Control maestro de un ciclo combinado en configuración 1x1. Secuencia de arranque y gestión de carga

Las centrales de ciclo combinado (CCC), pese a ser centrales de energía no renovables, desempeñan un papel fundamental en los sistemas eléctricos modernos, combinando su alta eficiencia con la capacidad de respuesta ante demandas variables de la red. Este trabajo aborda el desarrollo del sistema de control maestro integrado y la secuencia de arranque optimizada para una planta en configuración 1x1x1, compuesta por una turbina de gas (TG), un generador de vapor de recuperación de calor (GVRC) de tres niveles de presión y una turbina de vapor (TV), con el objetivo de garantizar una operación segura, estable y eficiente en todas las fases de operación. El control automático de estas centrales adquiere especial relevancia en el manejo de transitorios críticos, como el arranque coordinado de los distintos subsistemas, donde deben gestionarse simultáneamente restricciones térmicas, mecánicas y eléctricas. El diseño propuesto incorpora protocolos de seguridad intrínseca que aseguran el cumplimiento de los márgenes operativos en todas las condiciones, mitigando riesgos durante las fases más críticas del proceso. Más allá del análisis en régimen permanente, este proyecto profundiza en la dinámica de puesta en servicio, desarrollando estrategias que minimicen tiempos de arranque sin comprometer la vida útil de los equipos. La capacidad de alcanzar rápidamente la plena operatividad constituye una ventaja competitiva clave para el operador de la planta, permitiendo a estas instalaciones proporcionar servicios esenciales a la red, como regulación de frecuencia y reserva operativa. La metodología del diseño de los sistemas de control se aborda desde un enfoque de ingeniería integradora (EPC), donde se armonizan los requisitos técnicos y las protecciones de los equipos principales (TG, GVRC, TV) con los sistemas auxiliares adquiridos. Mediante un análisis exhaustivo de las interfaces y restricciones operativas de cada suministrador, se desarrolla una estrategia de control global que garantiza la seguridad intrínseca, el cumplimiento de los márgenes de operación en todos los regímenes (estacionario y transitorio) y la coordinación de protecciones, priorizando soluciones económicamente viables y eficientes. Los resultados demuestran cómo una estrategia de control bien diseñada puede mejorar significativamente la flexibilidad operativa de la planta, optimizando los arranques a la par que se respetan todos los límites operativos de los equipos y se minimiza el error humano. ABSTRACT Combined cycle power plants (CCPPs), while not renewable, are indispensable in modern power systems due to their high efficiency and ability to respond to grid demand fluctuations. This work focuses on designing an integrated master control system and optimised startup sequence for a 1x1x1 plant configuration with one gas turbine (GT), one triple pressure level heat recovery steam generator (HRSG), and one steam turbine (ST) to ensure safe, stable, and efficient operation across all phases. Automated control is critical during transient states, particularly for coordinating subsystem startups, where thermal, mechanical, and electrical constraints must be managed simultaneously. The proposed system incorporates intrinsic safety protocols to maintain operational margins under all conditions, mitigating risks during critical phases. Beyond steady-state analysis, this project prioritises commissioning dynamics, developing strategies to minimize startup times without compromising equipment longevity. Rapid operational readiness provides a key competitive advantage, enabling these plants to deliver essential grid services like frequency regulation and operating reserves. The control design follows an EPC (Engineering, Procurement, and Construction) approach, harmonizing technical requirements and protections for major equipment (GT, HRSG, ST) with auxiliary systems. By rigorously analysing vendor interfaces and operational constraints, the resulting strategy ensures intrinsic safety, compliance with operational limits (steady-state and transient), and coordinated protections, all while prioritizing cost-effective solutions. Results demonstrate that a well-optimized control strategy enhances plant flexibility, streamlining startups while strictly adhering to equipment limits and reducing human error.