Modelo electro-mecánico simplificado ampliado de una turbina eólica de velocidad variable para estudios de integración en la red: emulación y validación en un laboratorio de microred
Autores: Ochoa, Danny; Martinez, Sergio; Arévalo, Paul
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Modelo electro-mecánico simplificado ampliado de una turbina eólica de velocidad variable para estudios de integración en la red: emulación y validación en un laboratorio de microred
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Transición energética
Energías renovables
Energía eólica
Turbinas eólicas de velocidad variable
Modelos matemáticos
Convertidor electrónico de potencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
La transición energética hacia energías renovables es crucial para el desarrollo sostenible de una sociedad basada en hidrocarburos. Nivel actual de penetración y crecimiento de la energía eólica en los sistemas eléctricos es evidente y muchos investigadores han presentado nuevos métodos para simular y representar las características eléctricas y mecánicas de los aerogeneradores de velocidad variable. Sin embargo, los modelos matemáticos completos desarrollados e implementados, por ejemplo, en el software MATLAB/Simulink, requieren esfuerzos computacionales significativos que podrían hacer que los estudios de red sean impracticables cuando su escala tiende a aumentar. Para contribuir a abordar este problema, este artículo propone un modelo simplificado extendido para un aerogenerador de velocidad variable que considera el comportamiento dinámico de su sistema mecánico e incluye una representación aproximada del convertidor electrónico de potencia. Este enfoque amplía el alcance de los estudios relacionados con el control de frecuencia de red y la calidad de la potencia (respuesta rápida de frecuencia, control de frecuencia primario y control de voltaje, entre otros), reduciendo considerablemente la carga computacional. Se presentan varias validaciones del modelo simplificado propuesto, incluidas comparaciones con un modelo de aerogenerador basado en generador de inducción doblemente alimentado (tipo fasor) de la biblioteca MATLAB/Simulink y experimentos de laboratorio en condiciones controladas. Los resultados muestran un buen ajuste del modelo simplificado propuesto al modelo de MATLAB/Simulink, con retrasos mínimos alrededor del 3% de la constante de inercia del aerogenerador. Además, con la propuesta, el tiempo computacional se reduce hasta un 80% en comparación con un modelo detallado. Esta reducción de tiempo se logra sin penalizar la precisión numérica y la calidad de la estimación del comportamiento real del aerogenerador de velocidad variable.
Descripción
La transición energética hacia energías renovables es crucial para el desarrollo sostenible de una sociedad basada en hidrocarburos. Nivel actual de penetración y crecimiento de la energía eólica en los sistemas eléctricos es evidente y muchos investigadores han presentado nuevos métodos para simular y representar las características eléctricas y mecánicas de los aerogeneradores de velocidad variable. Sin embargo, los modelos matemáticos completos desarrollados e implementados, por ejemplo, en el software MATLAB/Simulink, requieren esfuerzos computacionales significativos que podrían hacer que los estudios de red sean impracticables cuando su escala tiende a aumentar. Para contribuir a abordar este problema, este artículo propone un modelo simplificado extendido para un aerogenerador de velocidad variable que considera el comportamiento dinámico de su sistema mecánico e incluye una representación aproximada del convertidor electrónico de potencia. Este enfoque amplía el alcance de los estudios relacionados con el control de frecuencia de red y la calidad de la potencia (respuesta rápida de frecuencia, control de frecuencia primario y control de voltaje, entre otros), reduciendo considerablemente la carga computacional. Se presentan varias validaciones del modelo simplificado propuesto, incluidas comparaciones con un modelo de aerogenerador basado en generador de inducción doblemente alimentado (tipo fasor) de la biblioteca MATLAB/Simulink y experimentos de laboratorio en condiciones controladas. Los resultados muestran un buen ajuste del modelo simplificado propuesto al modelo de MATLAB/Simulink, con retrasos mínimos alrededor del 3% de la constante de inercia del aerogenerador. Además, con la propuesta, el tiempo computacional se reduce hasta un 80% en comparación con un modelo detallado. Esta reducción de tiempo se logra sin penalizar la precisión numérica y la calidad de la estimación del comportamiento real del aerogenerador de velocidad variable.