Estudio computacional de una turbina eólica de eje vertical H-Darrieus con perfiles NACA 4518

Este Trabajo Fin de Grado desarrolla el estudio de una turbina eólica de eje vertical H-Darrieus equipada con perfiles NACA 4518. Partiendo de un repaso de la situación actual en la que se encuentra la energía eólica se introducen las leyes físicas que caracterizan el aprovechamiento de esta energía. Se realiza la construcción de un modelo matemático 2D de la turbina y, haciendo uso de la Mecánica de Fluidos Computacional con el software Fluent.Inc, se establecen las configuraciones y condiciones para simular el funcionamiento real de la misma. A partir de los resultados obtenidos se construyen las curvas características que definen el comportamiento del aerogenerador y se analiza el patrón de flujo al que se ve sometido. Por último se realiza un estudio paramétrico, variando la inclinación de los álabes o ángulo de pitch, para comprobar su influencia en el funcionamiento de la turbina. Palabras clave: Energía eólica, VAWT, H-Darrieus, CFD, ángulo de pitch.Departamento de Ingeniería Energética y FluidomecánicaGrado en Ingeniería Mecánic

Análisis comparativo de los modelos dinámicos de una turbina eólica de velocidad fija

En este artículo, se presenta un análisis comparativo del comportamiento dinámico de los modelos reducido y completo de una turbina eólica de velocidad fija. La herramienta informática utilizada en la realización de simulaciones es la plataforma Simulink/Matlab. El principal objetivo de este estudio es demostrar la influencia del flujo del estator y del acoplamiento mecánico en la respuesta transitoria de las turbinas eólicas de velocidad fija. Asimismo, se ha analizado la influencia en el comportamiento dinámico de otros parámetros característicos de la turbina eólica, como la potencia reactiva aportada por la batería de condensadores y la inercia del generador y de las palas del rotor eólico. // In this article, a comparative analysis of the dynamic behavior of reduced and full of a wind turbine fixed speed models are presented. The tool used in performing simulations is the Simulink/Matlab platform. The main objective of this study is to demonstrate the influence of the stator flux and the mechanical coupling of fixed speed wind turbine dynamic response. It has also analyzed the influence on the dynamic behavior of other characteristic parameters of the wind turbine, such as reactive power supplied by the capacitor bank and the inertia of the generator and wind rotor blades

Control adaptativo sobre un sistema de generación eólica con generador de inducción

En este trabajado se desarrolla en simulación un modelo de generación eólica usando un generador de inducción; donde el esquema de control se obtiene a partir de un control adaptativo, con el fin de aprovechar las variaciones en la velocidad del viento y de esta forma transmitir tales fluctuaciones en la máquina de inducción, el cual se modela a través de un control por campo orientado, que acopla las variables eléctricas y permite que su funcionamiento se controle desde un variador (inversor de tres a seis ramas) de velocidad. En lugar de usar un generador de inducción doblemente alimentado convencional se usa una configuración back to back, donde el motor es representado por un modelo por campo orientado del flujo en el rotor, para permitir el desacople de las variables que determinan el torque a la salida del motor. A este modelo por campo orientado se suma un control adaptativo, donde una variable que censa las variaciones de la entrada con respecto a la salida se ajusta para actualizar el control

PI robusto como controlador de retroalimentación a través del enfoque de LMI : aplicado a un generador de inducción doblemente alimentado (DFIG)

En esta tesis se investigan varios aspectos del control de los generadores de inducción doblemente alimentados (DFIG por sus siglas en inglés) conectados a un sistema eléctrico de potencia variable y como es el comportamiento de estos ante este sistema. Dicho control es basado en el enfoque LMI (Linear Matrix Inequalities). Se inicia el trabajo de investigación con un estudio detallado del estado del arte del modelo matemático del generador nombrado anteriormente y se obtienen las ecuaciones de estado por medio de técnicas de identificación de sistemas. El trabajo abarca el estudio del comportamiento del viento, ya que este es un parámetro importante para la generación de energía eléctrica y es variable en el tiempo, para esto se requiere una identificación de sistemas multivariables no lineales (SISO), ya que el control tiene como objetivo de diseñar estrategias que permitan comandar estas variables de manera que se puedan mantener las variables controladas en unos valores deseados a pesar de las perturbaciones que puedan afectar al sistema generadas por el comportamiento del generador y su interconexión con el sistema eléctrico de potencia. Lo que se logra con un sistema eléctrico de potencia, es que todos los generadores que estén conectados a este tengan tensión y frecuencia iguales y constantes para no tener problemas con la carga que se esté alimentando. Por lo anterior se emplean diferentes técnicas que se orientan hacia el control en la energía eólica debido a la variabilidad que tiene el viento en diferentes momentos del día, en este caso específicamente se utiliza la técnica de control anteriormente nombrada

Implementar un control predictivo por medio de redes neuronales en los convertidores Boost y VSC en un generador eólico

