deuxième commande d'orientation des aubes directrices de vannage de fluide,
au cours d'une cinquième sous-étape, on règle par le module de commande sur la turbine,
pour chaque au moins une hauteur de chute donnée, la deuxième commande Y'v,i d'orientation des aubes directrices de vannage de fluide, associée à la première
commande Y'p,j d'orientation des pales selon chaque troisième point, puis on mesure par un organe
de mesure de puissance prévu sur la turbine une puissance électrique P correspondant
à chaque troisième point et on enregistre dans une base de données du module de commande
des quadruplets (Y'p,j, Y'v,i, H, P) de données donnant en association la première commande Y'p,j d'orientation des pales, la deuxième commande Y'v,i d'orientation des aubes directrices de vannage de fluide, la au moins une hauteur
de chute donnée et la puissance électrique P ayant été mesurée et correspondant à
chaque troisième point,
au cours d'une sixième sous-étape, on détermine par le module de commande à partir
des quadruplets (Y'p,j, Y'v,i, H, P) de données les puissances électriques cibles et les premiers points d'iso-puissance
associés aux puissances électriques cibles.
[0013] Suivant un mode de réalisation de l'invention, les puissances électriques cibles
sont égales aux puissances électriques P ayant été mesurées et correspondant aux troisièmes
points.
[0014] Suivant un mode de réalisation de l'invention, au cours de la première étape, on
calcule par le module de commande au cours de la sixième sous-étape les puissances
électriques cibles et les premiers points d'iso-puissance par interpolation à partir
des quadruplets (Y'
p,j, Y'
v,i, H, P) de données.
[0015] Suivant un mode de réalisation de l'invention, l'enveloppe prescrite autour de la
loi de conjugaison de départ est formée par une zone comprise entre une courbe inférieure
d'enveloppe et une courbe supérieure d'enveloppe, lesquelles sont situées respectivement
au-dessous et au-dessus de la loi de conjugaison de départ selon la première commande
d'orientation des pales.
[0016] Suivant un mode de réalisation de l'invention, la courbe inférieure d'enveloppe correspond
à la loi de conjugaison de départ, ayant été décalée d'un premier décalage prescrit
vers le bas selon la première commande d'orientation des pales, et la courbe supérieure
d'enveloppe correspond à la loi de conjugaison de départ, ayant été décalée d'un deuxième
décalage prescrit vers le haut selon la première commande d'orientation des pales.
[0017] Suivant un mode de réalisation de l'invention, au cours de la troisième sous-étape,
on obtient par le module de commande la deuxième loi à partir de mesures de débit
de la turbine précédemment enregistrées pour certaines valeurs de la première commande
d'orientation des pales et/ou de la deuxième commande Y'
v,i d'orientation des aubes directrices de vannage de fluide, ou à partir d'un modèle
du débit pour certaines valeurs de la première commande d'orientation des pales et/ou
de la deuxième commande Y'
v,i d'orientation des aubes directrices de vannage de fluide.
[0018] Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, au cours de la première étape,
au cours d'une autre première sous-étape, pour chacune des puissances électriques
cibles on règle par le module de commande sur la turbine la première commande d'orientation
des pales successivement à une première valeur sélectionnée de réglage parmi plusieurs
premières valeurs prescrites de réglage de la première commande d'orientation des
pales pour au moins une hauteur de chute donnée de la turbine,
on mesure par un organe de mesure de puissance prévu sur la turbine une puissance
électrique de la turbine,
et on règle par le module de commande sur la turbine, pour chaque première valeur
sélectionnée de réglage de la première commande d'orientation des pales et pour chaque
au moins une hauteur de chute donnée de la turbine, la deuxième commande d'orientation
des aubes directrices de vannage de fluide successivement à une deuxième valeur sélectionnée
de réglage parmi plusieurs deuxièmes valeurs prescrites de réglage de la deuxième
commande d'orientation des aubes directrices de vannage de fluide, jusqu'à ce que
la puissance électrique mesurée sur la turbine soit égale à la puissance électrique
cible,
au cours d'une autre deuxième sous-étape, on enregistre dans une base de données du
module de commande des quadruplets de données donnant chaque première valeur sélectionnée
de réglage de la première commande d'orientation des pales en association avec la
au moins une hauteur de chute donnée de la turbine, avec la puissance électrique cible
et avec la deuxième valeur sélectionnée de réglage de la deuxième commande d'orientation
des aubes directrices de vannage de fluide, pour laquelle la puissance électrique
mesurée sur la turbine est égale à la puissance électrique cible,
au cours d'une autre troisième sous-étape, on détermine par le module de commande
à partir des quadruplets de données les puissances électriques cibles et les premiers
points d'iso-puissance associés aux puissances électriques cibles.
[0019] Un deuxième objet de l'invention est un dispositif de réglage d'une turbine,
la turbine ayant un arbre de rotation et des pales, qui sont fixées sur l'arbre de
rotation et dont une première orientation par rapport à un plan transversal, perpendiculaire
à l'arbre de rotation, est réglable suivant une première commande d'orientation des
pales,
la turbine ayant une voie d'entrée de fluide et des aubes directrices de vannage de
fluide, qui sont situées entre la voie d'entrée de fluide et les pales et dont une
deuxième orientation de vannage est réglable suivant une deuxième commande d'orientation
des aubes directrices de vannage de fluide,
caractérisé en ce que le dispositif comporte un module de commande configuré pour
déterminer pour une pluralité de puissances électriques cibles de la turbine, des
premiers ensembles de combinaisons, dits ensembles de premiers points d'iso-puissance,
de premières valeurs de la première commande d'orientation des pales et de premières
valeurs de la deuxième commande d'orientation des aubes directrices de vannage de
fluide, chaque ensemble de premiers points d'iso-puissance correspondant à l'une des
puissances électriques cibles de la turbine,
déterminer pour chaque puissance électrique cible par le module de commande dans chaque
ensemble de premiers points d'iso-puissance, le premier point d'iso-puissance ayant
une rupture de pente maximale en valeur absolue, appelé point de réglage optimum de
chaque puissance électrique cible,
enregistrer dans une base de données du module de commande les points de réglage optimum
pour la pluralité de puissances électriques cibles de la turbine.
[0020] Un troisième objet de l'invention est un programme d'ordinateur, comportant des instructions
de code pour la mise en oeuvre du procédé de réglage d'une turbine tel que décrit
ci-dessus, lorsqu'il est exécuté par un calculateur.
[0021] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée
uniquement à titre d'exemple non limitatif en référence aux figures ci-dessous des
dessins annexés.
La figure 1 représente une vue schématique en perspective d'une turbine, sur laquelle
peut être mise en oeuvre l'invention.
La figure 2 représente une vue schématique en coupe transversale d'une partie d'une
turbine, sur laquelle peut être mise en oeuvre l'invention.
La figure 3 représente une vue schématique en coupe transversale d'une partie d'une
turbine, sur laquelle peut être mise en oeuvre l'invention.
La figure 4 représente une vue schématique en perspective d'une partie d'une turbine,
sur laquelle peut être mise en oeuvre l'invention.
La figure 5 représente une vue schématique en perspective d'une partie d'une turbine,
sur laquelle peut être mise en oeuvre l'invention.
La figure 6 représente une vue schématique en coupe axiale d'une turbine, sur laquelle
peut être mise en oeuvre l'invention.
La figure 7 représente une vue schématique d'un dispositif de réglage d'une turbine,
suivant un mode de réalisation l'invention.
