WO2019115642A1 - Device and method for measuring power of an electricity generator and computer program - Google Patents
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- WO2019115642A1 WO2019115642A1 PCT/EP2018/084621 EP2018084621W WO2019115642A1 WO 2019115642 A1 WO2019115642 A1 WO 2019115642A1 EP 2018084621 W EP2018084621 W EP 2018084621W WO 2019115642 A1 WO2019115642 A1 WO 2019115642A1
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- H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
- H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
Definitions
- the invention relates to a device for measuring the electric power supplied by a rotating machine generating electricity.
- the field of the invention relates to the diagnosis of rotating machines, called alternators or turboalternators, present in particular in power generation plants.
- One of the objectives of the present invention is to make it possible to make the existing or developing diagnostic techniques more reliable, by allowing the devices carrying out this diagnosis to have, in situ, the level of the load (power delivered) of these alternators in real time and this synchronized with the measurement of a relevant observable magnitude - symptomatic behavioral magnitude of the machine.
- the alternator - also called “generator” - is an important component ensuring the conversion of mechanical energy into electrical energy.
- the operators of the power plants equip their alternators with sensors to monitor the state of degradation and aging of the latter.
- the measurements thus received feed real-time automatic devices that can trigger alarms in case of serious defects or give indications on the need for maintenance and on the priority level of repairs scheduled during periodic stops. It is therefore important for the operator to have reliable detection techniques that reflect at all times the genuine state of wear of its generators.
- a reliable diagnosis is one that does not anticipate the maintenance program of the rotating machine, otherwise it would have the disadvantage of early mobilization of the resource and equipment generating anticipated expenses. In the same way, this programming for maintenance must not be too late, in which case it could lead to a degradation and destruction of the material.
- a premature stop of the production plant implies a loss of availability on the electricity distribution network, generating penalizing costs and losses to the operator.
- the diagnostic boxes are known for recording and analyzing in operation the various parameters characterizing the degradation state of the alternators.
- the analysis of these magnitudes G individually or in combination provides information on the state of the machine, such as, for example, degraded operation, the occurrence of unbalance (eccentricity of the rotor relative to the stator) and electrical short circuits, aging of components.
- This signal G (t) is then transformed into a frequency representation (fast Fourier Transform) by applying a harmonic analysis to it.
- the representation in harmonics makes it possible to be freed from the origin of the times and allows a better classification of the eventual defect whose signature is contained in the signal G (t).
- the amplitude of one or more frequency lines (harmonics) is then compared to a reference (threshold) representative of the ideal case, in which case the machine is in operation without defects.
- the signal G (t) is also transposed in the frequency domain, then a frequency signature similar to the frequency representation of the signal G (t) is sought in a database containing a set of signatures describing the healthy and degraded states of the machine.
- the database is commonly constructed from observations previous, expert judgment or computer by simulating a twin digital model of the alternator.
- FIG. 5A shows the harmonic content H (spectrum obtained with the Lourier analysis) of the observed signal, having the harmonics H1, H2, H3, H4, H5 and H6, obtained at a first state of charge 1, where the discriminating harmonics for the charge Pi, Qi are the harmonics H1 and H3.
- FIG. 5B shows the harmonic content H of this signal, having the harmonics H1, H2, H3, H4, H5 and H6, at a second state of charge (different from the first state of charge), where the discriminating harmonics for the charge P 2 , Q are the harmonics H1, H2, H4 and H5. It is observed in this case that the discriminant harmonics chosen to establish the threshold are different in the two states of charge.
- Identification detection methods even if their databases may contain signatures on all operating points of the alternator, are not reliable because they may present a risk of confusion. Indeed, a default signature obtained at a given load may correspond to a signature without defect for another load.
- the charging information may be provided by the electricity distribution network through telecommunication or other means. It can also be obtained directly by wire from the control room.
- the object of the invention is to obtain a device and a method for measuring the electrical power supplied by the generating rotary machine, overcoming the disadvantages mentioned above.
- a first object of the invention is a device for measuring an instantaneous electrical power, supplied by at least one phase of the stator of a rotating machine generating electricity, the device comprising
- a sensor for measuring the instantaneous electric current, supplied by the phase of the stator of the rotating generator machine.
- the measuring device comprises a first module for calculating an instantaneous global magnetic flux of the phase of the stator by summation, performed on the turns of the phase and for each turn of the phase on the teeth which are surrounded by this turn, of a plurality of instantaneous fluxes, obtained from the instantaneous flux measured by temporal offsets proportional to the angular offsets of the teeth relative to the determined tooth.
- the measuring device comprises a second module for calculating said instantaneous electric power supplied by the rotating machine generating electricity from the electric current of the phase measured by the sensor and the magnetic flux. instantaneous total of the phase, having been calculated.
- the invention thus makes it possible to have, in real time and in a synchronized manner, the level of charge (measurement of the power supplied) of the rotating machine generator, such as for example an alternator, this calculated load level can then be sent into a diagnostic box. This offers the advantage of implementing adaptable diagnostic techniques at the level of the alternator load and thus to achieve a reliable diagnosis regardless of the operating regime of the alternator.
- the invention makes it possible to obtain a global electrical value (active load P (t), reactive load Q (t)) from a local measurement of gap flux, in a manner synchronized with the measurement of a physical quantity.
- G (t) forming the observable symptomatic behavior of the rotating machine, and this without additional instrumentation, without intrusion, without cable connections of said machine or resident diagnostic boxes.
- the present invention improves the situation and achieves the stated objectives by means of a solution which overcomes the above-mentioned constraints by advantageously exploiting the measurement of the magnetic flux coming from a sensor residing in the machine.
- said instantaneous electrical power supplied by the rotating machine generating electricity is either the instantaneous electrical power of the phase, or the instantaneous total electrical power of the machine.
- the first module is configured to calculate the instantaneous global magnetic flux ⁇ D (t) of the stator phase as being equal to
- i is an index designating each turn of the phase
- Nspire denotes the number of turns of the phase
- k and ⁇ > i denote the indices of the teeth which are surrounded by the turn i
- cp r is the instantaneous flux measured by the measuring probe
- w is the rotational angular velocity of the rotor with respect to the stator
- dr is the tooth pitch which is the angle between two successive teeth among the teeth
- m is the index of the determined tooth on which the flow measurement probe cp r is located .
- h mJ ⁇ is a prescribed time synchronization function, depending on the index k and the index m.
- the first module is configured to calculate the prescribed time synchronization function h mJ ⁇ as being equal to
- the determined tooth on which the flow measurement probe is located is one of the teeth surrounded by at least one of the turns of the phase.
- the second calculation module comprises a sub-module configured to calculate an instantaneous voltage of the phase at least by time derivative of the instantaneous global magnetic flux of the phase, having been calculated.
- the second calculation module is configured to calculate the instantaneous electric power supplied by the rotating machine generating electricity at least by multiplying the instantaneous voltage of the phase, having been calculated, by the electric current, having been measured by the sensor.
- the device comprises a diagnostic module of the operating state of the rotating machine generating electricity, able to calculate at least one diagnostic parameter of the operating state of the machine.
- rotating generator generating electricity from the instantaneous electrical power, having been calculated by the second calculation module and from an observable quantity and / or from the instantaneous global magnetic flux of the stator phase, having been calculated by the first calculation module.
- a second object of the invention is an electricity production installation, comprising a rotating machine generating electricity, which comprises a rotor, a stator, an air gap located between the stator and the rotor, the stator comprising at least one phase comprising turns and a determined number of teeth, characterized in that the power generation installation is provided with the device for measuring the instantaneous electric power, supplied by the phase of the stator, as described above.
- a third object of the invention is a method for measuring the instantaneous electrical power, supplied by at least one phase of the stator of a rotating machine generating electricity, the rotating machine comprising a rotor, the stator, an air gap located between the stator and the rotor,
- the at least one phase comprising turns
- stator comprising a determined number of teeth
- measured instantaneous flux a localized and instantaneous magnetic flux of air gap
- the instantaneous electric current supplied by the phase of the stator of the rotating generator machine is measured by a measuring sensor.
- a computation module computes an instantaneous global magnetic flux of the phase of the stator by summation, performed on the turns of the phase and for each turn of the phase on the teeth which are surrounded by this turn, a plurality of instantaneous streams, obtained from the instantaneous flow measured by time offsets proportional to the angular offsets of the teeth relative to the determined tooth.
- a second calculation module measures the instantaneous electric power supplied by the rotating machine generating electricity from the electric current measured by the sensor and the instantaneous global magnetic flux of the phase. having been calculated.
- a third object of the invention is a computer program, comprising code instructions for implementing the measurement method as described above, when it is executed on at least one computer.
- FIG. 1 schematically represents a generating rotary machine in cross-section along its axis of rotation, on which the measuring device according to the invention can be implemented;
- FIG. 2 diagrammatically represents a modular block diagram of the measuring device according to one embodiment of the invention
- FIG. 3 diagrammatically represents a modular block diagram of an installation comprising the measuring device according to one embodiment of the invention
- FIG. 4 diagrammatically shows in a developed view along its circumference the stator of the rotating generator machine of FIG. 1, on which the measuring device according to the invention can be implemented,
- FIG. 5A is a graph showing harmonics of a signal coming from a rotating machine in a first state of charge according to the state of the art
- FIG. 5B is a graph showing harmonics of a signal coming from a a rotating machine in a second state of charge according to the state of the art
- FIG. 6 represents a flowchart of a measurement method according to one embodiment of the invention.
- a rotating machine 2 generating electricity has a stator 4 and a rotor 3 rotatable relative to the stator 4 about an axis 6 of rotation, an air gap 5 being present between the rotor 3 and the stator 4.
- the rotor 3 comprises a mechanical shaft 7 adapted to be fixed to a source of mechanical rotation, which can be constant and can be for example a turbine T for a rotating machine generator 2 formed by an alternator or turboalternator, to rotate the rotor 3 around the axis 6.
- the rotation of the rotor 3 induces a field variable magnetic field in the stator 4.
- the variable magnetic field induces across the winding of the stator 4 a voltage called electromotive force.
- the stator 4 comprises one or more phases each having one or more connection terminals with the outside, to supply to the outside the electric current produced by the stator 4 when the rotor 3 is rotated about the axis 6.
- the stator 4 may be symmetrical cylindrically about the axis of rotation.
- the stator may be three-phase, and the measuring device may be provided on one of the three phases, on two of the three phases or on the three phases of the stator 4.
- the machine 2 may be a synchronous rotating machine, may have smooth poles, may have a stator winding 4 of the nested type and may have one or more channels in parallel on each of its phase or phases.
- the rotating machine generator 2 may have a nominal output power greater than 1 MW, in particular greater than 10 MW, or greater than 100 MW or greater than 1000 MW.
- the stator 4 comprises a first determined number N of teeth D distributed around the axis 6 towards the gap 5.
