SISTEMAS DE CONVERSIÓN DE ENERGÍA EÓLICA CONTROL Y DISEÑO

International audienceEste artículo aborda algunas de las soluciones actuales más utilizadas de los sistemas de generación eólica, enfatizando en los fundamentos del control y el diseño de aplicaciones individuales de potencia reducida. Lo previo, orientado a pequeños sistemas de potencia rurales o aislados, donde la conexión a la red pública es difícil o muy costosa. Se examinan los elementos en común y diferencias de las diversas propuestas existentes, ventajas y desventajas, su potencial y lo que se puede esperar de sus tendencias en el mediano y largo plazo

Dimensionamiento de un sistema de compensación para el control de tensión de un parque eólico en el punto de acople con la red

El incremento en la demanda de energía eléctrica ha conllevado al aumento de la complejidad de la red eléctrica y con ello ha surgido un interés por integrar al sistema fuentes renovables para la generación de energía, esto ha llevado a la búsqueda de estrategias para el uso y aprovechamiento de las energías ofrecidas por el medio ambiente como son: la energía a partir de viento, la energía solar, la biomasa, entre otras. La generación de electricidad obtenida a partir del viento es considerada una de las más razonables ya que utiliza un recurso limpio e inagotable como lo es viento. Desafortunadamente este recurso, presenta problemas de tipo eléctrico principalmente de estabilidad, regulación y calidad entre otros, que hacen que la conexión a la red eléctrica sea compleja. Para darle solución a estas problemáticas existen los denominados sistemas de transmisión flexibles de corriente alterna también conocidos como FACTS cuyo objetivo principal es aumentar la capacidad de transmitir potencias en los sistemas eléctricos y aumentar el margen de estabilidad controlando el flujo de potencia activa y reactiva. Dentro de los diferentes tipos de FACTS se destaca el compensador estático síncrono también denominado STATCOM, el cual es un equipo que se emplea para garantizar una rápida compensación, proporcionar un apoyo dinámico de la tensión, mejorando el funcionamiento y rendimiento del sistema. El presente trabajo se enfoca en diseñar un STATCOM que permita la integración una granja eólica a un sistema de potencia, conservando los parámetros de la red principalmente tensión y frecuencia, dentro de los márgenes establecidos por la UPME para la integración de granjas eólicas a los sistemas eléctricos colombianos en. El resumen de los principales criterios se puede ver en la figura 4 y en la tabla II. El principal objetivo del diseño de un STATCOM está en conseguir que este responda de una manera rápida y efectiva ante cualquier tipo de falla que se pueda presentar en el punto de acople con la red, es por esto que el controlador debe ser lo suficientemente robusto y es pieza fundamental de este diseño

Sistemas de monitoreo de condición en turbinas eólicas

Una forma eficiente de reducir los costos de mantenimiento en turbinas eólicas es mediante el uso de sistemas de monitoreo de condición, mejorando de esta manera su productividad. Debido a esto, en este trabajo se presenta el estudio de diferentes técnicas para el monitoreo de condición en turbinas eólicas. Se hace una revisión de las fallas más comunes en los componentes que la conforman y de las diferentes estrategias de diagnóstico existentes, haciendo foco en técnicas de detección no invasivas. Se analizan estrategias para el diagnóstico de fallas en el generador, la caja reductora y las palas. Finalmente, se expone el uso de convertidores tolerantes a fallas.An efficient way to reduce maintenance costs in wind turbines is using condition monitoring systems. This allows improving the productivity of the wind energy conversion system. The study of different condition monitoring techniques in wind turbines is presented in this work. A revision of the most common faults in the components of a wind turbine is presented. Different diagnosis strategies are reviewed, with emphasis in noninvasive techniques for fault detection. Faults in the generator, gearbox, blades and power converters are analyzed. Finally, the use of fault tolerant converters is shown.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Sistemas de monitoreo de condición en turbinas eólicas

