REVISIÓN DEL ESTADO DEL ARTE DE EMULADORES DE PERTURBACIONES ELÉCTRICAS Y SU POSIBLE APLICACIÓN EN SISTEMAS DE GENERACIÓN EÓLICA (REVISION OF THE STATE OF THE ART OF EMULATORS OF ELECTRICAL DISTURBANCES AND THEIR POSSIBLE APPLICATION IN WIND GENERATION SYSTEMS)

Resumen   Las energías renovables son una alternativa que se ha implementado para amortiguar el impacto negativo que han tenido las energías no renovables en el planeta, entre la amplia gama de energías renovables se encuentran los sistemas de generación eólica, también conocidos como WECS (Wind Energy Conversion System), los cuales normalmente se encuentran interconectados a la red eléctrica.En la red eléctrica existen perturbaciones que pueden provocar efectos negativos en la calidad de la energía, así como posible daño del generador. Entre las perturbaciones eléctricas más comunes en contexto de los generadores eólicos son los armónicos, huecos de voltaje y sobretensiones, mejor conocidos como SAGs y SWELL, respectivamente, los cuales normalmente son provocados por cargas no lineales conectadas a la red eléctrica. En el caso particular de los armónicos, existen diversas soluciones para mitigar los efectos negativos de éstos en los WECS. Sin embargo, con el fin de comprobar correctamente las soluciones planteadas, es necesario contar con un sistema que permita emular la presencia de armónicos en la red eléctrica.En este sentido, este trabajo muestra una revisión del estado del arte respecto a los emuladores de perturbaciones eléctricas, esto debido a que se pretende en un futuro implementar un emulador de este tipo de perturbación en un WECS, con el fin de probar diversos controladores que permitan la mitigación de dicha perturbación eléctrica.Palabra(s) Clave: Emulador de armónicos, generación eólica, perturbaciones armónicas. Abstract   The renewable energies are an alternative that has been implemented to reduce the negative impact on the world, due to the excessive use of nonrenewable energies. Among the renewable energies, there are the Eolic Energy systems or WECS, normally, this kind of systems are regularly connected to the grid.In the grid, there are disturbances that can bring negative effects on the quality of the electrical energy, as well as possible generator damage.The most common disturbances that have been reported in WECS are SAGS, SWELL and harmonics, this kind of disturbances are caused by nonlinear loads that are connected to the grid. Specifically for the harmonic disturbances, there are some alternatives to eliminate the negative effects in WECS. However, in order to ensure that the proposed solutions work correctly, it is necessary to have a system that can emulate the harmonic disturbances from the grid.Therefore, this paper shows a state of art revision regarding the harmonic disturbances emulators; mainly because it is intended to implement in the future a harmonics emulator that will be coupled into a WECS in order to test different harmonic mitigation controllers.Keywords: Eolic generation, harmonics emulator, harmonic disturbance

Emulador de turbinas eólicas

El emulador de turbinas de viento propuesto en este proyecto, permite probar todos los equipos que forman un aerogenerador eléctrico a partir del eje de la turbina de viento, incluyendo el generador eléctrico y su sistema de regulación, los equipos electrónicos de control de potencia y de conexión a carga y todos los sensores y controladores asociados con estos bloques, conectándolos a un eje que le aplicará un par mecánico totalmente equivalente al producido por la turbina, claro está, en concordancia a la escala adecuada de las dimensiones reales, por lo que las condiciones de ensayo serán totalmente reales y el grado de precisión de los resultados estará limitado únicamente por la calidad del modelo aerodinámico disponible para la turbina. También servirá para efectuar los ensayos necesarios en el desarrollo de un prototipo, tales como: caracterización del generador, prueba de sus algoritmos de control, ajuste de las protecciones mecánicas y eléctricas, etc.Arocas Pérez, J. (2011). Emulador de turbinas eólicas. Universitat Politècnica de València. http://hdl.handle.net/10251/50907Archivo delegad

