Tema 4: Sistema de control de un aerogenerador de velocidad variable

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Daniel Maestre Aguirre
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1 Tema 4: Sistema de control de un aerogenerador de velocidad variable Asignatura: Sistemas electrónicos para fuentes de energía renovables Grupo de Tecnología Electrónica Departamento de Ingeniería Electrónica Escuela Superior de Ingenieros. 1E

2 Contenido Introducción. Sistema de control de un AVV. Modelo de la turbina. Control de par de la máquina. Control del ángulo de pala. E

3 Interfase electrónica (generador - red eléctrica) 3E

4 Métodos de control de aerogeneradores Velocidad fija, limitación de potencia por pérdida aerodinámica. Velocidad fija, paso vaiable. Velocidad variable, limitación de potencia por pérdida aerodinámica. Velocidad variable, paso variable. 4E

5 Ventajas de AVV La reducción de las fluctuaciones de la potencia eléctrica mediante variaciones de la energía cinética del rotor. Reducción de esfuerzos mecánicos de las palas, engranaje y de la transmisión mecánica. Optimización de la captura de energía para cualquier condición de velocidad de viento. 5E

6 Objetivos de control del AVV Regular y suavizar la potencia generada. Maximizar la captura de energía. Realizar la inyección de potencia con factor de potencia unidad y con tasas de distorsión armónica reducidas en V y en I. Disminuir los esfuerzos mecánicos. Reducir el flujo de la máquina para cargas reducidas para dismuir las pérdidas en el núcleo. 6E

7 Interfase electrónica detallada 7E

8 Objetivos de control de ángulo de pala Limitación de velocidad angular y de la potencia de la turbina. Control de velocidad en la zona de control de potencia constante (altos vientos). Funcionamiento de ángulo de pala para arranque diferente al potencia. 8E

9 Energía disponible en el viento Cp(λ,θ) COEFICIENTE DE POTENCIA θ = 45 θ = 15 θ = P P = 1 1 πr ρ 3 v v v m T H m = C p ( ) 3 λ, β π R ρv 5 πρ R C p = 3 3 η λ ( λ, β ) ω H v T H m = K λ ( ) λ β ω, H -.4 θ = Coeficiente λ 9E

10 Modelo de par estático β C p ( λ, β) C p ρ π R λ 3 5 ω L Q L Q L G Q t v w w L R v w λ C p.5 ( λ,β) ω L.4.3 º 1º..1 º º λ -.1 3º 5º º 15º 1º 1º 8º 6º 5º 4º 1E

11 Modelo de la turbina β v ω w L STATIC TORQUE MODEL Q t + - Q e 1 J s ω r 1 G η P e Q e 11E

12 Diagrama de control Velocidad de viento Velocidad de rotor TURBINA EÓLICA Potencia eléctrica CONVERTIDOR DE POTENCIA Y GENERADOR ACTUADOR DE ÁNGULO DE PALA Par eléctico Ángulo de Pala SISTEMA DE CONTROL DE V.V. TRANSDUCTOR DE VELOCIDAD TRANSDUCTOR DE POTENCIA 1E

13 Sistema de control Par turbina P rate P max 14 m/s 16 m/s Línea de par constante Línea de velocidad constante Q rate 4 m/s 6 m/s 1 m/s 8 m/s 1 m/s W min W rate W max Velocidad de giro Línea de máximo coeficiente de potencia Línea de velocidad de viento constante 13E

14 Controlador propuesto ref ω Q - PI ref Q t ω r ω ref β + - PI ref β 14E

15 Velocidad angular de referencia óptima + - T1 1/s Derivada más filtro paso bajo dω/dt T s + T Segundo filtro paso bajo Q H * t J K + Tref - Tt * g Tt K* λ ωopt 1 τ s + 1 * * H * dω H g * * H dω Qg = Qt J = Kλ ω g J dt dt ω * g = = J H * λ dω g dt K ω * λ Q g * ω opt * g Saturación ω * rm 15E

16 8 m/s º 1 VELOCIDAD DEL VIENTO Y Viento estimado 15 VELOCIDAD DEL ROTOR y VELOCIDAD DE REFERENCIA 1 LAMBDA y LAMBDA estimado m/s 6 rpm ANGULO DE PALA y referencia PAR DEL GENERADOR x 15 POTENCIA Nm 15 W E

17 º 1 m/s m/s VELOCIDAD DEL VIENTO Y Viento estimado rpm VELOCIDAD DEL ROTOR y VELOCIDAD DE REFERENCIA LAMBDA y LAMBDA estimado ANGULO DE PALA y referencia 4 PAR DEL GENERADOR 7 x 15 POTENCIA Nm 3 5 W E

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