2011 Aerogenerador CIINDET2011

CIINDET 2011
IX Congreso Internacional sobre Innovación y Desarrollo Tecnológico,
23 al 25 de noviembre de 2011, Cuernavaca Morelos, México.

Modelo Matemático y Modos de Operación de un
Aerogenerador de Velocidad Variable
M. E. González Elías, F. J. Vázquez Serrano, F. Morilla García y D. M. Díaz Domínguez
Resumen: En este trabajo se hace la descripción de las
principales configuraciones de losSistemas de
Conversión de Energía Eólica, que sirve como base
para analizar los diferentes modos de operación de los
aerogeneradores de velocidad variable. Par tal análisis
se desarrolla el modelo matemático de un
aerogenerador que cuenta con un generador síncrono de
rotor devanado, resultando esto la principal aportación
de este trabajo. El modelo se presenta en su forma no
lineal y también serealiza la linealización, incluyendo
los valores numéricos de sus parámetros. Las
expresiones resultantes permiten realizar el estudio
analítico del aerogenerador en los diferentes modos de
operación para velocidad variable, incluyendo
simulaciones que ilustran gráficamente los resultados.
Además tales modelos resultan útiles para el diseño de
reguladores usando diferentes técnicas de control.Palabras Clave: Aerogenerador, modelo matemático,
modos de operación.
Abstract: In this paper the main configurations of the
Wind Energy Conversion Systems are studied, this
serves as base for to analyze the different operation
modes of the wind turbine of variable speed. For such
analysis a mathematical model of a wind turbine that
counts with a wound rotor synchronous generator is
developed, beingthat the main contribution from this
work. The model is presented in its nonlinear form y
the linearization is realized, including the numerical
values of its parameters. The resulting expressions
allow to make the analytical study of the wind turbine
in the different ways of operation for variable speed,
including simulations that illustrate the results________________________________________________________
Miguel Eduardo González Elías, Universidad Autónoma de
Zacatecas, México, migonzal492@yahoo.com.mx.
Francisco Javier Vázquez Serrano, Depto. Informática y Análisis
Numérico, Universidad de Córdoba, España, fvazquez@uco.es.
Fernando Morilla García, Depto. Informática y Automática, ETSI
Informática, UNED Madrid, España, fmorilla@dia.uned.es.
Diana María Díaz Domínguez, UniversidadAutónoma de Zacatecas,
México, ing_dianadiaz@yahoo.com.mx.
Este trabajo ha sido financiado por el proyecto de Excelencia P10TEP-6056 de la Junta de Andalucía (España).

graphically. In addition such models are useful for the
design to regulators using different control techniques.
Keywords: Wind turbine, mathematical model,
operation modes.

Introducción
En los últimos años ha crecido significativamentela
producción de electricidad por medio de la energía
eólica, tan solo en los Estados Unidos a finales del 2007
se tenían instalados 16,800 MW, alcanzando al final del
2010 un total de 40,180 MW [1]. En España el
crecimiento en el mismo periodo ha sido de 13,900
MW a 19,600 MW, equivalente al 20% de su sistema
eléctrico. Por su parte en México a finales del 2009 sólo
se tenían instalados 250 MW,sin embargo se tiene
proyectado aumentar a 2,500 MW a finales del 2012.
A pesar del gran crecimiento de esta fuente alterna de
energía siguen existiendo muchos retos para la ciencia e
ingeniería en esta área, como mejorar el rendimiento de
los aerogeneradores para reducir el costo de la energía
obtenida del viento, reducir cargas mecánicas y fatigas
estructurales para aumentar su vida útil yconseguir
buena calidad en la potencia producida [2].
Para hacer frente a estos retos se siguen realizando
diferentes diseños aerodinámicos de turbinas, se
estudian los modelos matemáticos tanto de los
aerogeneradores como del viento, se proponen diversas
técnicas de control para mejorar su rendimiento, y se
utilizan convertidores de potencia cada vez más
sofisticados.
En este trabajo se describen...