Informe - Escuela de Ingeniería Eléctrica

Universidad de Costa Rica
Facultad de Ingenierı́a
Escuela de Ingenierı́a Eléctrica
Programación del modelo genérico de
generadores eólicos con convertidor
completo
Por:
José Pablo Fernández Porras
Ciudad Universitaria “Rodrigo Facio”, Costa Rica
Julio de 2013
Programación del modelo genérico de
generadores eólicos con convertidor
completo
Por:
José Pablo Fernández Porras
IE-0499 Proyecto eléctrico
Aprobado por el Tribunal:
Dr. Gustavo Valverde Mora
Profesor guı́a
Ing. Mauricio Espinoza Bolaños
Profesor lector
Ing. Juan Carlos Montero Quirós
Profesor lector
Resumen
Este proyecto consistió en la programación, en Fortran, de un modelo genérico
del generador eólico con convertidor completo o conocido como generador tipo
WT4, para ello se analizó el modelo del generador eólico tipo WT3 (doblemente alimentado) y se identificaron las diferencias entre ambos. A partir de esto
se generaron las lı́neas de código donde se definı́an las ecuaciones diferenciales
que describı́an el comportamiento dinámico del generador.
Concluido el código fuente, se incluyó en los archivos del simulador de
sistemas de potencia Ramses, donde se realizaron distintas pruebas, tanto en
condiciones normales como sujeto a perturbaciones, de donde se pudo verificar, entre otras cosas, que el modelo programado efectivamente se comportó
de acuerdo a lo que la teorı́a del modelo describı́a, los resultados obtenidos
mostraron el comportamiento de los distintos modos de operación del generador: control de tensión, control de factor de potencia y control de potencia
reactiva, los cuales cumplieron su función de manera satisfactoria.
Se hizo una comparación de las respuestas del generador tipo WT4 con las
respuestas del generador tipo WT3, donde se concluyó que tienen un comportamiento muy similar, en condiciones normales de operación, a pesar de las
diferencias que los modelos presentan, sin embargo, en condiciones de falla,
el generador con convertidor completo mostró una respuesta más estable en
variables como la velocidad de la turbina y el par mecánico.
Si bien, la cantidad de pruebas que se aplicaron en este proyecto fueron
suficientes para lograr determinar que lo programado efectivamente permitı́a
simular el comportamiento del modelo del generador eólico con convertidor
completo de forma adecuada, se pueden aplicar un mayor número de pruebas
en virtud del potencial que tiene el programa, lo que permita conocer más a
fondo la respuesta del generador.
v
Índice general
Índice de figuras
viii
Índice de cuadros
ix
Nomenclatura
xi
1 Introducción
1.1 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2 Metodologı́a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
2
2
2 Marco Referencial
2.1 Modelo del generador ası́ncrono doblemente alimentado . . . .
2.2 Modelo del generador con convertidor completo . . . . . . . . .
5
5
10
3 Desarrollo
3.1 Programación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 Pruebas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3 Respuesta del generador tipo WT4 ante perturbaciones grandes
3.4 Comparación de respuestas entre el generador WT3 y WT4 . .
13
13
34
46
48
4 Conclusiones y recomendaciones
55
Bibliografı́a
57
vii
Índice de figuras
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
Modelo del generador y del convertidor del WT3
Control de la potencia reactiva . . . . . . . . . .
Control eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Modelo de la turbina . . . . . . . . . . . . . . . .
Modelo dedos masas de la turbina . . . . . . . .
Modelo del generador y del convertidor del WT4
Resistencia de frenado dinámico . . . . . . . . .
Convertidor de corriente lı́mite . . . . . . . . . .
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6
7
7
8
9
10
11
12
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17
3.18
3.19
3.20
3.21
3.22
3.23
3.24
3.25
3.26
Manipulación de los bloques . . . . . . . . . . . .
Control de velocidad . . . . . . . . . . . . . . . .
Bloque 1 consigna de velocidad . . . . . . . . . .
Control de velocidad . . . . . . . . . . . . . . . .
Bloque 1 control de velocidad . . . . . . . . . . .
Bloque 2 control de velocidad . . . . . . . . . . .
Control del ángulo . . . . . . . . . . . . . . . . .
Bloque 1 control del ángulo . . . . . . . . . . . .
Bloque 2 control del ángulo . . . . . . . . . . . .
Bloque 3 control del ángulo . . . . . . . . . . . .
Control de tensión . . . . . . . . . . . . . . . . .
Convertidor de corriente lı́mite . . . . . . . . . .
Modos de operación . . . . . . . . . . . . . . . .
Bloque 1 modos de operación . . . . . . . . . . .
Control de potencia reactiva . . . . . . . . . . . .
Bloque 1 control de potencia reactiva . . . . . . .
Modelo del generador y del convertidor del WT4
Resistencia de frenado dinámico . . . . . . . . .
Sistema de potencia utilizado . . . . . . . . . . .
Velocidad del viento y velocidad de la turbina . .
Tensión en la barra en modos 1, 2 y 3 . . . . . .
Potencia activa en modos 1, 2 y 3 . . . . . . . . .
Potencia reactiva en modos 1, 2 y 3 . . . . . . .
Velocidad del viento y velocidad de la turbina . .
Posición de las aspas . . . . . . . . . . . . . . . .
Potencia activa . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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17
17
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
27
28
29
30
31
34
35
36
37
38
39
40
41
viii
3.27
3.28
3.29
3.30
3.31
3.32
3.33
3.34
3.35
3.36
3.37
3.38
3.39
3.40
3.41
3.42
3.43
3.44
Seguimiento de Vref en modo 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Potencia reactiva y potencia reactiva referencia, modo 1 . . . . . .
Tensión en terminales en modo 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Potencia reactiva en modo 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Seguimiento de Qref en modo 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Tensión en terminales en modo 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Tensión en la barra 1118 ante falla 3φ . . . . . . . . . . . . . . . .
Comportamiento de P, Pdbr y Peq ante falla 3φ . . . . . . . . . .
Velocidad de la turbina ante falla 3φ . . . . . . . . . . . . . . . . .
Tensión en la barra operando en modos 1, 2 y 3 para WT4 y WT3
Potencia activa operando en modos 1, 2 y 3 para WT4 y WT3 . .
Potencia reactiva operando en modos 1, 2 y 3 para WT4 y WT3 .
Seguimiento de V a Vref para WT4 y WT3 . . . . . . . . . . . . .
Potencia activa y reactiva en modo 1 para WT4 y WT3 . . . . . .
Potencia activa y reactiva en modo 2 para WT4 y WT3 . . . . . .
Tensión y potencia reactiva en modo 3 para WT4 y WT3 . . . . .
Comparación de P ante falla para WT4 y WT3 . . . . . . . . . . .
Velocidad de la turbina ante falla para WT4 y WT3 . . . . . . . .
41
42
43
44
44
45
46
47
47
48
49
49
50
51
51
52
53
53
Índice de cuadros
3.1
Comprobación de potencias obtenidas . . . . . . . . . . . . . . . .
ix
36
Nomenclatura
A
Área del rotor (m2 )
Cp
Coeficiente de potencia aerodinámica
DF IG
Generador de inducción doblemente alimentado (siglas en
inglés)
Dtg
Constante de amortiguamiento
Eqcmd
Comando de tensión
EW EA
Asociación Europea de Energı́a Eólica (siglas en inglés)
GW EC
Consejo Global de Energı́a Eólica (siglas en inglés)
H
Constante de inercia (s)
Hg
Constante de inercia del generador (s)
Ht
Constante de inercia del turbina (s)
IEEE
Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (siglas
en inglés)
Ktg
Constante de rigidez
p
Número de polos
P
Potencia eléctrica
Pdbr
Potencia de frenado dinámico
Peq
Potencia equivalente
Pord
Potencia activa ordenada
Q
Potencia reactiva
Qord
Potencia reactiva ordenada
Qref
Potencia reactiva de referencia
Te
Par eléctrico
xi
Tm
Par mecánico
V
Tensión en terminales del generador
Vw
Velocidad del viento (m/s)
WT3
Generadores eólicos tipo doblemente alimentados
WT4
Generadores eólicos tipo convertidor completo
Xeq
Reactancia equivalente del generador
β
Posición angular de las aspas
ρ
Densidad del aire (kg/m3 )
ωb
Frecuencia angular base (rad/s)
xii
1
Introducción
Según estadı́sticas del Consejo Global de Energı́a Eólica (GWEC, siglas en
inglés), la capacidad instalada de energı́a eólica en 2012 terminó cercana a los
300000 MW y anticipa que la capacidad mundial instalada a finales de 2015
haya crecido a unos 450000 MW. Esto prevé un rápido crecimiento de este
tipo de energı́a, el cual se ha visto altamente beneficiado debido a los grandes
avances en la tecnologı́a.
Durante los últimos años, la tendencia ha sido el uso de los generadores
tipo WT3 (doblemente alimentado) y WT4 (con convertidor completo), los
cuales según Tsourakis et al. (2009) poseen turbinas con velocidad variable
por lo que presentan ciertas ventajas como: el estrés mecánico es reducido, las
oscilaciones no son transmitidas a la red y por debajo de la velocidad nominal
del viento, la velocidad del rotor es controlada para lograr una máxima eficiencia aerodinámica. Adicionalmente, estas turbinas de viento de velocidad
variable pueden proporcionar potencia reactiva y una buena regulación de tensión. Debido a esto, el incremento en el mercado de estos tipos de generadores
ha aumentado, según Pourbeik (2007), los generadores eólicos de tipo convertidor completo han tenido una cuota de 15 % en el mercado europeo, y según
datos de la Asociación Europea de Energı́a Eólica (EWEA, siglas en inglés),
los de tipo doblemente alimentados, una cuota en el mercado europeo del 45 %.
