APLICACIONES DEL MÉTODO DE IDENTIFICACIÓN DE FALLAS y CONFIABILIDAD EN SISTEMAS DE GENERACIÓN ELÉCTRICA A PARTIR DE LA ENERGÍA EÓLICA

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1 PLICCIONES DEL MÉTODO DE IDENTIFICCIÓN DE FLLS y CONFIBILIDD EN SISTEMS DE GENERCIÓN ELÉCTRIC PRTIR DE L ENERGÍ EÓLIC Mguel Mlaé, Nétor Rodríguez, Ncolá Scea 2. Cetro de plcacoe Iformátca y Modelado e Igeería -CIMI- Uverdad Tecológca Nacoal - Facultad Regoal Roaro - Zeballo 346, 2º Po S2000BQB Roaro Tel: Itero 44 e-mal: mhemlae@yahoo.de RESUMEN: La dutra de la turba eólca ha expermetado u crecmeto expoecal e lo últmo año, deotado e la talacó de parque eólco e lugare cada vez meo aequble. Teedo e cueta dcho marco de refereca, el aál de la cofabldad de lo tema de coveró eólca e í, defedo lo compoete, u poble modo de falla y u potecale efecto y coecueca e u factor relevate de etudo. Se dearrolla u algortmo que ea capaz de calcular medate lo parámetro de la fucoe de falla de cada compoete la cofabldad y la dpobldad del tema e etudo El objetvo e aplcar lo método de aál de falla, cualtatvo y dearrollar modelo matemátco baado e la teoría de la cofabldad para aalzar la prcpale caracterítca de ua turba eólca. Palabra clave: eergía eólca, FME, cofabldad, dpobldad. INTRODUCCIÓN E be coocdo el actual problema eergétco mudal como coecueca del alto mpacto que la dutra del petróleo tee e la matrz de geeracó eléctrca y medo de traporte e uetra ocedad, ademá lo recuro proveete del petróleo o etable y coducete a geerar cotrovera polítco-ecoómca crítca e algua ecoomía regoale. S lugar a duda o o debemo olvdar del actual deatre ecológco, del que etamo edo tetgo eta últma década, por el cremeto de lo gae de efecto veradero como coecueca del coumo demeddo de combutble fóle (MetOfcce, 202). Como coecueca de eto y de otro factore oco-ecoómco, e lo últmo año e ha producdo u crecmeto expoecal e el dearrollo de la eergía reovable, eto e evdeca e la capacdad talada mudal (Cader, 2009). La tecología eólca e completamete amgable co el medo ambete ya que o cotrbuye al efecto veradero y reduce utacalmete el coumo de combutble fóle. E rgeta la tuacó eergétca o dfere mucho de la global, uetra matrz eergétca e teamete depedete de lo combutble fóle pero a pear de eta realdad uetro paí preeta ua tuacó úca de abudaca de recuro eergétco reovable. Eto o da la pobldad de poder dverfcar la matrz eergétca e ete etdo y lograr aí també dmur la ujecó actual a lo combutble fóle, aegurado ademá u futuro má utetable. ctualmete la compoete de Eergía Eólca e el tema tercoectado acoal o repreeta mayore problema e la tegracó al mmo. futuro, la matrz eergétca rgeta cremetará la proporcó del aporte de la Eergía Reovable al SDI (Stema rgeto de Itercoexó) e forma aprecable. Eto platea uevo deafío tecológco y metodológco ya que la cpete tecología reovable deberá coextr co la actuale creado u ecearo o covecoal tato dede la óptca de lo operadore como para lo tema de dtrbucó y tramó de la eergía. El dearrollo de modelo de cofabldad y deteccó de falla tpo FME (Falure Mode ad Effect aly) para lo tema eólco repreeta u tema clave de etudo para lo actuale leameto e matera eergétca e uetro paí, ademá e de extrema relevaca e tema offhore debdo a la caracterítca propa de accebldad de eto parque eólco (Karak, 2004). Ivetgador CIMI-UTN-FRRo 2 Ivetgador Prcpal CONICET-CIMI-UTN-FRRo 08.3