- the phase U comprises a second determined number Nspire of turns i, connected in series with each other and conducting the electricity. Each turn i surrounds one or more determined teeth D of the stator among the N teeth D.
- the coil winding plane i around the teeth D is predetermined or known in advance.
- FIG. 4 shows a machine 2 formed by a 1300 MW synchronous turboalternator with smooth poles housed in 84 notches.
- the winding of the stator 4 of this turboalternator is a nested winding with 4 channels in parallel on each of the 3 phases. Each channel is distributed over 7 notches (87 notches / (3 phases x 4 channels)).
- Nspire any other number N and any other winding plane turns i with respect to the teeth D is possible and any other type of rotating machine generator 2 may be provided according to the invention.
- the teeth D can be evenly distributed around the axis 6, being separated from each other by the same angular pitch dr. However, the invention also applies to teeth D distributed unevenly but in known or predetermined manner around the axis 6.
- the device 1 for measuring the instantaneous electric power, supplied by the phase U of the rotating machine 2 generating electricity comprises a probe 11 for measuring magnetic flux, positioned on a determined tooth Dr of the stator 4 , called the measuring tooth Dr and hereinafter denoted by the index m.
- the probe 11 measures the localized and instantaneous magnetic flux cp r of the gap 5, called the instantaneous flux measured cp r .
- the magnetic flux measurement probe 11 is positioned and configured so as to measure the magnetic flux cp r which is radial relative to the axis 6 of rotation, that is to say in the local radial direction R, passing through the determined tooth Dr.
- This probe 11 may comprise, for example, one or more windings of an electrically conductive wire wound around the measuring tooth D.sub.r.
- the probe 11 is connected to the outside by connection means, for example by electrical wires 110.
- the probe 11 is provided on at least one of the teeth D.
- the measuring device 1 comprises a sensor 12 capable of measuring the electric current I (t) supplied by the phase U.
- This sensor 12 may comprise an ampere-metric clamp positioned on the external connection terminals of the phase U, or others.
- the current I (t) is an instantaneous current.
- the flow measurement probe 11 and the current sensor 12 are part of a measuring assembly 100 of the measuring device 1.
- the radial magnetic flux cp r measured by the probe 11 and the phase current I (t) measured by the sensor 12 are available in real time.
- the rotating machine 2 is equipped with another sensor measuring in real time a physical quantity G (t), which may be for example a vibratory signal, a temperature, an electrostatic charge or the like.
- G (t) may be for example a vibratory signal, a temperature, an electrostatic charge or the like.
- the measuring device 1 comprises a set 200 for calculating the instantaneous electrical power supplied by the phase U as a function of the measured electric current I (t) and the measured instantaneous flux cp r . This set is described below.
- the computing assembly 200 comprises a first module 21 configured to calculate an instantaneous global magnetic flux ⁇ D (t) of the phase U of the stator 4.
- the module 21 is configured to calculate the flux ⁇ D (t) induced in the phase U as the sum of the instantaneous magnetic flux F u ⁇ t) of the turn gap i on the set of turns i of phase U. So we have
- the module for each turn i of the phase U, the module
- the first module 11 is configured to calculate each instantaneous magnetic flux YM) of the tooth gap as being equal to the instantaneous measured flow (p r , offset temporally by a given time offset, corresponding to the angular offset of this tooth k relative to the determined tooth Dr around the axis 6.
- the module 21 calculates the instantaneous global magnetic flux ⁇ D (t) of the phase U of the stator 4 by summation, performed on the turns i of the phase U and for each turn i of the phase U on the teeth D which are surrounded by this turn i, a plurality of instantaneous measured fluxes cp r , temporally offset time offsets corresponding to the angular offsets of these teeth D relative to the determined tooth Dr. These time offsets are proportional to the angular offsets of the teeth D with respect to the determined tooth Dr.
- the first module (21) is configured to calculate the instantaneous global magnetic flux ⁇ D (t) of the phase U of the stator 4 as being equal to
- h mi ⁇ is a prescribed time synchronization function, dependent on the index k and the index m.
- the rotational speed of the rotor 3 is constant.
- the computing assembly 200 comprises a second calculation module 22 configured to calculate the instantaneous electrical power P (t), Q (t) (also called charge P (t), Q (t)) supplied. by the rotating machine 2 generating electricity from the electric current I (t) measured by the sensor 12 and from the instantaneous global magnetic flux ⁇ D (t) of the phase U, having been calculated.
- This instantaneous electrical power P (t), Q (t), calculated by the second calculation module 22, is the instantaneous electrical power P (t), Q (t) provided by the phase U of the stator 4, or by several phases. of the stator 4 or by all the phases of the stator 4 or total instantaneous electrical power supplied by the machine 2.
- the first module 21 is configured to calculate the prescribed time synchronization function h mk as being equal to
- the parameters m, , dr and h m. k are uniquely characterized for each rotating machine generating 2.
- the set is the set of indices of internal teeth to the turn i, nonpolar.
- the index k is an integer
- the index m is an integer
- the angular offset of the teeth D being equal to (mk) dr by relative to the determined tooth Dr of index m.
- the indices k may not be integer in the case where the teeth D are evenly distributed around the axis 6 and where thus the angular offset of the teeth D relative to the determined tooth Dr of index m n ' is not an integer multiple of the angular step dr.
- the phase U surrounds the flow measurement probe 11.
- the determined tooth Dr, of index m, on which is the flow measurement probe 11 cp r is one of the teeth D, k surrounded by one of the turns i of the phase U, or by several turns i of the phase U or by all the turns i of the phase U.
- the second calculation module 22 comprises a first submodule 221 configured to calculate an instantaneous voltage V (t) of the at least one phase U by time derivative of the instantaneous global magnetic flux ⁇ D (t) of the phase U, having been calculated.
- the invention dispenses with an expensive instrumentation measuring the voltage V (t). For example, this calculation also takes into account the ohmic losses of the phase U of the stator 4, by subtracting a predetermined internal resistance R eS from the phase U of the stator 4, multiplied by the measured current I (t) of the phase U of the stator 4.
- the submodule 221 or 222 may also calculate an angular phase shift a (or a corresponding power factor cos (a)) between the reactive power portion Q (t) of the instantaneous electric power P (t), Q (t) provided by the rotating machine 2 generating electricity and the part P (t) of active power of the instantaneous electric power P (t), Q (t) provided by the rotating machine 2 generating electricity.
- the second calculation module 22 comprises a second sub-module 222 configured to calculate the instantaneous electric power P (t), Q (t) supplied by the rotating machine 2 generating electricity at least by multiplication of the instantaneous voltage V (t) of the phase U, having been calculated by the first sub-module 221, by the electric current I (t), having been measured by the sensor 12.
- the load P (t), Q (t) can be calculated according to the invention using neither the torque (V (t), I (t)) but rather the torque (cp r (t),
- the device 1 comprises a module 23 for diagnosing the operating state of the rotating machine 2 generating electricity as a function of the instantaneous electrical power P (t), Q (t), having been calculated by the second calculation module 22 and / or as a function of the instantaneous global magnetic flux ⁇ D (t) of the phase U of the stator 4, which has been calculated by the first calculation module 21.
- the diagnostic module 23 is able to calculate at least one diagnostic parameter of the operating state of the rotating machine 2 generating electricity from the instantaneous electric power P (t), Q (t), having been calculated by the second calculation module 22 and / or from the instantaneous global magnetic flux ⁇ D (t) of the phase U of the stator 4, having been calculated by the first calculation module 21.
- the diagnostic module 23 may also take into account one or more observable variables G (t), such as for example one or more of those mentioned, for calculating the diagnostic parameter.
- the modules 21 and 22 may for example be implemented in a computer, a computer or the like, contained for example in a housing 201 and comprising a processor for performing the calculations automatically according to the values of the flow cp r and current values I (t) sent to respectively a first input 210 of the first module 21 and a second input 220 of the second module 22 respectively the probe 11 and the sensor 12.
- the computer or computer or processor is programmed by a program computer having code instructions executing the calculations mentioned above.
- the power generation installation is provided with the device 1 for measuring the electrical power as described above.
- the invention also relates to a method for measuring the instantaneous electric power, supplied by the rotating machine 2 generating electricity, which performs the following steps using the measuring device 1 described above.
- This method comprises, with reference to FIG. 6, the following steps:
- first step El measurement, by the probe 11, of the magnetic flux cp r located and instantaneous gap
- second step E2 measurement, by the sensor 12, of the instantaneous electric current I (t), supplied by the phase U of the stator 4 of the rotating generator machine 2
- step E3 calculation, by the first calculation module 21, of the instantaneous global magnetic flux ⁇ D (t) of the phase U of the stator 4 by summation, performed on the turns i of the phase U and for each turn i of the phase U on the teeth (D) which are surrounded by this turn i, of a plurality of instantaneous measured fluxes cp r , temporally offset by time offsets corresponding to the angular offsets of these teeth D relative to the determined tooth Dr,
- step E4 calculation, by the second calculation module 22, of the instantaneous electrical power P (t), Q (t) supplied by the rotating machine 2 generating electricity from the electric current I (t) measured by the sensor 12 and the instantaneous global magnetic flux ⁇ D (t) of the phase U, having been calculated.
- the first step E1 is executed simultaneously with the second step E2, for measuring the magnetic flux cp r at the same instant t as the current I (t).
- the invention also relates to a computer program for implementing this method.
- the diagnostic module 23 may for example be implemented in a computer, a computer or the like, contained for example in a diagnostic box 202 and comprising a processor for performing calculations in an automatic manner.
- the computer or computer or processor is programmed by a computer program having code instructions executing these calculations.
- the diagnostic module or diagnostic box takes as input the measurement of the observed magnitude G (t), the charge level P (t), Q (t) calculated by the module 22 and the measurement of the current I (t) provided by the sensor 12.
- the module 21 and / or 22 and / or 221 and / or 222 for calculating the load can be implanted directly inside the diagnostic box.
- the diagnostic box 2 requires only two inputs: the measurement of the magnitude cp r (t) supplied by the probe 11 and the measurement of the current I (t) supplied by the sensor 12.
- the measuring device 1 can be installed in a power generation installation 300, represented in FIG. 1. An embodiment of this installation 300 is described below.
- the electricity generating installation 300 comprises one or more several alternators 2 (each forming a generator rotating machine as described above), mechanically driven by one or more turbines 301 so that the stator 4 of the alternators 2 provide electrical power P (t), Q (t) to meet the load (demand) imposed by a distribution network 302 of electricity to electricity consumers.
- the alternator 2 is instrumented and equipped with sensors, including the probe 11 and the sensor 12, which send real-time or sequenced measurement data to the control room 303, generally distant from the alternator 2 and sometimes from the production itself.
- the data of the alternator 2 are all or partly returned to diagnostic housings 23, also often distant from the alternator 2 and the room 303 control.
- connections returning the outgoing data streams from the sensors of the alternators 2 to the control room 303.
