Post on 02-Nov-2015
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INTRODUCCIN A LA
GENERACIN ELICA
ESEP
Curso 2014
Msc. Ing. Ignacio Afonso
Introduccin
INTRODUCCIN
Topologas
Introduccin
V80 2MW Introduccin
Topologas
V90 3MW Introduccin
Topologas
Topologas
V112 3MW
E-82 Introduccin
Topologas
IMPSA Introduccin
Topologas
Tamaos
PESOS
Aerogenerador 2MW
Una pala: entre 6 aprox.
Generador: entre 5 toneladas aprox.
Multiplicadora: 13 toneladas aprox.
Total gndola: entre 62 ton.
Total rotor: entre 38 ton.
Total aprox. Sobre la torre: 100 ton.
Introduccin
AEROGENERADORES DE VELOCIDAD FIJA
Utilizados fuertemente en los 80 y 90
Aerogeneradores de velocidad fija
Caractersticas ms comunes:
Generador:
Jaula de ardilla.
En algunos casos con mltiples bobinados
estatricos.
Potencias mximas aprox. 1500kW
Velocidad de giro del generador impuesta
por:
Nmero de polos de la mquina.
Frecuencia de la red
Control aerodinmico:
Entrada en prdida.
Aerogeneradores de velocidad fija
Ventajas: Bajo costo
Robustos (muy poco mantenimiento)
Constructivamente simples
Desventajas: Pueden generar solo para vel. superiores a la de sincronismo.
Necesitan una caja multiplicadora.
No tienen un buen control sobre la potencia activa generada.
Mala calidad de energa producida.
El generador siempre consume reactiva.
Aerogeneradores de velocidad fija
Introduccin
AEROGENERADORES DE VELOCIDAD VARIABLE
VENTAJAS
Permiten generar a velocidades distintas a la de sincronismo.
Mayor aprovechamiento de la energa disponible.
Filtran la variaciones de potencia debido a variaciones en el viento.
Disminuyen las cargas mecnicas sobre las palas y la torre.
Aerogeneradores de velocidad variable
DESVENTAJAS
Mayor costo.
Construccin compleja.
Menos robusto.(del punto de vista
mantenimiento)
Aerogeneradores de velocidad variable
Caractersticas
Pequeos deslizamientos :
Permite variaciones de velocidad hasta un
10% por encima del sincronismo.
23s
extRs
e URR
sT
CONTROL DE DESLIZAMINETO
MEDIANTES RESISTENCIAS ROTRICAS
VARIABLES
Aerogeneradores de velocidad variable Resistencias rotricas
Implementacin Restato variable.
Resistencia electrnica
Aerogeneradores de velocidad variable Resistencias rotricas
OptiSlip
Resumen resistencia rotrica variable
Desarrollados a principios de los 90
Necesitan compensacin de reactiva.
Necesitan un arrancador suave.
A mediana y gran escala actualmente en desuso.
Aerogeneradores de velocidad variable Resistencias rotricas
CONTROL DE DESLIZAMIENTO
MEDIANTE RECUPERACIN DE ENERGA
Aerogeneradores de velocidad variable Recuperacin de energa
GENERADOR DOBLEMENTE
ALIMENTADO (DFIG)
Aerogeneradores de velocidad variable DFIG
4/20/2014 23
DFIG COMPONENTES GONDOLA TRANSFORMADOR
GENERADOR MULTIPLICADORA
EJE PRINCIPAL Y BANCADAS
SISTEMA HIDRULICO
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DFIG COMPONENTES TRANSFORMADOR
GENERADOR DOBLEMENTE
ALIMENTADO
Caractersticas:
Rotor y estator bobinados.
Genera a tensin y frecuencia constantes en un
margen aprox. -30% +50% respecto a la velocidad de
sincronismo.
Permite controlar tanto potencia activa como reactiva
generada.
Electrnica de potencia de escala media (20% y 30%
de la pot. nominal de la mquina).
Aerogeneradores de velocidad variable DFIG
Convertidor AC/DC - DC/AC Convertidor conectado al generador:
Se encarga de realizar el control vectorial de la
mquina. El mismo permite controlar la potencia
activa generada as como el factor de potencia.
Controla amplitud, frecuencia y fase de la tensin
aplicada al rotor.
Frecuencia: frotrica+fmecnica = festatrica
Permite la circulacin de la potencia desde y hacia el
rotor.
Aerogeneradores de velocidad variable DFIG
Convertidor conectado a la red:
No es parte del control de pot. de la mquina.
Permite la regulacin del factor de potencia.
Mantiene constante la tensin en el bus de
continua.
Convertidor AC/DC-DC/AC
Aerogeneradores de velocidad variable DFIG
Balance de potencias segn g
Rgimen supersncrono (g0)
Prot entrante a la mquina
Pest saliente a la mquina
Aerogeneradores de velocidad variable DFIG
Generadores sncronos
Aerogeneradores de velocidad variable Gen. sncronos
4/20/2014 30
COMPONENTES GENERADOR SINCRNICO - FULL CONVERTER
COMPONENTES GENERADOR SINCRNICO - FULL CONVERTER
Generadores sncronos Caractersticas:
Control sobre potencia activa y reactiva.
