pmsg model turbine

MODELADO Y ANALISIS DE UNA TURBINA EOLICACON GENERADOR SINCRONO DE IMANES

PERMANENTES Y SU APLICACION EN ESTUDIOSDE ESTABILIDAD Y CALIDAD DE LA ENERGIA

Primer Avance de Tesis

Presenta: Agustn Tobas Gonzalez

Asesor: Dr. Rafael Pena Gallardo

3 de diciembre de 2014

Maestra en Ingeniera Electrica Control Automatico 1/173 de diciembre de 2014 1 / 17

Indice

1 Introduccion

2 Marco teorico

3 Planteamiento del problema y justificacion

4 Objetivos

5 Metodologa y cronograma de actividades

6 Bibliografa


El auge en la generacion de electricidad mediante la utilizacion deaerogeneradores modernos se dio desde principios de los ochentas, debidoa la necesidad de utilizar fuentes alternativas de energa que no utilizarancomo materia prima derivados del petroleo.

Figura 1: Alturas tpicas de aerogeneradores de eje horizontal segun la potenciagenerada [1].


Ventajas y desventajas de la energa eolica [1]

Ventajas

Recurso renovable no contaminante

Costo adecuado

Emisiones de CO2

Desventajas

Aspectos ambientales

Aspectos de suministro y transporte


Estado actual de la energa eolica en Mexico y elmundo

El Consejo Mundial de Energa Eolica [4] con datos actualizados en el ano2013 tiene como estadstica que la capacidad eolica mundial instaladaacumulada incremento cerca de 200,000 MW en los ultimos cinco anos

Figura 2: Capacidad eolica mundial acumulada.


La capacidad eolica mundial anual instalada, es encabezada en Asia por laRepublica Popular China.

Figura 3: Capacidad eolica mundial anual instalada por region 1996-2013


Potencial eolico en Mexico

Capacidad Instalada

en energa elica.

Capacidad total:

40268 MW Capacidad Instalada:

1214.7 MW

Figura 4: Capacidad eolica instalada y potencial eolico en Mexico a 80m.


Clasificacion de aerogeneradores

Existen diferentes clasificaciones para aerogeneradores de acuerdo a suscaractersticas de operacion y construccion, como las siguientes:

Aerogeneradores segun su eje.

Turbinas de eje vertical. Turbinas de eje horizontal.

Aerogeneradores segun su velocidad de operacion

Velocidad fija. Velocidad variable.

Aerogeneradores segun el control de velocidad.

Control por estancamiento (control pasivo). Control de angulo de paso (control activo).


La Figura 5 muestra cuatro configuraciones tpicas de aerogeneradores,incluyendo tambien la utilizacion de diferentes generadores electricos.

Figura 5: Configuraciones tpicas para aerogeneradores [2].


Simulacion en tiempo real.

Cuadro 1: Diferencias entre simulacion convencional y simulacion en tiempo real.

Simulacion convencional Simulacion en tiempo real

La simulacion de sistemas cuya respuesta Respuestas de simulacion en un segundo,requiere mas de un segundo, resulta en minutos se deben procesar exactamente en un segundo.y hasta horas de procesamiento.Son simulaciones basadas completamente en software Simulacion en hardware o software

(Analogica, hbrida o completamente digtal).En la simulacion totalmente digital, todos los calculosnecesarios para determinar el estado del sistema depotencia, son completados en un tiempoexactamente igual al paso de la simulacion.


Simulador Dgital En Tiempo Real (RTDS) [8]

Hardware: Diseno modular en unidades (rack), tarjetas deprocesamiento de ultima generacion, trajetas receptoras de entrada osalida (analogica o digtal).Software: Interfaz grafica RSCAD

Figura 6: Ejemplo de simulacion en el RSCAD.


Condiciones del sistema ante una rafaga de 20 km/hr.

Figura 7: Efecto de una rafaga de viento sobre parametros del sistema.