La energı́a eólica hace que muchos paı́ses opten, en lugar de la generación
tradicional con plantas nucleares y térmicas, por la generación con este tipo de
energı́a, la cual colabora con las nuevas iniciativas de protección del ambiente
a nivel mundial.
Por estas razones, es de suma importancia tener mejores modelos que permitan realizar simulaciones dinámicas, con el fin de observar las distintas respuestas de estos tipos de generadores y ası́ tener mejores aproximaciones de
los comportamientos de los sistemas de potencia en la vida real.
En este proyecto, se programó en Fortran el modelo del generador eólico
tipo WT4 y se incluyó en los archivos del simulador de sistemas de potencia Ramses. Una vez implementado, se realizaron simulaciones para validar el
modelo del generador en condiciones normales y sujeto a perturbaciones. El
Capı́tulo 1 muestra los objetivos y la metodologı́a utilizada en este proyec1
2
1 Introducción
to, el Capı́tulo 2 presenta los principales conceptos teóricos que sirvieron de
base para la realización del mismo, el Capitulo 3 muestra el desarrollo de la
programación del modelo, junto con las simulaciones dinámicas y comparaciones realizadas al generador tipo WT4 y por último, el Capı́tulo 4 muestra las
conclusiones y recomendaciones obtenidas.
1.1
Objetivos
Objetivo general
Programar un modelo genérico de generador eólico con convertidor completo
en Fortran.
Objetivos especı́ficos
Para el desarrollo de este proyecto se establecieron los siguientes objetivos:
• Describir el principio de funcionamiento del generador eólico con convertidor completo.
• Programar en Fortran e incluir el modelo del generador eólico tipo WT4
(con convertidor completo) en los archivos del simulador Ramses.
• Realizar simulaciones dinámicas con el generador eólico tipo WT4 en un
sistema de potencia representativo.
• Comparar la respuesta dinámica del WT4 con la del WT3 (generador
de inducción doblemente alimentado).
1.2
Metodologı́a
En este caso se tiene una investigación aplicada, o también llamada: investigación práctica o empı́rica. Esta buscó programar un modelo genérico de
generadores eólicos con convertidor completo, la cual tuvo un enfoque cualitativo, debido a que:
• No prueba ninguna teorı́a o hipótesis, sino que a partir del modelo del
generador tipo WT4 realizado por Clark et al. (2009) se generó las lı́neas
de código necesarias para simularlo en software.
• No hace análisis estadı́sticos.
• Se consideró el fenómeno como un todo. En este caso se programó el
modelo existente completo y no solo una parte de este.
1.2. Metodologı́a
3
• Es un estudio a pequeña escala. Se tomó como base el reporte Modeling
of GE Wind Turbine-Generators for Grid Studies de la General Electric
International, Inc.(Clark et al., 2009).
• Se interactúa con el objeto de estudio. Se aplicaron las simulaciones
necesarias y razonables para evaluar lo adecuado del comportamiento
del modelo.
El desarrollo del trabajo incluyó los siguientes pasos y procedimientos,
listados en secuencia:
1. Comprensión del funcionamiento del generador eólico doblemente alimentado.
2. Revisión y análisis de la programación en Fortran del modelo del generador eólico doblemente alimentado.
3. Entendimiento del funcionamiento del generador eólico con convertidor
completo.
4. Programación en Fortran del modelo del generador eólico con convertidor
completo.
5. Inclusión del modelo implementado en los archivos del simulador de potencia Ramses.
6. Pruebas dinámicas con el generador eólico tipo WT4 en un sistema de
potencia representativo.
7. Comparación de la respuesta dinámica de la investigación realizada con
los respuesta del generador tipo WT3.
8. Documentación en un informe final de los resultados obtenidos.
2
Marco Referencial
En este capı́tulo se realizó un recorrido por los principales conceptos teóricos
que sirvieron de base para la realización de este proyecto. Dentro de los temas
a abordar se encuentran: el modelo del generador tipo WT3 y el modelo del
generador tipo WT4.
2.1
Modelo del generador ası́ncrono doblemente
alimentado
El modelo elaborado por Clark et al. (2009), desarrolla el modelo del generador tipo WT3 tomando en cuenta los siguientes supuestos: es para secuencia
positiva, asume que el análisis es principalmente enfocado en cómo las turbinas eólicas reaccionan ante perturbaciones en la red y además, provee el efecto
de la fluctuación de la velocidad del viento en la salida del generador. Este
consta de 3 partes:
• Modelo del generador y del convertidor.
• Modelo del control eléctrico.
• Modelo de la turbina y del control de la turbina.
Modelo del generador y del convertidor
Este modelo muestra la interfaz entre el generador y la red. A diferencia con los
modelos de generadores convencionales, este no contiene variables de estado
mecánicas en el rotor, pues son incluidas en el modelo de la turbina. Además,
para este modelo, todas las dinámicas de flujo han sido eliminadas, para reflejar la rápida respuesta del convertidor ante los comandos provenientes de
los controles eléctricos. El resultado neto es una fuente de corriente controlada que calcula la corriente requerida en la red en respuesta a los comandos
00
de corriente activa y tensión, Ipcmd y Eqcmd , respectivamente. La figura 2.1
muestra lo descrito anteriormente.
Donde V es la tensión en terminales del generador, Pord es la potencia
activa ordenada, Kpll corresponde a una ganancia, ωb es la frecuencia angular
base, Xeq es una reactancia equivalente del generador y Tcon es una constante
de tiempo.
5
6
2 Marco Referencial
00
−1
Xeq
1
1+sTcon
Eqcmd
0
Ipcmd
Pord
xy
0
d
q0
xy
.
θmax
V
V̄
d q0
1
1+sTcon
Kpll
ωb
.
θmin
ix , iy
ωb
s
jXeq
Figura 2.1: Modelo del generador y del convertidor del WT3
Cabe destacar que los filtros son aproximaciones al complejo sistema electrónico de control que este tipo de generador posee, por esta razón las constantes
de tiempo dan pequeños retardos, que son representaciones razonables en el
marco de tiempo de interés.
Modelo del control eléctrico
Este modelo dicta la potencia activa y reactiva que debe ser entregada al
sistema basado en la entradas provenientes del modelo de la turbina y del
controlador de potencia reactiva. Este modelo cuenta con las siguientes funciones: un emulador de control del viento, un regulador del factor de potencia
y controlador eléctrico.
Control de la potencia reactiva
Este se puede ver en la figura 2.2, donde el diagrama superior corresponde al
emulador de control de tensión, el cual compara una tensión especı́fica en la
barra, Vreg , con una tensión de referencia, Vref . Luego, cuenta con un controlador, el cual busca proveer un buen rendimiento de tensión ante fluctuanciones
en el viento o en la red. Los filtros reflejan los retardos de comunicación de
los aerogeneradores y los retardos de medición. Además, Qord es la orden
de potencia reativa, Kpv , Kiv son ganancias, Tr , Tv , Tc , Tpc son constantes de
tiempo, P es la potencia eléctrica y Qref corresponde a la potencia reactiva
de referencia.
En cuanto al diagrama inferior de la figura 2.2, muestra los tres modos
de operación con que cuenta este tipo de generador: control de la tensión en
7
2.1. Modelo del generador ası́ncrono doblemente alimentado
terminales del generador (1), control del factor de potencia (2) o control de
potencia reactiva (3).
Kpv
1+sTv
Vref
1
1+sTr
Vreg
Qmax
+
1
1+sTc
+
-
Qord
Qmin
Kiv
s
tan(φref )
(1)
Qord
1
1+sTpc
P
x (2)
Qref
Qmax
modo
Qcmd
Qmin
(3)
Figura 2.2: Control de la potencia reactiva
Control eléctrico
La figura 2.3 muestra el control eléctrico, donde se supervisa la salida de
potencia reactiva y la tensión en terminales, con el fin de calcular el comando
de tensión requerido. Este comando es comparado con la potencia reactiva
generada por el convertidor, y el error entre ellos es integrado para obtener una
tensión de referencia, Vref . Luego de esto, Vref es comparado con la tensión
actual en terminales, V . La diferencia entre estas tensiones es multiplicada
00
por una ganancia e integrada para calcular el comando de tensión, Eqcmd ,
para determinar la corriente reactiva. El comando de corriente activa, Ipcmd ,
es desarrollado a partir del modelo de la turbina y tensión en terminales.
Vmax
Qcmd
+
KQp +
KQi
s
XIQmax
Vref +
KV i
s
00
Eqcmd
-
Q
Vmin
V
XIQmin
Figura 2.3: Control eléctrico
Donde Q es la potencia reactiva, KQp , KQi , KV i son ganancias.
8
2 Marco Referencial
Modelo de la turbina
El modelo de la turbina provee una representación simplificada del complejo
sistema electromecánico. La función del control de la turbina es extraer tanta
potencia como le sea posible sin exceder los lı́mites de los equipos. Este se
compone a su vez de varios modelos que se describen a continuación.
Modelo del control de la turbina
El control de la turbina, como lo muestra la figura 2.4, se realiza mediante el
control del ángulo de las aspas. Cuando la potencia disponible en el viento está
por encima de la capacidad de los equipos, las aspas se acomodan para limitar
la potencia mecánica entregada al rotor. Mientras la potencia disponible en el
viento sea menor a la máxima permisible, las aspas se colocan de manera tal
que se maximice la potencia mecánica, cuando β = 0o .
