Blog acerca de MATLAB/Simulink y Energías Renovables — Blog about MATLAB/Simulink and Renewable Energy [Jorge Mírez]

Un generador eólico sigue la curva de potencia que se aprecia en la figura de a continuación:

la cual es característica de cada máquina y es obtenida por los fabricantes en laboratorios con condiciones especiales para su elaboración, la cual está normalizada según la norma IEC-61400.

Los objetivos de los sistemas de control de los Sistemas de Conversión de Energía Eólica (SCEE) en relación con la potencia son básicamente dos. El primero, en la región 2, es maximizar la extracción de energía eólica donde las velocidades del viento son bajas y las cargas estructurales también son relativamente pequeñas. El segundo objetivo, en la región 3, con velocidades de viento altas y con un crecimiento dramático de las cargas estructuras, es limitar dichas cargas pero manteniendo la producción de potencia eléctrica, por lo que es necesario limitar la potencia a un valor nominal. Si se superan las velocidades de viento de la región 3, el sistema hará un paro forzado de la máquina, protegiéndola de cargas aerodinámicas excesivamente altas que puean generar daño a los equipos y a las personas.

La curva del coeficiente de potencia representa el desempeño de la turbina eólica para la extracción de la máxima potencia.

Para cada valor de la relación de velocidad de punta (\lamba) existe un valor máximo de C_{p}. Cuando la velocidad del viento cambio, \lamba varía y para mantener el coeficiente de potencia en su valor óptimo es necesario variar el ángulo de paso \beta, éste es el principio fundamental para el control de la potencia  de los SCEE.

Básicamente, hay dos formas de limitar la potencia de salida cuando la velocidad del viento es la nominal o cuando está por encima de ella.

1. La primera forma, conocida como regulación por pérdida de sustentación (stall regulation), se da aumentando el ángulo de ataque de modo que el flujo de aire se separe del perfil aerodinámico del aspa en el lado de succión. La regulación por stall puede ser pasiva o activa; pasiva, las aspas son fijas y se diseñan para que cuando la velocidad del viento alcance la nominal, el flujo de aire se desprenda de la cara contra el viento; activa, cuando se giran las aspas del rotor de tal forma que aumente el ángulo de ataque.
2. La segunda forma es conocida como regulación por cambio en el ángulo de paso (pitch regulation) que se presenta cuando se giran las aspas de tal forma que el ángulo de ataque disminuya.

Los SCEE, dependiendo de su construcción tienen diferentes lazos de control. Entre los más importantes se encuentran: el control del cambio del ángulo de paso, utilizado para regular la potencia de salida en la velocidad del viento nominal o por encima de ella y para seguir una curva de potencia predefinida en el arranque o parada de la máquina; el control del torque del generador, que sirve para la regulación de la velocidad rotacional de los SCEE de velocidad variable; y el control de orientación (yaw control), el cual permite encontrar la dirección en donde la velocidad del viento es máxima.

Dr. Jorge Luis Mírez Tarrillo
Group of Mathematical Modeling and Numerical Simulation (GMMNS).
Universidad Nacional de Ingeniería. Lima, Perú.
E-mail: jmirez@uni.edu.pe
Website Personal: https://jorgemirez2002.wixsite.com/jorgemirez
Facebook http://www.facebook.com/jorgemirezperu 
Linkedin https://www.linkedin.com/in/jorge-luis-mirez-tarrillo-94918423/
Scopus ID: https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=56488109800
Google Scholar: https://scholar.google.com/citations?user=_dSpp4YAAAAJ
MATLAB Group Admin in Facebook: https://www.facebook.com/groups/Matlab.Simulink.for.All
WhatsApp Channel/Canal: https://whatsapp.com/channel/0029VbCvpZsAYlUSz2esek2y