An?lisis de la inercia virtual como estrategia de control en aerogeneradores con tecnolog?a DFIG y su impacto en la estabilidad del sistema
- Authors
- Ochoa Correa, Danny Vinicio
- Format
- MasterThesis
- Status
- publishedVersion
- Description
En la ?ltima d?cada, la producci?n de energ?a el?ctrica mediante el aprovechamiento de la energ?a proveniente del viento ha experimentado avances significativos desde el punto de vista t?cnico y econ?mico. Las diversas ventajas que presentan los aerogeneradores de velocidad variable han propiciado que actualmente la tecnolog?a basada en el Generador de Inducci?n Doblemente Alimentado (DFIG-por sus siglas en ingl?s) sea una de las m?s populares y con mayor n?mero de unidades operativas a nivel mundial. Tradicionalmente, la frecuencia en un sistema el?ctrico de potencia viene establecida por la velocidad de giro de los generadores el?ctricos s?ncronos convencionales, que, adem?s de estar provistos de controladores de velocidad para mantener este par?metro constante, hacen uso de la inercia acumulada en sus masas rotativas para brindar apoyo al sistema ante alguna perturbaci?n. Por otra parte, el sistema de control de un aerogenerador DFIG, se encarga de regular la velocidad su eje en funci?n del viento existente en el emplazamiento con el objetivo de aprovechar de manera ?ptima la captura de potencia e?lica de la turbina, por tanto, mantiene un nivel de potencia activa en su salida muy independientemente de las variaciones de frecuencia en la red, en consecuencia, desde la perspectiva del sistema, carece de respuesta inercial. Con el incremento de la participaci?n de aerogeneradores de velocidad variable en los sistemas el?ctricos, y bajo la suposici?n de que estos ir?n desplazando parte de la generaci?n convencional, la inercia equivalente de la red va disminuyendo lo cual supone el deterioro de la estabilidad. Entonces, resulta necesario dotar a los aerogeneradores (de velocidad variable) de una adecuada respuesta ante variaciones de frecuencia teniendo en cuenta que, en realidad, existen abundantes recursos inerciales en sus rotores. En este Trabajo Fin de M?ster se realiza un estudio detallado del concepto de ?inercia virtual?, una estrategia de control que hace uso de la energ?a cin?tica almacenada en la masa rotativa de la turbina e?lica, caja multiplicadora de velocidad y generador el?ctrico, para brindar soporte de frecuencia al sistema el?ctrico. Se ha tomado como referencia recientes aportaciones a la comunidad cient?fica realizadas por diversos autores. En primera instancia, se desarrolla un modelo aproximado del aerogenerador DFIG tradicional, es decir, sin respuesta inercial, orientado al an?lisis de potencia-frecuencia. Se ha simplificado el modelo matem?tico de algunos de sus principales componentes y se han omitido ciertos fen?menos intr?nsecos de menor relevancia en cada uno de ellos. De todas formas, al comparar la din?mica en el dominio del tiempo del modelo desarrollado con un modelo de referencia comercial y disponible en una poderosa herramienta inform?tica de la ingenier?a, se comprueba que su funcionamiento no dista significativamente del comportamiento real del aerogenerador pese a las aproximaciones realizadas. Como resultado de esta etapa de desarrollo se dispone de un dise?o modular, con todas sus variables expresadas en por unidad con el objetivo de brindar flexibilidad a la adici?n de componentes auxiliares que mejoren sus caracter?sticas. Luego, se realiza un estudio del concepto de ?inercia virtual? en un aerogenerador DFIG y c?mo es posible aprovechar esta propiedad para beneficio del sistema en t?rminos de control de frecuencia. La metodolog?a planteada incide directamente sobre la caracter?stica de seguimiento del punto de m?xima potencia (MPPT-por sus siglas en ingl?s) implementada en el sistema de control de velocidad y la hace sensible ante variaciones de la frecuencia de la red, consiguiendo con esto regular su potencia activa y brindar soporte de frecuencia al sistema. Si bien durante este proceso el aerogenerador deja de trabajar en su punto de funcionamiento ?ptimo, la estrategia de control propuesta obliga al aerogenerador a recuperar las condiciones de operaci?n previas al evento perturbador al cabo de cierto tiempo. Los resultados obtenidos evidencian la versatilidad del m?todo. Debido al dise?o modular desarrollado el esquema de control de inercia virtual se adapta de manera sencilla, sin perjudicar ni crear conflictos con las variables existentes. Previo al estudio de estabilidad de frecuencia, resulta imprescindible modelar el sistema el?ctrico. Se utiliza el modelo de regulaci?n primaria de frecuencia considerando un ?rea de control, enfoque que ha sido presentado de manera tradicional en la literatura, y se dispone de suficiente informaci?n acerca de los modelos lineales de cada uno de sus componentes, adem?s de conocer los valores t?picos de sus par?metros. Para la selecci?n de las tecnolog?as de generaci?n convencional a considerar en el an?lisis, se toma en cuenta la informaci?n del sistema el?ctrico peninsular espa?ol, donde, de acuerdo a las estad?sticas, las centrales de generaci?n hidr?ulica, de ciclo combinado, de carb?n y nuclear pueden ser tratadas como representativas, de acuerdo a su potencia instalada. Por ?ltimo, en lo que concierne al an?lisis de estabilidad, se simulan diferentes escenarios de participaci?n de generaci?n e?lica, tomando como referencia datos reales de producci?n y demanda del sistema el?ctrico peninsular espa?ol. Los resultados obtenidos reflejan que los aerogeneradores DFIG con control de inercia virtual contribuyen a reducir la desviaci?n instant?nea de frecuencia m?xima de la red, haci?ndose m?s evidente cuanto mayor es la penetraci?n de esta tecnolog?a dentro de la cobertura de demanda.
- Publication Year
- 2014
- Language
- spa
- Topic
- GENERACI?N E?LICA
ENERG?AS RENOVABLES
AEROGENERADOR
ESTABILIDAD DE FRECUENCIA
INERCIA VIRTUAL
GENERACI?N DE INDUCCI?N DOBLEMENTE ALIMENTADO
- Repository
- Repositorio SENESCYT
- Rights
- openAccess
- License