modelo aerogenerador

8/19/2019 Modelo Aerogenerador

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Modelamiento del aerogenerador

1.1 Modelos dinamicos equivalentes

El comportamiento de un parque eólico puede simularse con todos sus

aerogeneradores y líneas internas, sin embargo, la representación de todos

los aerogeneradores de un sistema eléctrico incrementa considerablemente el

tamaño del modelo, la complejidad del sistema de ecuaciones que lo

describen y por lo tanto prolongados tiempos de cálculo de número excesivo

de ecuaciones.

El modelo en detalle puede ser adecuado para estudiar el comportamiento de

un parque eólico especí ico, pero resulta inaceptable si queremos representar

un sistema eléctrico con varios parques.

En consecuencia, para representar el comportamiento de uno o varios

parques eólicos rente al sistema eléctrico de potencia en estudios de

estabilidad transitoria, es necesario desarrollar modelos dinámico

equivalentes de los parques! de este modo, se reduce la complejidad del

sistema, reduciendo el orden del modelo y, por tanto, el tiempo de simulación,

sin perder in ormación sobre la respuesta conjunta de los aerogeneradores

que orman el parque.

El modelo dinámico equivalente del parque eólico que se utili"ará inicialmente

es el modelo genérico simpli icado elaborado propuesto en #Erlic$, %&'%( y

que se muestra a continuación.

1.2 Modelo genérico equivalente

En la )igura *.' se muestra el esquema básico de un generador +) -

que consta un sistema mecánico de engranajes que acopla las palas con

el generador asincrónico, el estator está conectado directamente a la red

mientras que el rotor está conectado mediante un convertidor electrónico de

potencia bac /to/bac que consta de dos dispositivos electrónicos

independientes separados por una barra que mantiene un nivel de tensión

continua constante.

'


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El convertidor 0ac /to/0ac está constituido por dos inversores/recti icadores

tri ásicos conectados a través de un enlace de +1 capacitivo, el convertidor

del lado de la máquina #231, por sus siglas en inglés( y el convertidor del

lado de la red #431, por sus siglas en inglés(. Esta con iguración $ace que el

convertidor 0ac /to/0ac sea pre erido por su bajo costo, ya que maneja una

cantidad parcial de la potencia generada #potencia bidireccional presente en

el rotor(, además de que permite el control por separado de los convertidores.

4a tarea del control principal es ejecutada por el 231 a través del rotor,

mientras que el 431 controla el lujo de potencia a través del enlace +1 y así

mantiene regulado el voltaje del enlace +1. Es pre erible usar el 231 para el

control de la potencia reactiva y voltaje, sin embargo el 431 también puedeayudar cuando la limitación de corriente en el voltaje de control del enlace +1

lo permite.

)igura *.' 5artes principales de la 6urbina eólica tipo +) -

%


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Red

+-

-

+

Li mi t a d

or d

e m

a gni t u

d Prioridad

-

)igura *.% Equivalente dinámico genérico del parque eólico

*


4/9

-

4as potencias activa Pe y Q e reactiva están dados por la ecuación

P e= V T I T cos (φ− α ) #*.'(

Q e= V T I T sen (φ− α ) #*.%(

)igura *.* Equivalente dinámico genérico del parque eólico

4as entradas al bloque limitador de corriente son

I PRef '

= PTref V T #*.*(

I Q Ref ' = K VC (V TRef − V T )+

QTref V TRef

#*.7(

Limitador de corriente

4as corrientes activas y reactivas de re erencias i Pref , iQref se deben

limitar antes de pasar la re erencia al controlador de corriente. En operación

normal √ I Pref 2 '

+ I Qref 2 '

< I max , pero durante una perturbación puede sobrepasar

la corriente máxima admitida por la turbina eólica imax .

7


5/9

Li mi t a d

or d e m

a gni t u

d Prioridad

)igura '8 0loque 4imitador de magnitud

4os ajustes de prioridad del limitador de las corrientes de re erencia

generalmente se determinan en base al nivel de voltaje en terminales. En el

caso que el voltaje en terminales se encuentra en niveles aceptables se

priori"a la corriente activa.