.
βmax , βmax
βmax
ωerr
Kpp +
+
Kip
s
1
1+sTpc
β
+
βmin
Pord
+
-
.
βmax
Kpc +
.
βmin , βmin
Kic
s
Pmax
βmin
Pmin
Pref
Figura 2.4: Modelo de la turbina
Donde β es la posición de las aspas en grados. Las constantes Kpp , Kip , Kpc
y Kic , corresponden a ganancias del control del ángulo de la turbina. La velocidad de error, ωerr , se obtiene de la diferencia de la velocidad de la turbina
y una velocidad referencia, ωref , esta última se obtiene de la siguiente forma:
ωref = −0, 75P 2 + 1, 59P + 0, 63.
(2.1)
Esta referencia de velocidad maximiza la potencia extraı́da del viento de
acuerdo a la velocidad de este. Las constantes en (2.1) pueden variar dependiendo del fabricante.
2.1. Modelo del generador ası́ncrono doblemente alimentado
9
Modelo mecánico de la turbina
Para este modelo se utilizó un modelo de dos masas, este se observa en la figura
2.5. Este recibe tanto la potencia mécanica proveniente del modelo de potencia
eólica, como la potencia eléctrica proveniente del modelo del generador y el
convertidor.
+
Tm +
+
1
2Ht s
Dtg
Te
-
-
+
2ωb
ps
Ktg
1
2Hg s
-
Figura 2.5: Modelo dedos masas de la turbina
Donde Ht corresponde a la constante de inercia de la turbina reflejada en
el eje de baja velocidad, Hg es la constante de inercia del generador reflejada
en el eje de alta velocidad, p es el número de polos, Dtg es la constante del eje
de amortiguación y Ktg la constante de rigidez.
La ecuación que describe la potencia mecánica es:
1
Pm = ρAVw3 Cp .
2
(2.2)
Donde A corresponde al área del rotor, ρ es la densidad del aire, Cp es el
coeficiente de potencia aerodinámica y Vw es la velocidad del viento. Donde
Cp se define según Kayikci y Milanovic (2008) como:
Cp (λi , β) = 0, 73(
−18,4
151
− 0, 58β − 0, 002β 2,14 − 13, 2)e λi .
λi
(2.3)
Donde λi y λ se calculan de la siguiente manera:
λi = (
1
−0, 003 −1
− 3
) ,
λ − 0,02β
β +1
λ=
ωt ωbase R
.
( p2 )rVw
(2.4)
(2.5)
10
2 Marco Referencial
2.2
Modelo del generador con convertidor
completo
Según Clark et al. (2009) el modelo del generador tipo WT4 presenta grandes
similitudes al modelo del WT3, por esta razón a continuación se describirán
únicamente las modificaciones hechas por estos mismo autores al generador
doblemente alimentado para representar este otro tipo de generador, pues el
resto permanece igual.
Modelo del generador y del convertidor
Para el caso del modelo del generador y del convertidor del WT4 a diferencia
del WT3, este es representado por un comando de corriente activa y otro de
corriente reactiva, Ipcmd y Iqcmd , respectivamente, tal y como se muestra en
la figura 2.6.
1
1+sTcon
Iqcmd
−1
Ipmx
Ipcmd
Pord
.
θmax
V
xy
V̄
0
d
q0
0
1
1+sTcon
Kpll
ωb
.
θmin
d q0
xy
ix , iy
ωb
s
Figura 2.6: Modelo del generador y del convertidor del WT4
Modelo del control eléctrico
En este modelo se da la inclusión de una resistencia de frenado dinámica y
un convertidor de corriente lı́mite. El objetivo de la resistencia de frenado
dinámico es minimizar la respuesta del generador ante grandes perturbaciones
en el sistema, como es el caso de perı́odos de muy baja tensión. Esto se logra
entregando energı́a a la resistencia de frenado cuando el orden de potencia es
mayor que la potencia entregada a la red. El orden de potencia es comparado
con la potencia eléctrica actual para determinar la potencia que debe ser
absorbida por la resistencia, Pdbr . Esta potencia es integrada para determinar
la energı́a que debe ser absorbida. Mientras este nivel de energı́a no exceda un
11
2.2. Modelo del generador con convertidor completo
umbral, EBST , no ocurre ninguna acción. En el momento que este umbral es
excedido, la señal de error es mayor a cero y la cantidad de potencia absorbida
por la resistencia se ve reducida. Esto asegura que la capacidad de energı́a que
puede disipar la resistencia sea respetada, esto se muestra en la figura 2.7.
P
Pord
- +
1
Pdbr
+ -
0
+
Eerr
Kdbr
0
-
1
s
EBST
Figura 2.7: Resistencia de frenado dinámico
En el caso del convertidor de corriente lı́mite, el cual se muestra en la
figura 2.8, tiene como objetivo prevenir la combinación de la corriente real y
reactiva, esto con el fin de no exceder las capacidades del convertidor. Puede
operar en dos modos distintos, prioridad de potencia activa o de potencia
reactiva, dependiendo de la escogencia del usuario, sin embargo, esto también
depende de las caracterı́sticas de los equipos.
12
2 Marco Referencial
P rioridadP, Q
V
Iqmn
Iqmx
Q
-1
Iqmx
Iqmxv
1,6
qmx
1
Iqhl
V
P
Iqmn
-1
Iqmxv
Minimo
Minimo
Minimo
ImaxT D
IQcmd
q
q
2
2
ImaxT
D − IP cmd
IP cmd
2
2
ImaxT
D − IQcmd
Iphl
Minimo
Minimo
Ipmx
Ipmx
Figura 2.8: Convertidor de corriente lı́mite
Modelo mecánico de la turbina
Para el caso del modelo del WT4 se recomienda utilizar un modelo de masa
simple, el cual según Slootweg et al. (2003) se modela como se muestra a
continuación
dωm
1
=
(Tm − Te ).
(2.6)
dt
2H
Donde ωm es la velocidad del rotor, H corresponde a la constante de inercia
de la masa giratoria y Tm , Te corresponden al par mecánico y al par eléctrico, respectivamente. Además en este modelo se da una variación debido a la
inclusión del bloque de la resistencia de frenado dinámico, pues la velocidad
referencia, ωref , se calcula como:
ωref = −0, 75Peq 2 + 1, 59Peq + 0, 63.
(2.7)
Donde la potencia equivalente corresponde a:
Peq = P + Pdbr
(2.8)
3
Desarrollo
En este capı́tulo se presenta la explicación de los pasos para desarrollar este
proyecto, este está constituido de tres partes: la programación en Fortran del
modelo del generador eólico tipo WT4 , las pruebas dinámicas realizadas en el
simulador Ramses y por último, la comparación de la respuestas del generador
tipo WT4 y WT3.
3.1
Programación
Para la programación del modelo genérico de generadores eólicos tipo WT4,
se programaron varias subrutinas, entre ellas se encuentran:
• Subroutine def eq inj wt4
• Subroutine def obs inj wt4
• Subroutine ini stat inj wt4
• Subroutine eval f inj wt4
• Subroutine upd z inj wt4
• Subroutine eval obs inj wt4
Cabe destacar que las subrutinas, se presentan tal como se observan en el
código fuente, sin embargo, no obedece al orden lógico de ejecución del mismo.
A continuación se presenta una explicación detallada de cada una de ellas.
Subroutine def eq inj wt4
En esta subrutina se definieron el número de parámetros que almacenan la
información de los datos ingresados por el usuario (nbdata), el número de
variables discretas (nbzvar) y el número de estados (nbxvar) presentes en el
código. Además, se definieron otro tipo de parámetros (parname), que son
valores de referencia, los cuales pueden ser cambiados de manera dinámica
posteriormente en el simulador de potencia Ramses. A continuación se presenta el código elaborado a partir de lo descrito anteriormente.
13
14
3 Desarrollo
nbxvar =24
nbzvar =21
nbdata =53
nbaddpar =6
parname (54)= ’ Pini ’
parname (55)= ’ Pref ’
parname (56)= ’ Qref ’
parname (57)= ’ Vref ’
parname (58)= ’ Vw ’
parname (59)= ’ tanphi ’
Subroutine def obs inj wt4
En esta subrutina se definieron todos los observables, es decir, todas las variables de interés que podrán ser vistas de manera gráfica en el simulador de
potencia Ramses. El código ejemplo que se muestra a continuación, presenta
la forma de definir estos observables.
nbobs =14
obsname (1)= ’P ’
.
.
.
obsname (14)= ’ Vw ’
Subroutine ini stat inj wt4
En esta subrutina se inicializaron los estados, sus derivadas y las variables
discretas. Además, se definieron los parámetros utilizados. Estos últimos, se
establecieron a través de la declaración associate de Fortran, la cual establece
una asociación entre cada identificador y, o bien, una variable o el valor de
una expresión, como lo muestra la siguiente fracción de código:
associate ( SNOM = > prm (1) , ... , mode = > prm (53))
Cabe destacar que esta asociación de parámetros se colocó al inicio de cada
una de las subrutinas donde estos fueron utilizados, pues al ser establecidos
dentro las mismas, estos tomaban un carácter local, por lo que se hacı́a necesario colocarlos varias veces en el código.
Para inicializar los estados, primeramente se determinaron los valores iniciales
3.1. Programación
15
de potencia activa, reactiva y tensión (p0, q0, V0) los cuales provienen de la
solución de un flujo de potencia, además, se inicializaron los parámetros tipo
parname.