2 La evaluacó de lo tema eólco por medo de ídce de cofabldad ha do abordada por dvero vetgadore. El trabajo (Hll, 2008) (Satoo, 2005)exprea la clara ecedad de mejorar el deño, caldad de operacó y matemeto de la turba eólca co el f de optmzar la cofabldad de u ector eergétco e pleo crecmeto. De ete trabajo e deprede també u etudo de mmzacó de coto de matemeto e la turba eólca. Se cocluyó que reulta mportate cotrur ua bae de dato que permta cruzar dato etre dtta graja eólca u reultado de fucoameto y operatvdad co lo dato producdo por lo fabrcate de turba eólca y geerar aí u patró de recuro que permta optmzar todo lo tema volucrado, de tal forma de optmzar el deño de la futura turba. Lo modelo utlzado fuero lo de tpo de bloque RBD (Relablty Block Dagram) y lo de árbol de eveto e cojuto co modelo fíco-matemátco aproxmado para la evaluacó cuattatva de la cofabldad del tema (Barbat, 2008). (Taboul, 2004) platea la mportaca del dearrollo de modelo de cofabldad e lo crecete tema eólco. Dcho modelo tegra plataforma de aál de cofabldad y optmzacó, ya que amba caracterítca determa la dpobldad de cualquer tema. Eta herrameta permte obteer dcadore co vele de detalle y fdeldad o obtedo e modelo matemátco aterore, logrado aí detfcar lo puto má relevate de etudo y mejora. Lo cocepto geerale de la teoría de cofabldad del tema permtría mejorar aú má lo tema de plaeameto e fuete co caracterítca etocátca (M. Carol Mbel, 20). (raba-hoeyabad, 200) preeta u aál dode e aplcó FME a ua turba eólca de 2 MW, tema de velocdad varable y cotrol de ptch, co caja de 3 velocdade tpo, y poterormete compararo lo reultado co dato extraído de campo. Co la formacó recabada dearrollaro ua herrameta predctva que le permtó ferr la poble falla de ua turba pero eta vez co u geerador cróco. Ete trabajo arrojó como reultado que lo modo de falla ferdo e la turba cróca a partr de lo dato obtedo e la turba acróca fuero muy mlare a dato luego cotejado e campo. La turba co geerador cróco preetó vele de cofabldad mayore que la máqua co geerador de duccó ya que e redujero lo modo de falla e la prmera como coecueca de la falta de la caja de velocdad y otro elemeto mecáco troducdo e el tema. La metodología puede er útl para optmzar la cofabldad e la turba eólca epecalmete la offhore (Jee drawu, 2009). Precamete, e ete trabajo e profudza explíctamete la aplcacó de u método tradcoal para detfcar la falla y caracterzar lo dtto modo y poble efecto de lo mmo. Su tratameto etaría atecedete e uetro ámbto académco co u mplcaca e u poteror aplcacó e el ámbto de la dutra. METODOLOGÍ E geeral la turba eólca o de dvero tpo co dferete cofguracoe e u etructura pero exte compoete báco que o comue e todo lo tpo de máqua. E la Fg. Nº y Fg. Nº2 e muetra ejemplo típco de do turba dutrale tpo acróco y cróco propamete dcho y u prcpale compoete. Fgura Nº NRG Patagoa Fgura Nº 2 IMPS 08.4

3 Dede el puto de vta del método de Deteccó de Falla y ál de Efecto deomado FME por u acrómo e glé Falure Mode ad Effect aly, e ua herrameta que o permte etudar lo dtto compoete que perteece a u tema para u evaluacó ate determada codcoe de trabajo o modo. Se lleva a cabo la cotruccó de ua lta de todo lo tema prcpale como u bloque, y luego e trabaja por bloque cada ubtema que lo forma. Juto co u equpo multdcplaro de profeoale (Mecáco, Operacó y Cotrol, Materale, Programacó, etc.), ver Fg. Nº3. U breve