Banco para emulación de turbinas eólicas

En este trabajo se propone la implementación de un banco de ensayos para sistemas de generación eléctrica (generadores eléctricos, incluyendo sus controles y cargas) de uso en turbinas eólicas. Este banco de ensayos permite emular la dinámica de una turbina conectada al generador. Esto se consigue a través del control de par de una Máquina de Corriente Continua (M CQ en función de un perfil de viento predeterminado. El control de par se realiza a través de la simulación en tiempo real de la característica y de la dinámica de la turbina (incluyendo inercia, rozamiento, etc ). El objetivo de este banco es realizar ensayos de rendimiento y determinar la respuesta dinámica del control de diferentes tipos de generadores.Tema: Energía eólica, geotermia y otras energías no convencionales.Asociación Argentina de Energía Sola

Banco para emulación de turbinas eólicas

En este trabajo se propone la implementación de un banco de ensayos para sistemas de generación eléctrica (generadores eléctricos, incluyendo sus controles y cargas) de uso en turbinas eólicas. Este banco de ensayos permite emular la dinámica de una turbina conectada al generador. Esto se consigue a través del control de par de una Máquina de Corriente Continua (M CQ en función de un perfil de viento predeterminado. El control de par se realiza a través de la simulación en tiempo real de la característica y de la dinámica de la turbina (incluyendo inercia, rozamiento, etc ). El objetivo de este banco es realizar ensayos de rendimiento y determinar la respuesta dinámica del control de diferentes tipos de generadores.Tema: Energía eólica, geotermia y otras energías no convencionales.Asociación Argentina de Energía Sola

Banco para emulación de turbinas eólicas

En este trabajo se propone la implementación de un banco de ensayos para sistemas de generación eléctrica (generadores eléctricos, incluyendo sus controles y cargas) de uso en turbinas eólicas. Este banco de ensayos permite emular la dinámica de una turbina conectada al generador. Esto se consigue a través del control de par de una Máquina de Corriente Continua (M CQ en función de un perfil de viento predeterminado. El control de par se realiza a través de la simulación en tiempo real de la característica y de la dinámica de la turbina (incluyendo inercia, rozamiento, etc ). El objetivo de este banco es realizar ensayos de rendimiento y determinar la respuesta dinámica del control de diferentes tipos de generadores.Tema: Energía eólica, geotermia y otras energías no convencionales.Asociación Argentina de Energía Sola

Simulación de viento, componentes y control de un sistema de generación eólica

En el siguiente proyecto técnico presenta el diseño y la implementación física de un emulador eólico que permite representar el comportamiento de una turbina eólica ante diferentes curvas de viento en tiempos reducidos de simulación. El emulador se basa en un pri-motor de inducción de 1 hp controlado por un variador de frecuencia y un sistema de control para ajustar la velocidad del motor de acuerdo con las señales de viento de entrada. Además, se tiene acoplado un generador eólico de imanes permanentes de 400 W, para así completar el sistema de generación eólica. El sistema permite la emulación utilizando el entorno de simulación Simulink de MATLAB, con el fin de comparar y validar las respuestas del sistema tanto en velocidad como en generación. Este proyecto técnico proporciona una herramienta eficiente para analizar el comportamiento de los aerogeneradores en diversas condiciones de viento reales. Además, este enfoque ofrece una alternativa más económica y práctica para evaluar la viabilidad de los aerogeneradores en diferentes ubicaciones antes de su implementación real.In the following technical project, he presents the design and physical implementation of a wind emulator that allows representing the behavior of a wind turbine under different wind curves in reduced simulation times. The emulator is based on a 1 hp pri-induction motor controlled by a variable frequency drive and a control system to adjust the speed of the motor according to the input wind signals. In addition, a 400 W permanent magnet wind generator is coupled to complete the wind generation system. The system allows emulation using the MATLAB Simulink simulation environment, in order to compare and validate the system responses both at speed and generation. This technical project provides an efficient tool to analyze the behavior of wind turbines under various real wind conditions. In addition, this approach offers a cheaper and more practical alternative to assess the feasibility of wind turbines at different points before their actual implementation.0000-0002-7801-151