La figure 8 représente un diagramme d'une came de conjugaison d'une turbine, pouvant
être obtenue suivant l'invention.
La figure 9 représente une grille de points P2 situés dans une enveloppe prescrite
autour d'une loi de conjugaison de départ, pouvant être utilisée suivant un premier
mode de réalisation de l'invention.
La figure 10 représente un organigramme du procédé de réglage suivant le premier mode
de réalisation de l'invention.
La figure 11 représente un exemple de courbe d'iso-puissance, pouvant être utilisé
suivant l'invention.
La figure 12 représente un organigramme du procédé de réglage suivant le deuxième
mode de réalisation de l'invention.
[0022] Le procédé de réglage de la turbine 1 suivant l'invention et le dispositif 100 de
réglage de la turbine 1 suivant invention, mettant en oeuvre ce procédé de réglage,
sont décrits ci-dessous en référence aux figures 1 à 12.
[0023] On décrit d'abord ci-dessous plus en détail en référence aux figures 1 à 6 des exemples
de turbine 1. La turbine 1 peut-être une turbine de turbo- alternateur de génération
d'électricité ou une turbine d'une génératrice d'électricité, ou autre. Ainsi que
décrit ci-dessous, la turbine 1 est à réaction à double réglage Y
p, Y
v des pales 12 et des aubes directrices 14. La turbine 1 est pilotée par des organes
réglants 121, 141 d'admission de fluide 141
[0024] La turbine 1 comporte un arbre 11 de rotation, qui est monté tournant dans un châssis
10 autour d'un premier axe 110 de rotation. Des pales 12 sont fixées sur l'arbre 11
de rotation, autour de celui-ci. Le châssis 10 comporte une voie 101 d'entrée d'un
fluide (par par exemple une bâche spirale 101), dans laquelle du fluide est envoyé
vers les pales 12. Le châssis 10 comporte une voie 103 de sortie du fluide, dans laquelle
le fluide est envoyé depuis les pales 12. Les pales 12 sont situées entre la voie
101 d'entrée du fluide et la voie 103 de sortie du fluide. Le fluide peut être par
exemple de l'eau, ou autre, comme par exemple de la vapeur, ou de l'air pour une turbine
éolienne. À la figure 1, la turbine 1 est par exemple du type à arbre 11 vertical.
À la figure 6, la turbine 1 est par exemple du type à arbre 11 horizontal.
[0025] Chaque pale 12 est montée tournante autour de l'arbre 11 autour d'un deuxième axe
de rotation 122 perpendiculaire au premier axe 110 de rotation. Les deuxièmes axe
de rotation 122 des pales 12 sont écartés les uns des autres autour du premier axe
110 de rotation. Par exemple, les pales 12 sont identiques entre elles. La première
orientation ANGP de chaque pale 12 (par exemple du plan moyen 120 de chaque pale 12
ou d'un plan 120 de référence de chaque pale 12) autour de son deuxième axe de rotation
122 par rapport à un plan transversal 13, perpendiculaire au premier axe 110 de rotation,
est réglable suivant une première commande Y
p d'orientation des pales 12 (ou position Y
p des pales 12), ainsi que représenté aux figures 4 et 5. La première orientation ANGP
peut être réglée en commun et dans le même sens pour l'ensemble des pales 12, et ce
par un (ou plusieurs) premier organe réglant 121 (ou premier actionneur 121 de réglage),
par exemple par un piston 121 prévu sur l'arbre 11 (ou par un autre organe réglant
121). La translation du piston 121 suivant le premier axe 110 de rotation fait tourner,
par l'intermédiaire d'un mécanisme d'articulation, les pales 12 chacune autour de
leur deuxième axe de rotation 122, pour régler la première orientation ANGP des pales
12 autour de leur deuxième axe de rotation 122. Le flux 102 de fluide entraîne les
pales 12 et l'arbre 11 en rotation autour du premier axe 110 de rotation. La rotation
de l'arbre 11 permet par exemple de générer de l'électricité dans le cas où l'arbre
11 de la turbine 1 est relié à un alternateur.
[0026] Le réglage de la première orientation ANGP peut se quantifier en pourcentage d'orientation
(ou en course linéaire en unités métriques du piston 121, permettant la synchronisation
de l'orientation des pales 12). Ainsi 0% pour la première orientation ANGP correspond
à une configuration des pales 12 toutes orientées selon un profil le plus plat (appelé
première ouverture minimale) minimalisant la section de passage entre les pales 12,
ainsi que représenté à titre d'exemple à la figure 4 où ANGP =0°. De même 100 % pour
la première orientation ANGP correspond à une configuration des pales 12 toutes orientées
selon un profil (appelé première ouverture maximale) maximisant la section de passage
entre les pales 12, c'est-à-dire avec la première orientation ANGP égale à une première
orientation maximale prescrite.
[0027] Le réglage de la première orientation ANGP ou du premier angle ANGP des pales 12
entre le plan 120 moyen ou de référence de la pale 12 et le plan normal 13 selon les
figures 4 et 5 peut aussi être situé entre une valeur minimale et une valeur maximale.
[0028] Entre la voie 101 d'entrée de fluide et les pales 12 sont prévues des aubes directrices
14 de vannage du fluide. Les aubes directrices 14 de vannage ont pour fonction de
prédéterminer un volume de passage de fluide entre la voie 101 d'entrée du fluide
et la voie 103 de sortie du fluide.
[0029] Chaque aube directrice 14 de vannage est montée tournante par rapport au châssis
10 autour d'un troisième axe 142 de rotation (par exemple un tourbillon 142), pouvant
être par exemple parallèle au premier axe 110 de rotation. Les troisièmes axes de
rotation 142 des aubes directrices 14 de vannage sont écartés les uns des autres autour
du premier axe 110 de rotation. La géométrie du type convergent de la voie 101 d'entrée
permet de préorienter les vecteurs vitesses 102 du fluide entrant dans chaque section
de passage entre deux aubes directrices 14 consécutives. Par exemple, les aubes directrices
14 de vannage sont identiques entre elles. Chaque aube directrice 14 de vannage est
par exemple en forme de carène profilée. La deuxième orientation ANGV de vannage (ou
deuxième angle ANGV) de chaque aube directrice 14 de vannage (par exemple du plan
moyen 140 de chaque aube directrice 14 ou d'un plan 140 de référence de chaque aube
directrice 14) autour de son troisième axe 142 de rotation par rapport à un plan radial
143 passant par le premier axe 110 de rotation, est réglable suivant une deuxième
commande Y
v d'orientation des aubes directrices 14 de vannage (ou position du vannage Y
v), ainsi que représenté aux figures 2 et 3. La deuxième orientation ANGV de vannage
peut être réglée en commun et dans le même sens pour l'ensemble des aubes directrices
14 de vannage, et ce par un (ou plusieurs) deuxième organe réglant 141 (ou deuxième
actionneur 141 de réglage), par exemple par un cercle 141 de vannage relié aux aubes
directrices 14 ou par un autre actionneur 141 de réglage. Chaque aube directrice 14
vannage est reliée par l'intermédiaire d'un levier 148 et d'une biellette 149 au cercle
141 de vannage. Le cercle 141 vannage est en outre relié par l'intermédiaire à une
ou plusieurs bielles 145 de commande pouvant être translatées par un ou plusieurs
servomoteurs 144 pour faire tourner le cercle 141 de vannage autour du premier axe
110 de rotation et pour faire tourner les aubes directrices 14 de vannage chacune
autour de leur deuxième axe de rotation 122, pour régler la deuxième orientation ANGV
de vannage des aubes directrices 14 autour de leur troisième axe 142 de rotation.