I Pref = min (imax , I Pref ' ) #*.9(

I Qref = √ ( I max )2 − ( I Pref ' )2

#*.:(

3in embargo, luego de una alla para voltajes en terminales in eriores a ;&< o

=&< del voltaje nominal, el suministro de corriente activa es menos importante

por lo que se puede reducir la corriente activa a avor de la corriente reactiva

para elevar la tensión.

I Qref = min (imax , I Qref ' ) #*.>(

I Pref = √ ( I max)2 − ( I Qref ' )2

#*.;(

9


6/9

+-

+-

Este bloque se utili"a para cuanti icar la di erencia entre las corrientes de

entrada # i P , iQ ( con las corrientes de re erencia # i Pref , iQref (

I PA' = i Pref −

pvT

#*.=(

I QA' = p

vT − i

Qref #*.'&(

I PA= K 1(i Pref − pvT )(1 + 1sT 1 ) #*.''( I QA= K 1( qvT − iQref )(1 + 1sT 1 ) #*.'%(

+e las ecuaciones #*.''( y #*.'%( se tiene8

I PA= K 1(i Pref − pvT )+ K 1T 1 ∫0t

(i Pref − pvT )dt #*.'*( I QA= K 1( qvT − iQref )+ K 1T 1 ∫0

t

( qvT − iQref )dt #*.'7(3iendo K 1 y T 1 las constantes de ganancia del controlador y constante

de tiempo del generador respectivamente representados por el bloque de

control.

Marco de referencia 8

:


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Coordenadas del voltaje en terminalesCoordenadas de la red

En la )igura *.7 se muestra el bloque de des ase que reali"a el cambio del

marco de re erencia de las coordenadas del voltaje en terminales a las

coordenadas sincrónica de la red.

)igura *.7 1ambio del marco de re erencia

+e acuerdo el bloque de des ase del modelo el cambio de re erencia se

puede calcular como8

I PAS+ j · I QAS= ( I PA+ j · I QA )e jφV #*.'9(

?esolviendo la ecuación #*.'9( se tiene8

I PAS= I PA cos (φ V )− I QA sen (φV ) #*.':( I QAS= I QA sen (φV )+ I QA cos (φV ) #*.'>(

El modelo del +)- opera en el sistema de coordenadas de la red lo cual es

necesario para representar los cambios de la amplitud y ángulo de ase del

voltaje.

El ángulo φv representa la posición del voltaje terminal respecto a las

coordenadas sincrónica de la red y generalmente se obtiene mediante un

>


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oscilador enclavado por ase llamado 544 #p$ase@loc ed/loop(. El +)-

permanece en coordenadas de la red debido a la conexión directa a la red.

4os bloques de control que proporcionan los componentes V d y V q en la

re erencia externa están ilustrados en la )igura *.9 .

)igura *.9 Equivalente del aerogenerador

+el diagrama de bloques se tiene8

V d= I PAS( 11 + s T V ) #*.';(V q= I QAS( 11 +sT V ) #*.'=(

+onde T V es la constante de tiempo de los controladores del

aerogenerador

?esolviendo la ecuación #*.';( y #*.'=( se tiene8

V́ d= 1T V ( I PAS− V d) #*.%&(

V́ q= 1

T V ( I QAS− V q) #*.%'(

En régimen permanente el equivalente del generador se puede representar

por la estructura de la )igura *.:

;


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Red

)igura *.: Equivalente del aerogenerador

4as ecuaciones de salida a la barra terminal son

Pe=r (V Td V d+V Tq V q− V T 2 )+ x(V Td V q− V Tq V d)

r + x2

#*.%%(

Q e= x(V Td V d +V Tq V q− V T 2

)− r (V Td V q− V Tq V d )r + x2 #*.%*(

3iendo Pe y Q e las potencias activas y reactivas en la re erencia externa

del modelo.

=

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