Laboratorio E3PACS de investigación en micro-redes

En este trabajo se presenta el nuevo laboratorio E3PACS de investigación en micro-redes, sus características y equipamientos. Dicho laboratorio se encuentra situado en el edificio A de la (EEBE), en el nuevo campus Diagonal-Besòs de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), un campus con reconocimiento de excelencia internacional en energía. A lo largo del presente trabajo, se dará a conocer a la comunidad científica el estado del citado nuevo laboratorio de altas prestaciones, desarrollado durante los últimos dos años y medio y financiado totalmente con fondos públicos.Peer ReviewedPostprint (published version

Diseño de un emulador de aerogenerador de velocidad variable DFIG y control de pitch

[Resumen] Entre las fuentes renovables existentes, la energía eólica está alcanzando importantes tasas de producción dentro del escenario energético mundial. Dado que el control de los generadores eólicos es una disciplina muy técnica, las metodologías de enseñanza práctica son de especial relevancia y disponer de equipos que emulen el comportamiento de los sistemas reales es todo un reto. En este trabajo, se implementa el emulador de una turbina eólica utilizando generador eléctrico de inducción con doble alimentación (DFIG) de pequeña potencia, cuyo eje de rotación es solidario con un servomotor brushless de corriente continua que actúa de motor de arrastre simulando el par aerodinámico. Este servo está controlado por ordenador, que permite reproducir mediante simulación toda la componente aerodinámica y mecánica de la que carece la planta experimenta, incluyendo el comportamiento del viento. Este trabajo presenta por una parte, la descripción de una planta de laboratorio que permite emular el funcionamiento de un aerogenerador de velocidad variable, y por otra, una búsqueda de control óptimo sobre el par aerodinámico a través del ángulo de paso de pala dentro de la zona nominal.Junta de Andalucía; P10-TEP-605

Control Grid-Forming del Generador Asíncrono Doblemente Alimentado Basado en la Orientación del Flujo del Rótor

