Descripción general del aerogenerador G52 Características y funcionamiento general El aerogenerador G52 de 850 KW de gamesa es un aerogenerador de rotor de tres aspas a barlovento, regulado por sistema de cambio de paso (pitch variable colectivo) y con sistema de orientación activo. Tiene un rotor de 52 m de diámetro y opera a velocidad variable. Las variaciones del ángulo de paso de la aspas son realizadas desde la góndola por un sistema hidráulico que permite una rotación de -5° a 90°. Además, este sistema también provee al sistema de frenado mecánico. El sistema de cambio de paso está controlado por una función (Optitip) en producción parcial, el cual provee un ajuste en el ángulo de operación del aspa en todo momento con respecto a la producción de potencia y emisión de ruido. A alta velocidad del viento el sistema Ingecon y el sistema de cambio de paso mantienen la potencia en su valor nominal. El eje principal de la turbina transmite la potencia del generador a través de la caja multiplicadora, la cual se compone de 4 etapas combinadas: una etapa planetaria y tres de ejes paralelos. Desde la multiplicadora la potencia se transmite al generador vía junta cardan. El generador eléctrico es asíncrono doblemente alimentado con rotor devanado por medio de anillos deslizantes. El generador tiene 2 pares de polos, por lo que la velocidad síncrona de giro es de 1500 rpm, pero es operado a velocidad variable desde 900 rpm hasta 1950 rpm comandado por la unidad de control del convertidor (CCU). El aerogenerador cuenta con dos sistemas de frenado: unos aerodinámico y el otro mecánico. El freno primario del aerogenerador es aerodinámico por puesta en bandera de las aspas. El freno mecánico redundante es un freno de disco, activo hidráulicamente, que está montado en la salida del eje de alta velocidad de la multiplicadora. Todas las funciones del aerogenerador son monitoreadas y gestionadas por el controlador, el cual está basado en un PLC.
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Descripción general del aerogenerador G52
Características y funcionamiento general
El aerogenerador G52 de 850 KW de gamesa es un aerogenerador de rotor de tres aspas a barlovento, regulado por sistema de cambio de paso (pitch variable colectivo) y con sistema de orientación activo. Tiene un rotor de 52 m de diámetro y opera a velocidad variable. Las variaciones del ángulo de paso de la aspas son realizadas desde la góndola por un sistema hidráulico que permiteuna rotación de -5° a 90°. Además, este sistema también provee al sistema de frenado mecánico.
El sistema de cambio de paso está controlado por una función (Optitip) en producción parcial, el cual provee un ajuste en el ángulo de operación del aspa en todo momento con respecto a la producción de potencia y emisión de ruido. A alta velocidad del viento el sistema Ingecon y el sistema de cambio de paso mantienenla potencia en su valor nominal.
El eje principal de la turbina transmite la potencia del generadora través de la caja multiplicadora, la cual se compone de 4 etapascombinadas: una etapa planetaria y tres de ejes paralelos. Desde la multiplicadora la potencia se transmite al generador vía junta cardan.
El generador eléctrico es asíncrono doblemente alimentado con rotor devanado por medio de anillos deslizantes. El generador tiene 2 pares de polos, por lo que la velocidad síncrona de giro es de 1500 rpm, pero es operado a velocidad variable desde 900 rpmhasta 1950 rpm comandado por la unidad de control del convertidor (CCU).
El aerogenerador cuenta con dos sistemas de frenado: unos aerodinámico y el otro mecánico. El freno primario del aerogenerador es aerodinámico por puesta en bandera de las aspas.El freno mecánico redundante es un freno de disco, activo hidráulicamente, que está montado en la salida del eje de alta velocidad de la multiplicadora.
Todas las funciones del aerogenerador son monitoreadas y gestionadas por el controlador, el cual está basado en un PLC.
El sistema de orientación consiste en dos motoreductores que son operados por el sistema de control del aerogenerador de acuerdo a la información recibida de la veleta colocada en la parte superiorde la góndola. El motor del sistema de orientación hace girar los piñones del sistema de giro, los cuales engranan con los dientes de la corona de orientación montada en la parte superior de la torre y mediante ficción se hace girar a la góndola.
Las condiciones nominales de la red a la que debe conectarse el aerogenerador son de 690V a 60 Hz. El intervalo de tensión en funcionamiento debe de estar comprendido entre +10/-10 % del valornominal. El intervalo de variación en frecuencia es de +2/-3 Hz.
Condiciones de operación
La velocidad de giro del aerogenerador y el ángulo de paso de lasaspas cambian a cada instante dependiendo de la velocidad de viento que llega a la máquina. El sistema de control se encarga deelegir los valores adecuados de estas variables. Dependiendo de lavelocidad de viento se pueden establecer cuatro fases:
1. Viento bajo: Generador desconectado a la red y preparado paraacoplar.
2. Viento medio: Generador conectado, produciendo potencia perono la nominal
3. Viento alto: Generador produciendo potencia nominal.4. Viento muy alto: Generador desconectado y la turbina es
detenida.