L'ensemble des aubes directrices 14 se nomme vannage ou distributeur. La deuxième
orientation ANGV de vannage permet de régler la section de passage de fluide entre
deux aubes directrices 14 de vannage consécutives.
[0030] Le réglage de la deuxième orientation ANGV de vannage peut se quantifier en pourcentage
d'ouverture des aubes directrices 14 (ou en course linéaire en unités métriques du
ou des servomoteurs 144 qui manoeuvre(nt) le cercle 141 de vannage). Ainsi 0% pour
la deuxième orientation ANGV de vannage correspond à une configuration (appelée deuxième
ouverture minimale) des aubes directrices 14 toutes orientées selon un profil minimisant
la section de passage entre les aubes directrices 14 et par exemple ne laissant passer
aucun fluide entre les aubes directrices 14 dans une position 14F de fermeture des
aubes directrices 14 se touchant l'une l'autre ainsi que représenté en traits interrompus
à la figure 3. De même 100 % pour la deuxième orientation ANGV de vannage correspond
à une configuration (appelée deuxième ouverture maximale) des aubes directrices 14
toutes orientées selon un profil maximisant la section de passage entre les aubes
directrices 14, c'est-à-dire avec la deuxième orientation ANGV de vannage égale à
une deuxième orientation ANGV de vannage, maximale prescrite dans la position complètement
ouverte ou maximale des aubes directrices 14. La flèche 146 des figures 2 et 3 correspond
au sens de fermeture des aubes directrices 14 de vannage vers la position 14 F de
fermeture. La flèche 147 des figures 2 et 3 correspond au sens d'ouverture des aubes
directrices 14 de vannage depuis la position 14F de fermeture vers la position complètement
ouverte ou maximale des aubes directrices 14.
[0031] Le dispositif 100 de réglage de la turbine 1 suivant l'invention comporte un module
MOD de commande, configuré (programmé) pour mettre en oeuvre les étapes décrites ci-dessous
du procédé de réglage suivant l'invention, en référence aux figures 7 à 12. Le module
MOD de commande peut-être comprendre plusieurs calculateurs, et/ou un ou plusieurs
processeurs, et/ou un ou plusieurs microprocesseurs, et/ou un ou plusieurs ordinateurs,
et/ou un ou plusieurs programmes d'ordinateur, et/ou une ou plusieurs interfaces INT1,
INT2 d'entrée de données, et/ou une ou plusieurs interfaces INT3 de sortie de données,
ou autres.
[0032] Le module MOD repose sur une méthode par iso-puissances pour la détermination des
lois de conjugaison des pales 12 et vannage des aubes directrices 14 des turbines
1 à réaction à double réglage.
[0033] Au cours d'une première étape E1, le module MOD de commande détermine pour une pluralité
de puissances électriques cibles P
1, P
2, P
3, P
4, P
5, ... P
n de la turbine 1, respectivement des premiers ensembles Y1, Y2, Y3, Y4, Y5,... Yn
de combinaisons Y
p, Y
v de premières valeurs de la première commande Y
p d'orientation des pales 12 et de premières valeurs de la deuxième commande Y
v d'orientation des aubes directrices 14 de vannage de fluide, ainsi que représenté
à titre d'exemple à la figure 8. Chaque puissance cible P
1, P
2, ... P
n peut être prescrite dans le module MOD de commande. Chaque puissance cible P
1, P
2, ... P
n correspond à une valeur de puissance électrique, pouvant être produite par la turbine
1. Ces premiers ensembles Y1, Y2, ... Yn de combinaisons Y
p, Y
v de premières valeurs de la première commande Y
p d'orientation des pales 12 et de premières valeurs de la deuxième commande Y
v d'orientation des aubes directrices 14 de vannage de fluide sont appelées ensembles
ou courbes Y1, Y2, ... Yn de premiers points Y
p, Y
v d'iso-puissance. Chaque ensemble Y1, Y2, ... Yn de premiers points Y
p, Y
v d'iso-puissance correspond à l'une des puissances électriques cibles P
1, P
2, ... P
n de la turbine 1. Les puissances électriques cibles P
1, P
2, ... P
n peuvent être prescrites. Chaque ensemble ou courbe Y1, Y2, ... Yn de premiers points
Y
p, Y
v d'iso-puissance donne une première valeur de la première commande Y
p d'orientation des pales 12, qui est décroissante en fonction de la première valeur
de la deuxième commande Y
v d'orientation des aubes directrices 14 de vannage de fluide.
[0034] Un exemple d'une courbe Y1 de premiers points Y
p, Y
v d'iso-puissance pour la puissance électrique cible P
1 est représentée à la figure 11. Cette courbe Y1 passe par les premiers points d'iso-puissance
{Y
v1, Y
p1}, {Y
v2, Y
p2}, {Y
v3, Y
p3}, {Y
v4, Y
p4} et {Y
v5, Y
p5} pour la puissance électrique cible P
1.
[0035] Au cours d'une deuxième étape E2, le module MOD de commande détermine, pour chaque
puissance électrique cible P
1, P
2, ... P
n et parmi les premiers points Y
p, Y
v d'iso-puissance de chaque ensemble Y1, Y2, ... Yn, le premier point INF(Y
p, Y
v) d'iso-puissance ayant une rupture de pente maximale en valeur absolue, appelé point
INF(Y
p, Y
v) de réglage optimum de chaque puissance électrique cible P
1, P
2, ... P
n, ainsi que représenté à titre d'exemple à la figure 8. Ainsi, par exemple pour l'ensemble
Y1 de premiers points Y
p, Y
v d'iso-puissance, le premier point INF(Y
p, Y
v) d'iso-puissance de réglage optimum est celui de ces premiers points Y
p, Y
v d'iso-puissance qui présente une rupture de pente maximale en valeur absolue par
rapport aux premiers points Y
p, Y
v d'iso-puissance voisins, chaque pente joignant chaque premier point Y
p, Y
v d'iso-puissance à son premier point Y
p, Y
v d'iso-puissance voisin. Suivant une première possibilité, le module MOD de commande
détermine le premier point INF(Y
p, Y
v) d'iso-puissance de réglage optimum en détectant, pour chaque premier point INF(Y
p, Y
v) d'iso-puissance, si le changement de pente est supérieur à une valeur prescrite
de pente, ayant été fixée par l'utilisateur sur l'interface INT1 du module MOD de
commande.
[0036] Le nombre n de puissances électriques cibles P
1, P
2, ... P
n peut par exemple être supérieur ou égal à 2 ou 5 ou autres, et peut par exemple être
est inférieur ou égal à 10 ou même supérieur ou égal à 10. Le nombre de premiers points
Y
p, Y
v d'iso-puissance dans chaque ensemble Y1, Y2, ... Yn peut par exemple être supérieur
ou égal à 2 ou 3 ou autres, et peut par exemple être est inférieur ou égal à 8 ou
même supérieur ou égal à 8. Chaque puissance électrique cible P
1, P
2, ... P
n est supérieure ou égale à une puissance minimale admissible prescrite pour le bon
fonctionnement de la turbine 1 pour une hauteur H de chute donnée et est inférieure
ou égale à une puissance maximale prescrite pour le bon fonctionnement de la turbine
1 pour une hauteur H de chute donnée.
[0037] Au cours d'une troisième étape E3, le module MOD de commande enregistre dans sa mémoire
MEM ou base MEM de données les points INF(Y
p, Y
v) de réglage optimum pour la pluralité de puissances électriques cibles P
1, P
2, ... P
n de la turbine 1.