Posteriormente, se incializaron los estados, tomando en cuenta que corresponden a los valores iniciales de las variables a las cuales estos representan, es
decir, muchos de los estados representan velocidades, potencias (tanto activas
como reactivas), corrientes, pares mecánicos y posiciones angulares, por tanto,
de acuerdo a esto fueron asignados estos valores. Para el caso en que el valor
inicial de un estado es igual a 0, es debido a que, corresponde a una señal
de error, por tanto inicialmente es 0, o bien, corresponde a algún estado que
incialmente no interfiere en el funcionamiento del modelo. A continuación se
muestra el código de la inicialización de estados.
x (3)= wg0
x (4)= p0 / wg0
x (5)= p0
x (6)= beta0
x (7)=0
x (8)= beta0
x (9)= Vref
x (10)=0
x (11)= q0
x (12)= q0
x (13)= p0
x (14)= V0
x (15)= q0 / V0
x (16)= q0 / V0
x (17)= p0 / V0
x (18)= p0 / V0
x (19)=0
x (20)=0
x (21)= datan ( vy / vx )
x (22)= p0 / wg0
x (23)= p0 / wg0
x (24)= wg0
Para incluir el modelo en Ramses, es necesario identificar si las ecuaciones son diferenciales o algebraı́cas. Para los casos en que fueran algebraı́cas,
estas fueron igualadas a cero, mientras que si eran diferenciales, se igualaron
al número de estado al que estaban asociadas. La palabra eqtyp fue utilizada
para la inicialización de las derivadas de los estados, tal y como lo muestra la
16
3 Desarrollo
siguiente fracción de código.
eqtyp (1)=0
eqtyp (2)=0
eqtyp (3)=3
.
.
.
eqtyp (21)=21
eqtyp (22)=0
eqtyp (23)=0
Por último, se determinó en qué caso se encontraba cada variable discreta
y de acuerdo a esto, se asignó un valor, ya sea 0, −1 ó 1, que corresponden
a la operación normal, el lı́mite inferior o el lı́mte superior, respectivamente,
como muestra la siguiente fracción de código.
z (2)=0
z (3)=0
z (4)=0
z (5)=0
.
.
.
z (18)=1
Z (19)= -1
z (20)=0
z (21)=0
Subroutine eval f inj wt4
Para esta subrutina, se determinaron las ecuaciones diferenciales que describen
el comportamiento dinámico del sistema, a partir de los estados ya definidos
anteriormente. Para ello, se manipularon los diagramas de bloques, los cuales
se ampliaron, de manera que se observaran todos los puntos de suma y los lazos
de realimentación, tal y como lo muestra la figura 3.1. De este modo, se dejaron
los bloques integrantes de forma independiente y a su salida se colocaron
los diferentes estados (x(n), donde n corresponde al número de estado), y se
obtuvo, en todos los diagramas, la ecuación que describe la derivada de cada
estado (f(n)).
17
3.1. Programación
G1
+
+
G 1 + G2
G2
+
-
1
1+G1 G2
1
G1
1
G2
Figura 3.1: Manipulación de los bloques
Conociendo esto, se tomó el diagrama que modela la consigna de velocidad
y se le asignó un estado y una selección de casos, pues cuenta con un bloque
integrante y un limitador, esto se observa en la figura 3.2, y se procedió a
realizar lo descrito anteriormente.
ωg
ωmax
Peq
2
y1 = −0,97Peq
+ 1,7Peq + 0,47
y1
1
1+sTw
ωmin
bloque 1
bloque 2
-
x3
+
ωerr
ωref
z1
Figura 3.2: Control de velocidad
Para el bloque 1, correspondiente a la consigna de velocidad, la se describe
por la ecuación y1 , para efectos de la programación, se ingresó al código tal
y como aparece en la figura 3.2. Posterior a esto, se tomó el bloque 2 de la
figura 3.2 y se amplió, por lo que se obtuvo lo que muestra la figura 3.3.
y1
+
.
1
Tw
x3
1
s
x3
-
Figura 3.3: Bloque 1 consigna de velocidad
De donde se obtuvo, de manera muy sencilla, la siguiente ecuación:
18
3 Desarrollo
f (3) =
y1 − x(3)
.
Tw
(3.1)
Para el limitador, se hizo una selección de casos, donde el caso 0 siempre
corresponde la condición normal, el caso −1, el lı́mite inferior y el caso 1, el
lı́mite superior, como se muestra a continuación:
select case ( z (1))
case (0)
wref = x (3)
case ( -1)
wref = wmin
case (1)
wref = wmax
end select
Posteriormente, continuando en la figura 3.2, donde se encuentra un punto
de suma, se pudo obtener la siguiente ecuación:
ωerr = ωg − ωref .
(3.2)
Para el control de velocidad, se asignaron dos estados, x4 y x5 , debido a
que hay dos bloques integrantes. Además, se realizaron cuatro selecciones de
casos, donde se describen los limitadores presentes tanto en el bloque 1 como
en el bloque 2 de la figura 3.4. En el bloque 1, el limitador se aplica a un
bloque que posee un punto de suma, por lo tanto este debe colocarse en el
bloque integrante y en su salida, mientras que, si el limitador es aplicado a un
bloque que corresponde a un lazo de realimentación, como lo es el bloque 2,
este solo debe aplicarse al bloque integrador.
bloque 1
bloque 2
.
ωg
Pmax , P max
Tmax
ωerr
Kptrq +
Kitrq
s
y17
x
y2
1
1+sTpc
Pord
x5
Tmin
x4 , z2 , z17
z3 , z4
.
Pmin , P min
Figura 3.4: Control de velocidad
19
3.1. Programación
Al ampliar el primer bloque de la figura 3.4, tomando en cuenta las cosideraciones de los limitadores descritas con anterioridad, se obtuvo lo que
muestra la figura 3.5.
Kptrq
Tmax
+
y17
Tmax
ωerr
.
Kitrq
x4
x4
1
s
Tmin
+
z17
Tmin
z2
Figura 3.5: Bloque 1 control de velocidad
De donde se determinaron los casos del bloque integrante y la salida del
sistema, z2 y z17 , respectivamente. Se puede observar que el caso z2 , difiere
tanto al caso z1 como al caso z17 , pues el limitador se encuentra en un bloque
integrante, por tanto, en los casos donde se encuentra en un lı́mite, por ejemplo,
en el lı́mite inferior, el estado corresponde a una constante, en este caso:
x(4) = Tmin ,
(3.3)
Igualando (3.3) a cero, se obtiene:
0 = x(4) − Tmin .
(3.4)
Es decir, (3.4) corresponde a la ecuación que describe a f(4), pues ya que al
ser su estado una constante, su derivada es igual a cero, por lo que realmente
se tiene que:
f (4) = x(4) − Tmin .
(3.5)
Por tanto, a partir de esto se pudieron definir los casos como se muestra a
continuación:
20
3 Desarrollo
select case ( z (2))
case (0)
f (4)= werr * Kitrq
case ( -1)
f (4)= x (4) - Pmin
case (1)
f (4)= x (4) - Pmax
end select
select case ( z (17))
case (0)
y17 = x (4)+ werr * Kitrq
case ( -1)
y17 = Pmin
case (1)
y17 = Pmax
end select
Posterior a este bloque, se encuentra un punto de multiplicación, de donde
se puede obtener que:
y2 = y17 · ωg .
(3.6)
Para el caso del segundo bloque de la figura 3.4, se amplió y se obtuvo lo
que muestra la figura 3.6.
.
Pmax
Pmax
z3
P
.
+
x5
1
Tp c
x5
1
s
z4
.
Pmin
Pmin
Figura 3.6: Bloque 2 control de velocidad
De donde se pueden obtener los casos z4 y z3 . Se puede observar que, dentro del caso 0 de z4 , se encuentra una selección de casos, esto debido a que
como se mencionó anteriormente, hay un limitador en la derivada del estado,
21
3.1. Programación
lo que produce que la entrada del bloque integrador tenga lı́mites, este caso
se muestra continuación:
select case ( z (4))
case (0)
select case ( z (3))
case (0)
f (5)=( y2 - x (5))/ Tpc
case ( -1)
f (5)= x (5) - Pdotmin
case (1)
f (5)= x (5) - Pdotmax
end select
case ( -1)
f (5)= x (5) - Pmin
case (1)
f (5)= x (5) - Pmax
end select
Para el caso del control del ángulo, se asignaron tres estados y siete selección de casos, como lo muestra la figura 3.7.
.
βmax , βmax
βmax
bloque 1
ωerr
Kpp +
+
y3
Kip
s
1
1+sTpc
+
x6 , z 5 , z 6
y4
βmin
βmax
+
Kpc +
- Pmax
Pmin
z18
β
z ,z
9
10
.
βmin , βmin
bloque 2
Pord
x8
bloque 3
Kic
s
x7 , z 7 , z 8
βmin
Pref
Figura 3.7: Control del ángulo
Al ampliar el primer bloque de la figura 3.7, se obtiene la figura 3.8.
De esta, se pueden obtener los casos z5 , z6 , lo cuales se obtuvieron de manera similar al primer bloque del control de velocidad, descrito anteriormente.
22
3 Desarrollo
Kpp
βmax
+
y3
βmax
ωerr
z6
.
Kip
x6
x6
1
s
+
βmin
z5
βmin
Figura 3.8: Bloque 1 control del ángulo
Estos casos se muestran en los siguientes recuadros.
select case ( z (5))
case (0)
f (6)= werr * Kip
case ( -1)
f (6)= x (6) - betamin
case (1)
f (6)= x (6) - betamax
end select
select case ( z (6))
case (0)
y3 = x (6)+ werr * Kpp
case ( -1)
y3 = betamin
case (1)
y3 = betamax
end select
En la figura 3.7, se observa que hay un limitador sencillo en la entrada
de Pref , por tanto es necesario considerar una selección de casos, z18 . Esta se
describe a continuación.