reume de la prcpale parte: Rotor (Pala / Hub) Pala: perfl aerodámco, compueto de fbra, 2 o 3 pala Etructura Gódola: oporta rotor, e oreta co el veto Torre: tubular de acero, hormgó, retícula, etc. Fudacó: hormgó Mecamo / ccoameto Yaw, Ptch, Tre de tramó Geerador Stema Eléctrco Covertdor, Traformador, Iterruptore, Servco uxlare Se detfca la falla aocada a cada compoete y e ugere accoe correctva cuado ea apropada. També e ugere la alvaguarda de proteccó como medda para cotrarretar lo efecto de la falla (Yack Degelh, 20). Idetfcar tema y ubtema Evaluar modo de falla y efecto Evaluar caua y poble deteccó de la mma Cuatfcar el rego Sugereca de mejora FME Fgura Nº 3 Metodología Detro de ete cotexto, para aalzar lo modo de falla y la coecueca dervada de u tema de geeracó eólca y u tegracó a rede covecoale, reulta evdete que e deberá optmzar la herrameta que permta detfcar metodológcamete lo dtto modo de falla, u evaluacó cualtatva medate ua adecuada matrz de rego, aí como la proteccoe extete prevta e el deño del tema y la modfcacoe eceara al deño, correpodera (Jee drawu, 2009). l efectuar la modelzacó de u tema a partr del puto de vta de la cofabldad cualquer tema (parque eólco o máqua e partcular) e aalza partedo de dagrama de bloque e lo cuale e utlza dpocoe ere/paralelo para repreetar la teraccó de lo ubtema o compoete de la máqua (Rauad, 2004). Lo dagrama lógco de bloque dca cómo cada compoete teractúa co el reto e relacó a lo modo de falla defdo para el tema. U ejemplo mplfcado e repreeta e la Fg. Nº 4. Fgura Nº 4 Equema e bloque del tema Dada la Fucó Cofabldad de u compoete, el cálculo del cojuto urge de coderar el arreglo ere/paralelo del tema. quí podemo realzar ua prmera coderacó. E poble calcular la fucó Cofabldad y la fucó Dpobldad. La prmera cotempla olo u proceo a prmera falla, metra que la eguda cotempla el proceo de fallareparacó-falla. La cofguracó ere e probablemete el modelo ma mple. E ua cofguracó ere todo lo ubtema debe operar correctamete e requere que fucoe el tema. Bajo la hpóte de depedeca e lo uceo de lo eveto; 08.5

4 R = Π R. = Dode R e Cofabldad del tema y R la de lo compoete. Igualmete, para u tema e paralelo (admtmo la hpóte de depedeca) teemo: R = Π( R ) 2. = Compoedo lo valore ere/paralelo e obtee la cofabldad (dpobldad) del complejo e fucó del tempo. La forma o topología del acople de dferete compoete puede teer ua eorme mportaca e la determacó del vel de cofabldad de u equpo complejo. í, també e u trumeto mportate e el aál y prevecó de falla. La Dpobldad Meda herete para cada compoete e defe como gue: MTTF µ MTTF + MDT µ + λ = = 3. Sedo, MTTF (del acrómo e glé): Mea Tme To Falure y MDT (del acrómo e glé): Mea Dow Tme, adoptado depedeca etre falla y dtrbucó expoecal para ambo. Homólogamete al aál ateror, e tema e ere teemo que: = Π 4. = Y para tema e paralelo: = Π( ) 5. = Por ejemplo, a cotuacó e evalúa la cofabldad de ua turba eólca baádoo e la cofguracó de la Fg. Nº4. Lo compoete a coderar o la pala, rodameto, eje, acople, geerador, tema de freo aerodámco y mecáco, y la caja de egraaje. Cada tema ate mecoado forma parte de u bloque y cada bloque e coderado e ere o paralelo egú la fucó epecífca del mmo e el tema geeral. Lo dato de lo parámetro de la cofabldad por cada parte e obtuvero de lo trabajo de (Hll, 2008) y (K. Smolder, 200). Se ha dearrollado u algortmo de cálculo que permte