[0038] Les points INF(Y
p, Y
v) de réglage optimum pour la pluralité de puissances électriques cibles P
1, P
2, ... P
n de la turbine 1 forment une loi optimale (ou came optimale) de conjugaison des pales
12 et des aubes directrices 14.
[0039] Les cames (ou lois) de conjugaison sont les lois des meilleures combinaisons de la
première commande Y
p d'orientation des pales 12 de l'organe réglant 121 et de premières valeurs de la
deuxième commande Y
v d'orientation des aubes directrices 14 de vannage de fluide de l'organe réglant 141
à une hauteur H de chute donnée, permettant de maximiser le rendement global de la
turbine 1 pour chaque débit de la turbine 1.
[0041] D'une manière plus générale, la performance globale d'une turbine, autrement dit
son rendement global
ηtur s'écrit avec l'équation suivante :

c'est-à-dire, en remplaçant P et en combinant eq 2 et eq 3 , il vient

avec
Phyd : Puissance hydraulique,
Proue : Puissance à la roue des pales 12,
ηroue : Rendement de la roue des pales 12,
Pméca : Puissance mécanique à l'arbre 11 de la turbine 1,
ηméca : rendement mécanique de la turbine 1,
P : Puissance électrique de la turbine 1,
ηgén : Rendement de la génératrice de la turbine 1,
Q : débit du fluide dans la turbine 1,
ρ : masse volumique du fluide dans la turbine 1,
g : accélération de la gravité.
[0042] L'invention permet d'obtenir les cames de conjugaison des réglages Y
p, Y
v des pales 12 et des aubes directrices 14 en se dispensant de mesurer le débit de
la turbine 1 pour chacun de ces réglages Y
p, Y
v.
[0043] En effet, la mesure du débit Q du fluide peut être difficile à obtenir, cela en raison
par exemple de l'accessibilité aux sections de mesures du débit (section d'écoulement
du fluide ou zones où se trouvent les points d'installation de capteurs de mesure),
de la distance disponible de sections droites sur le circuit hydraulique, etc. En
outre, la mise en place de moyens de mesure du débit peut être risquée en termes de
sécurité des personnes selon l'accessibilité des sections de mesures. La mesure du
débit Q du fluide peut être également coûteuse en matériel : selon les conceptions
des aménagements, un chariot peut être nécessaire pour la mise en oeuvre des capteurs
de débit qu'il faut multiplier en nombre selon la section d'écoulement. Dans certains
cas, l'état des prises de pression ont aussi un poids prépondérant sur la fiabilité
et la cohérence des résultats obtenus. Une telle installation de mesures du débit
mobilise des ressources humaines et reste cependant peu fiable. En effet, selon les
aménagements, la géométrie des sections de mesure du débit ne sont pas toujours vérifiables
(impossibilité de faire des relevés géométriques, combinée à des plans anciens voire
incomplets) ou comprennent des singularités géométriques nécessitant des corrections
de mesures ; la distance entre la turbine et la section de mesure du débit peut être
insuffisante et ne permet pas au fluide d'avoir un comportement idéalement laminaire
évitant les turbulences hydrauliques nuisibles à la mesure. La fiabilité des mesures
du débit repose également sur les incertitudes de mesure et le suivi métrologique
des capteurs impliqués dans la mesure.
[0044] Les étapes E1, E2 et E3 peuvent être effectuées pour au moins une hauteur H de chute
donnée de la turbine 1, et par exemple pour une seule hauteur H de chute donnée ou
pour chacune de plusieurs hauteurs différentes H de chute données. La hauteur H de
chute est définie par la différence de hauteur entre d'une part une première ligne
de charge de fluide (par exemple d'eau) située dans la voie 101 d'entrée de fluide
et une deuxième ligne de charge de fluide située dans la voie 103 de sortie du fluide.
Les points INF(Y
p, Y
v) de réglage optimum pour la pluralité de puissances électriques cibles P
1, P
2, ... P
n de la turbine 1 peuvent donc former la loi optimale (ou came optimale) de conjugaison
des pales 12 et des aubes directrices 14 pour au moins une hauteur H de chute donnée
de la turbine 1, ou pour chacune de plusieurs hauteurs différentes H de chute données.
[0045] Dans un premier mode de réalisation, représenté aux figures 7, 8, 9, 10 et 11, la
première étape E1 peut comporter les sous-étapes décrites ci-dessous.
[0046] Au cours d'une première sous-étape E11 de la première étape E1, on entre dans le
module MOD de commande une première loi L1 (Y
p, Y
v) de conjugaison de départ, donnant la première commande Y
p d'orientation des pales 12 en fonction de la deuxième commande Y
v d'orientation des aubes directrices 14 de vannage de fluide. La loi L1(Y
p, Y
v) de conjugaison de départ correspondant à une programmation initiale d'un automate
AUT de commande de la turbine 1 pour au moins une hauteur H de chute donnée de la
turbine ou pour chacune des hauteurs différentes H de chute données. La première loi
L1 (Y
p, Y
v) de conjugaison de départ est prescrite et préenregistrée dans la mémoire MEM ou
base MEM de données du module MOD de commande. La première sous-étape E11 peut comprendre
de mesurer par un premier capteur CAP12, qui est prévu sur ou dans la turbine 1 et
qui est relié à l'interface INT d'entrée de données du module MOD de commande, la
première orientation ANGP pour la première commande Y
p d'orientation des pales 12 à 0% et pour la première commande Y
p d'orientation des pales 12 à 100 %. La première sous-étape E11 peut comprendre de
mesurer par un deuxième capteur CAP14 de la turbine 1, qui est prévu sur ou dans la
turbine 1 et qui est relié à l'interface INT d'entrée de données du module MOD de
commande, la deuxième orientation ANGV pour la deuxième commande Y
v d'orientation des aubes directrices 14 de vannage de fluide à 0% et pour la deuxième
commande Y
v d'orientation des aubes directrices 14 de vannage de fluide à 100 %.
[0047] Au cours d'une deuxième sous-étape E12 de la première étape E1, le module MOD de
commande calcule une grille de deuxièmes points P2 situés dans une enveloppe prescrite
ENV autour de la loi L1(Y
p, Y
v) de conjugaison de départ, ainsi que représenté à titre d'exemple à la figure 9.
Les deuxièmes points P2 ont des coordonnées Y
p,j et Y
v,i pour i allant de 1 à N et pour j allant de 1 à M,
où Yp,j est la première commande Yp d'orientation des pales 12,
Yv,i est la deuxième commande Yv d'orientation des aubes directrices 14 de vannage de fluide,
N est un premier entier naturel prescrit, supérieur ou égal à 2,
M est un deuxième entier naturel prescrit, supérieur ou égal à 2. L'entier N peut
être égal à M ou être différent de M. Le module MOD de commande peut calculer autant
de grilles de deuxièmes points P2 que de hauteurs H de chute.
[0048] L'entier N peut être supérieur ou égal à 4 ou 5 et être inférieur ou égal à 10. L'invention
peut également s'appliquer à des valeurs de N inférieures à 4 ou supérieure à 10.
[0049] L'entier M peut être supérieur ou égal à 4 ou 5 et être inférieur ou égal à 10. L'invention
peut également s'appliquer à des valeurs de M inférieures à 4 ou supérieure à 10.
[0050] Les deuxièmes points P2 de la grille sont espacés d'un pas prescrit δ (non nul) le
long de la deuxième commande Y
v d'orientation des aubes directrices 14 de vannage de fluide. On a donc Y
v,i+1 = Y
v,i + δ.
