Banco de pruebas experimental para esquemas de control por cambio del ángulo de paso en aerogeneradores

Experimental testing bench for variable pitch wind turbines control strategies

El crecimiento a nivel mundial de la demanda energética exige el diseño y construcción de sistemas degeneración cada vez más eficientes. En esta labor los esquemas de control juegan un papel preponderantey contar con un sistema que permita evaluar de forma experimental su desempeño se vuelve clave. En elcaso de la energía eólica uno de los medios de control es la variación del ángulo de ataque de las palas delos aerogeneradores. En este trabajo, se presentan los resultados del diseño y construcción de un bancode pruebas para llevar a cabo la evaluación experimental de esquemas de control por cambio del ánguloen aerogeneradores de baja potencia. Mediante pruebas en un túnel de viento se caracterizó la operacióndel rotor y el de cambio del ángulo de paso. La velocidad del viento para que el rotor comience a operarfue de 3,5 m/s. Se implementaron y probaron dos controladores, uno PI y uno difuso.

INTRODUCCIÓN

En los últimos años el sector eólico se ha desarrollado de forma acelerada, abriendo con ello nuevas líneas de investigación o creando nuevos paradigmas. Lo anterior conlleva dos propósitos principales: el primero, aumentar la energía producida y mejorar la calidad de la señal generada; el segundo, es incrementar la eficiencia y alargar la vida útil de las máquinas y equipos utilizados.

Actualmente, el principal sistema empleado para llevar a cabo el aprovechamiento de la energía cinética del viento son los aerogeneradores. Estos se pueden clasificar en dos grupos primordiales: los de eje vertical (VAWT) y los de eje horizontal (HAWT). Siendo los segundos, en su configuración de tres palas, los mayormente empleados en el proceso de generación de energía eléctrica. Las principales topologías de aerogeneradores de eje horizontal son dos y se definen por el tipo de generador eléctrico que emplean. Por un lado, están los que integran generadores síncronos tipo multipolo y por otro los que emplean generadores de inducción doblemente alimentados con multiplicadora de velocidad. Dentro de ambas topologías, se pueden encontrar elementos esenciales (Figura 1) agrupados en subsistemas mecánico, eléctrico, control, monitoreo, y estructural.

Los esquemas de control para los diferentes subsistemas son fundamentales en el incremento de la eficiencia en aerogeneradores. En el sector eólico industrial un aerogenerador presenta tres etapas de control de acuerdo con su curva de potencia 1. La primera, referente a la respuesta transitoria hasta alcanzar la velocidad nominal. La segunda mantiene el aerogenerador dentro de la velocidad nominal y la tercera se presenta cuando la velocidad del viento es superior a la velocidad de corte y debe de interrumpirse la operación del aerogenerador.