Diseño de un sistema de control avanzado para turbinas hidráulicas
El interés por la utilización de energías renovables cumpliendo con los requerimientos medioambientales ha impulsado el desarrollo de fuentes de energía limpia. Dicha expansión hace necesario contar con una plataforma de experimentación para sistemas de generación de energía hidroeléctrica que facil...
- Autores:
-
Cordero Estupiñán, Miguel David
Castro Manzano, Andrés Felipe
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2021
- Institución:
- Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
- Repositorio:
- Repositorio UNAB
- Idioma:
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- OAI Identifier:
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- Acceso en línea:
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- Palabra clave:
- Mechatronic
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El interés por la utilización de energías renovables cumpliendo con los requerimientos medioambientales ha impulsado el desarrollo de fuentes de energía limpia. Dicha expansión hace necesario contar con una plataforma de experimentación para sistemas de generación de energía hidroeléctrica que facilite la investigación en este campo. Es por eso que la Universidad Autónoma de Bucaramanga cuenta con un banco de turbinas hidráulicas para los programas de ingeniería mecatrónica e ingeniería en energía, que busca fomentar el estudio de estos procesos para poder comparar los diferentes resultados obtenidos en la práctica con los datos teórico. Este proyecto consistió en automatizar el banco de turbinas utilizando la instrumentación adecuada para la medición de los diferentes parámetros del sistema, como: caudal de entrada a la turbina, velocidad del eje de la turbina y el voltaje del generador DC, con el cual se realizó el sistema de control a partir de técnicas de control robusto como lo son la técnica de sensibilidad mixta y MPC, para las turbinas Kaplan y Francis partiendo de la obtención del modelo matemático con datos experimentales de las dos turbinas. Donde se programaron los controladores y se monitorean todas las variables a través de la HMI diseñada en el sistema SCADA DELTA V. |
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Es por eso que la Universidad Autónoma de Bucaramanga cuenta con un banco de turbinas hidráulicas para los programas de ingeniería mecatrónica e ingeniería en energía, que busca fomentar el estudio de estos procesos para poder comparar los diferentes resultados obtenidos en la práctica con los datos teórico. Este proyecto consistió en automatizar el banco de turbinas utilizando la instrumentación adecuada para la medición de los diferentes parámetros del sistema, como: caudal de entrada a la turbina, velocidad del eje de la turbina y el voltaje del generador DC, con el cual se realizó el sistema de control a partir de técnicas de control robusto como lo son la técnica de sensibilidad mixta y MPC, para las turbinas Kaplan y Francis partiendo de la obtención del modelo matemático con datos experimentales de las dos turbinas. Donde se programaron los controladores y se monitorean todas las variables a través de la HMI diseñada en el sistema SCADA DELTA V.INTRODUCCION 9 OBJETIVOS 10 CAPITULO 1: MODELO DINAMICO DE LA TURBINA HIDRAULICA 11 1.1. SENSORES 11 1.2. SISTEMA ELECTRÓNICO 12 1.3. ACTUADORES 13 1.4. DISEÑO MECÁNICO 14 1.5. MODELO MATEMÁTICO TURBINA KAPLAN 15 1.5.1 Ecuaciones de la turbina 16 1.5.2 Ecuaciones del generador DC 19 1.5.3 Validación modelo 20 1.6. MODELO MATEMÁTICO TURBINA FRANCIS 24 1.6.1 Ecuaciones de la turbina 24 1.6.2 Ecuaciones del generador DC 26 1.6.3 Validación modelo 26 CAPITULO 2: SISTEMA DE CONTROL 32 2.1. CONTROL TÉCNICA SENSIBILIDAD MIXTA 32 2.2. DISEÑO CONTROL SENSIBILIDAD MIXTA 36 2.2.1 Control sensibilidad mixta Turbina Kaplan 36 2.2.2 Control sensibilidad mixta Turbina Francis 38 2.3. CONTROL PREDICTIVO MPC 40 2.4. DISEÑO CONTROL PREDICTIVO MPC 43 2.4.1 Control MPC Turbina Kaplan 43 2.4.2 Control MPC Turbina Francis 46 CAPITULO 3: VALIDACION EXPERIMENTAL 50 3.1. IMPLEMENTACIÓN CONTROL SENSIBILIDAD MIXTA TURBINA KAPLAN 52 3.2. IMPLEMENTACIÓN CONTROL MPC TURBINA KAPLAN 55 3.3. IMPLEMENTACIÓN CONTROL SENSIBILIDAD MIXTA TURBINA FRANCIS 59 3.4. IMPLEMENTACIÓN CONTROL MPC TURBINA FRANCIS 62 CAPITULO 4: CONTROL PI 66 4.1. CONTROL PI TURBINA FRANCIS 66 4.2. CONTROL PI TURBINA KAPLAN 66 4.3. IMPLEMENTACIÓN CONTROL PI TURBINA FRANCIS 66 4.4. IMPLEMENTACIÓN CONTROL PI TURBINA KAPLAN 70 CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES 74 BIBLIOGRAFIA 76 ANEXOS 78PregradoInterest in the use of renewable energy complying with environmental requirements has promoted the development of clean energy sources. This expansion makes it necessary to have an experimentation platform for hydroelectric power generation systems to facilitate research in this field. That is why the Autonomous University of Bucaramanga has a bank of hydraulic turbines for the mechatronic engineering and energy engineering programs, which seeks to promote the study of these processes in order to compare the different results obtained in practice with the theoretical data. This project consisted of automating the turbine bank using the appropriate instrumentation to measure the different parameters of the system, such as: input flow to the turbine, speed of the turbine shaft and the voltage of the DC generator, with which it was carried out. the control system based on robust control techniques such as the mixed sensitivity technique and MPC, for the Kaplan and Francis turbines, based on obtaining the mathematical model with experimental data from the two turbines. Where the controllers were programmed and all the variables are monitored through the HMI designed in the SCADA DELTA V system.application/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiahttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Diseño de un sistema de control avanzado para turbinas hidráulicasDesign of an advanced control system for hydraulic turbinesIngeniero MecatrónicoUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Mecatrónicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPMechatronicRenewable energyHydroelectric powerElectric turbinesEnergetic resourcesHydraulic machinesEnginesAutomationAutomatic controlMecatrónicaRecursos energéticosMáquinas hidraúlicasMotoresAutomatizaciónControl automáticoEnergías renovablesEnergía hidroeléctricaScadaTurbinas eléctricas[1] Voltímetro digital escalizable programable multirango MT4W-DV-41 autonics 180423 Colombia. 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