[0051] Les deuxièmes points P2 de la grille sont espacés d'un pas prescrit δ' (non nul)
le long de la première commande Y
p d'orientation des pales 12. On a donc : Y
p,i+1 = Y
p,i + δ'. Le pas δ' peut être égal au pas δ ou être différent du pas δ.
[0052] L'enveloppe prescrite ENV autour de la loi L1 (Y
p, Y
v) de conjugaison de départ peut être formée par une zone comprise entre une courbe
inférieure ENV1 d'enveloppe et une courbe supérieure ENV2 d'enveloppe. La courbe inférieure
ENV1 d'enveloppe est une fonction croissante de Y
p en fonction de Y
v et est située au-dessous de la loi L1 (Y
p, Y
v) de conjugaison de départ. La courbe supérieure ENV2 d'enveloppe est une autre fonction
croissante de Y
p en fonction de Y
v et est située au-dessus de la loi L1 (Y
p, Y
v) de conjugaison de départ. Par exemple, la courbe inférieure ENV1 d'enveloppe correspond
à la loi L1 (Y
p, Y
v) de conjugaison de départ, ayant été décalée d'un premier décalage prescrit vers
le bas selon la première commande Y
p d'orientation des pales 12. Par exemple, la courbe supérieure ENV2 d'enveloppe correspond
à la loi L1 (Y
p, Y
v) de conjugaison de départ, ayant été décalée d'un deuxième décalage prescrit vers
le haut selon la première commande Y
p d'orientation des pales 12. Le premier décalage peut être égal en valeur absolue
au deuxième décalage. Bien entendu, les courbes ENV1 et ENV2 d'enveloppe pourraient
être différentes de la loi L1 (Y
p, Y
v) de conjugaison de départ ayant été décalée.
[0053] Au cours d'une troisième sous-étape E13 de la première étape E1, le module MOD de
commande obtient le débit de la turbine 1 pour chaque deuxième point P2 à partir d'une
deuxième loi prescrite, donnant la valeur du débit Q(Y
p,j, Y
v,i) de la turbine 1 en fonction de Y
p,j et Y
v,i. La deuxième loi est prescrite dans le module MOD de commande et peut avoir été entrée
dans le module MOD de commande. Par exemple, la deuxième loi peut avoir été obtenue
à partir de mesures de débit de la turbine 1 précédemment enregistrées ou à partir
d'abaques donnant le débit mesuré de la turbine 1, pour certaines valeurs de la première
commande Y
p d'orientation des pales 12 et/ou de la deuxième commande Y'
v,i d'orientation des aubes directrices 14 de vannage de fluide, ou à partir d'un modèle
du débit pour certaines valeurs de la première commande Y
p d'orientation des pales 12 et/ou de la deuxième commande Y'
v,i d'orientation des aubes directrices 14 de vannage de fluide. La deuxième loi peut
être par exemple sous la forme d'un ou plusieurs tableaux à 3 dimensions. Ainsi, le
procédé suivant l'invention se dispense d'une mesure en temps réel du débit du fluide
dans la turbine 1, mais appuie sur des mesures préenregistrées du débit.
[0054] Au cours d'une quatrième sous-étape E14 de la première étape E1, le module MOD de
commande sélectionne, pour chaque deuxième point P2 ayant les coordonnées Y
p,j et Y
v,i pour i allant de 1 à N et pour j allant de 1 à M, un troisième point P3 ayant des
coordonnées Y'
p,j et Y'
v,i qui correspondent à celles des coordonnées Y
p,j et Y
v,i qui répondent au critère du minimum en valeur absolue entre le débit de chaque deuxième
point P2 et le débit des deuxièmes points P2 voisins. Chaque troisième point P3 minimise
donc la variation du débit Q. Cela permet avantageusement de préserver les aménagements,
les matériels et la sécurité des tiers lors du fonctionnement du module MOD de commande.
La coordonnée Y'
p,j est la première commande Y
p d'orientation des pales 12. La coordonnée Y'
v,i est la deuxième commande Y
v d'orientation des aubes directrices 14 de vannage de fluide. Le module MOD de commande
sélectionne ainsi pour chaque deuxième point P2 le troisième point P3 voisin qui répond
au critère suivant, calculé par le module MOD de commande :

où min désigne le minimum de cet ensemble entre {}. Le module MOD de commande procède
ainsi à une exploration automatique, point P2 après point P2, de la grille pour sélectionner
les points P3 parmi les points P2. Cette exploration automatique est également appelée
routine. Le point P2 de départ de la routine peut être par exemple la première ouverture
minimale des pales 12 à 0 % et la deuxième ouverture minimale à 0 % des aubes directrices
11, pour la turbine 1 considérée. Le point P2 de départ de la routine pourrait être
par exemple la première ouverture maximale des pales 12 à 100 % et la deuxième ouverture
maximale des aubes directrices 11 à 100 %, pour la turbine 1 considérée.
[0055] Au cours d'une cinquième sous-étape E15 de la première étape E1, le module MOD de
commande règle (ou envoie) sur la turbine 1, par l'interface INT3 de sortie de données
du module MOD reliée aux organes réglants 121 et 141, pour une ou chacune des hauteurs
H de chute données, la deuxième commande Y'
v,i d'orientation des aubes directrices 14 de vannage de fluide, associée à la première
commande Y'
p,j d'orientation des pales 12 selon chaque troisième point P3.
[0056] La modification de la deuxième commande Y'
v,i d'orientation des aubes directrices 14 de vannage de fluide de l'organe réglant 141
et de la première commande Y'
p,j d'orientation des pales 12 de l'organe réglant 121 est effectuée automatiquement
par le module MOD de commande selon des critères de temps d'attente, de stabilisation
et d'enregistrement des données pendant l'exécution de la routine pour positionner
au troisième point P3.
[0057] Selon une possibilité, un mode dit pas à pas, selon la routine, permet de passer
d'une deuxième commande Y'
v,i à une autre et d'une première commande Y'
p,j à une autre sur instruction entrée par l'utilisateur sur l'interface INT1 du module
MOD de commande (le point suivant P3 à tester étant quant à lui toujours désigné par
le module MOD selon le critère décrit précédemment). La routine pourra être interrompue
(et relancée) à tout moment pour des raisons de sécurité et préservation de la turbine
1 testée ainsi que pour la bonne exploitation de l'aménagement hydraulique.
[0058] Selon une autre possibilité, un mode automatique, selon la routine, permet de passer
d'une deuxième commande Y'
v,i à une autre et d'une première commande Y'
p,j à une autre automatiquement d'une manière programmée dans le module MOD de commande.
[0059] Le module MOD de commande peut passer d'une deuxième commande Y'
v,i à une première commande Y'
p,j soit en simultané, soit l'une après l'autre, selon la technologie du contrôle-commande
de la turbine testée 1.
[0060] Puis, au cours de la cinquième sous-étape E15, un organe ou capteur CAPP de mesure
de puissance prévu sur la turbine 1 mesure une puissance électrique P produite par
la turbine 1 (par exemple en mesurant une tension électrique V produite par la turbine
1 et en mesurant un courant électrique I produit par la turbine 1, le capteur CAPP
de mesure pouvant comporter un transducteur TPA de puissance active, ainsi que représenté
à titre d'exemple la figure 7) pour chaque troisième point P3. La puissance électrique
P mesurée par le capteur CAPP de mesure est envoyée au module MOD de commande, comportant
une interface INT2 de réception des données de cette puissance électrique P mesurée,
cette interface INT2 de réception étant reliée au capteur CAPP de mesure. Le module
MOD de commande enregistre des quadruplets (Y'
p,j, Y'
v,i, H, P) de données donnant en association la première commande Y'
p,j d'orientation des pales 12, la deuxième commande Y'
v,i d'orientation des aubes directrices 14 de vannage de fluide, la au moins une hauteur
H de chute donnée et la puissance électrique P ayant été mesurée et correspondant
à chaque troisième point P3, dans la mémoire MEM ou base MEM de données.
