Control de la calidad de potencia en sistemas de conversión de energía eólica

Abstract

Reconocidas las bondades de la energía eólica, la tendencia actual es la investigación de estrategias de control que permitan mejorar el desempeño del sistema de conversión. El control puede realizarse sobre la turbina o sobre el generador eléctrico. El control de la orientación de la turbina, o de sus palas, presenta severas restricciones debido al ancho de banda limitado de los actuadores y los esfuerzos sobre las partes mecánicas móviles. El control del generador, en cambio, se realiza sobre el subsistema eléctrico, por lo que es notablemente más versátil y confiable que el anterior (Leith y Leithead, 1997; Ekelund, 1997; Novak, 1995). La presente tesis aborda el problema de control del generador. Los objetivos de control son la optimización del rendimiento de conversión y, al mismo tiempo, la reducción de los efectos de las cargas aerodinámicas sobre la red eléctrica. Asimismo, se propone una estrategia de control para limitar la potencia suministrada a la red, tanto por seguridad del sistema mecánico como por cuestiones asociadas a la calidad de potencia. Por otro lado, se trata la compensación del sistema de conversión con filtros activos. Ésta tiene el propósito de complementar el mejoramiento de la calidad de potencia obtenido mediante el control del generador.Las estrategias de control propuestas se enmarcan dentro del control de estructura variable y sus regímenes deslizantes asociados. El control de estructura variable es particularmente apropiado para el control de sistemas de potencia que, por razones de eficiencia, emplean dispositivos electrónicos operando como llaves. Además, el control por modo deslizante tiene interesantes propiedades de robustez a incertidumbres en los parámetros del sistema, alta capacidad de rechazo a perturbaciones y ofrece un marco propicio para el control de sistemas no lineales complejos (Utkin, 1977; Utkin, 1993; Sira-Ramírez, 1988). La presente tesis está orientada al control de sistemas de velocidad variable conectados a red que emplean generador asincrónico de doble salida y recuperación de la potencia de resbalamiento. Sin embargo, la mayoría de los conceptos son directamente aplicables a otras configuraciones de sistemas de conversión de energía eólica. La configuración considerada en esta tesis presenta aspectos atractivos como generación a tensión y frecuencia de red, generación por encima de la potencia nominal de la máquina eléctrica, empleo de convertidores comparativamente pequeños y baratos dado que sólo procesan una fracción de la potencia generada (Ermis et al., 1992; Smith y Donegani, 1986; Çadirci y Ermis, 1992; Salameh y Kazda, 1986).