Control sobre la frecuencia.
Toda la potencia que genera la mquina atraviesa el
convertidor.
Convertidor ms costoso.
Mayores prdidas en el convertidor.
En general mejores prestaciones que los doblemente
alimentados.
Aerogeneradores de velocidad variable Gen. sncronos
Generadores sncronos Caractersticas:
Segn diseo pueden prescindir de caja
multiplicadora. (mquinas multipolares)
Coste ms elevado.
Aerogeneradores de velocidad variable Gen. sncronos
Generadores sncronos de
Imanes Permanentes
Caractersticas extras: No tienen prdidas por efecto Joule en el rotor.
No necesita anillos rozantes.
Menor tamao (reduccin del paso polar)
Coste de imanes elevado.
Manipulacin de imanes compleja.
Peligro de desmagnetizacin por temperatura.
No hay control sobre la excitacin.
Aerogeneradores de velocidad variable Gen. sncronos
Introduccin
OPERACIN DE AEROGENERADORES DE
VELOCIDAD VARIABLE
Operacin de aerogeneradores
Control de Velocidad-Potencia
Operacin de aerogeneradores
Introduccin
SISTEMA DE CONTROL AERODINMICO
PARA QU?
Proteger al aerogenerador ante vientos
elevados.
Regular la potencia generada por el
mismo.(control lento)
Sistemas de control aerodinmico
COMO?
Modificando el ngulo de ataque de las palas
Dos formas:
De forma pasiva
Entrada en prdida aerodinmica.
De forma activa
Control de cambio de paso
(variando el ngulo de la pala en direccin al viento)
Prdida aerodinmica activa
(variando el ngulo de la pala en sentido contrario)
Sistemas de control aerodinmico
Entrada en prdida aerodinmica.
COMO?
ngulo de paso fijo(sintonizado segn el emplazamiento).
Sobretiro en potencia generada.
Genera mayores cargas mecnicas.
La curva de potencia puede cambiar con las estaciones.
(Temp. DensidadPot. )
Utilizado en mquinas de vel. fija.
Cambio de paso/pitch.
COMO?
ngulo de paso variable.
Permite limitar la velocidad de giro.
Permite ampliar el rango de velocidades de viento en el cual la
mquina opera.
Mejora el desempeo en los arranques y paradas.
La mquina podra compensar la variacin en la densidad del aire.
Entrada en prdida activa.
ngulo de paso variable.
Permite limitar la velocidad de giro.
Permite ampliar el rango de velocidades de viento en el cual la
mquina opera.
Exige mecnicamente ms a la mquina.
COMO?
Funciones:
Ajustar el ngulo de las palas
segn la velocidad del viento, la
potencia y la estrategia de
control.
Sistema primario de frenado.
En ciertos modelos limitar cargas
mecnicas debido a cargas no
simtricas en el rotor.
Velocidad mxima: aprox.
10/seg (parada de
emergencia)
Sistema de Pitch
Pitch individual :
Detecta las cargas mecnicas en cada pala.
Estima el momento de Tilt y el momento de Yow
Determina el ciclo de pitch a cumplir por cada pala.
Sistema de Pitch
Sistema de Pitch
Tpico comportamiento del sistema de Pitch individual.
Variaciones habituales entre 2 y 5
Introduccin
SISTEMA DE CONTROL DE YAW
Sistema de Yaw Funcin:
Mantener la turbina enfrentada a la direccin del viento.
Desenrollar los cables.
El sistema de Yaw registra la posicin de la gndola respecto a 0.
Para giros menores o iguales de 1.8 vueltas el sistema funciona normalmente. (no necesita desenrollar)
Si el aerogenerador no esta produciendo y el sistema de Yaw registra un giro entre 1.8 y 3.8 vueltas comienza a desenrollar.
Si el aerogenerador esta produciendo espera a alcanzar los 3.8 vueltas detiene el sistema de Yaw y comienza a desenrollar.
Tiempo estimado: 0.42/seg aprox. 14 minutos 1 vuelta
Funciones y caractersticas constructivas Sistema de Yaw
Funciones y caractersticas constructivas Sistema de Yaw
Sistema de Yaw
Introduccin
CAPACIDADES ACTUALES
Y
GRID CODES
Huecos de tensin
Definicin (REE, P.O. 12.3):
Es una disminucin brusca de la tensin seguida de su restablecimiento despus de
un corto lapso de tiempo. Por convenio, un
hueco de tensin dura entre 10ms y 1
minuto.
Origen:
A nivel de la red de transmisin los huecos de
tensin son consecuencia de la ocurrencia de
un cortocircuito.
Como se ve un HdT
(Registro oscilogrfico)
Clculo del valor RMS
54
Recuperacin instantnea de la tensin.
Sobretensin luego de despejada la
falta
Recuperacin debido a la
inyeccin de Q.
Aprox. de la curva calculada por el
rel
Huecos de tensin
Por que soportar el hueco?
