Upload
dangnhan
View
219
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 1
Nuevas tecnologías en Sistemas de ExcitaciónUNITROL®6000
Adolfo Medina / Rodrigo Reis, Power Eletronics Systems - Agosto/2010
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 2
La ABB Excitación Estática:
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 3
Matriz
Suiça/Turgi
Presencia Global
AustráliaLilydale
ÍndiaBangalore
Itália-SestoS. Giovanni
CanadáMontreal
Invelt ElektroRep. Checa, Pilzen
FinlândiaVaasa
EspanhaMadri
SPERIChina
Shangai
ÁustriaVienna
África do SulJohannesburg
BrasilBrasilS.PauloS.Paulo
PolôniaLodz
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 4
ABB - Ingeniería
RE-USE:
hacer la misma cosa
de la misma manera...
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 5
TRANSFORMADORDE ELEVACIÓN
INTERRUPTOR DE GENERATOR
SUBESTACIÓN BT
TRANSF. AUX.
PUNTO ESTRELLA DEL GENERADOR
SISTEMAS DE CONTROL
SALA DE MANDO
SINCRONIZACIÓN
SISTEMAAT
INTERRUPTORAT
PROTECCIÓN
TRANSFORMADORDE EXCITACIÓN
1
1
SISTEMA AUXILIARCA & CC
TABLERO DE
EXCITACIÓN
TPs&TCs
GENERADORSINCRÓNICOTURBINA
La Planta Generadora
REGULADOR DE TURBINA
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 6
TRANSFORMADORDE ELEVACIÓN
INTERRUPTOR DE GENERATOR
SUBESTACIÓN BT
TRANSF. AUX.
PUNTO ESTRELLA DEL GENERADOR
SISTEMAS DE CONTROL
SALA DE MANDO
SINCRONIZACIÓN
SISTEMAAT
INTERRUPTORAT
PROTECCIÓN
1
1
SISTEMA AUXILIARCA & CC
SISTEMA DE EXCITACIÓN
TPs&TCs
GENERADORSINCRÓNICOTURBINA
La Planta Generadora
REGULADOR DE TURBINA
SISTEMA DEEXCITACIÓN
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 7
Historia de los productos UNITROL®100 años de experiencia y mejorías continuas
1908 Primer AVR con contacto móvil para la usina de "Rote Erde” cerca de Aachen/Alemania.
Más de 100'000 AVRs vendidos
1965 Primer SES usando tiristores como solución Standard para excitación “brushless” con diodos rotativos para generadores pequeños
UNITROL® C (Convencional), UNITROL® M (modular – analógico)
1989 Primer SES con regulador de tensión microprocesado UNITROL® D
1993 Controlador programable de alta velocidad PSR2 para aplicaciones en SES UNITROL® P
1995 “Drives” electrónicos adaptados para AVR e SES: UNITROL® F
1999 Desarrollo del UNITROL® 5000 con base en el UNITROL F/P
2000 Introducción del UNITROL® 1000 para pequeñas aplicaciones
2008 UNITROL® 6000
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 8
UNITROL® 5000
UNITROL® F
UNITROL® 1000
40A 900 A >10’000 AIfn
UNITROL® 6000
Sistemas de Excitación UNITROL
Potencia del Generador /Corriente de Excitación
Com
plej
idad
del
func
iona
mie
nto Excitación con
Máquinas rotativasSistema deExcitación Estático
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 9
Sistemas de Excitación UNITROL
� UNITROL es el Sistema de Excitación más confiable y moderno en la actualidad
� Entorno común de programación IEC61131
� Electrónica de potencia con tecnología de punta y calidad SUIZA
� Pantalla sensible al tacto 15” o 12” a color (touch-screen) para la operación local y el mantenimiento.
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 10
� El UNITROL 6000 es una solución completa ofrecida para Reguladores Automáticos de Tensión (AVRs) y además cumple con las más altas exigencias de Sistemas Estáticos de Excitación.
�����������
��� ��
����� ����
����������
����� �����������������
������ ����� ������ � ��
Sistemas de Excitación UNITROL
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 11
Descripción del Sistema de Excitación:
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 12
Obligaciones del Sistema de Excitación
� Suministrar corriente DC variable con capacidad de sobrecarga en curto tempo
� Controlar tensión terminal con necesaria exactude
� Garantizar operación estable con la rede y/o otras maquinas
� Mantener la maquina dentro de los valores permitidos para operación
� Contribuir para estabilidad de transientesubsequente a una falta
� Comunicar con el sistema de controle de la Usina.
