Mxico D. F. A 17 de Mayo de 2015

H. Colegio de ProfesoresDe la SEPI-ESIME-Zacatenco, IPN

P R E S E N T E

Por este conducto, me permito solicitar el registro del tema de tesis para obtener el grado de maestra con el ttulo:

IMPLEMENTACIN DEL CONTROL DE UN GENERADOR DE DOBLE ALIMENTACIN PARA GENERACIN ELICA

Solicito que se asigne como director de tesis al Dr. Oscar Carranza Castillo y al Dr. Jaime Jos Rodrguez Rivas.

Se anexa junto con este documento una propuesta ms detallada del tema de tesis que incluye un programa calendarizado de las materias a cursar y del desarrollo general del trabajo.

Daniel Memije GarduoAlumno

Dr. Oscar Carranza Castillo Dr. Jaime Jos Rodrguez Rivas Director de Tesis Director de Tesis

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Vo. Bo. Dr. Daniel Ruiz VegaCoordinador de los Programas de Posgrado en ingeniera Elctrica de la SEPI-ESIME Zac. Del IPNInstituto Politcnico NacionalEscuela Superior de Ingeniera Mecnica y ElctricaIngeniera ElctricaSeccin de Estudios de Posgrado Maestra en Ciencias en Ingeniera Elctrica

Propuesta de trabajo de tesis

IMPLEMENTACIN DEL CONTROL DE UN GENERADOR DE DOBLE ALIMENTACIN PARA GENERACIN ELICA

Alumno: ____________________

Daniel Memije Garduo

Director de tesis: ________________________ ______________________ Dr. Oscar Carranza Castillo Dr. Jaime Jos Rodrguez Rivas

Contenido

Introduccin ......3

Objetivo .....4

Justificacin ......5

Estructura de la tesis .......6

Comit tutorial propuesto ....7

Materias a cursar....7

Referencias .....8

Actividades a realizar ....8Plan calendarizado de trabajo de las actividades ......9

Plan calendarizado por captulos ...95

1. Introduccin

Las formas de energas limpias y renovables, como la energa elica, son esenciales si se pretende detener el cambio climtico. Las energas renovables son vitales para continuar con la transicin energtica desde formas de energa contaminante hacia formas de energa limpia que disminuyen las amenazas a nuestra salud y permiten un equilibrio para el desarrollo sustentable del medio ambiente durante los prximos aos

El aumento progresivo de la demanda energtica mundial, generada fundamentalmente a partir de combustibles fsiles (petrleo, carbn, etc.), conlleva la disminucin de recursos naturales, implicando un constante deterioro del medio ambiente, el cual se manifiesta en mayores emisiones de dixido de carbono (CO2) y aumento del efecto invernadero.

Los sistemas de generacin de energa elica estn compuestos por tres elementos fundamentales:

1.- Turbina elica, encargada de capturar la energa cintica del viento y transformarla en una energa mecnica asociada a un par y velocidad de rotacin.

2.- El generador elctrico encargado de transformar la energa mecnica y transfrmala en energa elctrica. En aplicaciones de mediana y alta potencia generalmente tambin se utilizan elementos mecnicos entre la turbina elica y el generador llamadas cajas de reduccin o reductoras elctrico que modifican la relacin par velocidad de la potencia mecnica.

3.- Elementos de conversin de potencia, estos se encargan de adecuar la energa elctrica para poderla inyectar a la red.

En los sistemas de energa elica, la turbina puede operar a velocidad fija, al ser acoplados mecnicamente los generadores con la turbina a travs de una caja de engranajes, los cuales se conectan directamente a la red con dispositivos de arranque suave y bancos de condensadores para manejar la potencia reactiva del generador. Los sistemas de energa elica a velocidad fija tienen el principal inconveniente de que su mxima eficiencia es obtenida a una determinada velocidad del viento, presentando rendimientos inferiores para el resto de velocidades.

Las turbinas elicas de paso fijo se han utilizado durante mucho tiempo en los sistemas de generacin de energa, para baja potencia y potencias media. Hoy en da, las turbinas de potencia media y alta utilizan palas de paso variable, mientras que la utilizacin de turbinas de paso fijo se limita a las aplicaciones de baja potencia. Las turbinas elicas emplean sistemas de control de potencia para adaptarse a los cambios de velocidad del viento, cuyo objetivo es extraer tanta potencia como sea posible del viento. En las turbinas de gran tamao, la potencia extrada del viento se controla mediante la velocidad de la turbina y mediante el ngulo de paso de las palas. Cuando el tamao de las turbinas es menor, la potencia se controla nicamente por medio de uno de los dos sistemas: hay turbinas que controlan la velocidad, pero no el ngulo de paso, y otras que pueden variar el ngulo de paso, pero no la velocidad.

El estado de la tcnica de los sistemas de emulacin de turbinas elicas, es tal que el motor de CC es el ms frecuentemente utilizado. En este caso se utiliza un sistema de control, donde las variables de entrada son la velocidad y el par del motor. El par motor se puede medir, pero en la mayora de los casos se calcula a partir de la corriente del motor. Estas variables de entrada se introducen en un microprocesador que tiene registradas en su memoria las curvas de la turbina, y cuya salida es la referencia de par del motor de CC.

En los sistemas de emulacin se emplean tambin motores de corriente alterna. En ellos, el sistema de control, establece la referencia de par del motor a partir de la de su velocidad y de la velocidad del viento. El sistema de control del motor de CA se encarga de conseguir que el par del motor sea igual al de referencia.