Hoy en día el uso de las energías renovables se está volviendo temático de estudio a nivel mundial. Las turbinas eólicas son fundamentales en la generación de energía, teniendo como objetivo necesario estudiar e implementar diferentes métodos de control con el fin de mejorar la eficiencia y obtener una mejora en la calidad de la energía. En los últimos años la capacidad de energía eólica mundial ha aumentado rápidamente y se ha convertido en una de las fuentes de energía renovable con mayor auge. Esta tendencia creciente está estimulando la investigación en el campo de producción de energía, con el objetivo de optimizar la extracción de energía del viento y la inyección de energía a la red. Las aplicaciones de energía eólica moderna requieren tecnologías eficientes y flexibles que se adapten a los cambios de carga y generación. Estos retos pueden ser satisfechos por una combinación de sistemas de conversión de energía no convencionales y la mejora de las estrategias de control predictivo [JUDE14]. Esta estrategia de control a utilizar seria mediante las Redes Neuronales que son capaces de simular ciertas características propias de los humanos, como la capacidad de memorizar y de asociar hechos. El hombre es capaz de resolver estas situaciones acudiendo a la experiencia acumulada. Así que una forma de aproximarse al problema consiste en la construcción de sistemas que sean capaces de reproducir esta característica humana. El modelo de cada neurona incluye una función no lineal debido a la necesidad de que sea una función continua y derivable [SALA13]

Control por planos deslizantes de segundo orden para un sistema eólico con un generador de inducción doblemente alimentado (DFIG)

El consumo de energía eléctrica tanto a nivel nacional como mundial ha presentado gran aumento en los últimos años incrementando la construcción de centrales de generación que operan a base de combustibles fósiles, las cuales emiten gran cantidad de CO2. Teniendo en cuenta que este proceso es altamente contaminante, se busca generar alternativas eficientes que cumplan los requisitos necesarios del sistema eléctrico como lo son la eficiencia, la confiabilidad y la no contaminación, una de estas alternativas, es la generación con turbinas eólicas, las cuales poseen una fuente inagotable, no contaminante y de libre acceso. Esta alternativa ha crecido en las últimas décadas debido al avance técnico que ha permitido la disminución de los costos de inversión y el aumento de la capacidad de generación por kWh. Aunque hay que tener en cuenta que la utilización del viento como fuente primaria en la generación de energía eléctrica puede traer inconvenientes, puesto que la velocidad del viento es variable cada hora del día o por época del año durante los periodos de generación, esto causa una limitante al momento de conectar la turbina a la red donde no se logra un comportamiento optimo en términos de eficacia. Debido a que el flujo de potencia entre el generador y la red no permanece constante por las alteraciones del viento, lo que lleva a variaciones del voltaje y frecuencia, los cuales son variables que deben permanecer en valores fijos impuestos por la red a la cual está conectado. Por lo tanto en los últimos años se ha venido trabajando con generadores de inducción doblemente alimentados o Doubly Fed Induction Generator (DFIG), los cuales pueden trabajar a velocidades variables evitando el estrés mecánico de la máquina y permitiendo un incremento en la energía capturada; además poseen un convertidor back to back que permite una regulación sobre el voltaje y la frecuencia, el flujo de potencia reactiva hacia la red y mantiene constante el voltaje en terminales del generador

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

Estudio de factibilidad para la apropiación tecnológica, dentro del mercado colombiano, de un aerogenerador de 400 w.

Este proyecto se desarrolla como trabajo de grado para la carrera Ingeniería de diseño de producto, enmarcándose dentro de las áreas de la ingeniería inversa, desarrollo sostenible y producción. Su objetivo principal es el de estudiar la factibilidad técnica y económica de realizar la apropiación tecnológica de un pequeño aerogenerador de 400 W, para ser utilizado en zonas no interconectadas del país donde las condiciones de viento sean propicias.127 p.Contenido parcial: Variables relacionadas con la energía eólica -- Situación actual de la energía eólica a nivel mundial -- Estado actual y perspectivas de la energía eólica dentro del mercado latinoamericano -- Viabilidad técnica: proceso de ingeniería inversa -- Definición técnica de una turbina eólica

Diseño de un controlador óptimo usando redes neuronales dinámicas para un sistema de generación eólica

En los últimos años se ha observado un gran incremento en la generación de energía eléctrica procedente de la energía eólica, que es una de las fuentes de energía renovable con mayor aplicación. Estos proyectos relacionados con energía proveniente del viento se pueden envolver en proyectos de parques eólicos para la interconexión con el sistema eléctrico de potencia. En este proyecto de grado se implementa un sistema de generación eólica conectado al sistema eléctrico de potencia usando Simulink. Un parque eólico suministra 9 MW generados por seis turbinas de viento de 1.5 MW. Las turbinas de viento utilizan un generador de inducción de jaula de ardilla (SCIG por sus siglas en inglés)y un convertidor back-to-back. El método de conexión del SCIG permite extraer la máxima energía del viento a bajas velocidades de viento y reducir al mínimo las tensiones mecánicas en la turbina durante las ráfagas de viento. Este documento muestra un estudio en el estado del arte sobre los modelos matemáticos de la turbina eólica y el SCIG; conjuntamente nombrar aspectos importantes de los métodos de control convencional PI y control óptimo usando redes neuronales dinámicas (RND) aplicados al regulador de voltaje DC (VDC)