AVRE
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 13
Limitador de mLimitador de mááx. corriente de campox. corriente de campoLimitador de mLimitador de míín. corriente de campon. corriente de campoLimitador de corriente del estatorLimitador de corriente del estatorLimitador de Limitador de subsub excitaciexcitacióón n P,QP,Q
P
+Q-Q 1/Xd
Carta de Potenza con Limites de Operación
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 14
AVR
Regulador Automático de Tensión
Transformador de Excitación
Convertidor Tiristorizado
Crowbar
Interruptor de Campo
Principales Componentes del Sistema de Excitación
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 15
Transformador de Excitación
• Aislamiento galvánico entre fuente de potenza y el rotor
•Limitación de corriente de curto circuito CC
•Adaptación de la tensión de alimentación para atingir a tensión de techo requerida
•Refrigerado a aire
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 16
AVR Regulador Automático de Tensión
•Controlar tensión terminal con la exactude requerida
•Garantizar operación estable con la rede y/o otras máquinas
•Mantener la máquina dentro dos valores permitidos para operación
•Comunicar con el sistema de controle da Usina
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 17
+
_
+
_Σ
Σ
Σ Σ
Ref. AVR-Limitador V/Hz- Soft start- IQ Compensação- IP Compensação
Limit. Subexcit.-Q=F(P,U,UG)-Corrente estator-Mín. Corrente campo
Limit. Sobrexcit.-Máx corrente campo-Corrente estator
Power SystemStabilizer PSS
Ref. Man
Med
ição
e c
onve
rsão
A/D
Prio
rid. v
alor
mín
. / m
áx.
PID
PI
Para generaciónde pulsos
UG, IG, If
UG, IG
UG
UG, IG, If
UG, IG
If
Principales Funciones del AVR
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 18
Convertidor Tiristorizado
•Rectificación de la tensión CA
•Rápido controle de la corriente CC
•Inversión de la tensión CC
•Capacidad de sobre-corriente de curta duración
•Resistir a ciertas sobretensiones del lado CA
•Limitación de sobretensiones de conmutación
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 19
Convertidores Industriales D1-D5
D1
D3D4
D5
D2
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 20
Convertidor D5
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 21
Ponte Convertidora de Tiristores - UNL14300� Ventiladores de refrigeración con redundancia total
� Manutención “on line”
� Pantalla en cada convertidor para diagnóstico rápido
� Dibujo modular para fácil paralelismo de corrientes en sistemas até 10’000 A
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 22
UNL14300 Diseño, vista general
Versión Fija Versión Extraíble
1 + 1 ventiladoresredundantesExtraíbles
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 23
Destaques Especiales
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 24
Conversores de Potencia
� Referencias “record” en conversores de alta potencia e confiabilidad
� ABB garante as tensiones e corrientes de techo necesarias
� Semiconductores de fabricación propia ABB
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 25
Conversores de Potencia
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 26
Σt
Σt
Σt
Línea de ecualización de corriente
Pulsos de disparo do AVR para los tiristores
+-
1 2 n
Dinámica de Distribución de Corriente entre os conversores en paralelo
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 27
R S T
CIN
corriente
corriente
R+
S+
T+
Falla en el tiristor T+
t
Sin falla
t
Falla en el tiristor T+
R+S+ T+
Monitoreo de Conducción del Convertidor
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 28
Redundancia de Tiristores
LTRST
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 29
Circuito de Descarga del Campo•Interruptor de Campo del lado CA o CC•Abertura del circuito de campo bajo condición de falta•Rápida absorbición da la energía de campo (Non Linear)•Protección de sobretensión del campo (Crowbar)
O ??!!