[0061] Au cours d'une sixième sous-étape E16 de la première étape E1, le module MOD de commande
détermine à partir des quadruplets (Y'
p,j, Y'
v,i, H, P) de données les puissances électriques cibles P
1, P
2, ... P
n et les premiers points Y
p, Y
v d'iso-puissance associés aux puissances électriques cibles P
1, P
2, ... P
n (premiers ensembles Y1, Y2, ... Yn).
[0062] Par exemple, dans un premier cas, les puissances électriques cibles P
1, P
2, ... P
n peuvent être égales aux puissances électriques P ayant été mesurées et correspondant
aux troisièmes points P3.
[0063] Par exemple, dans un deuxième cas, le module MOD de commande calcule au cours de
la sixième sous-étape E16 les puissances électriques cibles P
1, P
2, ... P
n et les premiers points Y
p, Y
v d'iso-puissance par interpolation à partir des quadruplets (Y'
p,j, Y'
v,i, H, P) de données.
[0064] Par exemple, dans un deuxième cas, chaque puissance cible P
1, P
2, ... P
n peut être prescrite dans le module MOD de commande. Le module MOD de commande peut
effectuer un tri des quadruplets (Y'
p,j, Y'
v,i, H, P) de données en fonction des puissances électriques P. Dans le cas où chaque
puissance cible P
1, P
2, ... P
n a été prescrite dans le module MOD de commande, le module MOD de commande peut retenir
pour cette puissance cible P
1, P
2, ... P
n le quadruplet (Y'
p,j, Y'
v,i, H, P) de données, dont la puissance mesurée P est la plus proche de la puissance
cible P
1, P
2, ... P
n, par exemple à plus ou moins une valeur ΔP prédéterminée.
[0065] A l'issue de la sous-étape E16, le module MOD de commande effectue la deuxième étape
E2 décrite ci-dessus pour déterminer les points INF(Y
p, Y
v) de réglage optimum des puissances électriques cibles P
1, P
2, ... P
n.
[0066] Dans un deuxième mode de réalisation, représenté aux figures 7, 8, 11 et 12, la première
étape E1 peut comporter les sous-étapes décrites ci-dessous.
[0067] Au cours d'une autre première sous-étape E11' de la première étape E1, pour chacune
des puissances électriques cibles P
1, P
2, ... P
n le module MOD de commande règle (ou envoie) sur la turbine 1 par l'interface INT3
de sortie de données du module MOD reliée aux organes réglants 121 et 141, pour une
ou chacune des hauteurs H de chute données la première commande Y
p d'orientation des pales 12 successivement à une première valeur sélectionnée Y
pr de réglage parmi plusieurs premières valeurs prescrites Y
pr1, Y
pr2, ... , Y
prK de réglage de la première commande Y
p d'orientation des pales 12 (par exemple avec un pas δ" prescrit et non nul entre
ces premières valeurs prescrites Y
pr1, Y
pr2, ... , Y
prK de réglage).
[0068] Puis, au cours de l'autre première sous-étape E11', l'organe ou capteur CAPP de mesure
de puissance prévu sur la turbine 1 mesure une puissance électrique P produite par
la turbine 1 (par exemple en mesurant une tension électrique V produite par la turbine
1 et en mesurant un courant électrique I produit par la turbine 1, le capteur CAPP
de mesure pouvant comporter un transducteur TPA de puissance active, ainsi que représenté
à titre d'exemple la figure 7). La puissance électrique P mesurée par le capteur CAPP
de mesure est envoyée au module MOD de commande, comportant une interface INT2 de
réception des données de cette puissance électrique P mesurée, cette interface INT2
de réception étant reliée au capteur CAPP de mesure.
[0069] Puis, au cours de l'autre première sous-étape E11', pour chaque puissance électrique
cible P
s égale à l'une de P
1, P
2, ... P
n (pour l'entier s allant de 1 à n), le module MOD de commande règle (ou envoie) sur
la turbine 1 par l'interface INT3 de sortie de données du module MOD reliée aux organes
réglants 121 et 141, pour chaque première valeur sélectionnée Y
pr de réglage de la première commande Y
p d'orientation des pales 12 et pour chaque hauteur H de chute donnée de la turbine
1, la deuxième commande Y
v d'orientation des aubes directrices 14 de vannage de fluide successivement à une
deuxième valeur sélectionnée Y
vr de réglage parmi plusieurs deuxièmes valeurs prescrites Y
vr1, Y
vr2, ... , Y
vrL de réglage de la deuxième commande Y
v d'orientation des aubes directrices 14 de vannage de fluide (par exemple avec un
pas δ‴ prescrit et non nul entre ces deuxièmes valeurs prescrites Y
vr1, Y
vr2, ... , Y
vrL de réglage), jusqu'à ce que la puissance électrique P mesurée sur la turbine 1 soit
égale à la puissance électrique cible P
s, par exemple à plus ou moins une valeur ΔP prédéterminée.
[0070] Au cours d'une autre deuxième sous-étape E12' de la première étape E1, le module
MOD de commande enregistre dans sa base MEM de données des quadruplets (Y
pr, H, P
s, Y
vr) de données donnant chaque première valeur sélectionnée Y
pr de réglage de la première commande Y
p d'orientation des pales 12 en association avec la au moins une hauteur H de chute
donnée de la turbine 1, avec la puissance électrique cible P
s égale à l'une de P
1, P
2, ... P
n (pour l'entier s allant de 1 à n) et avec la deuxième valeur sélectionnée Y
vr de réglage de la deuxième commande Y
v d'orientation des aubes directrices 14 de vannage de fluide, pour laquelle la puissance
électrique mesurée sur la turbine 1 est égale à la puissance électrique cible P
s.
[0071] Au cours d'une autre troisième sous-étape E13' de la première étape E1, le module
MOD de commande détermine à partir des quadruplets (Y
pr, H, P
s, Y
vr) de données les puissances électriques cibles P
1, P
2, ... P
n et les premiers points Y
p, Y
v d'iso-puissance associés aux puissances électriques cibles P
1, P
2, ... P
n (premiers ensembles Y1, Y2, ... Yn).
[0072] Par exemple, chaque puissance cible P
1, P
2, ... P
n peut être prescrite dans le module MOD de commande. Le module MOD de commande peut
effectuer un tri des quadruplets (Y
pr, H, P
s, Y
vr) de données en fonction des puissances électriques cibles P
s.
[0073] A l'issue de la sous-étape E13', le module MOD de commande effectue la deuxième étape
E2 décrite ci-dessus pour déterminer les points INF(Y
p, Y
v) de réglage optimum des puissances électriques cibles P
1, P
2, ... P
n.
[0074] Le module MOD de commande peut être nomade et peut-être ajouté ou branché à l'automate
AUT de commande de la turbine 1 (contrôle- commande de la turbine 1). Le module MOD
de commande permet à la fois de piloter la turbine 1 par le contrôle des organes réglants
121 et 141, et de collecter et d'analyser les données pour la recherche et l'optimisation
des cames de conjugaison de manière automatique.