En los 90 se exiga la desconexin.
Actualmente deben permanecer
conectados durante ciertos huecos de
tensin.(mayor cantidad de
aerogeneradores, cambio de tecnologas)
Evitar problemas de estabilidad, tanto
transitoria como de tensin..
Capacidad de soportar huecos de tensin
Full Converter DFIG
57
Interpretaciones curva LVRT
Dos interpretaciones
Evolvente
Tabla de tiempos
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Andamiento de la tensin
Desconexin
Interpretaciones curva LVRT
Envolvente
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Aqu comienza a contar el tiempo asociado a U2
Interpretaciones curva LVRT
Tabla de tiempos
Aqu comienza a contar el tiempo asociado a U1
U1
U2 No hay
desconexin
Inyeccin de reactiva durante el
hueco
Efecto del hueco de tensin
sobre el DFIG Ante la ocurrencia de un hueco de tensin aparecen sobretensiones
importantes en el rotor del generador, debidas principalmente a la
aparicin de corrientes de secuencia inversa y la aparicin de un flujo natural en la mquina.
La aparicin de altas tensiones en el rotor de la mquina puede
llevar a una saturacin del convertidos, aumentando la posibilidad de
dao del mismo.
El hueco genera dificultades en el control, ya que el estator es
controlado a travs del rotor.
El aumento de la tensin y la corriente rotrica puede provocar daos en el convertidor.
Soluciones para la proteccin
del DFIG durante HdT Corriente desmagnetizante
Esta tcnica de control consiste en inyectar una
corriente adecuada en el rotor, de forma tal que
reduzca la FEM inducida en el mismo.(desmagnetice
la mquina)
La corriente inyectada debe solo disminuir el flujo
asociados a la secuencia inversa y el flujo natural de
la mquina.
Mediante un control en el marco de referencia dq es
posible controlar la corriente del rotor de forma de:
desmagnetizar la mquina y controlar la potencia
activa intercambiada por el estator.
Soluciones para la proteccin
del DFIG durante HdT CROWBAR
La funcin del crowbar es controlar la tensin
aplicada sobre el convertidor del rotor durante el
comienzo del hueco.
Para ello cortocircuita de forma controlada el rotor del
DFIG, regulando de esta manera la tensin aplicada
sobre el convertidor del rotor y acelerando el
transitorio asociado al flujo natural.
Soluciones para la proteccin
del DFIG durante HdT CROWBAR
El crowbar va a actuar durante los primeros
milisegundos, controlado la sobretensin inicial.
Durante este lapso de tiempo no ser posible
controlar la inyeccin de potencia reactiva del
aerogenerador.
Por tal motivo las exigencias de inyeccin de
potencia reactiva durante los huecos de tensin
comienzan del orden de 80ms - 150ms luego del
comienzo del hueco.
Soluciones para la proteccin
del DFIG durante HdT BRAKING CHOPPER
La funcin del chopper es controlar la tensin en el
bus de continua.
No limita la corriente por el convertidor.
De utilizarlo solo es necesario sobredimensionar el
convertidor, para que pueda manejar la corriente.
Control durante HdT
Full Converter
La mquina queda desacoplada de la red, con lo cual no es afectada por la componentes de secuencia inversa.
Al producirse un hueco de tensin el aerogenerador ve reducida su capacidad de inyectar potencia activa en forma proporcional a la profundidad del hueco.
La potencia mecnica capturada por el rotor se mantendr constante.
La potencia se acumular o bien en forma de energa cintica en el rotor, o bien en el capacitor del bus de continua del convertidor.
Control P(f)
Desviacin de frecuencia (p.u.)
con APC
Desviacin de frecuencia (p.u.)
sin APC
Control P(f)
Curvas P-Q
Capacidades actuales
Full Converter
DFIG
Regulacin de reactiva
Posibilidades:
Control de la potencia reactiva en el nodo de
conexin.
Control de potencia reactiva en cada mquina.
Tipos de control:
cos(fi)=constante
Q fija
Consigna de tensin
Dentro de estos controles se puede priorizar la pot.
activa o la reactiva.
Capacidades actuales Regulacin de reactiva
Regulacin de reactiva
Capacidades actuales Regulacin de reactiva
Regulacin de reactiva Control en WEC o PoC
Capacidades actuales Regulacin de reactiva
El incremento de la penetracin de la generacin elica en el sistema elctrico puede cambiar la dinmica del mismo, debido a las caractersticas propias de estos generadores.
Uno de los principales aspectos a analizar es la capacidad de soportar huecos de tensin de los parques, ya que los mismos pueden provocar la desconexin masiva de generacin elica.
La instalacin de parques elicos a gran escala puede traer cambios importantes en la gestin de potencia activa de un sistema elctrico, con el consecuente riesgo de la aparicin de problemas de estabilidad en tensin.
Especial cuidado debe tenerse cuando se cuenta con lneas con compensacin serie, en donde se pueden darse oscilaciones subsncronas a causa de la generacin elica.
ESTABILIDAD & GENERACIN
ELICA
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Gracias por su atencin