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 30
iI
-K01
-R04
-C04
A
SHUNT
ui
Ui
V
-U03
-U01-U02
GIII
REGULATOR
THYRISTORBRIDGE
TRANSFORMERS
•Base :•Field breaker
•Linear discharge resistor
•Non linear protection resistor
•RC circuit against AC over voltages
•Shunt + Field current/voltagemeasurement
•Field current pick-up
•Flashing by DC Auxiliaries
v
-R02
-R01
Resistor de Descarga, Protección, Field Flashing
•Variant :
•Non linear discharge resistor
•Crowbar
•Flashing by AC Auxiliaries
•AC disconnecting switch -K03
-R03
-A04
-R01
v
CROB 01
-K03
-T04
-K04
•DC Polarities reversion
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 31
Diagrama general
��������
�����
���������
���������
��� ������� �
� ������
��
�������
��
�����
��������
���� ��� ����� ��� �
������������ �
����� ����
�����
��������!
�������� ��
���� �����
���� ��������
������ �� ��"#�
����������$�����
������ ������� ����������� �
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 32
Tecnología del AVR
� Controlador de alto rendimiento para equipamientos de electrónica de potencia
� CPU PowerPC de 600MHz (IBM/Motorola)
� Cálculos aritméticos con punto fluctuante de 64 bits conforme a norma IEEE
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 33
Aplicación del AC800 “Power Electronics Controller”
Fast Applications(Matlab/Simulink) Very Fast
Applications(VHDL)
Slow Applications(IEC 61131)
��� PLC
PEC
Cycle Time
No. of Signals
1ms 1µs100µs
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 34
Concepto del Software� The Software Layers of AC 800PEC Controllers
AVRLimiter
FCRMonitoringProtection
Test FunctionsSuperimposed
MATLAB/Simulink(Generic Functions)
Logic ControlParameter setting
Tuning, CalibrationCustomizing
Control IT800xA integratedIEC 61131(Customized)
IO Handler (FPGA)Pulse Generator
VHDL
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 35
Controlador canal 1
BFCR
Controlador canal 2
Interface Convertidor1
InterfaceConvertidorn
Interface Convertidor2
Controlador / Conexiones del Convertidor� Comunicación autónoma vía fibra óptica entre el controlador e la interface del convertidor
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 36
� Interfaces de medición
� Adquisición de señales analógicos a 1 millón de muestras por segundo
� Procesamiento de señal analógico con precisión mejor que 0,5%.
� 28 canales de adquisión (2000 puntos por canal y muestras de 2.4 mspermitiendo 4,8 s de adquisión.)
� Rango de temperatura de -25°… 70°sin refrigeración forzada
TC’s para medición de corriente del generador
TP’s para medición de tensión del generador
Tecnología
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 37
� Comunicación redundante entre controladores e conversores
� Todas las conexiones del control son por fibra ótica e operan a 10 Mbitspor segundo
� 100% libre de interferencias electro-magnéticas (EMI)
� El aislamiento eléctrico elimina a propagación de faltas e provee la seguridad del personal de mantenimiento
���� Alta Disponibilidad
Controlador / Conexiones del Convertidor
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 38
Concepto de Redundancia
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 39
Regulation
Logic Control
RegulationMonitoringProtection
Logic Control
• Voltage regulator (AUTO)• Field current regulator (MAN)• Power System Stabilizer• Limiter functions• Overriding controllers (P.F., VAr)
• Actual voltage value (P.F. failure)• Actual field current value• CPU• Rotor temperature
• Field overcurrent• V/Hz• Rotating diodes
• Actual values• Trip signals
• Status of system• Follow-up
• Actual voltage value• Actual field current value• CPU
• Field overcurrent
• V/Hz• Rotating diodes
MonitoringProtection
STAND BY OPERANDO
Concepto de Redundancia en Duplo Canal
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 40
Redundancia � Controlador con redundancia
� Dos Controladores Principales redundantes
� Dispositivo de retarguarda opcional (backup) para Regulación de Corriente de Campo
� Todos los dispositivos están eléctricamente aislados uno del otro
A6A6…… (Doble Auto)(Doble Auto)
T6T6…… (Triple)(Triple)
AVR = Automatic Voltage Regulator(Regulador Automático de Tensión) (IEEE Automatic Control)
FCR = Field Current Regulator(Regulador de Corriente del Campo) (IEEE Manual Control)
BFCR = Backup Field Current Regulator(Regulador de Corriente del Campo de Retaguarda) (IEEE Manual Control)
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 43
