Control inercial y primario de frecuencia mediante aerogeneradores de tecnología basado en el generador de inducción doblemente alimentado (DFIG)

Abstract

El cambio climático que se vive en las últimas décadas se ha convertido en el principal motivo para integrar más fuentes de energía renovables conectadas a la red eléctrica. Sin embargo, la penetración de grandes niveles de energía eólica conlleva problemas técnicos, los cuales afectan la estabilidad de la frecuencia de la red eléctrica. Una central eólica basada en la tecnología del generador de inducción doblemente alimentado (DFIG) naturalmente no proporciona respuesta de frecuencia debido al desacoplamiento que existe entre el rotor y la red mediante el convertidor de potencia AC/DC/AC. El presente trabajo de tesis revisa y analiza el rendimiento de las estructuras de control auxiliares de frecuencia primaria para permitir que los aerogeneradores de velocidad variable puedan emular la inercia y admitan el control de frecuencia primaria. La energía requerida se obtiene a partir de la energía cinética almacenada en la masa rotativa de la turbina eólica. La presente tesis ha sido dividida en nueve capítulos. El primer capítulo se refiere a la definición de la problemática que se aborda, los objetivos y el alcance; el segundo, abarca los fundamentos y la tecnología de la energía eólica donde se sustenta el principio de funcionamiento, sus componentes y el modo de operación. El tercer capítulo revisa los conceptos de la estabilidad de frecuencia en un sistema eléctrico de potencia y nos muestra el control de frecuencia primaria y secundaria que realizan los generadores síncronos convencionales ante desviaciones de frecuencia. El cuarto capítulo aborda los controladores para el soporte de frecuencia primaria en la generación eólica, donde se define la estructura de los lazos de control auxiliares que serán adicionados al aerogenerador DFIG. En el quinto capítulo abarca el desarrollo del modelo dinámico del sistema de conversión de energía eólica (WECS) mediante el software Matlab/Simulink. El sexto capítulo muestra los modelos dinámicos para los gobernadores de velocidad de las turbinas para estudios de sistemas de potencia, donde se presentan los modelos de centrales eléctricas convencionales de diferentes tecnologías tales como central hidroeléctrica, central termoeléctrica de ciclo combinado, central termoeléctrica de vapor, entre otras. El séptimo capítulo explica el modelo de control de potencia-frecuencia en un área de estudio, en donde se demuestra cómo serán añadidos las centrales eléctricas convencionales y el modelo del aerogenerador. En el octavo capítulo, se muestra todas las gráficas obtenidas en todos los modelos dinámicos propuestos operando en forma individual y en forma conjunta. Finalmente, en la última parte se presentan las conclusiones y recomendaciones del presente trabajo de tesis.