Objetivo

Desarrollar el control de un generador de doble alimentacin para generacin elica.

1. 2. Objetivos especficos

i. Estudiar el funcionamiento del generador de induccin con doble alimentacin ii. Estudio de las tcnicas de control del generador de induccin doblemente alimentado.iii. Disear y construir el convertidor CD/CA que ser conectado al rotor del generador iv. Simular el sistema generador de induccin doblemente alimentado y su control v. Realizar pruebas experimentales en el laboratorio donde se determinen las caractersticas de operacin del sistema

Justificacin

El esquema de generacin con doble alimentacin permite a los sistemas de generacin elica una gran flexibilidad en cuestin a velocidad de operacin, haciendo factible un mejor aprovechamiento de la energa elica.

El trabajo a desarrollar se centrara en desarrollar el hardware necesario (electrnica de potencia y control), para poder implementar el esquema de generacin por medio de una mquina de induccin de alimentacin doble.

Como se puede observar en la figura 1.1, el generador sncrono de doble alimentacin, del cual es conectado es conectado su estator a la red de distribucin a travs de un de un transformador de tres devanados. El rotor est conectado a un convertidor que se alimenta de corriente continua gracias a otro convertidor que se conecta a la red por medio del transformador de tres devanados. Esta configuracin da como resultado la estabilidad de la red distribucin aportando y permite tambin el intercambio dinmico de potencia reactiva con la red de distribucin, as como la posibilidad de conectarse aun cuando con la velocidad del viento es reducida.

Actualmente se tiene un proyecto multidisciplinario apoyado por la SIP donde se estn desarrollando tres tesis de Maestra. En este proyecto se est implementando un emulador de una turbina elica y las etapas de electrnicas de potencia que permitan la inyeccin de la potencia en la red, en este proyecto se est utilizando una mquina sncrona de imanes permanentes como generador elico. En la tesis que proponemos consideraremos otro tipo de mquina conocida como mquina de induccin con doble alimentacin la cual actuar como generador elico y sustituir a la mquina sncrona que se ha utilizado hasta ahora. El generador de induccin con doble alimentacin se ha utilizado ampliamente en la generacin elica a nivel global.

La parte correspondiente a este proyecto es la que se encuentra encerrada en el recuadro de la figura 1.1.

Fig. 1.1 Diagrama del generador sncrono y su conexin a la red elctrica.

Estructura de la tesis

Captulo 1: IntroduccinCaptulo 2: Tcnicas de control del generador de induccin doblemente alimentado.Captulo 3: Simulacin del sistema generador de induccin - convertidor.Captulo 4: Diseo y descripcin del hardware utilizado en el proceso de conversin.Captulo 5: Resultados experimentales obtenidos en laboratorio Captulo 6: Conclusiones

Comit tutorial propuesto

Dr. Jaime Jos Rodrguez Rivas

Dr. Oscar Carranza Castillo

Dr. Daniel Ruz Vega

Dr. Ismael Araujo Vargas (ESIME Culhuacan)

Materias a cursarASIGNATURASEMESTRE

Anlisis de sistemas lineales1

Calculo avanzado para ingenieros I

Accionamientos electrnicos de motores de corriente alterna

Seminario Departamental I

Tpicos avanzados de control2

Control de los accionamientos electrnicos de motores de corriente alterna

Control de los convertidores electrnicos de potencia

Seminario Departamental II

Dispositivos programables para electrnica de potencia3

Seminario Departamental III

Trabajo de tesis4

Referencias

[1] Power Electronics, N. Mohan, 2003[2] Power Management and Power Flow Control With Back-to-Back Converters in a Utility Connected Microgrid, R. Majumder, A. Ghosh,G. Ledwich, F. Zare,2010[3] Study on the Fuzzy Control Strategy Based on Back-to-Back Micro Grid Connections, L. Jia-Jun, Y. Li-Xiao, Tian Dong-meng, L. Bo, L. Dong[4] Asynchronous Interconnection of a Microgrid, M. Barnes, P. Binduhewa, 2008.

Actividades a realizar

ActividadDescripcin

1

Revisin Bibliogrfica.

2

Desarrollo del convertidor de potencia y filtros.

3

Simulacin del sistema y anlisis de los resultados.

4

Programacin del algoritmo de control del convertidor en cdigo C y pruebas con el DSP.

5

Pruebas experimentales en el laboratorio.

6

Anlisis de resultados

7

Reporte Final

8

Examen Cerrado

Plan calendarizado de trabajo de las actividades

20152016

ActividadesMarAbrMayJunJulAgoSepOctNovDicEneFebMarAbrMayJunJulAgoSepOctNovDic

1

2

3

4

5

6

7

8

Plan calendarizado por captulos

20152016

ActividadesMarAbrMayJunJulAgoSepOctNovDicEneFebMarAbrMayJunJulAgoSepOctNovDic

1

2

3

4

5

6

____________________ _________________________ _________________________ ____________________________Daniel Memije Garduo Dr. Oscar Carranza Castillo Dr. Jaime Jos Rodrguez Rivas Vo. Bo. Dr. Daniel Ruiz Vega Alumno Director de Tesis Director de Tesis Coordinador de los Programas de Posgrado en ingeniera Elctrica de la SEPI-ESIME Zac. Del IPN