Fuente de alimentación� Distribución redundante da fuente de alimentación auxiliar para los dispositivos de controle
ICU #1 PS #1Shunt ACBatt #1 UNITROL
deviceAPD
PS #2 APDICU #2Shunt AC
Batt #2
ICU = Unidad de Acoplamiento de Entrada PS = Fuente de Alimentación 24V
APD = Unidad de Distribución de Energía Auxiliar (limitador de corriente electrónico)
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 44
� Dispositivos de controle con suministro de energía redundante
� Todos os dispositivos de controle pueden ser cambiados durante la operación (hot swappable)
US1 24VDCUS2 24VDC
Redundancia
Ambas las líneas de entrada són supervisadas individualmente
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 45
Modulo de interface do conversor
� Todos os dispositivos de controle UNITROL tienen interfaces Ethernet
� Todos los dispositivos están dotados de interfaces óticas de 10 Mbit por segundo
� Módulo de interface del convertidor con 4 x Ethernet e 3 interfaces ópticas
Conectividad
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 46
Redundancia en E/S’s
�����������������
� Opción de E/S dedicadas a un canal para 100% de redundancia de E/S
� Señales críticos (Partida, Parada, On-line, Off-line, Subir, Bajar, Trip) son segregados y conectados directamente a cada módulo controlador
���� Operación Básica garantizada aún que se perca as E/S’s
(Sistema de doble canal con 3 CIO redundantes)
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 47
Esquema Unifilar Típico (2 Convertidores / Tipo Twin)
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 48
Comunicación Interna y Externa (HMI)
HMI MundoExterior
Sistema de control
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 49
Operación local del sistema de excitación
Ajuste de parámetros
Registrador de datos y eventos
Valores actuales (e.g. UG, If)
Parámetros y valores de señal(e.g. Vo, Ta)
SCP – Service Control Panel
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 50
Terminal de Control de Excitación (ECT)
Tamaño:(LxAxP):483x355x90 mm
Peso: 7.3 kg
Puede estar localizado en el sistema de excitación sobre la puerta del panel para control local, y/o en la sala de control
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 51
ECT: Condiciones Operacionales
� PC industrial independiente con pantalla de 15" color sensible al tacto (touch screen)
� Comunicación Modbus TCP
� Se puede utilizar como terminal
local y/o remoto
� Acceso protegido por 5 niveles /
Protegido con contraseña
Puntos de conexión en la parte lateral
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 52
ECT: Pantallas Accesibles
� Menú de operación
� Gráfico de Potencia
� Diagrama unifilar
� Tendencia
� Registrador de Datos
� Eventos
� Parámetros
� Pantalla de configuración
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 53
ECT: Pantalla Accesibles
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 54
ECT: Pantalla Accesibles
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 55
ECT: Pantalla Accesibles
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 56
ECT: Pantalla Accesibles
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 57
ECT: Pantalla Accesibles
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 58
•Event name•Event time stamp•User manual text display
ECT: Pantalla Accesibles
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 59
ECT: Pantalla Accesibles
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 60
� Vía contactos secos (1.5 kVAC Hi-Pot)
� Entradas con acopladores ópticos (24 VDC tensión de control)
� Salidas con reles (440 VAC, 250 VDC, 5 A)
� Vía comunicación serial
� Protocoles de comunicación
� MODBUS vía RS485
� MODBUS TCP vía Ethernet
� PROFIBUS DP vía RS485
� Servidor OPC
� GPS, Irig B, DCF77 (vía SNTP on Ethernet)
� Futuro: IEC61850
Comunicación con sistema de control
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 61
UNITROL® 6000
Double ChannelTwin converters
A6T-O/D5T1-D1250
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 62
3 Pontes en paralelo N-1
� Ceiling Voltage = 1120 V
� Ifn = 2600 A
� IEN = 3025 A
� Iceiling= 4160 A / 30sec
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 63
Referencias y Conclusión
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 64
� Año de suministro: 2011
� Cliente: Andritz Brazil & DFEM China
� Datos Máquina: 50 x 80 MVA
� Datos del Sistema de Excitación:
� 60Hz: Ifn = 1150 A, Ufpl = 870 V
� UNITROL 6800
� Con las mayores turbinas tipo bulbo del mundo !