- the information delivered by these boxes can also be routed to remote platforms, centralizing the information of several power plants. Finally, it is often possible to find direct or indirect communication between the network 302 and the control room 303.
- the diagnostic boxes can deploy better diagnostics by choosing the right limit criteria, for so-called threshold methods, or reduce the signature base of references where the we seek to identify a signal G (t) in the case of the so-called identification methods.
- the operator of these rotating generators will perform a more efficient diagnostic, without additional connections between the control room and the diagnostic boxes to transmit information on the level of load of these machines.
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Abstract
Description
DISPOSITIF, PROCEDE DE MESURE DE PUISSANCE D’UNE DEVICE, METHOD FOR MEASURING THE POWER OF A
GENERATRICE D’ELECTRICITE ET PROGRAMME D’ORDINATEUR GENERATOR OF ELECTRICITY AND COMPUTER PROGRAM
L’invention concerne un dispositif de mesure de la puissance électrique fournie par une machine tournante génératrice d’électricité. The invention relates to a device for measuring the electric power supplied by a rotating machine generating electricity.
Le domaine de l’invention concerne le diagnostic des machines tournantes, appelées alternateurs ou turboalternateurs, présentes notamment dans les centrales de production électrique. The field of the invention relates to the diagnosis of rotating machines, called alternators or turboalternators, present in particular in power generation plants.
Un des objectifs de la présente invention est de permettre de fïabiliser les techniques de diagnostic existantes ou en développement, en permettant aux dispositifs réalisant ce diagnostic de disposer, in situ, du niveau de la charge (puissance délivrée) de ces alternateurs en temps réel et cela de manière synchronisée à la mesure d’une grandeur observable pertinente - grandeur symptomatique comportementale de la machine. One of the objectives of the present invention is to make it possible to make the existing or developing diagnostic techniques more reliable, by allowing the devices carrying out this diagnosis to have, in situ, the level of the load (power delivered) of these alternators in real time and this synchronized with the measurement of a relevant observable magnitude - symptomatic behavioral magnitude of the machine.
Dans les centrales de production électrique, l’alternateur - dit aussi « génératrice»- est un composant important assurant la conversion de l’énergie mécanique en énergie électrique. Pour augmenter la disponibilité des moyens de production et bien cibler les réparations pendant les arrêts périodiques, les exploitants des centrales de production d’électricité équipent leurs alternateurs de capteurs afin de suivre l’état de dégradation et de vieillissement de ces derniers. In power plants, the alternator - also called "generator" - is an important component ensuring the conversion of mechanical energy into electrical energy. To increase the availability of the means of production and to better target repairs during periodic shutdowns, the operators of the power plants equip their alternators with sensors to monitor the state of degradation and aging of the latter.
Les mesures ainsi reçues viennent nourrir en temps réel des dispositifs automatiques pouvant déclencher des alarmes en cas défauts graves ou donner des indications sur le besoin de maintenance et sur le niveau de priorité des réparations prévues lors des arrêts périodiques. Il apparaît donc important pour l’exploitant de disposer de techniques de détection fiables rendant compte à tout moment de l’état d’usure authentique de ses génératrices. Un diagnostic fiable est celui qui n’anticipe pas trop le programme de maintenance de la machine tournante, sinon cela aurait l’inconvénient de mobiliser précocement de la ressource et du matériel engendrant des dépenses anticipées. De même, cette programmation pour maintenance ne doit pas être trop tardive, auquel cas elle pourrait conduire à une dégradation et destruction du matériel. Un arrêt prématuré de la centrale production implique une perte de disponibilité sur le réseau de distribution d’électricité, engendrant des coûts pénalisants et manques à gagner pour l’exploitant. The measurements thus received feed real-time automatic devices that can trigger alarms in case of serious defects or give indications on the need for maintenance and on the priority level of repairs scheduled during periodic stops. It is therefore important for the operator to have reliable detection techniques that reflect at all times the genuine state of wear of its generators. A reliable diagnosis is one that does not anticipate the maintenance program of the rotating machine, otherwise it would have the disadvantage of early mobilization of the resource and equipment generating anticipated expenses. In the same way, this programming for maintenance must not be too late, in which case it could lead to a degradation and destruction of the material. A premature stop of the production plant implies a loss of availability on the electricity distribution network, generating penalizing costs and losses to the operator.
On connaît notamment les boîtiers de diagnostic, destinés à enregistrer et à analyser en fonctionnement les différents paramètres caractérisant l’état de dégradation des alternateurs. L’analyse de ces grandeurs G de manière individuelle ou combinée renseigne sur l’état de la machine, tel que par exemple le fonctionnement dégradé, l’apparition de balourds (excentration du rotor par rapport au stator) et de courts-circuits électriques, le vieillissement de composants. In particular, the diagnostic boxes are known for recording and analyzing in operation the various parameters characterizing the degradation state of the alternators. The analysis of these magnitudes G individually or in combination provides information on the state of the machine, such as, for example, degraded operation, the occurrence of unbalance (eccentricity of the rotor relative to the stator) and electrical short circuits, aging of components.
On connaît des boîtiers de diagnostic utilisant des techniques basées sur des seuils ou sur une identification. Diagnostic boxes are known that use thresholds or identification techniques.
Dans les techniques de diagnostic à seuil, un signal temporel G(t), représentatif d’une grandeur d’intérêt G, comprenant une ou plusieurs périodes électriques (cycles), est récupéré depuis des capteurs de l’alternateur. Ce signal G(t) est ensuite transformé en une représentation fréquentielle (transformée de Fourier rapide FFT pour, en anglais, « Fast Fourier Transform ») en lui appliquant une analyse harmonique. La représentation en harmoniques permet de s’affranchir de l’origine des temps et permet une meilleure classification de l’éventuel défaut dont la signature est contenue dans le signal G(t). L’amplitude d’une ou plusieurs raies de fréquences (harmoniques) est ensuite comparée à une référence (seuil) représentative du cas idéal, cas où la machine est en fonctionnement sans défaut. Si le ou les écarts entre les harmoniques du signal mesuré G(t) et ceux du signal référence dépassent le ou les seuils limites prédéfinis dans le boîtier, alors une alarme est déclenchée pour signaler la présence d’un défaut dans la machine tournante. La robustesse et la fiabilité d’une technique de détection se quantifie par le rapport entre le nombre d’alarmes justifiées (présence de défaut réel) et le nombre de fausses alarmes (pas de défaut réel apparent). In threshold diagnostic techniques, a time signal G (t), representative of a quantity of interest G, comprising one or more electrical periods (cycles), is recovered from the alternator sensors. This signal G (t) is then transformed into a frequency representation (fast Fourier Transform) by applying a harmonic analysis to it. The representation in harmonics makes it possible to be freed from the origin of the times and allows a better classification of the eventual defect whose signature is contained in the signal G (t). The amplitude of one or more frequency lines (harmonics) is then compared to a reference (threshold) representative of the ideal case, in which case the machine is in operation without defects. If the difference (s) between the harmonics of the measured signal G (t) and those of the reference signal exceed the thresholds or thresholds predefined in the housing, then an alarm is triggered to indicate the presence of a fault in the rotating machine. The robustness and reliability of a detection technique is quantified by the ratio between the number of justified alarms (presence of real defect) and the number of false alarms (no apparent real defect).
Dans les techniques de diagnostic à identification, le signal G(t) est également transposé dans le domaine fréquentiel, puis une signature fréquentielle semblable à la représentation fréquentielle du signal G(t) est recherchée dans une base de données regroupant un ensemble de signatures décrivant les états sains et dégradés de la machine. La base de données est communément construite à partir des observations antérieures, du jugement d’experts ou bien par ordinateur en simulant un modèle numérique jumeau de l’alternateur. In identification diagnostic techniques, the signal G (t) is also transposed in the frequency domain, then a frequency signature similar to the frequency representation of the signal G (t) is sought in a database containing a set of signatures describing the healthy and degraded states of the machine. The database is commonly constructed from observations previous, expert judgment or computer by simulating a twin digital model of the alternator.
Les boîtiers de diagnostic de l’industrie qui n’ont pas accès à la valeur de la charge instantanée - i.e. la puissance électrique instantanée délivrée par la machine génératrice tournante ne fournissent pas un diagnostic fiable. En effet, les méthodes à seuils utilisent des seuils limites valides uniquement sur une plage de régimes de fonctionnement de l’alternateur (généralement autour du régime de fonctionnement nominal). Or, le spectre harmonique de la grandeur G(t), présentant des caractéristiques remarquables, exhibe un comportement différent selon l’état de charge de la machine. Il s’avère donc difficile d’établir des critères de seuil (règles de discrimination de l’état sain et de l’état avec défaut) qui restent valides et précis quel que soit l’état de charge de la machine. Ceci conduit à délivrer un diagnostic peu robuste car peu fiable. Pour améliorer le diagnostic basé sur les critères seuils, plusieurs critères de seuil doivent être considérés. Chacun doit correspondre à un état de charge donné. Les figures 5A et 5B illustrent cette difficulté d’établir une règle discriminante générale. La figure 5A montre le contenu harmonique H (spectre obtenu avec l’analyse de Lourier) du signal observé, ayant les harmoniques Hl, H2, H3, H4, H5 et H6, obtenus à un premier état de charge 1, où les harmoniques discriminants pour la charge Pi, Qi sont les harmoniques Hl et H3. La figure 5 B montre le contenu harmonique H de ce signal, ayant les harmoniques Hl, H2, H3, H4, H5 et H6, à un deuxième état de charge (différent du premier état de charge), où les harmoniques discriminants pour la charge P2, Q sont les harmoniques Hl, H2, H4 et H5. On observe dans ce cas que les harmoniques discriminants choisis pour établir le seuil sont différents dans les deux états de charge. Diagnostic housings in the industry that do not have access to the instantaneous charge value - ie the instantaneous electrical power delivered by the rotating generator machine do not provide a reliable diagnosis. In fact, threshold methods use valid limit values only over a range of operating speeds of the alternator (generally around the nominal operating speed). However, the harmonic spectrum of the magnitude G (t), having remarkable characteristics, exhibits a different behavior according to the state of charge of the machine. It is therefore difficult to establish threshold criteria (rules of discrimination of the healthy state and the state with default) that remain valid and accurate regardless of the state of charge of the machine. This leads to a diagnosis that is not very robust because it is unreliable. To improve the diagnosis based on the threshold criteria, several threshold criteria must be considered. Each must correspond to a given state of charge. Figures 5A and 5B illustrate this difficulty of establishing a general discriminating rule. FIG. 5A shows the harmonic content H (spectrum obtained with the Lourier analysis) of the observed signal, having the harmonics H1, H2, H3, H4, H5 and H6, obtained at a first state of charge 1, where the discriminating harmonics for the charge Pi, Qi are the harmonics H1 and H3. FIG. 5B shows the harmonic content H of this signal, having the harmonics H1, H2, H3, H4, H5 and H6, at a second state of charge (different from the first state of charge), where the discriminating harmonics for the charge P 2 , Q are the harmonics H1, H2, H4 and H5. It is observed in this case that the discriminant harmonics chosen to establish the threshold are different in the two states of charge.