23
3.1. Programación
select case ( z (18))
case (0)
Pref = prm (55)
case ( -1)
Pref = Pmin
case (1)
Pref = Pnom * nturb / SNOM
end select
Al ampliar el segundo bloque, el cual corresponde a un bloque de suma
con un limitador, se obtiene la figura 3.9.
Kpc
βmax
+
x(5) − Pref
y4
βmax
z8
.
Kic
x7
1
s
x7
+
βmin
z7
βmin
Figura 3.9: Bloque 2 control del ángulo
De esta, como en casos anteriores, se pudo determinar la ecuación que
describe la derivada del estado, la cual varı́a dependiendo la posición del limitador, por esta razón se tiene la selección de casos z7 . El limitador en la
salida, produjo otra selección de casos, la que se describe en z8 .
select case ( z (7))
case (0)
f (7)=( x (5) - Pref )* Kic
case ( -1)
f (7)= x (7) - betamin
case (1)
f (7)= x (7) - betamax
end select
24
3 Desarrollo
select case ( z (8))
case (0)
y4 = x (7)+( x (5) - Pref )* Kpc
case ( -1)
y4 = betamin
case (1)
y4 = betamax
end select
Al ampliar el bloque 3 se obtiene la figura 3.10.
.
βmax
βmax
z9
+
z10
.
x8
1
Tpc
1
s
x8
.
βmin
βmin
Figura 3.10: Bloque 3 control del ángulo
De donde se puede obtener la siguiente selección de casos:
select case ( z (10))
case (0)
select case ( z (9))
case (0)
f (8)=( y3 + y4 - x (8))/ Tp
case ( -1)
f (8)= betadotmin
case (1)
f (8)= betadotmax
end select
case ( -1)
f (8)= x (8) - betamin
case (1)
f (8)= x (8) - betamax
end select
25
3.1. Programación
Para el diagrama de control de tensión, asignando cuatro estados, correspondientes a los cuatro bloques integrantes y una selección de casos, se obtiene
la figura 3.11.
bloque 1
Vreg
1
1+sTr
Vref
−
+
Kpv
1+sTv
bloque 2
bloque 3
x10
Qmax
y5
+
x9
x11
Kiv
s
1
1+sTc
Qmin
Qord
x12
z11
Figura 3.11: Control de tensión
Realizando el procedimiento que se muestra en la figura 3.1, se ampliaron
los primeros dos bloques correspondientes a lazos de realimentación, junto
con la ecuación del bloque integrante simple y se obtuvieron las siguientes
ecuaciones:
f (9) = (Vreg − x(9))/Tr ,
(3.7)
f (10) = (Verr · Kpv − x(10))/Tv ,
(3.8)
f (11) = Kiv · Verr .
(3.9)
Para el caso del limitador presente después del punto de suma, se procedió
a realizar una selección de casos, de donde se obtuvo el siguiente código:
select case ( z (11))
case (0)
y5 = x (10)+ x (11)
case ( -1)
y5 = Qmin
case (1)
y5 = Qmax
end select
Por último, se amplió el bloque 3 de la figura 3.11 , el cual corresponde a
un lazo de realimentación y se obtuvo que:
f (12) = (y5 − x(12))/Tc ,
(3.10)
26
3 Desarrollo
Para el caso del diagrama de la figura 3.12, se procedió a elaborar un código
que permitiera cumplir sus especificaciones, tomando en cuenta los dos modos
de operación de este.
P rioridadP, Q
pqflag
V
Iqmn
Iqmx
Q
-1
Iqmx
Iqmxv
1,6
qmx
1
Iqhl
V
P
Iqmn
-1
Iqmxv
Minimo
Minimo
Minimo
ImaxT D
IQcmd
q
q
2
2
ImaxT
D − IP cmd
IP cmd
2
2
ImaxT
D − IQcmd
Iphl
Minimo
Ipmx
Minimo
Ipmx
Figura 3.12: Convertidor de corriente lı́mite
De esta forma, se obtiene el siguiente código:
if ( pqflag ==1) then
Ipmx = min ( Iphl , Imaxtd )
Isqp = sqrt ( Imaxtd **2 - x (17)**2)
Iqmx = min ( Iqhm , Isqp )
Iqmn = - Iqmx
elseif ( pqflag ==0) then
Iqmx = min ( Iqhm , Imaxtd )
Iqmn = - Iqmx
Isqq = sqrt ( Imaxtd **2 - x (15)**2)
Ipmx = min ( Iqhm , Isqq )
endif
La figura 3.13, corresponde al control de potencia reactiva considerando la
asignación del estado x13 .
27
3.1. Programación
tan(φref )
(1)
Qord
1
1+sTpc
P
x
x13
Qmax
modo
(2)
Qcmd
Qmin
Qref
(3)
z12
Figura 3.13: Modos de operación
Al ampliar el lazo de realimentación se obtuvo la figura 3.14.
P
.
+
1
Tpc
x13
1
s
x13
-
Figura 3.14: Bloque 1 modos de operación
De esta, se obtuvo que:
f (13) = (P − x(13))/Tpc ,
(3.11)
Ahora, del limitador de la figura 3.13, considerando los modos de operación del generador, se tiene:
28
3 Desarrollo
select case ( z (12))
case (0)
if ( mode ==1) then
Qcmd = Qord
endif
if ( mode ==2) then
Qcmd = prm (59)* x (13)
f (12)=0
endif
if ( mode ==3) then
Qcmd = prm (56)
f (12)=0
endif
case ( -1)
Qcmd = Qmin
case (1)
Qcmd = Qmax
end select
Asignandos los estados y la selección de casos al control de potencia reactiva, se obtuvo el diagrama de la figura 3.15.
Vmax
bloque 1
Qcmd
+
bloque 2
KQp +
KQi
s
y6
+
KV i
s
-
Q
x14 , z13 , z14
Vmin
V
Iqmx
Iqcmd
x15 , z15
Iqmn
Figura 3.15: Control de potencia reactiva
Por tanto, ampliando el primer bloque de la figura 3.15, se obtuvo la figura
3.16, donde se muestra un bloque de suma con limitador, por esta razón, como
se explicó anteriormente, el limitador se aplica al integrador y a la salida.
29
3.1. Programación
KQp
Vmax
+
y6
Vmax
z14
.
KQi
x14
1
s
x14
+
Vmin
z13
Vmin
Figura 3.16: Bloque 1 control de potencia reactiva
A partir de la figura 3.16, se puede observar con mayor claridad el estado
x14 y su derivada, además de los limitadores, por tanto al elaborar el código
que describe la figura de interés, se obtuvo:
select case ( z (13))
case (0)
f (14)=( Qcmd - Q )* KQi
case ( -1)
f (14)= x (14) - Vmin
case (1)
f (14)= x (14) - Vmax
end select
select case ( z (14))
case (0)
y6 = x (14)+( Qcmd - Q )* KQp
case ( -1)
y6 = Vmin
case (1)
y6 = Vmax
end select
Por último, del bloque integrante sencillo de la figura 3.15, se obtuvo la
siguiente selección de casos.
30
3 Desarrollo
select case ( z (15))
case (0)
f (15)=( y6 - V )* KVi
case ( -1)
f (15)= x (15) - Iqmn
case (1)
f (15)= x (15) - Iqmx
end select
El modelo del generador de la figura 3.17, muestra la asignación del estado
x16 y la selección de los casos z16 y z21 .
Iq = x16
1
1+sTcon
Iqcmd
−1
0
id
Ipmx
Ipcmd
Pord
V
xy
V̄
0
d
q0
z16
0
1
1+sTcon
d q0
0
iq
xy
.
θmax
Kpll
ωb
.
θmin
ix , iy
ωb
s
θpll = x21
z21
Figura 3.17: Modelo del generador y del convertidor del WT4
Además, de esta se pudo determinar la siguiente ecuación:
f (16) = x(15) − x(16)/Tcon .
En cuanto a la selección de casos, se elaboró el siguiente código.
(3.12)
31
3.1. Programación
select case ( z (16))
case (0)
f (17)= x (17) - x (5)/ V
case (1)
f (17)= x (17) - Ipmx
end select
select case ( z (21))
case (0)
f (21)= vd * Kpll
case ( -1)
f (21)= wnom * thetadotmin
case (1)
f (21)= wnom * thetadotmax
end select
Además, se pudo obtener la ecuación:
f (18) = x(17) − x(18)/Tcon .
(3.13)
El diagrama de la figura 3.18 muestra la resistencia de frenado dinámico
incluyendo los estados y la selección de casos.
Pord
P
-
+
1
Pdbr
Pdlt
+
z20
-
x19
0
Eerr
Kdbr
+
Yerr
0
z19
-
x20
1
s
EBST
Figura 3.18: Resistencia de frenado dinámico
De esta, se pudieron determinar las siguientes ecuaciones:
Pdlt = x(5) − P,
(3.14)
32
3 Desarrollo
Yerr = x(20) − Ebst .
