Impacto del control de potencia activa sobre las cargas mecánicas en aerogeneradores

Abstract

Esta tesis se centra en la evaluación del efecto que tienen diferentes estrategias de control en las cargas mecánicas de un aerogenerador, tanto en condiciones estándar de operación como al funcionar bajo un régimen de Control de Potencia Activa (APC). En ambos casos, el análisis se repite sobre el aerogenerador trabajando con un controlador Lineal de Parámetros Variables (LPV) y un controlador Proporcional Integral (PI) de ganancia tabulada tradicional, dos controladores que funcionan en todo el rango de operación del aerogenerador. En el régimen de APC, se analizan y comparan cuatro niveles distintos de reserva de potencia, y se los contrasta con la estrategia habitual de seguimiento de la máxima potencia. Todos estos escenarios alcanzan un total de 3225 simulaciones. La evaluación se realiza numéricamente sobre el aerogenerador de referencia de 5 MW definido por el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL), con perfiles de viento turbulento realistas y siguiendo la norma IEC 61400-1. Se aplican técnicas clásicas de análisis de fatiga, como el algoritmo Rainflow-counting y la Regla de Palmgren-Miner con la corrección de Goodman, para estimar la tasa de daño de los componentes del aerogenerador. También se realiza un análisis de cargas extremas, con condiciones de viento extremas definidas en la norma, simulaciones de fallas, y una extrapolación estadística de cargas a partir de las condiciones de viento normales. Se obtienen resultados significativos sobre cómo el APC afecta a las cargas analizadas y cómo este impacto varía con las diferentes estrategias de control y los distintos niveles de reserva de potencia. Por ejemplo, con una combinación de los controladores y estrategias considerados, la conclusión principal es que el APC podría aplicarse con reducción de la fatiga y sin un perjuicio significativo para las cargas extremas. Además, las herramientas desarrolladas permiten determinar bajo qué condiciones se puede operar a los aerogeneradores de forma más favorable en cuanto a fatiga y cargas extremas dentro de un parque eólico.