Sistema de control automático de nivel de agua en la cámara de carga basado en la lógica difusa para la Central Hidroeléctrica de Machupicchu

Abstract

En este proyecto se presenta un diseño y prueba de un sistema de control de nivel de agua en la cámara de carga basado en lógica difusa desarrollado en la Central Hidroeléctrica de Machupicchu. Se diseñó un sistema de control difuso con dos entradas (error y pendiente de nivel de agua) y una salida (variación de carga de la turbina Pelton) utilizando el método general que planteó Ebrahim H. Mamdani para automatizar sistemas no lineales; la data fundamental para el diseño fue el registro de datos de nivel de agua para la determinación de las funciones de pertenencia de entradas y salida del controlador difuso y el conocimiento de operación de experto en la regulación de nivel de agua en la cámara de carga. El controlador difuso implementado en la plataforma de desarrollo LabVIEW, en un computador de escritorio; obtiene el dato de entrada, medición de nivel de agua de la cámara de carga, por medio de conexión cliente OPC del sistema SCADA de la planta. El algoritmo de control basado en lógica difusa de tipo PD (proporcional-derivativo), implementado usando la herramienta “Fuzzy Logic Control”, determina la variación de carga de la turbina; posteriormente este valor es enviado al PLC principal de uno de los generadores Pelton, a través de otro servidor OPC sobre la red Ethernet. El sistema de control de velocidad y carga de la turbina Pelton obtiene el valor de consignas de carga del PLC principal para controlar la apertura de los inyectores con la finalidad de mantener constante el nivel de agua en la cámara de carga dentro del rango establecido en el manual de operación (−0.50 m al −0.90 m). El algoritmo de control implementado en este proyecto busca mantener el nivel de agua constantemente por debajo del rebose, esto garantiza que toda el agua proveniente del túnel de aducción sea turbinada. Es decir, el algoritmo de control basado en lógica difusa evita que se pierda el flujo de agua por rebose, optimizando los recursos hídricos del rio Vilcanota para la generación de energía eléctrica. En la implementación del sistema diseñado, fue necesario modificar el rango de nivel normal para el funcionamiento óptimo del sistema automatizado en el rango de −0.40 m a −0.80 m y con el punto de referencia en −0.60 m. En las pruebas finales, con la sintonización apropiada con 27 reglas de inferencia difusa y con los siguientes parámetros del controlador difuso: Kp=1, Kd=100, Ku=1, se logró mantener el nivel de agua en la cámara de carga dentro del margen requerido con un error ±0.20 m con respecto a la referencia del nivel de agua.