(3.15)
Además, se determinó la selección de casos z19 y z20 , como muestra el siguiente código:
select case ( z (19))
case (0)
Eerr = Yerr
case ( -1)
Eerr =0
end select
select case ( z (20))
case (0)
f (19)= x (19) - Pdif
case ( -1)
f (19)= x (19) -0
case (1)
f (19)= x (19) -1
end select
Por último, para el caso de la masa mecánica simple se obtuvo el siguiente
código:
f (22)= x (22) - Pm / x (24)
f (23)= x (23) - Peq / x (24)
f (24)=1. d0 /(2. d0 * Ht )*( x (22) - x (23))
Subroutine upd z inj wt4
En esta subrutina se actualizaron los diferentes casos desarrollados en Subroutine ini stat inj wt4. Para ello, se hizo un análisis de los posibles escenarios,
si se estaba en el caso 0 y la variable disminuı́a por debajo del lı́mite inferior,
entonces el caso pasaba a ser −1 y si la variable aumentaba por encima del
lı́mite superior, entonces el caso pasaba a ser 1. Por otro lado, si se estaba en
los casos −1 o 1 y la variable no se superaba ninguno de los lı́mites, entonces
el caso volvı́a a ser 0. A continuación se muestra un ejemplo de lo descrito
anteriormente.
3.1. Programación
33
if ( z (1)==0) then
if ( y1 < wmin ) then
z (1)= -1
elseif ( y1 > wmax ) then
z (1)=1
endif
elseif ( z (1)== -1 . and . y1 > wmin ) then
z (1)=0
elseif ( z (1)==1 . and . y1 < wmax ) then
z (1)=0
endif
Subroutine eval obs inj wt4
En esta subrutina se asignaron los observables a los estados, o bien, a los parámetros a los cuales ellos corresponden, como muestra el código a continuación.
obs (1)=( vx * x (2)+ vy * x (1))* sbase
obs (2)=( vy * x (2) - vx * x (1))* sbase
obs (3)= x (24)
obs (4)= x (22)
.
.
.
obs (13)= prm (57)
obs (14)= prm (58)
34
3.2
3 Desarrollo
Pruebas
En esta sección se realizaron las pruebas necesarias en el simulador de potencia Ramses para comprobar el funcionamiento del modelo del generador
eólico WT4 programado. Para ello, se utilizó el sistema mostrado en la figura
3.19, según Valverde y Van Cutsem (2013), este es un sistema de distribución
radial de 11 kV que cuenta con 75 barras y 22 generadores, además este está
conectado a una red externa a través de un transformador de 33/11 kV con
cambiador de derivación bajo carga. La topologı́a de la red se compone de
ocho alimentadores todos conectados directamente al transformador principal y alimentan 38 cargas estáticas y 15 cargas dinámicas modeladas como
motores de inducción.
1114
Red Externa
G 1112
1106
G
1113
1109
G
1000
1111
1108
1105
1107
1110
1104
1100
1151
1137
G
G
1126
1138
G
1139
1102
1115
1153
1127 1167
1116
1154
1148
1143
1141
G
1135
1131
1118
G
1169
1134
1124
1120
1157
1121
G
1149 1132
1144
1123
G
1119
1156
1142
G
G 1155
1168
1130 G
1122
1117
1128
1129
G
1103
G
1133
1147 G 1140
1101
1152
G
1146
G
1145
G
1158
1170
1125
G 1159
1136
1150
1160
1171
1161
Barras sin carga
G 1162
1172
1163
1173
Barras con carga
G
Generadores
1164
1165
1174
1166
G
1175
Figura 3.19: Sistema de potencia utilizado
35
3.2. Pruebas
Este sistema se encuentra incluido en la biblioteca del simulador Ramses,
un simulador dinámico de sistemas de potencia desarrollado en la Universidad
de Liège (Fabozzi, 2012). Debido a esto, únicamente se procedió a cambiar los
generadores eólicos ya existentes por generadores tipo WT4. En la barra 1129
se colocó un generador en modo 1, en la barra 1119 en modo 2 y en la barra
1118 en modo 3, con lo que se dio inicio a las pruebas. Tomando en cuenta que
el modo 1 corresponde al control de tensión, el modo 2 al control de factor de
potencia y el modo 3 al control de potencia reactiva.
Como primera prueba, se hizo un leve aumento en la velocidad del viento,
cambio que aumentó a su vez el par mecánico, lo que se reflejó en la velocidad
de la turbina, como muestra la figura 3.20, la cual corresponde a la respuesta
del generador operando en modo 1 de la barra 1129, sin embargo, sin importar
el modo de operación en el que se encontraba el generador, la respuesta fue
exactamente la misma, por esta razón el comportamiento de estas variables
en los modos 2 y 3 fue omitida.
1.13
10.1
1.125
Velocidad de la turbina (pu)
Velocidad del viento (m/s)
10
9.9
9.8
9.7
9.6
9.5
1.12
1.115
1.11
1.105
1.1
9.4
1.095
9.3
9.2
0
20
40
60
80
100
Tiempo(s)
120
140
160
180
1.09
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Tiempo(s)
Figura 3.20: Velocidad del viento y velocidad de la turbina
Ante esta variación de la velocidad del viento, la tensión en terminales,
operando bajo los tres modos distintos, se comportó como se observa en la
figura 3.21, donde se puede observar como para el modo 1, aunque se hayan
dado cambios en la velocidad del viento, momentáneamente la tensión aumenta, pero al estar en modo de control de tensión, esta vuelve a su valor inicial,
mientras que para los otros dos modos, la tensión aumenta y permanece en
un nuevo valor, pues su prioridad no es mantener la tensión constante.
36
3 Desarrollo
1.0184
Modo 1
1.0182
Tensión (pu)
1.018
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
1.024
Modo 2
1.022
1.02
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
1.019
Modo 3
1.0185
1.018
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Tiempo(s)
Figura 3.21: Tensión en la barra en modos 1, 2 y 3
Los cambios en la potencia activa, debido al incremento de la velocidad
del viento se muestran en la figura 3.22. En esta se puede observar como
tienen, sin importar el modo de operación, el mismo comportamiento, el cual
está directamente relacionado con la variación realizada, pues al incrementar
la velocidad del viento, se obtiene una mayor generación de potencia activa.
Para corroborar los resultados de potencia obtenidos ante este aumento, se
utilizaron (3.1), (2.4), y (2.5), de donde se obtuvo el cuadro 3.1, lo cual coincide
con las gráficas obtenidas.
Cuadro 3.1: Comprobación de potencias obtenidas
Modo
1
2
3
Vw (m/s)
Potencia (m/s)
inicial
final
inicial
final
9,3592
9,3592
9,3592
9,85923
9,85923
9,85923
1,7281
1,7281
1,7281
1,7693
1,7693
1,7693
37
3.2. Pruebas
1.9
Modo 1
Potencia activa (MW)
1.8
1.7
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
1.9
Modo 2
1.8
1.7
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
1.9
Modo 3
1.8
1.7
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Tiempo(s)
Figura 3.22: Potencia activa en modos 1, 2 y 3
La respuesta de la potencia reactiva, en los distintos modos de operación, se
observa en la figura 3.23. En esta se puede observar como en el modo 3, a pesar
de que se dio un cambio en la tensión terminal, la potencia reactiva permanece
casi constante, esto debido a que se encuentra en el modo de regulación de
potencia reactiva, mientras que en el modo 1, Q disminuyó para contrarrestar
el efecto del aumento en P y ası́ lograr mantener la tensión constante, mientras
que en el modo 2, Q aumentó para lograr mantener el factor de potencia
contante, pues como se vió anteriormente la potencia activa habı́a aumentado.
38
3 Desarrollo
1
Modo 1
Potencia reactiva (MVAR)
0.9
0.8
0.7
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0.9
Modo 2
0.85
0.8
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0.85
0.8
0.75
Modo 3
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Tiempo(s)
Figura 3.23: Potencia reactiva en modos 1, 2 y 3
Por último, de manera general se observó el comportamiento del generador
ante un gran aumento, durante un tiempo de 50 s, en la velocidad del viento,
como muestra la figura 3.24. En esta se observa el aumento en la velocidad de
la turbina como consecuencia del incremento de la velocidad del viento.
39
3.2. Pruebas
17
1.18
1.17
Velocidad de la turbina (pu)
Velocidad del viento (m/s)
16
15
14
13
12
11
10
9
1.16
1.15
1.14
1.13
1.12
1.11
1.1
0
20
40
60
80
100
120
Tiempo(s)
140
160
180
1.09
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Tiempo (s)
Figura 3.24: Velocidad del viento y velocidad de la turbina
La figura 3.25 muestra como el control de la posición de las aspas actúa
para no sobrepasar el lı́mite de velocidad del generador. Cabe destacar que la
respuesta mostrada corresponde al generador operando en modo 3, sin embargo, en los otros dos modos de operación la respuesta de estas variables fue la
misma.
40
3 Desarrollo
18
Posición aspas (grados)
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Tiempo (s)
Figura 3.25: Posición de las aspas
La potencia activa, ante este gran aumento en la velocidad del viento, se
comportó como muestra la figura 3.26. Esta muestra como ante el cambio
aplicado la potencia aumenta pero se limita debido al nuevo posicionamiento
de las aspas.
41
3.2. Pruebas
2.2
2.15
Potencia activa (MW)
2.1
2.05
2
1.95
1.9
1.85
1.8
1.75
1.7
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Tiempo (s)
Figura 3.26: Potencia activa
Posteriormente, se procedió a verificar la operación especı́fica del generador en los distintos modos de operación, ante cambios tanto de Vref , Qref y el
factor de potencia. Para el modo 1, es decir, en control de la tensión terminal,
se realizó un cambio en el valor de tensión de referencia y se observó la respuesta en la barra donde estaba conectado el generador, de donde se obtuvo la
figura 3.27. En ella se puede ver como la tensión terminal efectivamente hace
un seguimiento de la tensión referencia.
