19th International Symposium of Electrical Engineering "SIE 2021"

19th International Symposium of Electrical Engineering

SIE 2021

Load frequency control in an isolated small hydropower plant using PLC based control system

Abstract

Abstract: Distributed generation from small hydroelectric power plants in third world countries represents the most widely used way to bring electricity to the most remote places. In Cuba, 74% of the hydroelectric power plants are working in isolated mode from the National Electroenergetic System in mountainous regions. Many of these plants in our country operate with obsolete frequency regulation systems, such is the case of the Hanabanilla small hydropower plant, which has a ballast-type regulation system. Due to it´s operating principle, this is highly inefficient because it wastes a large part of the hydraulic potential used to generate electricity. The main objective of this work is to develop a control system for frequency regulation by means of the turbined water control method. The dynamic models of the plant were developed as well as the design of the PID controller to be implemented in the PLC. The corresponding simulations were also carried out in MATLAB-Simulink software, varing the operating point of the plant to corroborate the correct operation of the system with the designed controller. As a final result, a PID-type controller was obtained for it´s implementation in a control loop of a PLC based control system with a Lexium 32 servo drive for DC Motors that drive the injection needles of the Pelton turbine. The programming and configuration of the system was done with a Schneider Electric M241 PLC and Lexium 32 servo drive from the same manufacturer, it was adapted to the technical requirements of the process and its validity demonstrated in the simulations.

Resumen

Resumen: La generación distribuida a partir de pequeñas centrales hidroeléctricas en países del tercer mundo representa la forma más empleada para llevar la electricidad a los lugares más apartados. En Cuba, el 74% de las centrales hidroeléctricas se encuentran trabajando de forma aislada del Sistema Electroenergético Nacional (SEN) en regiones montañosas. Muchas de estas plantas en Cuba funcionan con sistemas de regulación de frecuencia obsoletos, tal es el caso de la Minihidroeléctrica “Hanabanilla”, que posee un sistema de regulación tipo cargas resistivas o balastos. Este, por su principio de funcionamiento, es en sí altamente ineficiente porque desperdicia gran parte del potencial hidráulico empleado para generar electricidad. Como objetivo principal de este artículo se propuso desarrollar un sistema de control para la regulación de frecuencia mediante el método control del caudal de agua que entra a la turbina. Se desarrollaron los modelos dinámicos de la planta, así como el diseño del controlador a implementar en el PLC. También se realizaron las correspondientes simulaciones en MatLab-Simulink variando el punto de operación de la planta para corroborar el correcto funcionamiento del sistema con el controlador diseñado. Se obtuvo un control tipo PID para su implementación en un lazo de control de un sistema a base de PLC con un servo accionamiento Lexium32 para motores CD, que accionan las agujas inyectoras de la Turbina Pelton. La programación y configuración del sistema con PLC M241 y servodrive Lexium32 de Schneider Electric se adaptó a las exigencias técnicas del proceso y demostró en las simulaciones su validez.

About The Speaker

Julio César Bravo Cortés

Ing. Julio César Bravo Cortés

CEDAI Flag of Cuba


Practical Info
Presentation
Spanish / Español
November 26, 2021 3:45 PM
15 minutes
Sala 2
Authors
Ing. Julio César Bravo Cortés
José Rafael Abreu García
Keywords
autómata programable
controlador pid
load frequency control
pequeña central hidroeléctrica
pid controle
programable logic controller
regulación de frecuencia
servo accionamiento
servo drive
small hydropower plant
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