Estrategia para optimizar la conversión de una estación eólica aislada con banco de baterías

Abstract

Los sistemas de conversión de energía eólica (SCEE) aislados (sin conexión a la red) de baja potencia y de uso corriente, utilizan un generador sincrónico de imanes permanentes que alimenta un puente rectificador no controlado, para cargar un banco de baterías mediante un convertidor CC-CC intermediario. Para estado estacionario, en este tipo de sistemas existe un valor del ciclo de trabajo del convertidor, distinto para cada velocidad de viento y estado de carga de las baterías, que lleva al SCEE a operar en su punto óptimo de conversión. Los cálculos para determinar este ciclo de trabajo involucran expresiones matemáticas complejas. Este trabajo presenta una estrategia de operación del SCEE cuya implementación práctica es sencilla y se puede llevar a cabo con un procesador de bajo costo. Los cálculos complejos se realizan en la etapa de implementación del sistema, y el resultado de los mismos es colocado en una memoria fija reprogramable para su utilización en tiempo real o de operación. Para extraer el valor del ciclo de trabajo óptimo desde dicha memoria, solo se requieren como datos de entrada la velocidad de rotación de la turbina y la tensión del banco de baterías. El análisis y evaluación de la estrategia de operación propuesta se realizó por simulación, empleando un sistema SCEE típico que permitió corroboran la validez de la propuesta.

Low power autonomous wind energy conversion systems (WECS) usually contains a permanent magnet synchronous generator (PMSG) that feeds a non controlled bridge rectifier. A battery bank is charged with an intermediary DC-DC converter. On this kind of systems the optimal conversion point (maximum power) can be identified through a particular duty-cycle value of the DC-DC converter for each wind speed and battery state of charge. Computing this duty-cycle value involve complex mathematical expressions. This work presents a strategy of operation of the SCEE whose practical implementation is very simple and it is possible to be carried out with low cost processor, since the calculations are made off-line and the result of such is stored in a reprogrammable memory. In order to extract the optimal value of the duty-cycle, the only data required are the rotation speed of the turbine and the battery bank voltage. In order to evaluate the performance of the proposed operation strategy, an SCEE example is considered and it is studied by computer simulation. The results corroborate the validity of the proposed strategy.