Les méthodes de détection par identification, même si leurs bases de données peuvent contenir des signatures sur l’ensemble des points de fonctionnement de l’alternateur, ne sont pas fiables, car elles peuvent présenter un risque de confusion. En effet, une signature avec défaut obtenue à une charge donnée peut correspondre à une signature sans défaut pour une autre charge. Identification detection methods, even if their databases may contain signatures on all operating points of the alternator, are not reliable because they may present a risk of confusion. Indeed, a default signature obtained at a given load may correspond to a signature without defect for another load.
Dans l’état de la technique, pour pouvoir réaliser un diagnostic fiable, il est nécessaire de disposer de critères limites de détection adaptatifs en fonction du niveau de la charge ou bien disposer de bases de données références classées par niveau de charge, par nature du défaut et par niveau de gravité de celui-ci. Pour cela, il faut disposer de cette information sur la charge dans le boîtier de diagnostic simultanément à la grandeur G(t). Par conséquent, il est nécessaire de réaliser des branchements depuis les endroits où cette information est disponible. Par exemple, l’information sur la charge peut être fournie par le réseau de distribution d’électricité au travers de moyens de télécommunication ou autres. Elle peut être aussi directement obtenue par un moyen fïlaire à partir de la salle de commande. In the state of the art, in order to be able to perform a reliable diagnosis, it is necessary to have adaptive detection limit criteria according to the level of the load or have databases of references classified by level of load, by nature of the defect and by level of gravity thereof. To do this, you need this information on the load in the diagnostic box simultaneously with the size G (t). Therefore, it is necessary to make connections from the places where this information is available. For example, the charging information may be provided by the electricity distribution network through telecommunication or other means. It can also be obtained directly by wire from the control room.
Toutefois, ces solutions posent des problèmes de coûts et de faisabilité. D’une part, équiper les boîtiers de diagnostic de moyens de télécommunication ou autre avec le gestionnaire du réseau de distribution d’électricité est très coûteux et nécessite l’autorisation de l’exploitant du réseau. D’autre part, récupérer le niveau de charge de l’alternateur à partir de la salle de commande nécessite de tirer des câbles et donc de devoir réaliser des traversées dans les cloisons de l’installation. Ces solutions nécessitent des autorisations administratives et engendrent des coûts supplémentaires. En effet, si les connectiques entre l’alternateur et la salle de commande sont en général installées, il faut prévoir une transmission de la charge via un moyen fïlaire entre la salle de commande et le boîtier de détection. De plus, ces connexions supplémentaires au boîtier de détection ne sont pas possibles pour la simple raison que ces connexions supplémentaires ne sont pas prévues lors de la spécification et la fabrication de ces boîtiers. However, these solutions pose problems of cost and feasibility. On the one hand, equipping the diagnostic boxes of telecommunications or other means with the electricity distribution network manager is very expensive and requires the authorization of the network operator. On the other hand, recovering the load level of the alternator from the control room requires pulling cables and thus having to make crossings in the walls of the installation. These solutions require administrative permissions and generate additional costs. Indeed, if the connections between the alternator and the control room are generally installed, it is necessary to provide a transmission of the load via a wire means between the control room and the detection box. In addition, these additional connections to the detection box are not possible for the simple reason that these additional connections are not provided during the specification and manufacture of these boxes.
Enfin, dans l’éventualité où l’installation de moyens de communication avec le réseau de distribution d’électricité serait possible ou que les branchements fïlaires à partir de la salle de commande seraient possibles, se poserait alors la question de la synchronisation du niveau de la charge instantanée avec la grandeur observable pertinente G(t). En effet, tous ces flux de données se réalisent avec un décalage dans le temps qui peut être plus au moins important et plus au moins pénalisant. Disposer en salle de commande de l’état de charge imposé par le réseau de distribution d’électricité avec quelques secondes de retard dans le temps peut être acceptable pour les besoins d’informations générales sur le niveau de production, entre autres, pour une exploitation de routine d’un centre de production. Mais à contrario, ne pas connaître cet état de charge dans les boîtiers de diagnostic ou le connaître avec un retard même infime, tel que par exemple celui observé lors d’une variation brutale du niveau de la charge, dépendant complètement des caractéristiques propres de la machine diagnostiquée (de l’ordre de la seconde voire moins) peut conduire à des fausses alarmes et donc à un arrêt de la production. Finally, in the event that the installation of means of communication with the electricity distribution network is possible or that the wire connections from the control room would be possible, then the question of the synchronization of the level of the instantaneous charge with the relevant observable magnitude G (t). Indeed, all these data flows are realized with a shift in time which can be more or less important and more or less penalizing. Having a charge state imposed by the electricity distribution network with a few seconds of delay in the control room can be acceptable for the purposes of general information on the level of production, among others, for an operation. routine of a production center. But on the contrary, do not know this state of charge in the diagnostic boxes or know it with a very small delay, such as for example that observed during a sudden change in the level of the load, depending completely on the specific characteristics of the machine diagnosed (of the order of the second or less) can lead to false alarms and therefore to a stoppage of production.
L’invention vise à obtenir un dispositif et un procédé de mesure de la puissance électrique fournie par la machine tournante génératrice, palliant les inconvénients mentionnés ci-dessus. The object of the invention is to obtain a device and a method for measuring the electrical power supplied by the generating rotary machine, overcoming the disadvantages mentioned above.
A cet effet, un premier objet de l’invention est un dispositif de mesure d’une puissance électrique instantanée, fournie par au moins une phase du stator d’une machine tournante génératrice d’électricité, le dispositif comportant For this purpose, a first object of the invention is a device for measuring an instantaneous electrical power, supplied by at least one phase of the stator of a rotating machine generating electricity, the device comprising
une sonde de mesure d’un flux magnétique localisé et instantané d’entrefer, appelé flux instantané mesuré, entre le stator et le rotor de la machine tournante génératrice d’électricité, le stator comportant un nombre déterminé de dents, la sonde de mesure étant localisée de manière fixe sur l’une déterminée des dents du stator, a probe for measuring a localized instantaneous magnetic flux, referred to as a measured instantaneous flux, between the stator and the rotor of the rotating machine generating electricity, the stator comprising a determined number of teeth, the measurement probe being fixedly located on one of the teeth of the stator,
un capteur de mesure du courant électrique instantané, fourni par la phase du stator de la machine tournante génératrice. a sensor for measuring the instantaneous electric current, supplied by the phase of the stator of the rotating generator machine.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le dispositif de mesure comporte un premier module de calcul d’un flux magnétique global instantané de la phase du stator par sommation, effectuée sur les spires de la phase et pour chaque spire de la phase sur les dents qui sont entourées par cette spire, d’une pluralité de flux instantanés, obtenus à partir du flux instantané mesuré par des décalages temporels proportionnels aux décalages angulaires des dents par rapport à la dent déterminée. According to one embodiment of the invention, the measuring device comprises a first module for calculating an instantaneous global magnetic flux of the phase of the stator by summation, performed on the turns of the phase and for each turn of the phase on the teeth which are surrounded by this turn, of a plurality of instantaneous fluxes, obtained from the instantaneous flux measured by temporal offsets proportional to the angular offsets of the teeth relative to the determined tooth.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le dispositif de mesure comporte un deuxième module de calcul de ladite puissance électrique instantanée fournie par la machine tournante génératrice d’électricité à partir du courant électrique de la phase mesuré par le capteur et du flux magnétique global instantané de la phase, ayant été calculé. L’invention permet ainsi de disposer en temps réel et de manière synchronisée du niveau de charge (mesure de la puissance fournie) de la machine tournante génératrice, telle que par exemple d’un l’alternateur, ce niveau de charge calculé pouvant être ensuite envoyé dans un boîtier de diagnostic. Cela offre l’avantage de mettre en œuvre des techniques de diagnostic adaptables au niveau de la charge de l’alternateur et ainsi de réaliser un diagnostic fiable quel que soit le régime de fonctionnement de l’alternateur. According to one embodiment of the invention, the measuring device comprises a second module for calculating said instantaneous electric power supplied by the rotating machine generating electricity from the electric current of the phase measured by the sensor and the magnetic flux. instantaneous total of the phase, having been calculated. The invention thus makes it possible to have, in real time and in a synchronized manner, the level of charge (measurement of the power supplied) of the rotating machine generator, such as for example an alternator, this calculated load level can then be sent into a diagnostic box. This offers the advantage of implementing adaptable diagnostic techniques at the level of the alternator load and thus to achieve a reliable diagnosis regardless of the operating regime of the alternator.
L’invention permet d’obtenir une valeur électrique globale (charge active P(t), charge réactive Q(t)) à partir d’une mesure locale de flux d’entrefer, de manière synchronisée à la mesure d’une grandeur physique G(t) formant l’observable symptomatique du comportement de la machine tournante, et cela sans instrumentation supplémentaire, sans intrusion, sans branchements de câbles de ladite machine ou de boîtiers de diagnostic résidents. The invention makes it possible to obtain a global electrical value (active load P (t), reactive load Q (t)) from a local measurement of gap flux, in a manner synchronized with the measurement of a physical quantity. G (t) forming the observable symptomatic behavior of the rotating machine, and this without additional instrumentation, without intrusion, without cable connections of said machine or resident diagnostic boxes.