Una forma eficiente de reducir los costos de mantenimiento en turbinas eólicas es mediante el uso de sistemas de monitoreo de condición, mejorando de esta manera su productividad. Debido a esto, en este trabajo se presenta el estudio de diferentes técnicas para el monitoreo de condición en turbinas eólicas. Se hace una revisión de las fallas más comunes en los componentes que la conforman y de las diferentes estrategias de diagnóstico existentes, haciendo foco en técnicas de detección no invasivas. Se analizan estrategias para el diagnóstico de fallas en el generador, la caja reductora y las palas. Finalmente, se expone el uso de convertidores tolerantes a fallas.An efficient way to reduce maintenance costs in wind turbines is using condition monitoring systems. This allows improving the productivity of the wind energy conversion system. The study of different condition monitoring techniques in wind turbines is presented in this work. A revision of the most common faults in the components of a wind turbine is presented. Different diagnosis strategies are reviewed, with emphasis in noninvasive techniques for fault detection. Faults in the generator, gearbox, blades and power converters are analyzed. Finally, the use of fault tolerant converters is shown.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Sistemas de monitoreo de condición en turbinas eólicas

Una forma eficiente de reducir los costos de mantenimiento en turbinas eólicas es mediante el uso de sistemas de monitoreo de condición, mejorando de esta manera su productividad. Debido a esto, en este trabajo se presenta el estudio de diferentes técnicas para el monitoreo de condición en turbinas eólicas. Se hace una revisión de las fallas más comunes en los componentes que la conforman y de las diferentes estrategias de diagnóstico existentes, haciendo foco en técnicas de detección no invasivas. Se analizan estrategias para el diagnóstico de fallas en el generador, la caja reductora y las palas. Finalmente, se expone el uso de convertidores tolerantes a fallas.An efficient way to reduce maintenance costs in wind turbines is using condition monitoring systems. This allows improving the productivity of the wind energy conversion system. The study of different condition monitoring techniques in wind turbines is presented in this work. A revision of the most common faults in the components of a wind turbine is presented. Different diagnosis strategies are reviewed, with emphasis in noninvasive techniques for fault detection. Faults in the generator, gearbox, blades and power converters are analyzed. Finally, the use of fault tolerant converters is shown.Asociación Argentina de Energías Renovables y Medio Ambiente (ASADES

Diseño de un modelo de toma de decisiones para mantenimiento basado en el monitoreo del deterioro multiestado para un sistema de aerogeneración instalado en Costa Rica

Proyecto de Graduación (Licenciatura en Ingeniería en Mantenimiento Industrial) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Escuela de Ingeniería en Mantenimiento Industrial, 2016.Nowadays, maintenance is seen as a strategic management issue, after being considered for years just as a technical issue. This new role implies giving solutions to ever more complex problems and a more efficient asset management. In recent years, statistical and probabilistic models have been developed for evaluating system reliability based on the components’ reliability, the design and the assembly of them in the system. These models present a high level of application to the more exigent worldwide industries, for example the renewable energy industry. The increasing trend in renewable ways of generation has created new operational challenges, particularly in the wind industry. The uncertainty related to the wind is a very important topic to take in account for the successful integration of wind energy to the existing electric systems. The distinctive feature of the maintenance making decision model based on the multistate monitoring for a wind generation system installed in Costa Rica is the utilization of artificial neural networks (ANN), which are mathematical models inspired in the behavior of the human neurons. This project offers a wide literature review with key concepts for the definition of the model, wind turbines theory with essential characteristics of their components, the outlook for an eventual implementation in which the more representative wind generation national system is evaluated, a complete description of the selected model, the required configuration for the execution of this new maintenance strategy in a wind farm from Costa Rica and economic aspects regarding a possible implementation of this model.Instituto Tecnológico de Costa Rica; Laboratorio de Investigación en Confiabilidad de la Universidad de Alberta

Simulación del control de potencia activa y reactiva de un aerogenerador.

