El papel del control en el desarrollo

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El papel del control en el desarrollo tecnológico de las turbinas eólicas
Sergio Domínguez, Carlos González
MLS
Resumen— Con las recientes tendencias hacia aerogeneradores de gran potencia (MW), el rol del sistema de control ha adquirido mayor importancia y un diseño al que se le imponen cada vez mayores demandas. Es más, la comprensión de que no sólo el rendimiento de la máquina, sinotambién las cargas estructurales dependen del controlador, ha dado un nuevo ímpetu a la investigación del control de aerogeneradores. La extensión del papel del control para reducir las cargas estructurales ha motivado la exploración de novedosas estrategias de control, que buscan maximizar la reducción de cargas por medio del uso del sistema de paso de la pala. uevas herramientas, como la MLS WTCDToolbox, pueden facilitar esta tarea en gran medida. Se presenta aquí una visión general de las posibilidades y del potencial del control de aerogeneradores de gran potencia (MW). Asimismo se discute el lugar que ocupa el sistema de control y su papel como tecnología integradora dentro de la industria de la energía eólica junto con la perspectiva de los promotores.

rendimiento aerodinámico yreducir las cargas a altas velocidades del viento. Aunque no está claro que estos beneficios puedan compensar la complejidad añadida y el coste de la electrónica de potencia, la velocidad variable ha sido adoptada casi unánimemente para máquinas de gran potencia debido a las ventajas adicionales, tales como un arranque más suave, una mayor calidad de potencia y la mayor flexibilidad de operacióncuanto mayor es la máquina. Los aerogeneradores que se consideran en este artículo son turbinas eólicas de gran tamaño y gran potencia (MW) de velocidad variable como la que muestra la Figura 1.

Palabras Clave— Aerogenerador, control, cargas de fatiga, diseño

I. INTRODUCCIÓN a tecnología de los aerogeneradores ha sufrido un rápido desarrollo durante las últimas tres décadas con un rápidoincremento de su tamaño . Actualmente, se encuentran en el mercado aerogeneradores comerciales de hasta una potencia de 5 MW. Después de explorar distintos conceptos (máquinas de una y dos palas, aerogeneradores de eje vertical, máquinas de velocidad constante, etc.) la topología más extendida y que se ha establecido como estándar en la industria es lo que es conocido como “Concepto Danés”, es decir,una turbina eólica de tres palas de eje horizontal con el rotor a barlovento ver Figura 1. La góndola alberga el generador y el tren de potencia, por el que está conectado al rotor, que consiste en el buje y las palas. Hay dos posibles opciones para la configuración del tren de potencia: conexión indirecta, en el que el rotor está conectado a un generador convencional por medio de una multiplicadorade varias etapas; y conexión directa, en el que el rotor está conectado directamente a un generador con múltiples polos. El generador puede estar conectado directamente a la red eléctrica mediante un generador asíncrono o indirectamente mediante un convertidor de potencia. En la primera opción, la velocidad del rotor es constante, estando fijada por la frecuencia de la red. En la segunda opción,la velocidad del rotor puede variar y el aerogenerador se dice que es de velocidad variable. El atractivo inicial de la velocidad variable era aumentar la captura de energía a velocidades bajas del viento, variando la velocidad del rotor para maximizar el

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Fig.1. Esquema de un aerogenerador

A bajas velocidades del viento, por debajo de la velocidad de conexión, los aerogeneradores noestán en funcionamiento ya que las pérdidas superan la energía extraída del viento. A velocidades muy altas, por encima de la velocidad de corte, las turbinas son apagadas ya que el coste adicional de ingeniería para permitir el funcionamiento en tales condiciones no es rentable. Entre la velocidad de conexión y de corte, un aerogenerador de velocidad variable tiene cuatro modos de funcionamiento....