Modelling and nonlinear control of voltage frequency of hydroelectric power plants

Las centrales hidroelectricas, como sistemas reales, tienen un comportamiento no lineal. Con el objetivo de disenar controladores para turbinas, fue una practica normal en el pasado considerar o simplificar estos comportamientos no lineales linealizando en un punto de operacion las ecuaciones diferenciales que representan la dinamica de la central hidroelectrica. La principal motivacion de esta tesis nace como consecuencia y la necesidad de mejorar y optimizar las respuestas dinamicas de las plantas hidroelectricas, considerando estos comportamientos no lineales, conduciendo a modelos dinamicos mas realistas del sistema de la turbina hidraulica, ademas, desarrollar y disenar controladores mas eficientes. Esta tesis considera en general el caso de sistemas de operacion aislados, este es el caso de una central hidroelectrica alimentando una carga aislada. En esta tesis se cubren dos objetivos principales: 1) Profundizar el Conocimiento de los Modelos de Sistemas Hidroelectricos, 2) Disenar Controladores a Partir de Modelos Probados. Profundizar el Conocimiento de los Modelos de Sistemas Hidroelectricos Este objetivo consiste en desarrollar un analisis comparativo de diferentes modelos de centrales hidroelectricas aplicados al control de la velocidad de giro de la turbina, y proponer nuevos modelos. Con este proposito se utilizan parametros tomados de diferentes centrales hidroelectricas referenciadas en la bibliografia. Ademas, se propone la identificacion de la central hidroelectrica de Susqueda (Rio Ter, Girona) usando estos modelos previamente refinados. Un paso previo muy importante para el diseno de un controlador es obtener un modelo dinamico de un sistema hidraulico confiable. Disenar Controladores a Partir de Modelos Probados El segundo objetivo es el desarrollo y diseno de controladores de la frecuencia (velocidad de giro) para centrales hidroelectricas usando tecnicas de control no lineal basadas en tecnicas de la geometria diferencial y de la funcion de Lyapunov. En ambos casos los controladores son disenados a partir de modelos de sistemas hidraulicos no lineales. Los resultados demuestran que usando dos funciones de coste, los controladores no lineales mejoran el comportamiento dado por los clasicos controladores PID entre un veinte y un doce por ciento, y con respecto a un controlador Gain Scheduling la mejora es entre un quince y un doce por ciento.