La présente invention vient améliorer la situation et atteint les objectifs énoncés grâce à une solution qui s’affranchit des contraintes précitées en exploitant avantageusement la mesure du flux magnétique issue d’un capteur résidant dans la machine. The present invention improves the situation and achieves the stated objectives by means of a solution which overcomes the above-mentioned constraints by advantageously exploiting the measurement of the magnetic flux coming from a sensor residing in the machine.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, ladite puissance électrique instantanée fournie par la machine tournante génératrice d’électricité est soit la puissance électrique instantanée de la phase, soit la puissance électrique instantanée totale de la machine. According to one embodiment of the invention, said instantaneous electrical power supplied by the rotating machine generating electricity is either the instantaneous electrical power of the phase, or the instantaneous total electrical power of the machine.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le premier module est configuré pour calculer le flux magnétique <D(t) global instantané de la phase du stator comme étant égal à According to one embodiment of the invention, the first module is configured to calculate the instantaneous global magnetic flux <D (t) of the stator phase as being equal to
où i est un indice désignant chaque spire de la phase, where i is an index designating each turn of the phase,
Nspire désigne le nombre de spires de la phase, k et ^>i désignent les indices des dents qui sont entourées par la spire i, cpr est le flux instantané mesuré par la sonde de mesure, Nspire denotes the number of turns of the phase, k and ^> i denote the indices of the teeth which are surrounded by the turn i, cp r is the instantaneous flux measured by the measuring probe,
w est la vitesse angulaire de rotation du rotor par rapport au stator, dr est le pas dentaire qui est l’angle entre deux dents successives parmi les dents, w is the rotational angular velocity of the rotor with respect to the stator, dr is the tooth pitch which is the angle between two successive teeth among the teeth,
m est l’indice de la dent déterminée sur laquelle se trouve la sonde de mesure du flux cpr, m is the index of the determined tooth on which the flow measurement probe cp r is located ,
hmJ< est une fonction de synchronisation temporelle prescrite, dépendant de l’indice k et de l’indice m. h mJ < is a prescribed time synchronization function, depending on the index k and the index m.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le premier module est configuré pour calculer la fonction de synchronisation temporelle prescrite hmJ< comme étant égale à According to one embodiment of the invention, the first module is configured to calculate the prescribed time synchronization function h mJ < as being equal to
Suivant un mode de réalisation de l’invention, la dent déterminée sur laquelle se trouve la sonde de mesure du flux est l’une des dents entourées par au moins une des spires de la phase. According to one embodiment of the invention, the determined tooth on which the flow measurement probe is located is one of the teeth surrounded by at least one of the turns of the phase.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le deuxième module de calcul comporte un sous-module configuré pour calculer une tension instantanée de la phase au moins par dérivation temporelle du flux magnétique global instantané de la phase, ayant été calculé. According to one embodiment of the invention, the second calculation module comprises a sub-module configured to calculate an instantaneous voltage of the phase at least by time derivative of the instantaneous global magnetic flux of the phase, having been calculated.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le deuxième module de calcul est configuré pour calculer la puissance électrique instantanée fournie par la machine tournante génératrice d’électricité au moins par multiplication de la tension instantanée de la phase, ayant été calculée, par le courant électrique, ayant été mesuré par le capteur. According to one embodiment of the invention, the second calculation module is configured to calculate the instantaneous electric power supplied by the rotating machine generating electricity at least by multiplying the instantaneous voltage of the phase, having been calculated, by the electric current, having been measured by the sensor.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le dispositif comporte un module de diagnostic de l’état de fonctionnement de la machine tournante génératrice d’électricité, apte à calculer au moins un paramètre de diagnostic de l’état de fonctionnement de la machine tournante génératrice d’électricité à partir de la puissance électrique instantanée, ayant été calculée par le deuxième module de calcul et à partir d’une grandeur observable et/ou à partir du flux magnétique global instantané de la phase du stator, ayant été calculée par le premier module de calcul. Un deuxième objet de l’invention est une installation de production d’électricité, comportant une machine tournante génératrice d’électricité, laquelle comporte un rotor, un stator, un entrefer situé entre le stator et le rotor, le stator comportant au moins une phase comportant des spires et un nombre déterminé de dents, caractérisée en ce que l’installation de production d’électricité est munie du dispositif de mesure de la puissance électrique instantanée, fournie par la phase du stator, tel que décrit ci-dessus. According to one embodiment of the invention, the device comprises a diagnostic module of the operating state of the rotating machine generating electricity, able to calculate at least one diagnostic parameter of the operating state of the machine. rotating generator generating electricity from the instantaneous electrical power, having been calculated by the second calculation module and from an observable quantity and / or from the instantaneous global magnetic flux of the stator phase, having been calculated by the first calculation module. A second object of the invention is an electricity production installation, comprising a rotating machine generating electricity, which comprises a rotor, a stator, an air gap located between the stator and the rotor, the stator comprising at least one phase comprising turns and a determined number of teeth, characterized in that the power generation installation is provided with the device for measuring the instantaneous electric power, supplied by the phase of the stator, as described above.
Un troisième objet de l’invention est un procédé de mesure de la puissance électrique instantanée, fournie par au moins une phase du stator d’une machine tournante génératrice d’électricité, la machine tournante comportant un rotor, le stator, un entrefer situé entre le stator et le rotor, A third object of the invention is a method for measuring the instantaneous electrical power, supplied by at least one phase of the stator of a rotating machine generating electricity, the rotating machine comprising a rotor, the stator, an air gap located between the stator and the rotor,
la au moins une phase comportant des spires, the at least one phase comprising turns,
le stator comportant un nombre déterminé de dents, the stator comprising a determined number of teeth,
le procédé étant caractérisé en ce que the method being characterized in that
on mesure, par une sonde de mesure localisée de manière fixe sur l’une déterminée des dents du stator, un flux magnétique localisé et instantané d’entrefer, appelé flux instantané mesuré, measuring, by a measurement probe located in a fixed manner on a determined one of the stator teeth, a localized and instantaneous magnetic flux of air gap, called measured instantaneous flux,
on mesure par un capteur de mesure le courant électrique instantané, fourni par la phase du stator de la machine tournante génératrice. the instantaneous electric current supplied by the phase of the stator of the rotating generator machine is measured by a measuring sensor.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, on calcule par un premier module de calcul un flux magnétique global instantané de la phase du stator par sommation, effectuée sur les spires de la phase et pour chaque spire de la phase sur les dents qui sont entourées par cette spire, d’une pluralité de flux instantanés, obtenus à partir du flux instantané mesuré par des décalages temporels proportionnels aux décalages angulaires des dents par rapport à la dent déterminée. According to one embodiment of the invention, a computation module computes an instantaneous global magnetic flux of the phase of the stator by summation, performed on the turns of the phase and for each turn of the phase on the teeth which are surrounded by this turn, a plurality of instantaneous streams, obtained from the instantaneous flow measured by time offsets proportional to the angular offsets of the teeth relative to the determined tooth.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, on mesure par un deuxième module de calcul la puissance électrique instantanée fournie par la machine tournante génératrice d’électricité à partir du courant électrique mesuré par le capteur et du flux magnétique global instantané de la phase, ayant été calculé. Un troisième objet de l’invention est un programme d’ordinateur, comportant des instructions de code pour la mise en œuvre du procédé de mesure tel que décrit ci-dessus, lorsqu’il est exécuté sur au moins un calculateur. According to one embodiment of the invention, a second calculation module measures the instantaneous electric power supplied by the rotating machine generating electricity from the electric current measured by the sensor and the instantaneous global magnetic flux of the phase. having been calculated. A third object of the invention is a computer program, comprising code instructions for implementing the measurement method as described above, when it is executed on at least one computer.
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 dessins annexés, sur lesquels : The invention will be better understood on reading the description which follows, given solely by way of non-limiting example with reference to the accompanying drawings, in which:
- la figure 1 représente schématiquement une machine tournante génératrice selon une coupe transversale à son axe de rotation, sur laquelle peut être mis en œuvre le dispositif de mesure suivant l’invention, FIG. 1 schematically represents a generating rotary machine in cross-section along its axis of rotation, on which the measuring device according to the invention can be implemented;
- la figure 2 représente schématiquement un synoptique modulaire du dispositif de mesure suivant un mode de réalisation de l’invention, FIG. 2 diagrammatically represents a modular block diagram of the measuring device according to one embodiment of the invention,
- la figure 3 représente schématiquement un synoptique modulaire d’une installation comportant le dispositif de mesure suivant un mode de réalisation de l’invention, FIG. 3 diagrammatically represents a modular block diagram of an installation comprising the measuring device according to one embodiment of the invention,
- la figure 4 représente schématiquement selon une vue développée le long de sa circonférence le stator de la machine tournante génératrice de la figure 1, sur laquelle peut être mis en œuvre le dispositif de mesure suivant l’invention, FIG. 4 diagrammatically shows in a developed view along its circumference the stator of the rotating generator machine of FIG. 1, on which the measuring device according to the invention can be implemented,
- la figure 5A est un graphique montrant des harmoniques d’un signal issu d’une machine tournante dans un premier état de charge selon l’état de la technique, - la figure 5B est un graphique montrant des harmoniques d’un signal issu d’une machine tournante dans un deuxième état de charge selon l’état de la technique, FIG. 5A is a graph showing harmonics of a signal coming from a rotating machine in a first state of charge according to the state of the art; FIG. 5B is a graph showing harmonics of a signal coming from a a rotating machine in a second state of charge according to the state of the art,
- la figure 6 représente un organigramme d’un procédé de mesure suivant un mode de réalisation de l’invention. FIG. 6 represents a flowchart of a measurement method according to one embodiment of the invention.
A la figure 1, une machine tournante 2 génératrice d’électricité comporte un stator 4 et un rotor 3 apte à tourner par rapport au stator 4 autour d’un axe 6 de rotation, un entrefer 5 étant présent entre le rotor 3 et le stator 4. Le rotor 3 comporte un arbre mécanique 7 apte à être fixé à une source de rotation mécanique, pouvant être constante et pouvant être par exemple une turbine T pour une machine tournante génératrice 2 formée par un alternateur ou turboalternateur, pour faire tourner le rotor 3 autour de l’axe 6. La rotation du rotor 3 induit un champ magnétique variable dans le stator 4. Le champ magnétique variable induit aux bornes du bobinage du stator 4 une tension appelée force électromotrice. Le stator 4 comporte une ou plusieurs phases ayant chacune une ou plusieurs bornes de connexion avec l’extérieur, pour fournir vers l’extérieur le courant électrique produit par le stator 4 lorsque le rotor 3 est mis en rotation autour de l’axe 6. On considère ci-dessous la phase U du stator 4, sans que cela soit limitatif, l’invention pouvant être appliquée à une ou plusieurs autres phases du stator 4. Le stator 4 peut être symétrique cylindriquement autour de l’axe de rotation. Par exemple, le stator peut être triphasé, et le dispositif de mesure peut être prévu sur une des trois phases, sur deux des trois phases ou sur les trois phases du stator 4. Par exemple, la machine 2 peut être une machine tournante synchrone, peut être à pôles lisses, peut avoir un bobinage de stator 4 du type imbriqué et peut avoir une ou plusieurs voies en parallèle sur chacune de sa ou ses phases. La machine tournante génératrice 2 peut avoir une puissance nominale de production supérieure à 1 MW, notamment supérieure à 10 MW, ou supérieure à 100 MW ou supérieure à 1000 MW. In Figure 1, a rotating machine 2 generating electricity has a stator 4 and a rotor 3 rotatable relative to the stator 4 about an axis 6 of rotation, an air gap 5 being present between the rotor 3 and the stator 4. The rotor 3 comprises a mechanical shaft 7 adapted to be fixed to a source of mechanical rotation, which can be constant and can be for example a turbine T for a rotating machine generator 2 formed by an alternator or turboalternator, to rotate the rotor 3 around the axis 6. The rotation of the rotor 3 induces a field variable magnetic field in the stator 4. The variable magnetic field induces across the winding of the stator 4 a voltage called electromotive force. The stator 4 comprises one or more phases each having one or more connection terminals with the outside, to supply to the outside the electric current produced by the stator 4 when the rotor 3 is rotated about the axis 6. Below is considered the U phase of the stator 4, without this being limiting, the invention being applicable to one or more other phases of the stator 4. The stator 4 may be symmetrical cylindrically about the axis of rotation. For example, the stator may be three-phase, and the measuring device may be provided on one of the three phases, on two of the three phases or on the three phases of the stator 4. For example, the machine 2 may be a synchronous rotating machine, may have smooth poles, may have a stator winding 4 of the nested type and may have one or more channels in parallel on each of its phase or phases. The rotating machine generator 2 may have a nominal output power greater than 1 MW, in particular greater than 10 MW, or greater than 100 MW or greater than 1000 MW.
