Control eficiente de micro centrales eólicas usando generadores de inducción

Abstract

Esta tesis está dedicada al estudio de esquemas y estrategias de control de micro centrales eólicas autónomas. Se ha puesto especial énfasis en el desarrollo de un sistema robusto, que requiera mínimo mantenimiento y de bajo costo. En tal sentido se fundamenta el enfoque de la misma a la utilización de generadores de inducción con adecuada excitación y control a fin de proveer energía con la calidad requerida, y a la utilización de técnicas de optimización y control de potencia por velocidad variable y paso fijo. Inicialmente se proponen dos estrategias de control del generador de inducción. La primera se basa en la técnica de orientación con el flujo, en la cual se persigue la regulación de la tensión de la carga y la minimización de las pérdidas de la máquina. La segunda estrategia de control se basa en la teoría de la potencia reactiva instantánea, con la que se logra una adecuada regulación de las tensiones de la barra de CC y de las cargas conectadas directamente al estator de la máquina de inducción. Por último se propone una estrategia de control de la turbina, basada en la regulación de su velocidad, que maximiza la conversión de energía del viento, satisfaciendo las restricciones de velocidad angular y potencia. Para evaluar las estrategias propuestas se obtuvieron resultados de simulación numérica y resultados experimentales, llevadas a cabo en una banco de ensayos y en una estación electro eólica experimental, con el objetivo de validar las propuestas presentadas.

The present work is devoted to the study of schemes and control strategies for stand-alone, wind-driven micro power plants. It was given special emphasis on issues such as ruggedness, maintenance requirements and costs of the proposed generating system. According to this, the present work is based on the use of induction generators with an adequate excitation and control to provide the required energy quality, as well as on the use of optimization and power-control techniques based on variable speed and fixed pitch. Initially, two control strategies for the induction machine were proposed. One of them is based on the field orientation technique, in which load voltage regulation and losses minimization were pursued. The other strategy is based on the instantaneous reactive power theory, through which voltage regulation of DC link loads and stator connected AC loads can be achieved. Finally, a turbine control strategy, based on speed regulation, was proposed for the maximization of wind energy conversion, fulfilling speed and power bounds. For these strategies to be evaluated, numerical simulation and experimental results were obtained. Such results were carried out using a laboratory experimental setup and an experimental wind power plant in order to validate the presented proposal.