AEROGENERADORES MODELADO Y SIMULACIÓN CUANDO LA VELOCIDAD DE GIRO ES LA VARIABLE CONTROLADA

AEROGENERADORES MODELADO Y SIMULACIÓN CUANDO LA VELOCIDAD DE GIRO ES LA VARIABLE CONTROLADA

Abstract-Para optimizar la potencia producida en una turbina de viento, la velocidad de la turbina debería variar con la velocidad del viento. Se propone un método de control simple que permitirá que una máquina de inducción para ejecutar una turbina en su coeficiente de potencia máxima. Varios tipos de estrategias de control de potencia se han sugerido para su aplicación en turbinas eólicas de velocidad variable. La estrategia habitual consiste en controlar la potencia o el par que actúa sobre los ejes de la turbina de viento. Este artículo presenta una estrategia alternativa de control, donde la velocidad de rotación es la variable controlada. El documento describe un modelo, que está siendo desarrollado para simular la interacción entre una turbina eólica y el sistema de alimentación. El modelo está destinado a simular el comportamiento de la turbina eólica utilizando generadores de inducción tanto durante los eventos de fallo de red transitorios y durante el funcionamiento normal. Muestra de resultados de simulación para dos generadores de inducción (2 / 0,5 MW) validan las cuestiones fundamentales.

Índice de Términos-aerodinámico modelo, tren de transmisión, generador de inducción, arrancador suave.

INTRODUCCION

Uno de los métodos más simples de la ejecución de un sistema de generación de energía eólica es el uso de un generador de inducción conectada directamente a la red eléctrica, ya que los generadores de inducción son las máquinas más rentables y robustas para la conversión de energía. Sin embargo, los generadores de inducción requieren potencia reactiva para la magnetización, en particular durante el arranque, lo que puede causar colapso de tensión después de un fallo en la red. Para superar tales problemas de estabilidad, el uso de la electrónica de potencia en las turbinas eólicas puede ser una opción útil . [4], [5], [9], [12]

La instalación de turbinas eólicas en los sistemas de energía se ha desarrollado rápidamente en los últimos 20 años y las tasas y políticas nacionales e internacionales de crecimiento indican que este desarrollo continuará. Durante 1999, 3920 MW de potencia de turbina eólica se instaló en el mundo, lo que representa una instalación total acumulado de 13.932 MW de energía eólica a finales de 1999 [1].

El modelo del sistema propuesto en este documento se desarrolla en las herramientas de simulación de sistemas de potencia dedicados MATLAB-SIMULINK y DIgSILENT, que dan acceso a una amplia biblioteca de componentes de la rejilla, pero requieren la implementación del modelo de aerogenerador correspondiente. El modelo también incluye las variaciones de velocidad del viento y el control de un arrancador suave, lo que permite la simulación de las características de calidad de potencia de la turbina eólica. Finalmente, el modelo se puede utilizar para estudiar las estrategias de control alternativas para la turbina de viento y equipos adicionales tales como unidades de compensación y sistemas de almacenamiento.

II. TURBINA DE VIENTO MODELAJE

El propósito del modelo es para simular el comportamiento dinámico y las propiedades eléctricas de una turbina eólica. El modelado de la turbina eólica debe crear un modelo tan simple como sea posible desde un punto de vista mecánico, pero capaz de proporcionar una buena descripción de las características eléctricas de una turbina eólica.

La turbina eólica se caracteriza por las curvas adimensionales del coeficiente de potencia como una función tanto de la relación de velocidad de la punta y el ángulo de paso de las palas. La relación de velocidad de la punta es la relación de la velocidad lineal en la punta de las palas a la velocidad del viento.

Con el fin de simular la turbina eólica como parte de un sistema de distribución, los modelos se han desarrollado e implementado en MATLAB-SIMULINK y DIgSILENT para cada elemento.

El modelo de turbina eólica se compone de diferentes modelos de componentes: Modelo del viento, modelo aerodinámico, modelo de transmisión y de los componentes eléctricos como generador de inducción, arrancador suave, batería de condensadores, y el modelo del transformador [2].

Como se muestra en la Fig. 1, el modelo de viento genera una velocidad del viento equivalente, que, junto con el ángulo de paso de pala y la velocidad del rotor, se introducen en el bloque aerodinámico.

La salida del modelo aerodinámico es el par aerodinámico

 , Que es la entrada para el sistema de transmisión, junto con la velocidad del generador. El sistema de transmisión tiene como salida el par mecánico en el eje de alta velocidad, que se utiliza como una entrada al modelo generador. Por último, los modelos de bloques de control de ángulo de las palas del bucle de control activo, en base a la potencia medida y el punto de ajuste.

[pic 1]

A. Modelo del viento

Los modelos de viento describen las fluctuaciones en la velocidad del viento, que influyen en las características de calidad de potencia y de control del parque eólico. Por lo tanto, el modelo de la velocidad del viento simula las fluctuaciones de la velocidad del viento que influyen en las fluctuaciones en la potencia de las turbinas de viento. El viento que actúa sobre el plano del rotor de una turbina eólica es muy compleja e incluye tanto los efectos deterministas (media del viento, la torre de sombra) y variaciones estocásticos debido a la turbulencia. [2]

Higo. La figura 2 muestra un resultado de la simulación de una velocidad del viento como una función del tiempo, sobre la base de una tabla de búsqueda, en un promedio de una velocidad del viento m / s.

B. Modelo aerodinámico

Una turbina de viento es esencialmente una máquina que convierte la energía cinética del aire en movimiento (viento) primero en energía mecánica en el eje de la turbina y luego en energía eléctrica [3].

Higo. 3 describe la conversión de la energía eólica en mecánica y a partir de entonces en energía eléctrica.

La interacción de la turbina con el viento es compleja, pero una representación razonablemente simple es posible modelando el par aerodinámico o la potencia aerodinámica como se describe a continuación.

Modelo C. Sistema de Transmisión

Para describir el impacto del comportamiento dinámico de la turbina eólica, un modelo simple se considerará, cuando se descuidan el modo de torre de flexión y el modo de aleta de flexión de la turbina eólica. Se supone que todos los movimientos de torsión se concentran en el eje de baja velocidad, como. Se hace hincapié en las partes de la estructura dinámica de la turbina eólica, que contribuyen a la interacción con la red, es decir, que influyen en la potencia. Por lo tanto, sólo el tren de transmisión se considera, en primer lugar porque las otras partes de la estructura de turbinas eólicas tienen menos influencia en el poder.

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