Le stator 4 comporte un premier nombre N déterminé de dents D réparties autour de l’axe 6 vers l’entrefer 5. La phase U comporte un deuxième nombre déterminé Nspire de spires i, reliées en série les unes aux autres et conductrices de l’électricité. Chaque spire i entoure une ou plusieurs dents D déterminées du stator parmi les N dents D. Le plan de bobinage des spires i autour des dents D est prédéterminé ou connu à l’avance. The stator 4 comprises a first determined number N of teeth D distributed around the axis 6 towards the gap 5. The phase U comprises a second determined number Nspire of turns i, connected in series with each other and conducting the electricity. Each turn i surrounds one or more determined teeth D of the stator among the N teeth D. The coil winding plane i around the teeth D is predetermined or known in advance.
Par exemple, la figure 4 montre une machine 2 formée par un turboalternateur synchrone de 1300 MW à pôles lisses logés dans 84 encoches. Le bobinage du stator 4 de ce turboalternateur est un bobinage imbriqué avec 4 voies en parallèle sur chacune des 3 phases. Chaque voie est répartie sur 7 encoches (87 encoches / (3 phases x 4 voies)). Ce turboalternateur comporte un stator 4 ayant N=32 dents D, indiquées par les références 1 à 32 et N=7 spires i, dont : une première spire i=l entourant les dents D référencées 1 à 26, une deuxième spire i=2 entourant les dents D référencées 2 à 27, une troisième spire i=3 entourant les dents D référencées 3 à 28, une quatrième spire i=4 entourant les dents D référencées 4 à For example, FIG. 4 shows a machine 2 formed by a 1300 MW synchronous turboalternator with smooth poles housed in 84 notches. The winding of the stator 4 of this turboalternator is a nested winding with 4 channels in parallel on each of the 3 phases. Each channel is distributed over 7 notches (87 notches / (3 phases x 4 channels)). This turboalternator comprises a stator 4 having N = 32 teeth D, indicated by the references 1 to 32 and N = 7 turns i, of which: a first turn i = 1 surrounding the teeth D referenced 1 to 26, a second turn i = 2 surrounding the teeth D referenced 2 to 27, a third turn i = 3 surrounding the teeth D referenced 3 to 28, a fourth turn i = 4 surrounding the teeth D referenced 4 to
29, une cinquième spire i=5 entourant les dents D référencées 5 à 30, une sixième spire i=6 entourant les dents D référencées 6 à 31 et une septième spire i=7 entourant les dents D référencées 7 à 32. La figure 4 montre également un axe géométrique Al autour duquel est enroulée la première spire i=l et un axe géométrique A7 autour duquel est enroulée la septième spire i=7. Bien entendu, tout autre nombre Nspire, tout autre nombre N et tout autre plan de bobinage des spires i par rapport aux dents D est possible et tout autre type de machine tournante génératrice 2 peut être prévu suivant l’invention. 29, a fifth turn i = 5 surrounding the teeth D referenced 5 to 30, a sixth turn i = 6 surrounding the teeth D referenced 6 to 31 and a seventh turn i = 7 surrounding the teeth D referenced 7 to 32. FIG. 4 also shows a geometric axis Al around which is wound the first turn i = 1 and an axis geometric A7 around which is wound the seventh turn i = 7. Of course, any other number Nspire, any other number N and any other winding plane turns i with respect to the teeth D is possible and any other type of rotating machine generator 2 may be provided according to the invention.
Les dents D peuvent être réparties d’une manière régulière autour de l’axe 6, en étant séparées l’une de l’autre d’un même pas angulaire dr. Toutefois l’invention s’applique également à des dents D réparties de manière non régulière mais de manière connue ou prédéterminée autour de l’axe 6. The teeth D can be evenly distributed around the axis 6, being separated from each other by the same angular pitch dr. However, the invention also applies to teeth D distributed unevenly but in known or predetermined manner around the axis 6.
Suivant un mode de réalisation, le dispositif 1 de mesure de la puissance électrique instantanée, fournie par la phase U de la machine tournante 2 génératrice d’électricité comporte une sonde 11 de mesure de flux magnétique, positionnée sur une dent déterminée Dr du stator 4, appelée dent Dr de mesure et désignée ci-après par l’indice m. La sonde 11 mesure le flux magnétique cpr localisé et instantané de l’entrefer 5, appelé flux instantané mesuré cpr. La sonde 11 de mesure de flux magnétique est positionnée et configurée de manière à mesurer le flux magnétique cpr qui est radial par rapport à l’axe 6 de rotation, c’est-à-dire selon la direction radiale locale R, passant par la dent déterminée Dr. Par exemple, l’axe normal à l’enroulement de la sonde 11 coïncide avec le rayon statorique radial, de manière à maximiser le flux du champ magnétique cpr capté. Cette sonde 11 peut comporter par exemple un ou plusieurs enroulements d’un fil conducteur de l’électricité, enroulé autour de la dent Dr de mesure. La sonde 11 est reliée à l’extérieur par des moyens de connexion, par exemple par des fils électriques 110. Suivant un mode de réalisation, la sonde 11 est prévue sur au moins l’une des dents D. According to one embodiment, the device 1 for measuring the instantaneous electric power, supplied by the phase U of the rotating machine 2 generating electricity comprises a probe 11 for measuring magnetic flux, positioned on a determined tooth Dr of the stator 4 , called the measuring tooth Dr and hereinafter denoted by the index m. The probe 11 measures the localized and instantaneous magnetic flux cp r of the gap 5, called the instantaneous flux measured cp r . The magnetic flux measurement probe 11 is positioned and configured so as to measure the magnetic flux cp r which is radial relative to the axis 6 of rotation, that is to say in the local radial direction R, passing through the determined tooth Dr. for example, the axis normal to the winding of the probe 11 coincides with the radial stator radius, so as to maximize the flux of the magnetic field sensed cp r. This probe 11 may comprise, for example, one or more windings of an electrically conductive wire wound around the measuring tooth D.sub.r. The probe 11 is connected to the outside by connection means, for example by electrical wires 110. According to one embodiment, the probe 11 is provided on at least one of the teeth D.
Suivant un mode de réalisation, le dispositif 1 de mesure comporte un capteur 12 apte à mesurer le courant électrique I(t) fourni par la phase U. Ce capteur 12 peut comporter une pince ampère-métrique positionnée sur les bornes de connexion extérieures de la phase U, ou autres. Le courant I(t) est un courant instantané. A la figure 2, la sonde 11 de mesure du flux et le capteur 12 de courant font partie d’un ensemble 100 de mesure du dispositif 1 de mesure. Ainsi, suivant ces modes de réalisation, on dispose en temps réel du flux magnétique radial cpr mesuré par la sonde 11 et du courant de phase I(t) mesuré par le capteur 12. According to one embodiment, the measuring device 1 comprises a sensor 12 capable of measuring the electric current I (t) supplied by the phase U. This sensor 12 may comprise an ampere-metric clamp positioned on the external connection terminals of the phase U, or others. The current I (t) is an instantaneous current. In FIG. 2, the flow measurement probe 11 and the current sensor 12 are part of a measuring assembly 100 of the measuring device 1. Thus, according to these embodiments, the radial magnetic flux cp r measured by the probe 11 and the phase current I (t) measured by the sensor 12 are available in real time.
Suivant un mode de réalisation, la machine tournante 2 est équipée d’un autre capteur mesurant en temps réel une grandeur physique G(t), pouvant être par exemple un signal vibratoire, une température, une charge électrostatique ou autres. According to one embodiment, the rotating machine 2 is equipped with another sensor measuring in real time a physical quantity G (t), which may be for example a vibratory signal, a temperature, an electrostatic charge or the like.
Le dispositif 1 de mesure comporte un ensemble 200 de calcul de la puissance électrique instantanée fournie par la phase U en fonction du courant électrique I(t) mesuré et du flux instantané mesuré cpr. On décrit ci-dessous cet ensemble. The measuring device 1 comprises a set 200 for calculating the instantaneous electrical power supplied by the phase U as a function of the measured electric current I (t) and the measured instantaneous flux cp r . This set is described below.
Suivant un mode de réalisation, l’ensemble 200 de calcul comporte un premier module 21 configuré pour calculer un flux magnétique <D(t) global instantané de la phase U du stator 4. According to one embodiment, the computing assembly 200 comprises a first module 21 configured to calculate an instantaneous global magnetic flux <D (t) of the phase U of the stator 4.
Suivant un mode de réalisation, le module 21 est configuré pour calculer le flux <D(t) induit dans la phase U comme étant la somme des flux magnétiques instantanés F u {t ) d’entrefer de spire i sur l’ensemble des spires i de la phase U. On a donc According to one embodiment, the module 21 is configured to calculate the flux <D (t) induced in the phase U as the sum of the instantaneous magnetic flux F u {t) of the turn gap i on the set of turns i of phase U. So we have
Suivant un mode de réalisation, pour chaque spire i de la phase U, le module According to one embodiment, for each turn i of the phase U, the module
21 est configuré pour calculer chaque flux magnétique instantané F u {t ) d’entrefer de spire i en faisant la somme sur celles des dents D qui sont entourées par cette spire i, des flux magnétiques instantanés Yi<(ί) d’entrefer de dent pour ces dents. On a donc : où k et {3 · } désignent les indices des dents D qui sont entourées par la spire i, appelées dents k (ou indices k). Suivant un mode de réalisation, pour chaque dent k, le premier module 11 est configuré pour calculer chaque flux magnétique instantané YM) d’entrefer de dent comme étant égal au flux mesuré instantané (pr, décalé temporellement d’un décalage temporel déterminé, correspondant au décalage angulaire de cette dent k par rapport à la dent déterminée Dr autour de l’axe 6. 21 is configured to calculate each instantaneous magnetic flux F u {t) of turn gap i by summing on those teeth D which are surrounded by this turn i, instant magnetic flux Yi < (ί) air gap tooth for these teeth. So we have : where k and {3 ·} denote the indices of the teeth D which are surrounded by the turn i, called teeth k (or indices k). According to one embodiment, for each tooth k, the first module 11 is configured to calculate each instantaneous magnetic flux YM) of the tooth gap as being equal to the instantaneous measured flow (p r , offset temporally by a given time offset, corresponding to the angular offset of this tooth k relative to the determined tooth Dr around the axis 6.