[0075] L'invention permet de fournir les cames de conjugaison plus rapidement qu'avec la
méthode normée et mesure de débit, avec un impact fortement réduit sur l'exploitation
et la disponibilité des turbines sur le réseau électrique. Le déploiement du module
MOD peut être considéré comme rapide sur les turbines testées et demande une mobilisation
limitée de ressources pour la mise en oeuvre (1 personne contre 2 à 4 personnes pour
une mesure de débit normée CEI60041 (moulinet, contrôle piézométrique, ...) ; les
contraintes d'exploitation sont également limitées dans le temps. Les résultats (i.e.
les lois ou cames de conjugaison) pour une turbine donnée issus de l'utilisation de
ce module MOD permet d'assurer une exploitation durable et optimale de celles-ci,
avec une garantie de pérennité hydromécanique. Le module MOD est compatible et adaptable
à tout automatisme AUT des turbines à réaction à double réglage qu'on souhaite optimiser
et exploiter à leurs meilleurs points de fonctionnement. Le module MOD permet de piloter
la turbine tout en collectant et en enregistrant les données desquelles il sera possible
de déterminer et optimiser ces lois (ou cames) de conjugaisons.
[0076] Les avantages de l'invention sont notamment sont notamment :
- Aucune mesure de débit nécessaire,
- Moins d'impact sur la production pour la mise en place du module,
- Impact limité sur l'exploitation de la turbine et de l'aménagement associé
- Gain de temps pour obtenir des résultats fiables et quasi-immédiatement implémentables
dans leurs automatismes,
- Optimisation et donc gain de productible et pérennité hydromécanique garantie,
- Peut-être utilisé comme outil de diagnostic (évolution des lois ou cames de conjugaison,
détection d'usure mécanique, ...).
[0077] Bien entendu, les modes de réalisation, caractéristiques, possibilités et exemples
décrits ci-dessus peuvent être combinés l'un avec l'autre ou être sélectionnés indépendamment
l'un de l'autre.
1. Procédé de réglage d'une turbine (1),
la turbine (1) ayant un arbre (11) de rotation et des pales (12), qui sont fixées
sur l'arbre (11) de rotation et dont une première orientation (ANGP) par rapport à
un plan transversal (13), perpendiculaire à l'arbre (11) de rotation, est réglable
suivant une première commande (Yp) d'orientation des pales (12),
la turbine (1) ayant une voie (101) d'entrée de fluide et des aubes directrices (14)
de vannage de fluide, qui sont situées entre la voie (101) d'entrée de fluide et les
pales (12) et dont une deuxième orientation (ANGV) de vannage est réglable suivant
une deuxième commande (Yv) d'orientation des aubes directrices (14) de vannage de fluide,
caractérisé en ce que
au cours d'une première étape (E1), on détermine par un module (MOD) de commande et
pour une pluralité de puissances électriques cibles (P1, P2, ... Pn) de la turbine (1), des premiers ensembles (Y1, Y2, ... Yn) de combinaisons (Yp, Yv), dits ensembles (Y1, Y2, ... Yn) de premiers points (Yp, Yv) d'iso-puissance, de premières valeurs de la première commande (Yp) d'orientation des pales (12) et de premières valeurs de la deuxième commande (Yv) d'orientation des aubes directrices (14) de vannage de fluide, chaque ensemble (Y1,
Y2, ... Yn) de premiers points (Yp, Yv) d'iso-puissance correspondant à l'une des puissances électriques cibles (P1, P2, ... Pn) de la turbine (1),
au cours d'une deuxième étape (E2), on détermine (E2) pour chaque puissance électrique
cible (P1, P2, ... Pn) par le module (MOD) de commande dans chaque ensemble (Y1, Y2, ... Yn) de premiers
points (Yp, Yv) d'iso-puissance, le premier point (INF(Yp, Yv)) d'iso-puissance ayant une rupture de pente maximale en valeur absolue, appelé point
(INF(Yp, Yv)) de réglage optimum de chaque puissance électrique cible (P1, P2, ... Pn),
au cours d'une troisième étape (E3), on enregistre par le module (MOD) de commande
les points (INF(Yp, Yv)) de réglage optimum pour la pluralité de puissances électriques cibles (P1, P2, ... Pn) de la turbine (1).
2. Procédé suivant la revendication 1,
caractérisé en ce qu'au cours de la première étape,
au cours d'une première sous-étape (E11), on entre dans le module (MOD) de commande
une première loi (L1(Yp, Yv)) de conjugaison de départ, donnant la première commande (Yp) d'orientation des pales (12) en fonction de la deuxième commande (Yv) d'orientation des aubes directrices (14) de vannage de fluide, la loi (L1(Yp, Yv)) de conjugaison de départ correspondant à une programmation initiale d'un automate
(AUT) de commande de la turbine (1) pour au moins une hauteur (H) de chute donnée
de la turbine (1),
au cours d'une deuxième sous-étape (E12), on calcule par le module (MOD) de commande
une grille de deuxièmes points (P2) situés dans une enveloppe prescrite autour de
la loi (L1(Yp, Yv)) de conjugaison de départ, les deuxièmes points (P2) ayant des coordonnées Yp,j et Yv,i pour i allant de 1 à N et pour j allant de 1 à M,
où Yp,j est la première commande (Yp) d'orientation des pales (12),
Yv,i est la deuxième commande (Yv) d'orientation des aubes directrices (14) de vannage de fluide,
N est un premier entier naturel prescrit, supérieur ou égal à 2,
M est un deuxième entier naturel prescrit, supérieur ou égal à 2,
avec

et

δ étant un pas prescrit de deuxième commande (Yv) d'orientation des aubes directrices (14) de vannage de fluide et étant non nul,
δ' étant un pas prescrit de première commande (Yp) d'orientation des pales (12) et étant non nul,
au cours d'une troisième sous-étape (E13), on obtient par le module (MOD) de commande
le débit de la turbine (1) pour chaque deuxième point (P2) à partir d'une deuxième
loi prescrite, donnant la valeur du débit Q(Yp,j, Yv,i) de la turbine (1) en fonction de Yp,j et Yv,i,
au cours d'une quatrième sous-étape (E14), on sélectionne par le module (MOD) de commande,
pour chaque deuxième point (P2) ayant les coordonnées Yp,j et Yv,i pour i allant de 1 à N et pour j allant de 1 à M, un troisième point (P3) ayant des
coordonnées Y'p,j et Y'v,i qui correspondent à celles des coordonnées Yp,j et Yv,i qui minimisent

où Y'p,j est la première commande (Yp) d'orientation des pales (12),
Y'v,i est la deuxième commande (Yv) d'orientation des aubes directrices (14) de vannage de fluide,
au cours d'une cinquième sous-étape (E15), on règle par le module (MOD) de commande
sur la turbine (1), pour chaque au moins une hauteur (H) de chute donnée, la deuxième
commande Y'v,i d'orientation des aubes directrices (14) de vannage de fluide, associée à la première
commande Y'p,j d'orientation des pales (12) selon chaque troisième point (P3), puis on mesure par
un organe (CAPP) de mesure de puissance prévu sur la turbine (1) une puissance électrique
P correspondant à chaque troisième point (P3) et on enregistre dans une base (MEM)
de données du module (MOD) de commande des quadruplets (Y'p,j, Y'v,i, H, P) de données donnant en association la première commande Y'p,j d'orientation des pales (12), la deuxième commande Y'v,i d'orientation des aubes directrices (14) de vannage de fluide, la au moins une hauteur
(H) de chute donnée et la puissance électrique P ayant été mesurée et correspondant
à chaque troisième point (P3),
au cours d'une sixième sous-étape (E16), on détermine par le module (MOD) de commande
à partir des quadruplets (Y'p,j, Y'v,i, H, P) de données les puissances électriques cibles (P1, P2, ... Pn) et les premiers points (Yp, Yv) d'iso-puissance associés aux puissances électriques cibles (P1, P2, ... Pn).
