Modelos para el análisis dinámico y optimización operacional de sistemas eólicos de paso fijo con generadores de inducción con cascada rotórica supersíncrona

Resumen

En esta tesis se desarrolla un tipo de sistemas eólicos con un grupo de generación constituido por una máquina de inducción, con el estator acoplado directamente a la red y el rotor a través de un convertidor unidireccional de frecuencia del tipo "cascada supersíncrona". Este generador esta unido por medio de una caja reductora, a una turbina eólica de tres palas y paso de pala fijo, con objeto de obtener un sistema económico y de alta fiabilidad funcional. Con objeto de analizar el comportamiento dinámico del sistema, se ha desarrollado, en esta tesis, un modelo capaz de simular el funcionamiento del sistema propuesto bajo cualquier régimen definido en la velocidad del viento. La estrategia de control y las características nominales de los elementos del sistema, se han establecido aplicando criterios de optimización de la relación coste-energía extraída, tomando como datos de diseño el rotor eólico y el emplazamiento de la instalación. Se realiza, por otra parte, un dimensionado óptimo de los parámetros del sistema de regulación, aplicando el modelo dinámico referido, y analizando las respuestas obtenidas, frente a condiciones dinámicas habituales del viento para diferentes valores de dichos parámetros, cuyo valor orientativo ha sido calculado previamente sobre un modelo simplificado. Por último se analiza la precisión del modelo de simulación desarrollado contrastando sus resultados con registros de un modelo experimental para posteriormente aplicar los modelos de análisis dinámico y optimización operacional desarrollados a una instalación determinada. En el capítulo 1 se presenta, a modo de introducción, el estado del arte, el planteamiento y los objetivos de esta Tesis. En el capítulo 2 se realiza una recopilación de los diversos tipos de sistemas eólicos conectados a la red eléctrica y se define el que es objeto de esta Tesis. En el capítulo 3 se desarrolla el modelo de simulación para el análisis dinámico del sistema definido. En el capítulo 4 se define la estrategia de funcionamiento y se describen los programas realizados para dimensionar los elementos del sistema. En el capítulo 5 se analiza, por un lado, la precisión del modelo de simulación desarrollado, contrastando sus resultados con registros experimentales, y, por otra parte, se aplican los modelos de análisis dinámico y optimización operacional desarrollados en esta Tesis a una instalación determinada. Por último, en el capítulo 6 se presentan las conclusiones que se extraen del trabajo desarrollado.