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Caracterización, Modelación y Simulación de un Generador Eólico de Velocidad Fija

Bustos Turu, Gonzalo Sebastián
Vargas Díaz, Luis
Sáez Hueichapan, Doris
Palma Behnke, Rodrigo
Roa Sepúlveda, Claudio

2009

  • Dados de edição CyberDocs
  • Tipo de Documento Libro
  • Matéria Sistema interconectado central (chile); energía eólica; turbina eólica; métodos de simulación; identificación de sistemas
  • Descrição
    En Chile, la incorporación reciente de algunos parques eólicos al Sistema Interconectado Central ha introducido nuevos desafíos a la operación y caracterización del sistema. En particular, se hace imprescindible conocer en profundidad las características y funcionamiento de los aerogeneradores. Es necesario caracterizar esta tecnología con el propósito de tener un conocimiento más profundo que sirva como herramienta para la toma de deci ...
    En Chile, la incorporación reciente de algunos parques eólicos al Sistema Interconectado Central ha introducido nuevos desafíos a la operación y caracterización del sistema. En particular, se hace imprescindible conocer en profundidad las características y funcionamiento de los aerogeneradores. Es necesario caracterizar esta tecnología con el propósito de tener un conocimiento más profundo que sirva como herramienta para la toma de decisiones en la operación del sistema interconectado.El objetivo general de este trabajo, es caracterizar un generador eólico de velocidad fija a través del desarrollo y validación de un modelo dinámico. Se busca obtener una herramienta capaz de pronosticar el comportamiento de los aerogeneradores, capturando fenómenos de 2 o más segundos de duración, contribuyendo al desarrollo de los proyectos que se puedan planificar a futuro, además de posibilitar investigaciones relacionadas con el impacto de estas tecnologías en las redes eléctricas del país.Con este propósito, se desarrolla un primer modelo empírico, basado en datos reales de generación de un parque eólico nacional. Se analizan distintos tipos de modelos que varían según su estructura, llegando a la conclusión que un modelo lineal single - input single - output con estructura tipo autorregresiva con entrada exógena (ARX), presenta los mejores resultados, con un error de predicción que varía entre el 6% y el 11% con respecto a la potencia real generada, para cada uno de los cuatro aerogeneradores estudiados. Además, se contrastan los resultados con un modelo que utiliza lógica difusa, el cual obtiene mejores resultados, con un error cercano al 2%.Luego, se desarrolla un modelo fenomenológico de un aerogenerador, donde se analiza cada uno de los principales componentes del sistema. Este modelo recibe como señal de entrada la velocidad del viento medida en la góndola de la turbina, la cual debido al efecto de estela (wake), se debe corregir a través de un factor empírico. En este caso, este factor corresponde a un 5% de la velocidad del viento. Para el modelo aerodinámico se realiza un ajuste en los parámetros de la curva del coeficiente de potencia con el fin de ajustar la curva teórica con la curva real entregada por el fabricante. En el modelo mecánico, se utiliza un modelo de una masa agrupada, el cual considera un eje rígido entre el rotor de la turbina y el rotor del generador. Con este modelo, se calcula la inercia equivalente de la turbina a partir de datos reales, obteniendo un valor de 5.96 [Mkg m2], el cual está dentro del rango típico de turbinas de generación de velocidad fija en el entorno de los 2 [MW] presentados en la literatura. El generador de inducción, se representa a través de un modelo dinámico de tercer orden, donde los transitorios del estator son despreciados, y se considera la transformación d - q para su implementación. En este modelo, se realiza una variación en los parámetros del generador con el fin de ajustar la curva de torque - deslizamiento de la máquina según los datos del fabricante. Finalmente, el sistema de control tipo Active Stall, se modela a través de las curvas del coeficiente de potencia para distintos ángulos de las aspas del aerogenerador.El modelo fenomenológico es implementado en el software Matlab, a través de la herramienta Simulink, mediante bloques que representan cada uno de los subsistemas del aerogenerador. Los resultados del modelo arrojan un error de predicción entre un 5% y un 10% con respecto a la potencia real generada, para cada uno de los aerogeneradores.Finalmente, se describen algunas de las aplicaciones de los modelos anteriormente desarrollados, tales como el pronóstico de generación y la predicción de fallas. Dentro de los trabajos futuros, se considera el análisis de estrategias de control avanzado en la operación de aerogeneradores, estudio de perturbaciones tanto en la red como en el aerogenerador y la representación de parques eólicos a partir de modelos agregados de aerogeneradores.
  • Identificador 11244