Solución de Control Robusto para una Turbina

EólicaIng. Fernando Vanegas Alvarez MSc. EIA

Ing. Carlos Zamacona HHIng. Ulf Holmberg PhD. HH

Introducción Descripción del problema Modelo Diseño del controlador Resultados Conclusiones

Contenido

Operación de una turbina eólica de eje horizontal

Eficiencia determinada por un factor Cp(β,λ) que depende de la relación de la velocidad de punta y del ángulo de ataque o pitch.

Introducción

Regiones de Operación

Controles usados

Limitar la potencia generada (región operativa 3), manteniéndola constante.

El controlador debe cumplir ciertas márgenes de robustez

Se deben eliminar perturbaciones debido a ráfagas y comportamiento errático del viento

Sistema no lineal Tolerancia a cambios en la dinámica del

sistema Eliminar la influencia de la realimentación de

ruido

Descripción del problema

Implementación de un control discreto con el fin de cumplir criterios de un control robusto, utilizando la técnica de ubicación interactiva de polos.

Novedad del proyecto

Rotor

Generador y transmisión

Relación entre torque mecánico y de reacción

Torsión en el tren de transmisión

Elasticidad y amortiguamiento en transmisión

Modelo dinámico

Se asume y se obtiene

Potencia generada

Teniendo en cuenta el problema es conveniente expresar las variables como desviaciones del punto de operación

Dinámica del sistema

equivale a la regulación de que se escoge como salida.

Mecanismo para rotar el ángulo pitch

Flexión en la torre

Se introducen variables auxiliares

Dinámica cont.

Combinando las ecuaciones anteriores se obtiene el modelo del sistema

Usando la siguiente notación

Finalmente el modelo

Sistema dinámico

Datos para el modelo lineal

Polinomio característico con polos en para el modo del eje,

para el modo de la torre y para el servomotor

Los ceros en B y C están muy cerca de los polos del modo de la torre por lo tanto este modo es poco afectado por la señal de control

Modelo en tiempo continuo

Ecuación en diferencias

Con valores para los coeficientes

Modelo en tiempo discreto

Modelo discreto

Diagrama en bloques del sistema

Margenes de fase y ganancia

Ubicación de polos

Respuesta con control PI

Funciones de sensibilidad (Salida)

Sensibilidad de entrada

Decae a altas frecuencias para rechazar el ruido

Sensibilidad de entrada

Resultados

Es importante tener en cuenta los requerimientos del sistema tanto como las herramientas disponibles que le permitirán al controlador cumplir su función

Gracias a la simplicidad de la estructura de control escogida, la técnica de ubicación de polos puede ser fácilmente programada en un software

Debido a la no linealidad del sistema una estructura clásica no cumple con la robustez requerida para asegurar la confiabilidad del sistema

Conclusiones

El control propuesto en esta tesis esta en capacidad de eliminar el error en estado estacionario, eliminando perturbaciones que vienen de la naturaleza caótica del viento.

El controlador también elimina la realimentación de dinámicas no modeladas y de ruido de alta frecuencia.

Conclusiones