In this research project, the analysis and control of the active and reactive power on the network side of an aerogenerator is showned, due to variations in wind speed, the state variables are fluctuating and cannot be coupled to the bar infinite, for this problem a simulation is performed using the Simulink / Matlab software, implemented a control system capable of solving these problems. For the development of the research project, the scientific and methodological literature is analyzed in order to determine the state of the art of the configurations and control models used in wind generators. As a result, the type D configuration is used, because it has a greater efficiency for the Wind Energy Conversion System (WECS), based on a permanent magnet synchronous gadget (PMSG) by direct drive, a back to back control that counts with a rectifier and inverter powered by IGBT´s, connected through a direct current capacitor. The active power control is carried out by the generator side, by means of the maximum power coefficient, in the study carried out a control pitch angle is used, where the maximum power delivered by the turbine is obtained with a betha value of 0 degrees. Meanwhile the control of reactive power, voltage and frequency is done on the network side, for which different types of controls, called voltage control oriented or VCO, both for voltages and currents with DC values in a stationary reference system, it also has a PLL control that keeps the phase angle value synchronized with the grid voltage, in addition to an INNER LOOP control capable of varying the inverter's output currents and finally next to the OUTER LOOP control that delivers reference currents to control the active and reactive power to the network, demonstrated the effectiveness of the control strategy proposed in theory.En esta investigación, se mostró el análisis y control de la potencia activa y reactiva en el lado de la red de un aerogenerador, debido a las variaciones de la velocidad del viento, las variables de estado son fluctuantes y no se pueden acoplar a la barra infinita, para este problema se realizó una simulación mediante el software Simulink/ Matlab, se implementó un sistema de control capaz de solucionar estos inconvenientes. Para el desarrollo de la investigación se analizó la literatura científica y metodológica para determinar el estado de arte de las configuraciones y modelados de control utilizados en generadores eólicos. Como resultado se empleó la configuración tipo D, debido a que presenta una mayor eficiencia para el Sistema de Conversión de Energía Eólica (WECS), basado en una máquina síncrona de imanes permanente (PMSG) por accionamiento directo, un control back to back que cuenta con un rectificador e inversor accionado por IGBT´s, conectados a través de un condensador de corriente continua. El control de potencia activa se realizó por el lado del generador, por medio del máximo coeficiente de potencia, en el estudio realizado, se utilizó un control pitch angle, donde la máxima potencia entregada por la turbina se obtiene con un valor de betha de 0 grados. Mientras tanto el control de potencia reactiva, voltaje y frecuencia se hizo por el lado de la red, para lo cual se implementó diferentes tipos de controles, denominado control orientado de voltaje o COV, se procede a la transformación de Clarke y Park, tanto para voltajes y corrientes con valores CC en un sistema de referencia estacionario, cuenta también con un control PLL que mantiene el valor de ángulo de fase sincronizado con el voltaje de la red, además un control INNER LOOP capaz de variar las corrientes de salida del inversor y finalmente junto al control OUTER LOOP que entrega corrientes de referencia para controlar la potencia activa y reactiva a la red, demostrando la eficacia de la estrategia de control propuesta en teoría

Mejora de la eficiencia y de las prestaciones dinámicas en procesadores electrónicos de potencia para pequeños aerogeneradores sincrónicos operando en régimen de velocidad variable

