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
Contenido Introducción. Sistema de control de un AVV. Modelo de la turbina. Control de par de la máquina. Control del ángulo de pala. E
Interfase electrónica (generador - red eléctrica) 3E
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
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
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
Interfase electrónica detallada 7E
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
Energía disponible en el viento Cp(λ,θ).5.4.3..1 -.1 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 -. -.3 T H m = K λ ( ) λ β ω, H -.4 θ = 9 -.5 4 6 8 1 1 Coeficiente λ 9E
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 5 1 15 3º λ -.1 3º 5º º 15º 1º 1º 8º 6º 5º 4º 1E
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
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
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
Controlador propuesto ref ω Q - PI ref Q t ω r ω ref β + - PI ref β 14E
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
8 m/s º 1 VELOCIDAD DEL VIENTO Y Viento estimado 15 VELOCIDAD DEL ROTOR y VELOCIDAD DE REFERENCIA 1 LAMBDA y LAMBDA estimado 1 1 8 1 8 m/s 6 rpm 6 4 5 4 5 1 15 5 3 35 4 6 5 ANGULO DE PALA y referencia 5 1 15 5 3 35 4 3 5 PAR DEL GENERADOR 5 1 15 5 3 35 4 4.5 x 15 POTENCIA 4 3.5 4 3.5 3 Nm 15 W 1 1.5 1 5 1.5 5 1 15 5 3 35 4 5 1 15 5 3 35 4 5 1 15 5 3 35 4 16E
º 1 m/s m/s 18 16 14 1 1 8 6 VELOCIDAD DEL VIENTO Y Viento estimado rpm 18 16 14 1 1 8 6 VELOCIDAD DEL ROTOR y VELOCIDAD DE REFERENCIA 8 7 6 5 4 3 LAMBDA y LAMBDA estimado 4 4 1 5 1 15 5 3 35 4 5 1 15 5 3 35 4 5 1 15 5 3 35 4 6 ANGULO DE PALA y referencia 4 PAR DEL GENERADOR 7 x 15 POTENCIA 5 35 6 4 3 Nm 3 5 W 5 4 15 1 3 1 5 1 5 1 15 5 3 35 4 5 1 15 5 3 35 4 5 1 15 5 3 35 4 17E