ENERGÍA EÓLICA

TEORÍA Y CONCEPTOS

CAPEV 15 - 2013

Dr. Oscar Alfredo Jaramillo Salgado

Investigador Titular “A”

INSTITUTO DE ENERGÍAS RENOVABLES DE LA UNAM

16 de septiembre de 2013

Temixco, Morelos, MÉXICO

Sistemas de control

• Sistemas de control de aerogeneradores

• Conexión típica a la red eléctrica

• Sistemas de vigilancia y control de mando

• Teoría de control dinámica e implementación

Contenido de la presentación

Sistema de Control

Control de sistemas y control de la secuencia de operación

En el sentido más general, el sistema de control está formado por hardware y software que procesa las señales de entrada de los sensores y genera señales de salida para los actuadores. Los sensores pueden incluir, por ejemplo: • un anemómetro, • una veleta, • sensor de velocidad del rotor, •sensor de energía eléctrica, • un sensor de posición de ángulo de paso, •varios conmutadores e interruptores, • sensores de vibración, • sensores de temperatura y nivel de aceite en sistemas hidráulicos, • sensores de presión hidráulica • interruptores de operación, etc.. Los actuadores podrían incluir un actuador del sistema de ángulo de paso hidráulico o eléctrico, un controlador de par del generador, contactos del generador, switches para activar los frenos del eje, motores de azimut, etc.. El sistema que procesa las entradas para generar resultados generalmente consta de un equipo o al menos un controlador basado en microprocesador, que realiza las funciones de control normal necesarios para operar la turbina y el sistema de seguridad.

Sistema de Control

Control de supervisión o vigilancia Control de supervisión puede considerarse como el medio por el cual la turbina es llevada de un estado de funcionamiento a otro. Los estados operacionales, por ejemplo, podrían ser: • En espera (Stand-by), cuando la turbina eólica está disponible para su operación si las condiciones ambientales así lo permiten, • puesta en marcha, •producción de energía, •apagado y •detención o fuera de operación por fallas. El controlador de supervisión debe comprobar que cada etapa se ha completado exitosamente antes de pasar a la siguiente. Si cualquier etapa no se completa dentro de un cierto tiempo, o si se detecta cualquier fallo, el controlador de debe cambiar a modo apagado.

Sistema de Control

Es posible pensar en otros estados, o puede ser útil subdividir aún más a algunos de estos estados. Así como decidir cuándo iniciar un conmutador de un estado a otro, el control realizará la secuencia necesaria. Como ejemplo, el control de secuencia para la puesta en marcha de una turbina de viento regulada por ángulo de paso de velocidad fija puede constar de los siguientes pasos: • encender el actuador de ángulo de paso; • liberar el freno de eje; • colocar el ángulo de paso para un torque de arranque; • esperar hasta que la velocidad del rotor supera un determinado valor mínimo; • establecer un control de lazo cerrado para el control del ángulo de paso, • incrmentar la velocida hasta la velocidad síncrona; • esperar hasta que la velocidad ha sido alacazada durante un tiempo especificado; • cerrar los contactores de generador; • realizar el control de bucle cerrado para optimizar el ángulo de paso • incrementar la demanda de energía hasta el nivel nominal.

Sistema de Control

El controlador de lazo cerrado es generalmente un sistema basado en software que se ajusta automáticamente el estado de funcionamiento de la turbina a fin de mantenerla la curva operativa predefinida o característica de generación de potencia. Algunos ejemplos de control de lazo cerrado son: • control del ángulo de paso con el fin de regular la potencia de salida de la turbina para el nivel nominal de velocidades de viento; • control del ángulo de paso con el fin de seguir un incremento de velocidad predeterminado durante la puesta en marcha o apagado de la turbina; • control de torque de generador con el fin de regular la velocidad de rotación de una turbina de velocidad variable; • control de motores de orientación en el fin de minimizar el error de seguimiento.

El sistema de seguridad por ejemplo, se podría activar por cualquiera de las siguientes acciones: • Sobre-velocidad que puede provocar desboque • Sobre-frecuencia de vibración • Tiempo de respuesta sobre-excedido • Paro de emergencia realizado por el operador • Fallo particular o generalizado en el aerogeneraodr.

Sistema de Control

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a ángulo de ataque f ángulo de entrada de flujo b ángulo de paso

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Estrategía Pitch-Stall

Sistema de Control

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– dynamic characteristics of the blade pitch mechanism

– aeroelastics of blade pitching

– aerodynamic torque of the rotor

– dynamics of the mechanical drive train

– electrical characteristics of the generator.

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Envision’s E128-3.6MW offshore wind turbine with 2 Blade Partial Pitch

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http://www.youtube.com/watch?v=CqEccgR0q-o