Diseño y simulacion generador sincronico

Diseño y Simulación de un Control de Velocidad y Tensión para un Generador Sincrónico - Parte II

BOTERO C., HECTOR A. - SARMIENTO M., HENRY O. - ALVAREZ S., JOSE L.



SUMARIO- El objetivo de este trabajo es proponer un procedimiento para simular el generador sincrónico (Parte I) y diseñar controladores óptimos (Parte II), con la ayuda de herramientas de fácil trabajo y ampliadivulgación como son MATLAB y su módulo de simulación SIMULINK.

INTRODUCCIÓN

En el campo de la ingeniería eléctrica moderna es necesario modelar el comportamiento dinámico de las máquinas sincrónicas para el diseño de reguladores que garanticen cambios pequeños en las variaciones de tensión y frecuencia alrededor de valores establecidos. Sin embargo los modelos de los generadores son complejos ylos programas de simulación que se tienen para simplificar la manipulación matemática no son de uso común, ya que la forma en que se ingresan los datos es tediosa y se requiere de mucha experiencia y conocimiento.
El objetivo de este trabajo es proponer un procedimiento para simular el generador y diseñar controladores óptimos, con la ayuda de herramientas de fácil trabajo y amplia divulgacióncomo son MATLAB y su modulo de simulación SIMULINK.
MATLAB es un programa matemático que trabaja con base en matrices y que incluye comandos para la simulación de sistemas lineales. SIMULINK es un ambiente gráfico de simulación de sistemas dinámicos basado en diagramas de bloques [13][15].
Hasta hoy se han hecho esfuerzos para la modelación de los generadores sincrónicos. Los modelos sedescriben con ecuaciones diferenciales no lineales, con coeficientes variables debido al cambio de las inductancias de la máquina con la posición del rotor. Desde 1929 la modelación de la máquina sincrónica se ha simplificado, con la aplicación de las transformaciones de Park-Concordia, las cuales eliminan la variación en los coeficientes de las ecuaciones diferenciales al proyectar todos los fenómenoselectromagnéticos y electromecánicos sobre un marco de referencia [1][3].
Con el conjunto de ecuaciones ubicadas sobre el marco de referencia seleccionado, se realiza la manipulación para definir las variables por integrar y obtener así la respuesta del sistema ante cambios en las entradas: tensión de campo y par mecánico [4][5].
En este trabajo se presentan los resultados del diseño y lasimulación de un control optimo de tensión y velocidad para un generador sincrónico. El diseño del controlador se hace por dos métodos: un primer método propuesto en [7], y un segundo [9] basado en la ecuación matricial de Riccati. Ambos métodos son aplicables para sistemas lineales; los controladores obtenidos son aplicados tanto al modelo lineal como al no lineal, para diferentes valores depotencia activa. La simulación del modelo lineal se hace con programación en MATLAB [13] y la del modelo no lineal se hace con diagramas de bloques en SIMULINK. Como resultado de las simulaciones se obtienen gráficos que muestran la respuesta en el tiempo de las principales variables de la máquina sincrónica.
Los resultados muestran que el controlador basado en la ecuación de Riccati presenta unmejor comportamiento; esto se refleja en una mejor respuesta transitoria de las variables en comparación con los resultados obtenidos en el otro método. Sin embargo en todos los casos las variables del sistema no lineal adquieren mayores desviaciones, sobrepicos y tiempos de establecimiento, comparadas con el sistema lineal. El esfuerzo de control para todos los casos es mayor en el sistema no linealque en el lineal.
Por ultimo, este trabajo constituye una mejora de trabajos anteriores realizados por algunos de los autores [12][14].

DISEÑO DEL CONTROLADOR ÓPTIMO

Antes de diseñar el controlador se debe retomar el modelo del generador sincrónico que viene determinado por el conjunto de ecuaciones no lineales (1), (2), (3) y (4).

Eje d:


(1)




Eje q:

(2)...