Tomando como modelo a desarrollar el esquema planteado en la Figura 8,se tiene como objetivo el estudio total del sistema de conversion de energaeolica acoplado a la red electrica.

CA

CD CA

CD

Modelo del

viento

Generador

sncrono de

imanes

permanentes

Controlador del convertidor para

el generador

Control de

ngulo de

paso

P

Controlador del convertidor para

la red

Enlace de CD

RED

Figura 8: Esquema general de control de un aerogenerador con control de angulode paso conectado a la red electrica.


Modelar en espacio de estado los principales componentes electro-mecanicosde una turbina eolica con generador de imanes permanentes.

Implementar dicho modelo en una estacion especializada en simulaciones entiempo real.

Evaluar diferentes convertidores para interconectar el aerogenerador alsistema de potencia.Determinar una estrategia de control para dicho convertidor, optimizando laextraccion de potencia y regulando la velocidad del giro del generador delaerogenerador.

Implementar dicha estrategia de control en un dispositivo digital.

Analizar el impacto en la estabilidad y en la calidad de la energa del sistemapropuesto en tiempo real.


Actividades a realizar

1 Actividad 1: Busqueda bibliografica y revision de estado del arte.

2 Actividad 2: Se desarrollara el modelado matematico en espacio de estados delaerogenerador.

3 Actividad 3: Se trabajara en la implementacion del modelo en el RTDS y seseleccionara el convertidor adecuado para interconectarlo con un sistema depotencia.

4 Actividad 4: Se trabajara en la implementacion de la estrategia de control para elconvertidor.

5 Actividad 5: En esta etapa se generaran los casos de estudio, bajo diferentesescenarios de operacion.

6 Actividad 6: Se realizara la escritura de la tesis, as como de un artculo para serpresentado en un congreso nacional o internacional.

7 Actividad 7: Cursar las materias de catalogo complementarias.

8 Actividad 8: En esta actividad se pretende concluir la redaccion de la tesis degrado as como presentar el examen de grado correspondiente.


Cronograma de actividades

Mes Actividad 1 2 3 4 5 6 7 8AbrilMayoJunioJulioAgostoSeptiembreOctubreNoviembreDiciembreEneroFebreroMarzoAbrilMayoJunioJulioAgosto

Cuadro 2: Trabajo por realizar. Trabajo realizado.Trabajo en proceso.

Fecha de inicio: Abril de 2014. Fecha de culminacion: Agosto de 2015.


Mohd Hasan AliBSc(Eng), PhD, Onshore and Offshore Wind Energy, solutions for Power Quality and Stabilization, first

edition, CRC Press.

Thomas Ackerman , Energynautics GmbH Germany, Wind Power in Power Systems, second edition, Wiley, Germany

2012.

Paul A. LynnBSc(Eng), PhD, Onshore and Offshore Wind Energy, first edition, Wiley, UK 2012.

http://www.gwec.net/global-figures/wind-energy-global-status/, at 01 june 2014.

http://www.promexico.gob.mx/es us/promexico/Renewable Energy/, 01 de junio de 2014.

Manfred Stiebler Wind Energy Systems For Electric Power Generation, Green Energy And Technology, 2008 Edition,

Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

http://www.grupoeolico.com/, Grupo eolico Mexico, Insurgentes 2453, San Angel Ciudad de Mexico, Mexico. 04 de junio de

2014.

RTDS Technologies, Real Time Digital Simulation, Manual de usuario.

Universidad Politecnica de Madrid http://ocw.upm.es/, Open Course Ware, 05 de Junio 2014.

Mario Garca-Sanz, Universidad Publica de Navarra, Eduardo Torres, M TORRES DISENOS INDUSTRIALES

SA, CARRETERA PAMPLONA-HUESCA, KM 9, Aerogenerador sncrono multipolar de velocidad variable y 1.5 MW depotencia: TWT1500.


IntroduccinMarco tericoPlanteamiento del problema y justificacinObjetivosMetodologa y cronograma de actividadesBibliografa

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