Ainsi, suivant un mode de réalisation, le module 21 calcule le flux magnétique <D(t) global instantané de la phase U du stator 4 par sommation, effectuée sur les spires i de la phase U et pour chaque spire i de la phase U sur les dents D qui sont entourées par cette spire i, d’une pluralité des flux mesurés instantanés cpr, décalés temporellement de décalages temporels correspondant aux décalages angulaires de ces dents D par rapport à la dent déterminée Dr. Ces décalages temporels sont proportionnels aux décalages angulaires des dents D par rapport à la dent déterminée Dr. Thus, according to one embodiment, the module 21 calculates the instantaneous global magnetic flux <D (t) of the phase U of the stator 4 by summation, performed on the turns i of the phase U and for each turn i of the phase U on the teeth D which are surrounded by this turn i, a plurality of instantaneous measured fluxes cp r , temporally offset time offsets corresponding to the angular offsets of these teeth D relative to the determined tooth Dr. These time offsets are proportional to the angular offsets of the teeth D with respect to the determined tooth Dr.
Suivant un mode de réalisation, le premier module (21) est configuré pour calculer le flux magnétique <D(t) global instantané de la phase U du stator 4 comme étant égal à According to one embodiment, the first module (21) is configured to calculate the instantaneous global magnetic flux <D (t) of the phase U of the stator 4 as being equal to
où w est la vitesse angulaire de rotation du rotor 3 par rapport au stator 4, hm.i< est une fonction de synchronisation temporelle prescrite, dépendant de l’indice k et de l’indice m. where w is the rotational angular velocity of the rotor 3 with respect to the stator 4, h mi < is a prescribed time synchronization function, dependent on the index k and the index m.
Suivant un mode de réalisation, la vitesse de rotation du rotor 3 est constante. La vitesse de rotation du rotor 3 peut par exemple être comprise entre 60 tr/min et 3 600 tr/min, et peut être égale par exemple à 1 500 tr/min pour une machine tournante délivrant une puissance électrique à la fréquence f=50 Hz et dont le nombre de paires de pôles magnétiques du rotor est de deux, situation que l’on retrouve dans le parc de production d’électricité de la Demanderesse. Il est bien connu de l’homme de l’art que ladite vitesse de rotation du rotor que nous noterons w est une fonction directe du nombre p de paires de pôles magnétiques du rotor de la machine tournante w = 60.f/p. Suivant un mode de réalisation, l’ensemble 200 de calcul comporte un deuxième module 22 de calcul configuré pour calculer la puissance électrique instantanée P(t), Q(t) (également appelée charge P(t), Q(t)) fournie par la machine tournante 2 génératrice d’électricité à partir du courant électrique I(t) mesuré par le capteur 12 et à partir du flux magnétique global instantané <D(t) de la phase U, ayant été calculé. Cette puissance électrique instantanée P(t), Q(t), calculée par le deuxième module 22 de calcul, est la puissance électrique instantanée P(t), Q(t) fournie par la phase U du stator 4, ou par plusieurs phases du stator 4 ou par toutes les phases du stator 4 ou puissance électrique instantanée totale fournie par la machine 2. According to one embodiment, the rotational speed of the rotor 3 is constant. The rotational speed of the rotor 3 can for example be between 60 rpm and 3600 rpm, and can be equal for example to 1500 rpm for a rotary machine delivering electrical power at the frequency f = 50 Hz and whose number of pairs of magnetic poles of the rotor is two, a situation that is found in the electricity generation park of the Applicant. It is well known to those skilled in the art that said rotational speed of the rotor that we will note w is a direct function of the number p of magnetic pole pairs of the rotor of the rotating machine w = 60.f / p. According to one embodiment, the computing assembly 200 comprises a second calculation module 22 configured to calculate the instantaneous electrical power P (t), Q (t) (also called charge P (t), Q (t)) supplied. by the rotating machine 2 generating electricity from the electric current I (t) measured by the sensor 12 and from the instantaneous global magnetic flux <D (t) of the phase U, having been calculated. This instantaneous electrical power P (t), Q (t), calculated by the second calculation module 22, is the instantaneous electrical power P (t), Q (t) provided by the phase U of the stator 4, or by several phases. of the stator 4 or by all the phases of the stator 4 or total instantaneous electrical power supplied by the machine 2.
Suivant un mode de réalisation, le premier module 21 est configuré pour calculer la fonction de synchronisation temporelle prescrite hm k comme étant égale à According to one embodiment, the first module 21 is configured to calculate the prescribed time synchronization function h mk as being equal to
On a donc dans ce mode de réalisation : We therefore have in this embodiment:
Les paramètres m, , dr et hm. k sont caractérisés de manière unique pour chaque machine tournante génératrice 2. Suivant un mode de réalisation, l’ensemble est l’ensemble des indices des dents internes à la spire i, non polaires. The parameters m, , dr and h m. k are uniquely characterized for each rotating machine generating 2. According to one embodiment, the set is the set of indices of internal teeth to the turn i, nonpolar.
Dans le cas où les dents D sont réparties régulièrement autour de l’axe 6, l’indice k est un nombre entier, et l’indice m est un nombre entier, le décalage angulaire des dents D étant égal à (m-k)dr par rapport à la dent déterminée Dr d’indice m. Bien entendu, les indices k peuvent ne pas être entiers dans le cas où les dents D ne sont réparties régulièrement autour de l’axe 6 et où donc le décalage angulaire des dents D par rapport à la dent déterminée Dr d’indice m n’est pas un multiple entier du pas angulaire dr. In the case where the teeth D are regularly distributed around the axis 6, the index k is an integer, and the index m is an integer, the angular offset of the teeth D being equal to (mk) dr by relative to the determined tooth Dr of index m. Of course, the indices k may not be integer in the case where the teeth D are evenly distributed around the axis 6 and where thus the angular offset of the teeth D relative to the determined tooth Dr of index m n ' is not an integer multiple of the angular step dr.
Suivant un mode de réalisation, la phase U entoure la sonde 11 de mesure de flux. Suivant un mode de réalisation, la dent déterminée Dr, d’indice m, sur laquelle se trouve la sonde 11 de mesure du flux cpr est l’une des dents D, k entourées par une des spires i de la phase U, ou par plusieurs des spires i de la phase U ou par toutes les spires i de la phase U. According to one embodiment, the phase U surrounds the flow measurement probe 11. According to one embodiment, the determined tooth Dr, of index m, on which is the flow measurement probe 11 cp r is one of the teeth D, k surrounded by one of the turns i of the phase U, or by several turns i of the phase U or by all the turns i of the phase U.
Suivant un mode de réalisation, le deuxième module 22 de calcul comporte un premier sous-module 221 configuré pour calculer une tension instantanée V(t) de la phase U au moins par dérivation temporelle du flux magnétique global instantané <D(t) de la phase U, ayant été calculé. Ainsi, suivant ce mode de réalisation déterminant la tension V(t) par calcul, l’invention se dispense d’une instrumentation coûteuse mesurant la tension V(t). Par exemple, ce calcul tient compte également des pertes ohmiques de la phase U du stator 4, en soustrayant une résistance interne ReS prédéterminée de la phase U du stator 4, multipliée par le courant I(t) mesuré de la phase U du stator 4. On a ainsi According to one embodiment, the second calculation module 22 comprises a first submodule 221 configured to calculate an instantaneous voltage V (t) of the at least one phase U by time derivative of the instantaneous global magnetic flux <D (t) of the phase U, having been calculated. Thus, according to this embodiment determining the voltage V (t) by calculation, the invention dispenses with an expensive instrumentation measuring the voltage V (t). For example, this calculation also takes into account the ohmic losses of the phase U of the stator 4, by subtracting a predetermined internal resistance R eS from the phase U of the stator 4, multiplied by the measured current I (t) of the phase U of the stator 4. We have
Le sous-module 221 ou 222 peut également calculer un déphasage angulaire a (ou un facteur de puissance correspondant cos (a)) entre la partie Q(t) de puissance réactive de la puissance électrique instantanée P(t), Q(t) fournie par la machine tournante 2 génératrice d’électricité et la partie P(t) de puissance active de la puissance électrique instantanée P(t), Q(t) fournie par la machine tournante 2 génératrice d’électricité. The submodule 221 or 222 may also calculate an angular phase shift a (or a corresponding power factor cos (a)) between the reactive power portion Q (t) of the instantaneous electric power P (t), Q (t) provided by the rotating machine 2 generating electricity and the part P (t) of active power of the instantaneous electric power P (t), Q (t) provided by the rotating machine 2 generating electricity.
Suivant un mode de réalisation, le deuxième module 22 de calcul comporte un deuxième sous-module 222 configuré pour calculer la puissance électrique instantanée P(t), Q(t) fournie par la machine tournante 2 génératrice d’électricité au moins par multiplication de la tension instantanée V(t) de la phase U, ayant été calculée par le premier sous-module 221, par le courant électrique I(t), ayant été mesuré par le capteur 12. Ainsi, la charge P(t), Q(t) peut être calculée suivant l’invention en utilisant non plus le couple (V(t), I(t)) mais plutôt le couple (cpr(t),According to one embodiment, the second calculation module 22 comprises a second sub-module 222 configured to calculate the instantaneous electric power P (t), Q (t) supplied by the rotating machine 2 generating electricity at least by multiplication of the instantaneous voltage V (t) of the phase U, having been calculated by the first sub-module 221, by the electric current I (t), having been measured by the sensor 12. Thus, the load P (t), Q (t) can be calculated according to the invention using neither the torque (V (t), I (t)) but rather the torque (cp r (t),
I(t)). I (t)).
Suivant un mode de réalisation, According to one embodiment,
P(t) = 3. V(t).I(t).cos (a) P (t) = 3. V (t) .I (t) .cos (a)
et Q(t) = 3. V(t).I(t).sin (a) and Q (t) = 3. V (t) .I (t) .sin (a)
Suivant un mode de réalisation, le dispositif 1 comporte un module 23 de diagnostic de l’état de fonctionnement de la machine tournante 2 génératrice d’électricité en fonction de la puissance électrique instantanée P(t), Q(t), ayant été calculée par le deuxième module 22 de calcul et/ou en fonction du flux magnétique <D(t) global instantané de la phase U du stator 4, ayant été calculée par le premier module 21 de calcul. Par exemple, le module 23 de diagnostic est apte à calculer au moins un paramètre de diagnostic de l’état de fonctionnement de la machine tournante 2 génératrice d’électricité à partir de la puissance électrique instantanée P(t), Q(t), ayant été calculée par le deuxième module 22 de calcul et/ou à partir du flux magnétique <D(t) global instantané de la phase U du stator 4, ayant été calculée par le premier module 21 de calcul. Le module 23 de diagnostic peut également tenir compte d’une ou plusieurs grandeurs observables G(t), comme par exemple l’une ou plusieurs de celles mentionnées, pour calculer le paramètre de diagnostic. According to one embodiment, the device 1 comprises a module 23 for diagnosing the operating state of the rotating machine 2 generating electricity as a function of the instantaneous electrical power P (t), Q (t), having been calculated by the second calculation module 22 and / or as a function of the instantaneous global magnetic flux <D (t) of the phase U of the stator 4, which has been calculated by the first calculation module 21. For example, the diagnostic module 23 is able to calculate at least one diagnostic parameter of the operating state of the rotating machine 2 generating electricity from the instantaneous electric power P (t), Q (t), having been calculated by the second calculation module 22 and / or from the instantaneous global magnetic flux <D (t) of the phase U of the stator 4, having been calculated by the first calculation module 21. The diagnostic module 23 may also take into account one or more observable variables G (t), such as for example one or more of those mentioned, for calculating the diagnostic parameter.