El presente trabajo muestra el estudio sobre los sistemas de conversión de energía eólica de pequeña y mediana potencia, en el mismo se realiza un análisis del estado del arte en relación a las diferentes topologías existentes, además del modelado de cada uno de los elementos y su efecto sobre la integración con el convertidor de potencia back-to-back. Igualmente se estudia las principales técnicas de estimación de velocidad y posición de rotor sin sensor aplicada a los generadores sincrónicos de imanes permanentes. Además, se demuestra que la técnica del estimador simplificado de Kalman presenta el mejor desempeño en la aplicación en cuestión. También es planteada la estrategia de control, aplicada al convertidor de potencia back-to-back, donde los lazos de control de corriente y tensión son diseñados tomando en cuenta el rendimiento del sistema y las característica dinámica de la turbina eólica, de la misma manera es analizado el control de potencia de salida en el generador mediante la manipulación del par electromecánico ó la velocidad de rotor. Otro aspecto estudiado en esta tesis, son los diferentes algoritmos de seguimiento de máxima potencia utilizados en estos sistemas, a su vez es propuesto una modificación del clásico algoritmo perturbar y observar, a fin de reducir las variaciones de par asociado al sistema mecánico sin disminuir significativamente el rendimiento. En relación al convertidor de potencia, es realizado un estudio sobre el efecto de la sincronización entre las señales portadoras de los moduladores PWM de las etapas rectificadora e inversora sobre la corriente en el condensador equivalente de la DC-Link. Se demuestra que es posible disminuir el rizado de corriente si se sincronizan ambas señales portadoras, de manera que se reducen las pérdidas y aumenta la vida útil en los condensadores. Las técnicas estudiadas son comprobadas de manera experimental, simulando las condiciones ambientales utilizando DSP TMS320F2812 como dispositivo de controlGonzález Morales, LG. (2011). Mejora de la eficiencia y de las prestaciones dinámicas en procesadores electrónicos de potencia para pequeños aerogeneradores sincrónicos operando en régimen de velocidad variable [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/10915Palanci

Viabilidad Económica de la Energía Renovable Eólica en Nicaragua 2010-2015

La población Nacional se incrementa continuamente, provocando incrementos en la demanda de agua, alimentos , gas natural, energía y otros bienes y servicios, son cada día más imprescindibles para la subsistencia, por lo que la energía eléctrica se ha convertido en uno de los elementos con mayor importancia para la vida del ser humano. Actualmente, la comprensión y control del fenómeno eléctrico ha tomado mucha relevancia en la implementación de energía renovable. Nicaragua cuenta con gran potencial, gracias a la abundancia de los recursos naturales, de esta manera se crearía eficientemente una distribución eléctrica en la población nicaragüense. La situación del sector energético de Nicaragua, se caracteriza por un bajo consumo energético per cápita, un bajo índice de electrificación, una alta intensidad energética y un escaso aprovechamiento del potencial de las fuentes de energía renovable. La matriz de generación de energía en Nicaragua muestra una alta dependencia de los combustibles fósiles, esto ha sido uno de los males que más han impactado las economías débiles del mundo. Para el año 2010, un 65.30% de la generación de energía eléctrica se basaba en combustibles fósiles. El porcentaje restante era generado con fuentes renovables, con una participación de 15.03% de plantas hidroeléctricas, un 8.08% de origen geotérmico, un 6.76% de biomasa y el 4.83% Eólica . Nicaragua ha apostado por mecanismos de producción más limpia y eco-eficiente, aprobando un marco legal, que fomente la inversión en generación eléctrica a base de fuentes renovables. La aprobación de la ley 532, Ley para la Promoción de Generación Eléctrica, ha sido un gran avance para la transformación de la matriz energética. Por lo tanto, en el presente trabajo se trataran primeramente los aspectos teóricos metodológicos que corresponden a la estructura básica del trabajo a presentar, seguido de la caracterización del sector energético en los que se abordaran aspectos internacionales y nacionales en cuanto al desarrollo económico del país, los recursos energéticos con los que se cuenta, la demanda y oferta de energía eléctrica en Nicaragua como los precios del petróleo y su implicación en los costos de la energía. La investigación versa acerca de la viabilidad económica, específicamente en la generación y uso de energía renovable (eólica); considerando que el aprovechamiento de esta energía es muy favorable para el desarrollo sostenible del país. Desde la perspectiva económica las fuentes de energía renovable son un atractivo económico de Nicaragua convirtiéndolo en un país apto para la inversión en energía limpia. El propósito de esta investigación se enfoca en el análisis del beneficio-costo de la energía renovable eólica en Nicaragua en el periodo 2010-2015, haciendo uso de las diferentes fuentes de información para lograr un conocimiento profundo y determinar si es recomendable seguir tratando de explotar los recursos obtenidos para el bienestar de la sociedad y ambiente