1.019
Vref
V
1.018
Tensión (pu)
1.017
1.016
1.015
1.014
1.013
1.012
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Tiempo(s)
Figura 3.27: Seguimiento de Vref en modo 1
Ante este mismo cambio en la referencia de tensión, la potencia reactiva se
42
3 Desarrollo
comportó como muestra la figura 3.28, en ella se puede observar que aunque
la referencia de potencia reactiva no cambia, la potencia reactiva entregada sı́
lo hace, esto debido a que está en modo 1 su objetivo es seguir correctamente
la tensión de referencia, sin importar los otros valores de consigna de las otras
variables.
0.9
Potencia reactiva (MVAR)
0.8
0.7
Qref
0.6
Q
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
−0.1
0
50
100
150
Tiempo(s)
Figura 3.28: Potencia reactiva y potencia reactiva referencia, modo 1
Operando en modo 2, es decir, en control del factor de potencia, se efectuó
un incremento en la referencia de esta variable y se observó el comportamiento
de la tensión, donde se obtuvo la figura 3.29, esta muestra como la tensión
terminal incrementa ante un aumento en el valor deseado de tan(φref ).
43
3.2. Pruebas
1.0216
1.0215
Tensión (pu)
1.0214
1.0213
1.0212
1.0211
1.021
1.0209
1.0208
1.0207
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Tiempo(s)
Figura 3.29: Tensión en terminales en modo 2
La potencia reactiva, en modo 2, ante este cambio en el factor de potencia
deseado, se comportó como muestra la figura 3.30, en ella se puede observar
como se da un aumento en Q para satisfacer la nueva consigna, esto debido a
que la potencia activa no tiene ningún incremento pues no hay ningún cambio
mecánico, por tanto, el nuevo valor del factor de potencia es asumido solamente por Q, el incremento de esta variable produce el aumento en la tensión
comentado anteriormente.
44
3 Desarrollo
Potencia reactiva (MVAR)
1.05
1
0.95
0.9
0.85
0.8
0
50
100
150
Tiempo(s)
Figura 3.30: Potencia reactiva en modo 2
Por último, operando en modo 3, es decir, en control de potencia reactiva,
se realizó un cambio en el valor deseado de Q y se obtuvo la figura 3.31, esta
muestra como se siguió correctamenta el valor de referencia.
Potencia reactiva (MVAR)
1.05
Qref
Q
1
0.95
0.9
0.85
0.8
0
50
100
150
Tiempo(s)
Figura 3.31: Seguimiento de Qref en modo 3
45
3.2. Pruebas
Para el caso de la tensión, se puede observar la figura 3.32, en esta se
observa el comportamiento de la tensión en terminales del generador, y como
era de esperar, la tensión aumentó debido a que la potencia reactiva también
lo hizo.
1.0189
1.0188
Tensión (pu)
1.0187
1.0186
1.0185
1.0184
1.0183
1.0182
1.0181
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Tiempo(s)
Figura 3.32: Tensión en terminales en modo 3
180
46
3.3
3 Desarrollo
Respuesta del generador tipo WT4 ante
perturbaciones grandes
En esta sección se efectuó un corto circuito trifásico de manera momentánea
que provocó una caı́da en la tensión de la barra muy cercana a cero por un
pequeño instante, tal y como se muestra en la figura 3.33.
1.1
1
0.9
Tensión (pu)
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
2
4
6
8
10
Tiempo(s)
Figura 3.33: Tensión en la barra 1118 ante falla 3φ
Ante este tipo de fallas, la resistencia de frenado dinámico debe actuar
con el fin de ayudar a minimizar la respuesta del generador. Por esta razón se
observaron tanto la potencia activa, la potencia de la resistencia de frenado
dinámico y la potencia equivalente, como muestra la figura 3.34. En esta se
puede ver como se mantiene la potencia equivalente constante.
3.3. Respuesta del generador tipo WT4 ante perturbaciones grandes
P (MW)
2
1
0
−1
0
0.5
1
1.5
2
0
0.5
1
1.5
2
0
0.5
1
1.5
2
3
2
1
0
−1
Peq (MW)
Pdbr (MW)
47
3
2
1
Tiempo(s)
Figura 3.34: Comportamiento de P, Pdbr y Peq ante falla 3φ
En esta figura se puede ver como en el momento de la falla, la potencia
activa tiene una caı́da abrupta, sin embargo en ese mismo momento la resistencia de frenado dinámico actúa y se crea un cambio igual pero contrario,
que permite que la potencia equivalente, Peq , permanezca constante. Por esta
razón la velocidad de la turbina permanece casi constante, como muestra la
figura 3.35, pues esta depende de Peq .
1.095
1.094
Velocidad (pu)
1.093
1.092
1.091
1.09
1.089
1.088
1.087
0
50
100
150
Tiempo(s)
Figura 3.35: Velocidad de la turbina ante falla 3φ
48
3 Desarrollo
3.4
Comparación de respuestas entre el generador
WT3 y WT4
En esta sección se procedió a comparar las respuestas obtenidas para el generador tipo WT4 con las respuestas del generador tipo WT3, bajo las mismas
condiciones iniciales de potencia activa, reactiva y tensión (p0, q0, V0). Para
ello, al igual que en la parte anterior se compararon los distintos modos de
operación de los generadores ante cambios en los diferentes valores de referencia. Primero se comparó la respuesta obtenida en la tensión en terminales,
bajo los distintos modos al aumentar la velocidad del viento, de donde se obtuvo la figura 3.36. En ella se puede ver que, ante una variación de este tipo,
la tensión en ambos casos se comporta de manera muy similar, en modo 1, la
tensión a pesar de que sufre un ligero aumento logra volver a su estado inicial,
pues su función en ambos modelos es controlar el nivel de tensión.
1.0225
1.0225
Modo 1 WT4
Modo 2 WT4
Modo 3 WT4
1.0215
1.0215
1.021
1.021
1.0205
1.02
1.0205
1.02
1.0195
1.0195
1.019
1.019
1.0185
1.0185
1.018
0
20
40
60
80
100
Tiempo(s)
120
140
160
180
Modo 1 WT3
Modo 2 WT3
Modo 3 WT3
1.022
Tensión (pu)
Tensión (pu)
1.022
1.018
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Tiempo(s)
Figura 3.36: Tensión en la barra operando en modos 1, 2 y 3 para WT4 y
WT3
Al comparar la potencia activa, ante cambios en el viento, se obtuvo las
respuestas mostradas en la figura 3.37. En esta, se puede observar como al
aumentar la velocidad del viento y por ende la velocidad de la turbina, la
potencia mecánica aumenta, lo que permite una mayor extracción de potencia
activa, sin importar el tipo de generador eólico.
49
3.4. Comparación de respuestas entre el generador WT3 y WT4
1.77
1.77
Modo 1 WT4
Modo 2 WT4
Modo 3 WT4
1.76
1.76
1.755
1.755
1.75
1.745
1.74
1.75
1.745
1.74
1.735
1.735
1.73
1.73
1.725
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Modo 1 WT3
Modo 2 WT3
Modo 3 WT3
1.765
Potencia activa (MW)
Potencia activa (MW)
1.765
180
1.725
0
20
40
60
Tiempo(s)
80
100
120
140
160
180
Tiempo(s)
Figura 3.37: Potencia activa operando en modos 1, 2 y 3 para WT4 y WT3
Ante este mismo cambio, al comparar la potencia reactiva de ambos tipos
de generadores, se obtuvo la figura 3.38. En esta se observa que la respuesta de
ambos generadores, al igual que para el caso anterior, sigue un mismo comportamiento. Para el modo 1 la potencia reactiva disminuyó, para contrarrestar
el aumento de la tensión debido al aumento de la potencia activa, en el caso
2 se aumentó Q para mantener el factor de potencia constante y en la caso 3,
Q se mantuvo constante, pues este está en control de Q.
0.9
0.9
0.88
0.88
Modo 1 WT4
Modo 2 WT4
Modo 3 WT4
0.84
0.82
0.8
0.78
0.76
0.84
0.82
0.8
0.78
0.76
0.74
0.74
0.72
0.72
0.7
0
20
40
60
80
100
Tiempo(s)
120
140
160
Modo 1 WT3
Modo 2 WT3
Modo 3 WT3
0.86
Potencia reactiva (MVAR)
Potencia reactiva (MVAR)
0.86
180
0.7
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Tiempo(s)
Figura 3.38: Potencia reactiva operando en modos 1, 2 y 3 para WT4 y WT3
50
3 Desarrollo
Posteriormente, se compararon los modos especı́ficos de operación de los
generadores WT4 y WT3. En el modo 1, al hacer una cambio en el valor
de deseado de tensión, se obtuvo la figura 3.39, esta muestra como ante un
cambio escalón en la consigna de tensión, la tensión en terminales logra un
correcto seguimiento de la misma, aunque con una respuesta un poco más
lenta, debido a todos los cambios tanto eléctricos como mecánicos para poder
hacer esta acción.
1.019
1.019
V WT3
Vref WT3
1.018
1.018
1.017
1.017
Tensión (pu)
Tensión (pu)
V WT4
Vref WT4
1.016
1.015
1.016
1.015
1.014
1.014
1.013
1.013
1.012
0
20
40
60
80
100
Tiempo(s)
120
140
160
180
1.012
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Tiempo(s)
Figura 3.39: Seguimiento de V a Vref para WT4 y WT3
Al comparar, en modo 1, la potencia activa y reactiva, tanto del generador
tipo WT4 y WT3 ante un cambio en la tensión de referencia, se obtuvo lo que
muestra la figura 3.40, en ella se puede ver que al bajar el nivel de tensión
en la barra, se ve reducida la potencia reactiva para seguir la consigna de
tensión mientras que la potencia activa muestra un pequeño transitorio pero
finalmente regresa a su condición inicial.