3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les puissances électriques cibles (P1, P2, ... Pn) sont égales aux puissances électriques P ayant été mesurées et correspondant aux
troisièmes points (P3).
4. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'au cours de la première étape (E1), on calcule par le module (MOD) de commande au
cours de la sixième sous-étape (E16) les puissances électriques cibles (P1, P2, ... Pn) et les premiers points (Yp, Yv) d'iso-puissance par interpolation à partir des quadruplets (Y'p,j, Y'v,i, H, P) de données.
5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'enveloppe prescrite autour de la loi (L1 (Yp, Yv)) de conjugaison de départ est formée par une zone comprise entre une courbe inférieure
(ENV1) d'enveloppe et une courbe supérieure (ENV2) d'enveloppe, lesquelles sont situées
respectivement au-dessous et au-dessus de la loi (L1 (Yp, Yv)) de conjugaison de départ selon la première commande (Yp) d'orientation des pales (12).
6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la courbe inférieure (ENV1) d'enveloppe correspond à la loi (L1(Yp, Yv)) de conjugaison de départ, ayant été décalée d'un premier décalage prescrit vers
le bas selon la première commande (Yp) d'orientation des pales (12), et la courbe supérieure (ENV2) d'enveloppe correspond
à la loi (L1 (Yp, Yv)) de conjugaison de départ, ayant été décalée d'un deuxième décalage prescrit vers
le haut selon la première commande (Yp) d'orientation des pales (12).
7. Procédé suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'au cours de la troisième sous-étape (E13), on obtient par le module (MOD) de commande
la deuxième loi à partir de mesures de débit de la turbine (1) précédemment enregistrées
pour certaines valeurs de la première commande (Yp) d'orientation des pales (12) et/ou de la deuxième commande Y'v,i d'orientation des aubes directrices (14) de vannage de fluide, ou à partir d'un modèle
du débit pour certaines valeurs de la première commande (Yp) d'orientation des pales (12) et/ou de la deuxième commande Y'v,i d'orientation des aubes directrices (14) de vannage de fluide.
8. Procédé suivant la revendication 1,
caractérisé en ce qu'au cours de la première étape,
au cours d'une autre première sous-étape (E11'), pour chacune des puissances électriques
cibles (P1, P2, ... Pn) on règle par le module (MOD) de commande sur la turbine (1) la première commande
(Yp) d'orientation des pales (12) successivement à une première valeur sélectionnée (Ypr) de réglage parmi plusieurs premières valeurs prescrites (Ypr1, Ypr2, ... , YprK) de réglage de la première commande (Yp) d'orientation des pales (12) pour au moins une hauteur (H) de chute donnée de la
turbine (1),
on mesure par un organe (CAPP) de mesure de puissance prévu sur la turbine (1) une
puissance électrique de la turbine (1),
et on règle par le module (MOD) de commande sur la turbine (1), pour chaque première
valeur sélectionnée (Ypr) de réglage de la première commande (Yp) d'orientation des pales (12) et pour chaque au moins une hauteur (H) de chute donnée
de la turbine (1), la deuxième commande (Yv) d'orientation des aubes directrices (14) de vannage de fluide successivement à une
deuxième valeur sélectionnée (Yvr) de réglage parmi plusieurs deuxièmes valeurs prescrites (Yvr1, Yvr2, ... , YvrL) de réglage de la deuxième commande (Yv) d'orientation des aubes directrices (14) de vannage de fluide, jusqu'à ce que la
puissance électrique mesurée sur la turbine (1) soit égale à la puissance électrique
cible (P1, P2, ... Pn),
au cours d'une autre deuxième sous-étape (E12'), on enregistre dans une base (MEM)
de données du module (MOD) de commande des quadruplets (Ypr, H, Ps, Yvr) de données donnant chaque première valeur sélectionnée (Ypr) de réglage de la première commande (Yp) d'orientation des pales (12) en association avec la au moins une hauteur (H) de
chute donnée de la turbine (1), avec la puissance électrique cible (Ps, P1, P2, ... Pn) et avec la deuxième valeur sélectionnée (Yvr) de réglage de la deuxième commande (Yv) d'orientation des aubes directrices (14) de vannage de fluide, pour laquelle la
puissance électrique mesurée sur la turbine (1) est égale à la puissance électrique
cible (Ps, P1, P2, ... Pn),
au cours d'une autre troisième sous-étape (E13'), on détermine par le module (MOD)
de commande à partir des quadruplets (Ypr, H, Ps, Yvr) de données les puissances électriques cibles (P1, P2, ... Pn) et les premiers points (Yp, Yv) d'iso-puissance associés aux puissances électriques cibles (P1, P2, ... Pn).
9. Dispositif (100) de réglage d'une turbine (1),
la turbine (1) ayant un arbre (11) de rotation et des pales (12), qui sont fixées
sur l'arbre (11) de rotation et dont une première orientation (ANGP) par rapport à
un plan transversal (13), perpendiculaire à l'arbre (11) de rotation, est réglable
suivant une première commande (Yp) d'orientation des pales (12),
la turbine (1) ayant une voie (101) d'entrée de fluide et des aubes directrices (14)
de vannage de fluide, qui sont situées entre la voie (101) d'entrée de fluide et les
pales (12) et dont une deuxième orientation (ANGV) de vannage est réglable suivant
une deuxième commande (Yv) d'orientation des aubes directrices (14) de vannage de fluide,
caractérisé en ce que le dispositif (100) comporte un module (MOD) de commande configuré pour
déterminer pour une pluralité de puissances électriques cibles (P1, P2, ... Pn) de la turbine (1), des premiers ensembles (Y1, Y2, ... Yn) de combinaisons (Yp, Yv), dits ensembles (Y1, Y2, ... Yn) de premiers points (Yp, Yv) d'iso-puissance, de premières valeurs de la première commande (Yp) d'orientation des pales (12) et de premières valeurs de la deuxième commande (Yv) d'orientation des aubes directrices (14) de vannage de fluide, chaque ensemble (Y1,
Y2, ... Yn) de premiers points (Yp, Yv) d'iso-puissance correspondant à l'une des puissances électriques cibles (P1, P2, ... Pn) de la turbine (1),
déterminer (E2) pour chaque puissance électrique cible (P1, P2, ... Pn) par le module (MOD) de commande dans chaque ensemble (Y1, Y2, ... Yn) de premiers
points (Yp, Yv) d'iso-puissance, le premier point (INF, Yp, Yv) d'iso-puissance ayant une rupture de pente maximale en valeur absolue, appelé point
(INF(Yp, Yv)) de réglage optimum de chaque puissance électrique cible (P1, P2, ... Pn),
enregistrer dans une base (MEM) de données du module (MOD) de commande les points
(INF(Yp, Yv)) de réglage optimum pour la pluralité de puissances électriques cibles (P1, P2, ... Pn) de la turbine (1).
10. Programme d'ordinateur, comportant des instructions de code pour la mise en oeuvre
du procédé de réglage d'une turbine suivant l'une quelconque des revendications 1
à 8, lorsqu'il est exécuté par un calculateur (MOD).