Les modules 21 et 22 peuvent par exemple être mis en œuvre dans un calculateur, un ordinateur ou autres, contenu par exemple dans un boîtier 201 et comportant un processeur pour effectuer les calculs d’une manière automatique en fonction des valeurs du flux cpr et des valeurs du courant I(t) envoyées à respectivement une première entrée 210 du premier module 21 et à une deuxième entrée 220 du deuxième module 22 par respectivement la sonde 11 et le capteur 12. Le calculateur ou ordinateur ou processeur est programmé par un programme d’ordinateur comportant des instructions de code exécutant les calculs mentionnés ci-dessus. The modules 21 and 22 may for example be implemented in a computer, a computer or the like, contained for example in a housing 201 and comprising a processor for performing the calculations automatically according to the values of the flow cp r and current values I (t) sent to respectively a first input 210 of the first module 21 and a second input 220 of the second module 22 respectively the probe 11 and the sensor 12. The computer or computer or processor is programmed by a program computer having code instructions executing the calculations mentioned above.
Suivant un mode de réalisation, l’installation de production d’électricité est munie du dispositif 1 de mesure de la puissance électrique tel que décrit ci-dessus. According to one embodiment, the power generation installation is provided with the device 1 for measuring the electrical power as described above.
L’invention concerne aussi un procédé de mesure de la puissance électrique instantanée, fournie par la machine tournante 2 génératrice d’électricité, qui exécute les étapes suivantes à l’aide du dispositif 1 de mesure décrit ci-dessus. Ce procédé comporte, en référence à la figure 6, les étapes suivantes : The invention also relates to a method for measuring the instantaneous electric power, supplied by the rotating machine 2 generating electricity, which performs the following steps using the measuring device 1 described above. This method comprises, with reference to FIG. 6, the following steps:
- première étape El : mesure, par la sonde 11, du flux magnétique cpr localisé et instantané d’entrefer, - deuxième étape E2 : mesure, par le capteur 12, du courant électrique I(t) instantané, fourni par la phase U du stator 4 de la machine tournante génératrice 2,first step El: measurement, by the probe 11, of the magnetic flux cp r located and instantaneous gap, second step E2: measurement, by the sensor 12, of the instantaneous electric current I (t), supplied by the phase U of the stator 4 of the rotating generator machine 2,
- troisième étape E3 : calcul, par le premier module 21 de calcul, du flux magnétique <D(t) global instantané de la phase U du stator 4 par sommation, effectuée sur les spires i de la phase U et pour chaque spire i de la phase U sur les dents (D) qui sont entourées par cette spire i, d’une pluralité des flux mesurés instantanés cpr, décalés temporellement de décalages temporels correspondant aux décalages angulaires de ces dents D par rapport à la dent déterminée Dr, third step E3: calculation, by the first calculation module 21, of the instantaneous global magnetic flux <D (t) of the phase U of the stator 4 by summation, performed on the turns i of the phase U and for each turn i of the phase U on the teeth (D) which are surrounded by this turn i, of a plurality of instantaneous measured fluxes cp r , temporally offset by time offsets corresponding to the angular offsets of these teeth D relative to the determined tooth Dr,
- quatrième étape E4 : calcul, par le deuxième module 22 de calcul, de la puissance électrique instantanée P(t), Q(t) fournie par la machine tournante 2 génératrice d’électricité à partir du courant électrique I(t) mesuré par le capteur 12 et du flux magnétique global instantané <D(t) de la phase U, ayant été calculé. fourth step E4: calculation, by the second calculation module 22, of the instantaneous electrical power P (t), Q (t) supplied by the rotating machine 2 generating electricity from the electric current I (t) measured by the sensor 12 and the instantaneous global magnetic flux <D (t) of the phase U, having been calculated.
Suivant un mode de réalisation, la première étape El est exécutée simultanément à la deuxième étape E2, pour mesurer le flux magnétique cpr au même instant t que le courant I(t). According to one embodiment, the first step E1 is executed simultaneously with the second step E2, for measuring the magnetic flux cp r at the same instant t as the current I (t).
L’invention concerne également un programme d’ordinateur pour la mise en œuvre de ce procédé. The invention also relates to a computer program for implementing this method.
Le module 23 de diagnostic peut par exemple être mis en œuvre dans un calculateur, un ordinateur ou autres, contenu par exemple dans un boîtier 202 de diagnostic et comportant un processeur pour effectuer des calculs d’une manière automatique. Le calculateur ou ordinateur ou processeur est programmé par un programme d’ordinateur comportant des instructions de code exécutant ces calculs. Suivant un mode de réalisation, le module de diagnostic ou boîtier de diagnostic prend en entrée la mesure de la grandeur observée G(t), le niveau de charge P(t), Q(t) calculé par le module 22 et la mesure du courant I(t) fournie par le capteur 12. The diagnostic module 23 may for example be implemented in a computer, a computer or the like, contained for example in a diagnostic box 202 and comprising a processor for performing calculations in an automatic manner. The computer or computer or processor is programmed by a computer program having code instructions executing these calculations. According to one embodiment, the diagnostic module or diagnostic box takes as input the measurement of the observed magnitude G (t), the charge level P (t), Q (t) calculated by the module 22 and the measurement of the current I (t) provided by the sensor 12.
Une variante consiste à prendre comme grandeur observée G(t) la mesure du flux radial cpr(t), c’est-à-dire G(t)=cpr(t). Dans ce cas, le module 21 et/ou 22 et/ou 221 et/ou 222 de calcul de la charge peut être implanté directement à l’intérieur du boîtier de diagnostic. Dans ce cas, le boîtier de diagnostic 2 ne requiert plus que deux entrées : la mesure de la grandeur cpr(t) fournie par la sonde 11 et la mesure du courant I(t) fournie par le capteur 12. Le dispositif 1 de mesure peut être installé dans une installation 300 de production d’électricité, représentée à la figure 1. On décrit ci-dessous un mode de réalisation de cette installation 300. L’installation 300 de production d’électricité comporte un ou plusieurs alternateurs 2 (formant chacune une machine tournante génératrice telle que décrite ci-dessus), entraînés mécaniquement par une ou plusieurs turbines 301 pour que le stator 4 des alternateurs 2 fournissent une puissance électrique P(t), Q(t) pour répondre à la charge (demande) imposée par un réseau 302 de distribution d’électricité vers des consommateurs d’électricité. L’alternateur 2 est instrumenté et équipé de capteurs, dont la sonde 11 et le capteur 12, qui renvoient des données de mesure en temps réel ou séquencées à la salle 303 de commande, généralement distante de l’alternateur 2 et parfois du site de production lui-même. Les données de l’alternateur 2 sont toutes ou en partie renvoyées à des boîtiers 23 de diagnostic, eux aussi souvent distants de l’alternateur 2 et de la salle 303 de commande. Dans certaines installations, il peut exister des connexions renvoyant les flux de données sortants des capteurs des alternateurs 2 vers la salle 303 de commande. L’information délivrée par ces boîtiers peut aussi être acheminée à des plateformes distantes, centralisant l’information de plusieurs centrales de production d’électricité. Enfin, il est souvent possible de trouver une communication directe ou indirecte entre le réseau 302 et la salle 303 de commande. An alternative is to take as observed value G (t) the measurement of the radial flow cp r (t), that is to say G (t) = cp r (t). In this case, the module 21 and / or 22 and / or 221 and / or 222 for calculating the load can be implanted directly inside the diagnostic box. In this case, the diagnostic box 2 requires only two inputs: the measurement of the magnitude cp r (t) supplied by the probe 11 and the measurement of the current I (t) supplied by the sensor 12. The measuring device 1 can be installed in a power generation installation 300, represented in FIG. 1. An embodiment of this installation 300 is described below. The electricity generating installation 300 comprises one or more several alternators 2 (each forming a generator rotating machine as described above), mechanically driven by one or more turbines 301 so that the stator 4 of the alternators 2 provide electrical power P (t), Q (t) to meet the load (demand) imposed by a distribution network 302 of electricity to electricity consumers. The alternator 2 is instrumented and equipped with sensors, including the probe 11 and the sensor 12, which send real-time or sequenced measurement data to the control room 303, generally distant from the alternator 2 and sometimes from the production itself. The data of the alternator 2 are all or partly returned to diagnostic housings 23, also often distant from the alternator 2 and the room 303 control. In some installations, there may be connections returning the outgoing data streams from the sensors of the alternators 2 to the control room 303. The information delivered by these boxes can also be routed to remote platforms, centralizing the information of several power plants. Finally, it is often possible to find direct or indirect communication between the network 302 and the control room 303.
En utilisant le dispositif de mesure tel que décrit-ci-dessus, les boîtiers de diagnostic peuvent déployer des diagnostics plus performants en choisissant les bons critères limites, pour les méthodes dites à seuils, ou bien réduire la base de signature de références où l’on cherche à identifier un signal G(t) dans le cas des méthodes dites par identification. Dans les deux cas, l’exploitant de ces machines tournantes génératrices réalisera un diagnostic plus performant, sans connexions supplémentaires entre la salle de commande et les boîtiers de diagnostic pour transmettre l’information sur le niveau de la charge de ces machines. By using the measuring device as described above, the diagnostic boxes can deploy better diagnostics by choosing the right limit criteria, for so-called threshold methods, or reduce the signature base of references where the we seek to identify a signal G (t) in the case of the so-called identification methods. In both cases, the operator of these rotating generators will perform a more efficient diagnostic, without additional connections between the control room and the diagnostic boxes to transmit information on the level of load of these machines.
Bien entendu, les modes de réalisation, caractéristiques, possibiltés et exemples ci-dessus peuvent être combinés l’un avec l’autre ou être sélectionnés indépendamment l’un de l’autre. Of course, the above embodiments, features, possibilties, and examples can be combined with one another or be selected independently of one another.
Claims
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| WO2013024500A1 (en) * | 2011-08-12 | 2013-02-21 | Universita' Degil Studi Di Roma "La Sapienza" | Method for online evaluation of failure caused by rotoric eccentricity generators and synchronous motors |
| WO2014135784A1 (en) * | 2013-03-05 | 2014-09-12 | Electricite De France | Method for detecting a fault in the eccentricity of a rotor of a rotating electrical machine |
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2018
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