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La generación eólica ante las exigencias de los códigos de red : el caso de los aerogeneradores de velocidad fija

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La generación eólica ante las exigencias de los códigos de red : el caso de los aerogeneradores de velocidad fija

Obando Montaño, Andrés Felipe
 
DATE : 2015-02-11
UNIVERSAL IDENTIFIER : http://hdl.handle.net/11093/586
UNESCO SUBJECT : 3306 Ingeniería y Tecnología Eléctricas ; 2501.99 Otras ; 3310 Tecnología Industrial
DOCUMENT TYPE : doctoralThesis

ABSTRACT :

El objetivo fundamental de la presente tesis en el análisis del comportamiento de los aerogeneradores de velocidad fija ante huecos de tensión, así como, la propuesta de soluciones que permitan que este tipo de máquinas cumplan los requisitos indicados por los códigos de red ante este tipo de perturbaciones. Inicialmente se analiza la producción de los aerogeneradores mediante sus curvas de potencia. La curva de potencia que muestran los fabricantes de aerogeneradores en sus catálogos, generalmente se obtiene a partir de pruebas de campo, en donde se realizan medidas de la velocidad del viento y la potencia generada. No obstante en la literatura se suele hacer uso de ecuaciones genéricas de potencia, aunque su ajuste a las curvas dadas por los fabricantes no está analizada de forma genérica. Es por esto que se analiza el uso de una ecuación que represente la curva de potencia de los aerogeneradores y la bondad de ajuste se evalúa con dos indicadores de ajuste, el coeficiente de determinación y el error de energía medio a diferentes velocidades medias de viento. Dado que el recurso ... [+]
El objetivo fundamental de la presente tesis en el análisis del comportamiento de los aerogeneradores de velocidad fija ante huecos de tensión, así como, la propuesta de soluciones que permitan que este tipo de máquinas cumplan los requisitos indicados por los códigos de red ante este tipo de perturbaciones. Inicialmente se analiza la producción de los aerogeneradores mediante sus curvas de potencia. La curva de potencia que muestran los fabricantes de aerogeneradores en sus catálogos, generalmente se obtiene a partir de pruebas de campo, en donde se realizan medidas de la velocidad del viento y la potencia generada. No obstante en la literatura se suele hacer uso de ecuaciones genéricas de potencia, aunque su ajuste a las curvas dadas por los fabricantes no está analizada de forma genérica. Es por esto que se analiza el uso de una ecuación que represente la curva de potencia de los aerogeneradores y la bondad de ajuste se evalúa con dos indicadores de ajuste, el coeficiente de determinación y el error de energía medio a diferentes velocidades medias de viento. Dado que el recurso eólico es la base de la generación eólica, comprender las características del viento en una ubicación específica es extremadamente importante en todos los aspectos de la explotación de este recurso. No obstante, esta en una tarea compleja ya que el viento en su naturaleza aleatoria no se puede describir exactamente con ninguna distribución estadística. Sin embargo, en algunos estudios y normativas se hace uso de funciones de densidad de probabilidad para describir el recurso. En esta tesis se hace uso de la función de densidad de probabilidad de Weibull ya que es una de las que más utilizadas. No obstante, para la parametrización de esta función no se tienen en cuenta cómo se produce la energía en el aerogenerador. Es por esto que se presenta un análisis con datos reales de viento y se implementan los métodos de ajuste más usados en la actualidad para luego ser evaluados con diferentes indicadores de ajuste. También se propone un método de ajuste el cual tiene en cuenta la distribución de densidad de potencia y el comportamiento típico de un aerogenerador. El gran crecimiento de la energía eólica y la alta penetración de esta energía en la red eléctrica, ha ocasionado que los operadores del sistema se vean obligados a modificar sus requerimientos en cuanto a la calidad, fiabilidad y seguridad del suministro, además de poder de soportar situaciones anómalas o perturbaciones en el funcionamiento del sistema eléctrico (huecos de tensión, oscilaciones de frecuencia). Estos requerimientos son cada vez más exigentes con la generación eólica en términos de comportamiento en comparación con la generación convencional. Cada país establece su propio código de red en el cual describe los requerimientos mínimos de conexión que deben cumplir las unidades de generación ante las distintas situaciones de funcionamiento de la red eléctrica. Uno de los requerimientos más exigentes y común en los distintos códigos de red; es el requerimiento LVRT (por sus siglas en inglés Low Voltage Ride Through). Este requisito demanda que los aerogeneradores deben poder soportar huecos de tensión sin desconectarse de la red, lo cual implica: inmunidad a un perfil de tensión, inyección de corriente reactiva durante el hueco de tensión, participación en el restablecimiento de la tensión en el punto de conexión a la red, limitación de potencia activa y reactiva durante la perturbación, entre otros. En esta tesis se hace un estudio completo de los requerimientos de los códigos de red de países representativos del desarrollo en el ámbito eólico (Alemania, Brasil, China, Dinamarca, España, Estados Unidos y el Reino Unido). Actualmente, los aerogeneradores son de velocidad variable e incorporan electrónica de potencia que permite, con un diseño adecuado, el cumplimiento de los requisitos de los distintos códigos de red. No obstante, en países donde el desarrollo eólico fue más temprano hay un número importante de aerogeneradores de velocidad fija en servicio. No obstante para este tipo de máquinas el cumplimiento de los requisitos LVRT implica la instalación de equipos auxiliares, especialmente para los aerogeneradores de velocidad constante basados en generadores de inducción de jaula de ardilla. Con objeto de analizar el comportamiento de este tipo de máquinas, en esta tesis se modela el aerogenerador MADE AE 6 con el fin de evaluar su comportamiento ante las exigencias LVRT de los códigos de red mencionados anteriormente. En esta tesis se analiza el STATCOM como sistema de compensación ante huecos de tensión. Con el modelo completo del aerogenerador de velocidad fija se han simulado diferentes sistemas de compensación basados en el STATCOM con el fin de analizar el cumplimiento de los códigos de red. Se propone y analiza el uso de un STATCOM+ES (STATCOM con almacenamiento de energía basado en super-condensadores) con el fin de dotar al aerogenerador de velocidad fija de una reserva de energía que le permita mejorar sus capacidades de compensación además de aportar potencia activa durante un hueco de tensión. Finalmente se propone el uso de un convertidor CC-CC en el bus CC del STATCOM con el fin de mejorar el control de la descarga del super-condensador y de esta manera aumentar las capacidades de compensación del sistema propuesto. [-]

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