Referencia Especial : Jirau / Brasil
Nueva Planta hidroeléctrica
Jirau HPP
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 65
� Año del suministro: 1982 - 2003
� Cliente: Itaipu Binacional
� Datos Máquina:
10 x 823 MVA / 50Hz
10 x 737 MVA / 60Hz
� Datos del Sistema de Excitación:
� 50Hz: Ifn = 4824 A, Ufpl = 1474 V
� 60Hz: Ifn = 3945 A, Ufpl = 2356 V
� 18 x UNITROL C
� 2 x UNITROL 5000
� Aún es la mayor planta hidroeléctrica del mundo !
Extensión
Referencia Especial : Itaipu (Brasil / Paraguay)
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 66
� Año del suministro: 2006-2010
� Datos Máquina: 14 x 150 MVA / 50Hz
� Cliente: CTM Salto Grande
� Substitución de 14 SES existentes de fabricación rusa en 1979
� Datos del Sistemas de Excitación:
� 50Hz: Ifn = 1500 A, Ufpl = 770 V
� UNITROL 5000
Retrofit Sistemas de Excitación
Referencia Especial: Salto Grande (Argentina / Uruguay)
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 67
UNITROL Referencias Mundiales
� Máquinas de polos salientes hasta 823 MVA
� > 900 Sistemas de Excitación Estática e > 500 Regulad. de Tensión
� Turbogeneradores refrigerados a hidrógeno hasta 1635 MVA
� > 400 Sistemas de Excitación Estática
� Turbogeneradores refrigerados a aire hasta 426 MVA
� > 500 Sistemas de Excitación Estática
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 68
Referencia Especial
� Proyecto: Lungman (Planta Nuclear, Taiwán, 2x1600MVA)
� Cliente: Mitsubishi
� Uno de los mayores Sistemas de Excitación Estática ya construidos en mundo! IE = 9750A; Upl = 1392V
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 69
Algunas Referências UNITROL – LAM� Itaipu (BR) 20 x 800 MVA
� Ilha Solteira (BR) 20 x 177 MW
� Serra da Mesa (BR) 03 x 450 MVA
� Salto Caxias (BR) 04 x 300 MW
� Itá (BR) 05 x 230 MW
� Corumbá (BR) 03 x 125 MVA
� Petrobrás Todas as refinarias… RPBC / REPAR / REDUC / RELAM / REVAP / REFAP…
� Salto Grande (AR) 14 x 150 MVA
� PORCE III (CO) 04 x 218 MVA
� Macagua (VE) 12 x 250 MVA & 2 x 102 MVA
� Yuncan (PE) 03 x 47 MVA
� Cumbaya (EC) 04 x 11 MVA
� Hidropaute (EC) 01 x 111 MVA
� Termobarranquilla (CO) 01 x 750 MW
� Centro CADAFE (VE) 03 x 471 MVA
� Dock Sud (AR) 03 x 390 MVA
� Canutillar (CL) 02 x 72.5 MVA
� Arauco (CL) - Planta 01 x 20 MVA
� Arauco (CL) - Horcone 01 x 18 MVA
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 70
Resumo I
� Padrón de Comunicación IEC61850
� Programación conforme IEC61131
� Comunicación internet vía fibra óptica � menos cabos interno, e libre de interferencias electromagnéticas (EMI).
� CPU Power PC de 600MHz / 64 bits
� Adquisición de señales analógicos a 1 Millón de muestras por segundo.
� Faja de temperatura de -25°… 70°sin refrigeración forzada
� 90% del sistema UNITROL 6000 es de origen ABB
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 71
Resumo II
� Todos los dispositivos de controle pueden ser trocados durante la operación (hot swappable)
� Concepto de redundancia único (inclusive de las E/S’s)
� IHM/ Intuitiva interface gráfica para o personal de operación y mantenimiento.
� IHM tipo Touch Screen con 12 ou15’’ y Power Chart dinámico
� Comunicación Serial
� Pontes de tiristores robustas e confiables
� Muchas referencias no Brasil e no mundo.
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 72
O Sistema de Excitación tiene un grande impacto en el funcionamiento dinámico y en la
disponibilidad del Generador.!
O Sistema de Excitación garantiza la cualidad de regulación de tensión del Generador y la Potencia
Reactiva y por lo tanto la cualidad da energía entregue pela planta generadora.
Sistemas de Excitação UNITROL
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 73
Gracias por su atención
© ABB Group 3 de setembro de 2010 | Slide 74