realzar el trabajo algebraco medate el uo de hpermatrce, Fg. Nº 5; ete deño brda ua plataforma de aál de cofabldad completamete fucoal y capaz de utlzar grade volúmee de dato de etrada. E eta etapa cal el programa realza lo cálculo de cofabldad epecfcado lo dato de etrada de la dtrbucoe de falla de lo compoete coderado y el horzote de tempo e etudo. E u trabajo poteror e amplará el alcace a cálculo de dpobldad, corporado e el tratameto lo tempo de reparacó. Fgura Nº 5 Equema de matrce E uetro cao de etudo abemo que ua de la prcpale vetaja para jutfcar el cambo tecológco ( caja) e la turba eólca e fudameta e ua meor catdad de parte móvle, reducedo eto la probabldade de falla e el tema mecáco de trafereca de eergía. La Fg. Nº6 repreeta la cofabldad etre lo tema de geeracó co y caja de egraaje aplcado el algortmo dearrollado e fucó de lo parámetro de falla de cada compoete. 08.6

5 ,2 Cofabldad Turba Eólca Cofabldad 0,8 0,6 0,4 0,2 S Caja Co Caja ño Fgura Nº 6 Cofabldad co y caja de egraaje. CONCLUSIÓN E u próxmo trabajo, e preetará u modelo capaz de calcular la cofabldad del tema, e u período de tempo etmado por el uuaro y de vualzar lo modo de falla má recurrete y u prcpale caracterítca por tpo, u vele de tedad y poble forma de mtgarlo. demá, al corporar dato de tempo de reparacó e calculará la curva de dpobldad e fucó del tempo. REFERENCIS raba-hoeyabad, H., Oraee, H., Taver, P.J Falure Mode ad Effect aly (FME) for wd..l. : Electrcal Power ad Eergy Sytem., 200. Barbat, Luca WTG Relablty Model Specfcato..l. : Relex, Cader Whte Paper Hll, Roger, Jefer Stebaugh, Dael Brad Wd turbe Relablty: databae ad aly..l. : Sada Natoal Lboratore, Jee drawu, Joh Wato, Mohammed Khk Wd Turbe Mateace Optmato: prcple..l. : Robert Gordo Uverty, K. Smolder, H. Log, Y. Feg, P. Taver Relablty aly ad Predcto of Wd Turbe..l. : Europea Wd Eergy Coferece, 200. Karak, R., y R Bllto Cot-effectve wd eergy utlzato for relable power upply...l. : IEEE, M. Carol Mbel, R Edw Raj, E. Feradez. 20. aly o relablty apect of wd power. 20. MetOfcce MetOfcce. [E líea] 20 de Marzo de 202. [Ctado el: 20 de Marzo de 202.] Rauad, Marv Sytem Relablty Theory..l. : Wley, Satoo, C. D'uzo S Wd Power Geerato Relablty aly ad Modelg..l. : IEEE, Taboul, Sameer Vttal ad Mchel Performace ad relablty aaly of wd turbe ug Mote..l. : Elever, Yack Degelh, Chaa Sgh. 20. quattatve approach to wd farm dverfcato ad relablty..l. : Elever, 20. BTRCT Wd eergy ha expereced a expoetal growth over the pat few year. Takg to accout both a growg gree market becaue of better ecoomc tatu for wd eergy power ad a cpet lack of covetoal fuel, the wd power dutry becomg a crucal ue the cotemporary world. Nowaday a huge percetage of wd turbe talled at o ealy reachable area ad a future offhore developg wll make the theory of relablty have a mpact o wd eergy dutre ce the wd project maager have a greater teret bgger ad more effcet mache. rgeta feature atural reource of wd eergy may place wth almot o drect mpact o people, but there are log dtace betwee potetal area ad area of coumpto. The overall am of th work to optmze tool uch a FME (Falure Mode Effect aly) ad the theory of Relablty becaue they are a mportat charactertc ohore vetmet ad they are madatory offhore project, due to the avalablty ad the gfcat operato ad mateace reource eeded thoe ytem. Keyword: wd eergy, FME, relablty, avalablty. 08.7