51
3.4. Comparación de respuestas entre el generador WT3 y WT4
1.7296
P WT4
Potencia activa (MW)
Potencia activa (MW)
1.7296
1.7295
1.7294
1.7293
1.7292
1.7291
1.729
0
20
40
60
80
100
120
140
160
P WT3
1.7295
1.7294
1.7293
1.7292
1.7291
1.729
180
0
20
40
60
Tiempo(s)
Q WT4
Potencia reactiva (MVAR)
Potencia reactiva (MVAR)
100
120
140
160
180
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
−0.2
80
Tiempo(s)
1.2
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Q WT3
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
−0.2
180
0
20
40
60
Tiempo(s)
80
100
120
140
160
180
Tiempo(s)
Figura 3.40: Potencia activa y reactiva en modo 1 para WT4 y WT3
En modo 2, es decir, en control del factor de potencia, tanto en el generador
tipo WT4 como en el WT3 se obtuvo la respuesta de P y Q que muestra la
figura 3.41. En este modo lo que se aplicó fue un aumento en tan(φref ), por
esta razón la potencia activa permaneció casi constante y la potencia reactiva
aumentó para lograr el seguimiento del nuevo valor.
1.7301
P WT4
Potencia activa (MW)
Potencia activa (MW)
1.7299
1.7299
1.7299
1.7299
1.7299
1.7298
1.7298
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
P WT3
1.7301
1.73
1.73
1.7299
1.7299
1.7298
1.7298
1.7297
0
20
40
60
Tiempo(s)
Q WT4
Potencia reactiva (MVAR)
Potencia reactiva (MVAR)
100
120
140
160
180
1.05
1
0.95
0.9
0.85
0.8
80
Tiempo(s)
1.05
0
20
40
60
80
100
Tiempo(s)
120
140
160
180
Q WT3
1
0.95
0.9
0.85
0.8
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Tiempo(s)
Figura 3.41: Potencia activa y reactiva en modo 2 para WT4 y WT3
En modo 3, al hacer un cambio el valor deseado de potencia reactiva, se
observó tanto la tensión en terminales como la potencia reactiva, para ambos
generadores y se obtuvo la figura 3.42. En esta podemos observar como no
sólo, en ambos casos, hay un correcto seguimiento de la consigna del valor
52
3 Desarrollo
de potencia reactiva, sino que también el nivel de tensión está directamente
ligado a Q, pues al aumentar esta variable la tensión también lo hace.
1.0189
1.0189
V WT4
1.0186
1.0185
1.0184
1.0183
1.0187
1.0186
1.0185
1.0184
1.0183
1.0182
1.0181
V WT3
1.0188
1.0187
Tensión (pu)
Tensión (pu)
1.0188
1.0182
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
1.0181
0
20
40
60
Tiempo(s)
100
120
140
160
180
1.05
Potencia reactiva (MVAR)
Potencia reactiva (MVAR)
1.05
1
0.95
Q WT4
Qref WT4
0.9
0.85
0.8
80
Tiempo(s)
0
20
40
60
80
100
Tiempo(s)
120
140
160
180
1
0.95
Q WT3
Qref WT3
0.9
0.85
0.8
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Tiempo(s)
Figura 3.42: Tensión y potencia reactiva en modo 3 para WT4 y WT3
Por último, se comparó la respuesta del generador tipo WT4 y WT3 ante
un corto circuito trifásico, con el fin de encontrar alguna diferencia entre los
generadores. Al observar el comportamiento de la potencia activa, en ambos
generadores se obtuvo lo que muestra la figura 3.43. En esta se puede observar
como la respuesta del generador tipo WT3 presenta más oscilaciones que la
respuesta del generador tipo WT4.
53
3.4. Comparación de respuestas entre el generador WT3 y WT4
2
4.5
P WT4
P WT3
4
1.5
Potencia activa (MW)
Potencia activa (MW)
3.5
1
0.5
3
2.5
2
1.5
0
1
−0.5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0.5
10
0
1
2
3
Tiempo(s)
4
5
6
7
8
9
10
Tiempo(s)
Figura 3.43: Comparación de P ante falla para WT4 y WT3
Posteriormente, al observar la velocidad de la turbina, para el WT4 esta se
mantuvo su valor inicial, pero por otro lado, en el WT3, la velocidad sufrió un
transitorio y no logró recuperar la velocidad que tenı́a inicialmente, tal y como
lo muestra la figura 3.44, esto debido a las contribuciones de la resistencia de
frenado dinámico con que cuenta el generador con convertidor completo.
1.093
1.093
wt WT3
1.092
1.092
1.091
1.091
Velocidad turbina (pu)
Velocidad turbina (pu)
wt WT4
1.09
1.089
1.088
1.087
1.09
1.089
1.088
1.087
1.086
1.086
1.085
1.085
1.084
0
5
10
15
20
Tiempo(s)
25
30
35
40
1.084
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Tiempo(s)
Figura 3.44: Velocidad de la turbina ante falla para WT4 y WT3
4
Conclusiones y recomendaciones
En este capı́tulo se muestran las principales conclusiones y recomendaciones
obtenidas después de la realización de este trabajo.
Conclusiones
1. A partir de los resultados obtenidos en las pruebas realizadas se puede
concluir que el modelo programado, en Fortran, logró simular el comportamiento del modelo del generador eólico con convertidor completo.
2. La interacción que admite el código fuente permite simulaciones dinámicas dado que en un tiempo establecido el usuario puede variar los
parámetros para ası́ observar los diferentes comportamientos del generador producto de estos cambios, lo que hace muy versátil el modelo y
utilizable en diferentes contextos.
3. El poder comparar la respuesta dinámica del generador tipo WT4 con la
del tipo WT3, permite brindar soluciones efectivas ante eventos que se
puedan presentar en los sistemas de potencias, que tengan que ver con los
distintos modos de operación de estos tipos de generadores. Lo anterior
producto de la capacidad que tiene el programa de observar el comportamiento del generador ante un cambio en alguno de los parámetros del
mismo.
4. En condiciones de falla, el generador con convertidor completo posee
una respuesta con menos oscilaciones en variables como la velocidad
de la turbina y el par mecánico, en comparación con las respuestas del
generador tipo WT3.
5. Se concluyó que el generador eólico con convertidor completo y el generador eólico doblemente alimentado, en condiciones normales de operación,
tienen un comportamiento muy similar a pesar de las diferencias que los
modelos presentan.
6. La descripción del principio de funcionamiento del modelo del generador
eólico con convertidor completo que se realizó en este trabajo, permitió
identificar los elementos base que deberı́an contemplarse en el código
fuente para lograr implementar de manera exitosa la programación del
modelo del generador tipo WT4.
55
56
4 Conclusiones y recomendaciones
Recomendaciones
1. Considerar otros entornos para las simulaciones. Las simulaciones del
presente trabajo se realizaron para un sistema de potencial radial, considerando que el sistema eléctrico nacional tiene una configuración diferente (en anillo), se recomienda realizar las simulaciones en este contexto,
de forma que se logren aprovechar estas herramientas para fortalecer los
controles y lograr tomas de decisiones más efectivas y menos riesgosas.
2. Ampliar el número de pruebas. Si bien la cantidad de pruebas que se
aplicaron fueron suficientes para lograr determinar que lo programado
efectivamente permitı́a simular el comportamiento del modelo del generador eólico con convertidor completo de forma adecuada, el potencial
que tiene el programa para simular no fue totalmente explorado, por
lo que se recomienda continuar con el proceso de aplicación de pruebas
considerando un margen más amplio de valores que permitan conocer
más a fondo la respuesta del generador.
3. Aprovechar el modelo con fines didácticos. Se recomienda utilizar este
programa de simulación en los laboratorios de las universidades donde
se imparten cursos tales como de Sistemas de potencia o Máquinas, de
forma que el estudiante pueda ejecutar simulaciones donde observe de
una manera práctica la materia impartida teóricamente y se refuerce el
conocimiento adquirido.
4. Realizar estudios de estabilidad de sistemas de potencia, utilizando el
modelo desarrollado. Para efectos de estabilidad transitoria, de pequeña
señal, frecuencia y tensión.
Bibliografı́a
Clark, K., Miller, N., y Sanchez, J. (2009). Modeling of ge wind tubinegenerators for grid studies. Reporte técnico, General Electric International,
Inc.
Fabozzi, D. (2012). Decomposition, localization and time-averaging approaches in large-scale power system dynamic simulation. Ph.D. dissertation,
University of Liège.
Kayikci, M. y Milanovic, J. (2008). Assessing transient response of dfig-based
wind plants-the influence of model simplifications and parameters. IEEE
Transactions on Power Systems, 23:545–554.
Pourbeik, P. (2007). Modeling and dynamic behavior of wind generation as it
relates to power system control and dynamic performance. Reporte técnico,
CIGRE.
Slootweg, J., de Haan, W., Polinder, H., y Kling, W. (2003). General model
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simulations. IEEE Transactions on Power Systems, 18.
Tsourakis, G., Nomikos, B., y Vournas, C. (2009). Effect of wind parks with
doubly fed asynchronous generators on small-signal stability. ELSEVIER,
páginas 190–200.
Valverde, G. y Van Cutsem, T. (2013). Model predictive control of voltages
in active distribution network. IEEE Transactions on Power Systems.
57