modelos dinámicos

Congreso Anual 2009 de la Asociación de México de Control Automático. Zacatecas, México.

Modelado y An´ lisis de Interacci´ n de un
a
o
Generador E´ lico para Control Multivariable
o
Eduardo Gonz´ leza , Francisco V´ zquezb , Fernando Morillac y Aurelio Beltr´ na
a
a
a
a Universidad

Aut´ noma de Zacatecas, Av. Ram´ n L´ pez Velarde 801, Zacatecas, M´ xico
o
o o
emigonzal492@yahoo.com.mx, Tel´ fono: (52)-492-9279981
e
b Universidad
c UNED,

de C´ rdoba, Espa˜ a, fvazquez@uco.es
o
n
Madrid, Espa˜ a, fmorilla@dia.uned.es
n

Resumen— En este trabajo se analizan las caracter´sticas
ı
principales de un sistema de generaci´ n el´ ctrica impulsado
o
e
por el viento, esto con la finalidad de obtener un modelo
´
matem´ tico que sea util para aplicar un esquemade
a
control multivariable. Para ello se realiza el estudio de la
aerodin´ mica del generador, las fuerzas en el mecanismo
a
de rotaci´ n y la potencia producida, resultando un modelo
o
din´ mico no lineal que describe el comportamiento del
a
sistema electromec´ nico. Este modelo se linealiza obteniendo
a
una matriz de funciones de transferencia de 2x2, cuyas salidas
son la velocidadangular del rotor y la potencia producida.
´
Como entradas se consideran el angulo de orientaci´ n de las
o
aspas de la h´ lice y la corriente de campo en el generador
e
el´ ctrico. A partir de los par´ metros de un generador e´ lico
e
a
o
de media potencia, se hace el an´ lisis de interacci´ n del
a
o
proceso bajo diversas condiciones de operaci´ n, dictadas
o
por la velocidad delviento y la eficiencia en la generaci´ n
o
de potencia. Finalmente, se plantean las estrategias a seguir
˜
en el diseno e implementaci´ n de un esquema de control
o
multivariable.
Palabras clave: Generador E´ lico, Control Multivariable,
o
Modelado e Interacci´ n.
o

´
I. I NTRODUCCI ON
Debido a la crisis mundial de energ´a que existe en
ı
la actualidad, ha crecido el inter´ s por lossistemas de
e
generaci´ n el´ ctrica aprovechando la fuerza del viento
o
e
(Nagai et. al., 2009) - (Srinivasa and Murthy, 2009). En la
Uni´ n Europea desde 1990 se ha mantenido un crecimiento
o
anual del 20 %, motivado principalmente por el desarrollo
de generadores el´ ctricos libres de emisiones de carb´ n
e
o
(Boukhezzar et. al., 2007). Para que esta fuente alterna
de energ´a seaviable, es necesario que los generadores
ı
e´ licos contin´ en mejorando. Esto implica que los sistemas
o
u
de control empleados en estos procesos, deben mantener
una generaci´ n eficiente de electricidad bajo condiciones
o
ambientales cambiantes, que consisten en variaciones importantes tanto en la magnitud como en la direcci´ n del
o
viento. Lo anterior no es una tarea f´ cil, ya que setrata de
a
sistemas multivariable con fuertes no linealidades y considerables restricciones (Nagai, 2009) - (Srinivasa, 2009).
Diversas t´ cnicas de control multivariable se han ime
plementado en los generadores e´ licos, entre las cuales
o

est´ n el control Linear Parameter Varying (Ostergaard et.
a
al., 2008), H∞ (Rocha and Martins, 2003), Adaptable
´
(Johnson et. al., 2008), OptimoLQG (Selvam et. al., 2009),
PID descentralizado (Wu et. al., 2002), Predictivo (Yang
et. al., 2007), L´ gica Difusa (Srinivasa, 2009), Redes Neuo
ronales (Muhando et. al., 2008), entre otros.
Pero sin duda cualquiera que sea la t´ cnica de control
e
utilizada, es fundamental contar con un modelo matem´ tico
a
que describa adecuadamente el comportamiento din´ mico
a
del proceso. Es poresto que en este trabajo se ha realizado
un an´ lisis de las caracter´sticas principales de los genea
ı
radores e´ licos, revisando aspectos como la aerodin´ mica,
o
a
las fuerzas en el mecanismo de rotaci´ n y la potencia
o
producida, obteniendo un modelo multivariable no lineal.
Para muchas t´ cnicas de control es necesario contar
e
con un modelo lineal del proceso, por lo tanto...