Stand-alone wind energy conversion system with maximum power transfer control

Sistema aislado de conversión eólica con control de máxima transferencia de potencia

Un sistema de generación eólica para una aplicación aislada es presentado en este artículo. Una topología de convertidoreselectrónicos de potencia elevador y reductor conectados en cascada es propuesta para controlar la producción eólica entodo el rango de velocidades del viento. Para el rango de vientos suaves, la estrategia de control permite seguir el máximocoeficiente de potencia de turbina eólica mediante el ajuste de la velocidad de rotación del generador. En el rango de vientosfuertes, la regulación de la potencia del sistema se hace igualmente por control de la velocidad de giro del generador. Laacción de control es realizada mediante el convertidor DC/DC de potencia el cual modifica su tensión de entrada, cambiandoasí la tensión en los terminales de la máquina y por consecuencia variando la velocidad de rotación del generador. El sistemapropuesto es validado mediante simulación por computador. Los resultados muestran que el sistema de control propuestoactúa de buena manera para su aplicación en sistemas autónomos de generación eólica.

INTRODUCCIÓN

Los lugares aislados o en los que la red no está disponible son una de las principales aplicaciones comerciales de los aerogeneradores autónomos [1-3]. Los sistemas autónomos de energía eólica de velocidad variable se han estudiado en las últimas décadas y han demostrado una alta eficiencia y un buen rendimiento frente a los sistemas de velocidad constante o no controlados, incluso en el rango de baja potencia [1-6].

Para los aerogeneradores (WT) de menos de 50 kW, especialmente en el rango de potencia más bajo, se elige mayoritariamente el generador síncrono de imanes permanentes (PMSG) por su bajo coste, sus reducidas pérdidas de potencia, su construcción sencilla y sus características de no magnetización externa [7].

La mayoría de los convertidores electrónicos de potencia, desde los pequeños choppers DC/DC hasta los grandes convertidores trifásicos AC/AC, se utilizan para obtener una transferencia de potencia eficiente desde el rotor del WT al sistema eléctrico. El nivel de potencia del sistema define el convertidor electrónico de potencia adecuado: choppers para cargadores de baterías y aplicaciones de CC de baja potencia [3-4,6] e inversores de fuente de tensión o corriente para la conexión a sistemas de alimentación de CA [8-9].

Los accionamientos de máquinas eléctricas son el complemento óptimo para las estrategias clásicas de control de aerogeneradores aerodinámicos. El funcionamiento a velocidad variable de la máquina eléctrica (en conexión indirecta a la red o en aplicaciones aisladas) ha demostrado ser ventajoso por varias razones.