Mención Internacional en el título de doctorIn recent years, growing environmental concerns have led to sustainability policies demanding the replacement of conventional generation technologies, based on fossil fuels, by renewable generation technologies. Many of these renewable generation technologies, such as wind or solar power, interact with the system through power electronics. In this context, grid-forming controls are a strategy to improve the integration of generation technologies based on power electronics into the system. The principle of operation of these controls is based on making the generator behave as a true voltage source behind an impedance. For this purpose, grid-forming controls must be able to impose the magnitude and phase of some variable that determines the electromotive force of the machine, independently. This thesis is carried out within the framework of the control of the doubly-fed asynchronous generator. First, it is demonstrated that its electromotive force is closely related to the flow of the rotor. In this way, the control proposed in this thesis regulates the synchronous components of this variable, thus achieving its orientation to a synchronous reference system, generated internally through a synchronization loop, according to the deviation between the reference of the electromagnetic torque and its instantaneous value. This control allows the implementation of additional loops to improve grid support against disturbances, such as current limitation systems for low-voltage ride through operation, power oscillation damping systems or synchronization systems for black start process. A small-signal stability analysis is also carried out with two main objectives: to demonstrate the stability of the control and to tune the parameters of the oscillation damping systems. The thesis concludes with simulation results, performed in real time using the hardware-in-the-loop technique, for the main applications of the proposed control: load-following, low-voltage ride through operation, damping of power oscillations, transition to isolated system and black start. Demonstrating the operation of the generator as a true voltage source behind an impedance, as well as the grid support made by the proposed control.Durante los últimos años, la creciente preocupación por el medioambiente ha conducido a políticas de sostenibilidad protagonizadas principalmente por la sustitución de tecnologías de generación convencionales, basadas en combustibles fósiles, por tecnologías de generación renovables. Muchas de estas tecnologías de generación renovables, como la generación eólica o solar actuales, interaccionan con el sistema a través de electrónica de potencia. En este contexto, los controles grid-forming son una estrategia para mejorar la integración de las tecnologías de generación basadas en electrónica de potencia en el sistema. El principio de funcionamiento de estos controles se basa en hacer comportarse al generador como una fuente de tensión real detrás de una impedancia. Para este fin, el control grid-forming debe ser capaz de imponer el módulo y la fase de alguna variable que determine la fuerza electromotriz de la máquina, de forma independiente. La presente tesis se realiza en el marco del control del generador asíncrono doblemente alimentado, demostrándose primero que su fuerza electromotriz está estrechamente relacionada con el flujo del rótor. De esta forma, el control propuesto en esta tesis se encarga de controlar las componentes síncronas de esta variable, logrando así su orientación a un sistema de referencia síncrono, generado internamente a través de un lazo de sincronización, en función del desvío entre el par electromagnético de referencia y el medido. Este control permite la implementación de lazos adicionales para mejorar el soporte de red ante perturbaciones, como sistemas de limitación de corrientes para la operación en hueco de tensión, sistemas de amortiguamiento de oscilaciones de potencia o sistemas de sincronización para procesos de arranque en negro. También se lleva a cabo un análisis de estabilidad de pequeña señal con dos objetivos principales: demostrar la estabilidad del control y sintonizar los parámetros de los sistemas de amortiguación de oscilaciones. La tesis concluye con unos resultados de simulación, realizados en tiempo real mediante la técnica hardware-in-the-loop, con las aplicaciones principales del control propuesto: seguimiento de carga, respuesta ante huecos de tensión, amortiguamiento de oscilaciones de potencia, transición a sistema aislado y arranque en negro. Demostrándose a través de éstas la operación del generador como fuente de tensión real tras una impedancia, así como el soporte de red realizado por el control propuesto.Programa de Doctorado en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática por la Universidad Carlos III de MadridPresidente: Pedro Rodríguez Cortés.- Secretario: Gonzalo Abad Biain.- Vocal: Jesús López Tabern

Estabilidad de frecuencia en sistemas eléctricos de potencia considerando generación no inercial

Los sistemas eléctricos de potencia cuentan cada vez más con energías renovables no convencionales como fuentes de generación, siendo las más relevantes la energía solar y fotovoltaica, en tal sentido la implementación en grandes cantidades de estos tipos de generación en el sistema eléctrico puede afectar a la estabilidad de la frecuencia. El sistema eléctrico presenta condiciones de respuestas ante una falla o perturbación, la inercia de las maquinas es una de ellas, esta actúa como primera respuesta siendo así una parte fundamental de la recuperación de la frecuencia, por lo tanto, es imprescindible el estudio de la estabilidad del sistema ya que las fuentes de generación eólica y fotovoltaica no poseen inercia. Por lo expuesto, el presente documento se enfoca en desarrollar un modelo de simulación de la estabilidad de la frecuencia mediante el software DIgSILENT Power Factory, obteniendo como resultado el comportamiento de la frecuencia ante una falla del sistema, de tal modo que la simulación se realice con los modelos propuestos por WECC (West Electricity Coordinating Council) variando las características de control eléctrico de cada tipo de generador.Electric power systems increasingly have non-standard renewable energies as sources of generation, the most relevant being solar and photovoltaic energy, in this sense the implementation in large quantities of these types of generation in the electrical system can affect the frequency stability. The electrical system has conditions to response to a fault or disturbance, the inertia of the machines is one of them, these acts as the first response, thus being a fundamental part of the recovery of the frequency, therefore, the study of the System stability and sources of wind and photovoltaic generation not limited inertia. Therefore, this document focuses on developing a simulation model of frequency stability using the DIgSILENT Power Factory software, obtaining as a result the frequency behavior in the event of a system failure, so that the simulation is performed with the models proposed by WECC (Western Electricity Coordination Council) varying the electrical control characteristics of each type of generator