Viento bajo
Cuando la velocidad del viento es inferior a la velocidad de arranque de la maquina pero próxima a esta, el sistema de control coloca las palas a un ángulo de paso cercano a 45°, que proporciona un par de arranque suficientemente alto. Con vientos muy bajo la maquina no orienta, para ahorrar energía y maniobras en los motores. A medida que la velocidad de viento aumenta, la maquina se orienta, la velocidad del rotor también aumenta y el ángulo de paso se hace disminuir hasta que se alcanzan las condiciones adecuadas para que el generador se conecta.
Viento medio
A velocidades de viento por encima de la velocidad de arranque y por debajo de la velocidad nominal, el sistema de control elige lavelocidad de rotación y el ángulo de paso que proporcionan la máxima potencia para cada velocidad de viento.
Viento alto
Cuando la velocidad de viento es superior a la nominal, la energíacontenida en el viento es suficiente para producir potencia nominal, y el ángulo de paso se incrementa para regular la potencia a su valor nominal.
Viento muy alto
Si la velocidad del viento es superior a la velocidad de parada elgenerador se desconecta y el sistema de control lleva a las aspas a la posición de bandera (cercana a 83°) hasta que la velocidad deviento descienda por debajo de la velocidad de re-arranque y la maquina reanuda la generación de potencia.
Curva de velocidad y potencia
La potencia generada por el aerogenerador está en función de la velocidad del viento. Los valores de diseño dados por el fabricante se muestran en la siguiente tabla y en la siguiente figura se muestra la curva de potencia con respecto a la velocidad.
V [m/s] P [KW]4 19.55 52.46 103.87 174.08 265.69 381.910 524.011 667.912 771.4
Las funciones que realiza el sistema de control son las siguientes:
Orientación de la góndola con respecto al viento predominante
Supervisión y corrección del estado de torsión de los cables de la torre
Gestión grupo hidráulico que proporciona energía mecánica al actuador de pitch y al freno de emergencia.
Supervisión del estado de giro de los componentes mecánicos, grupo hidráulico de multiplicadora y monitoreo de las vibraciones de la torre
Supervisión de las funciones del generador y del convertidor:conexiones y desconexiones de la red
Generación de la consigna de potencia reactiva Regulación de velocidad y de consignas de potencia activa
generada Posicionamiento y supervisión del ángulo de pitch de las
aspas Generación y gestión de alarmas y del estado operativo del
aerogenerador Gestión y salvaguarda de parámetros de la maquina Intercambio de datos con el panel de control
ESTADOS OPERATIVOS DEL AEROGENERADOR G52
El aerogenerador G52 tiene tres modos de funcionamiento: normal, servicio y test menú. En los dos primeros modos (normal y servicio) el funcionamiento de la maquina se clasifica en estados,en cada estado están predefinidas las funciones de la máquina que se encuentran activas. Así en cada momento se puede saber que sistemas de la maquina se encuentran o no activos. El modo de funcionamiento “test menú” es válido solo para apuestas en marcha,revisión y solución de problemas, así como para mantenimiento.
Tanto en modo normal como en modo servicio la maquina puede estar en uno de los siguientes estados:
1. EMERGENCIA2. STOP3. PAUSA
4. MARCHA5. MARCGA ACOPLADO
Los cambios que se pueden presentar entre los diferentes estados de operación del aerogenerador son los que se muestran en la figura 6. En esta figura se observa que para ascender de estado deoperación se tiene que pasar por todos los estados intermedios, mientras que para decrementar el estado de operación se puede saltar a cualquier estado inferior directamente.
Los cambios de un estado de operación a otro se realizan mediante una petición del usuario a través de la terminal de operación, mediante el telemando o por que se produce aluna alarma que obligaal sistema a la existencia de un cambio de operación. Cuando se presentan varias alarmas en forma simultánea, la maquina se situara en el estado de operación más restrictivo de todas ellas.
Dependiendo del estado operativo del aerogenerador se tienen activos diferentes sistemas de acuerdo a lo que se indica en la siguiente tabla
Diagrama
El sistema de control del aerogenerador (SCA) tiene como consigna principal salvaguardar la seguridad de las personas, en segundo lugar cuidar la integridad del aerogenerador y por último la producción de energía. Para ello el SCA cuenta con diversos sensores para detectar cualquier tipo de malfuncionamiento y situar a la maquina en un estado seguro cumpliendo ordenadamente un serie de premisas previamente establecidas.
Un mal funcionamiento del aerogenerador se puede producir de formaaleatoria en cualquier momento. El SCA monitorea continuamente el estado de la máquina y del propio PLC. Ante una falla del aerogenerador, el SCA reacciona generador una alarma y decrementando su estado de operación de acuerdo al tipo de falla. Los tiempos de muestreo de los sensores dependen del tiempo fijadoen el PLC para cada alarma.
La aparición de una alarma trae consigo un decremento del estado de operación, nunca un incremento. Los estados a los que puede evolucionar una alarma son:
PAUSA STOP EMERGENCIA
Por otro lado, para que el sistema sufra un incremento del estado de operación el operador deberá solicitarlo, ya sea desde el telemando o con la terminal de operaciones de la máquina. Las condiciones que se deben de cumplir en cada cambio de estado son:
Paso de: Emergencia a Stop -Serie anterior sea stop-No existen alarmas activas que manden a emergencia-FG8 cerrado
Paso de: Stop a Pausa -El anterior sea Stop-No existen alarmas activas que manden a Stop-Presión grupo hidráulico alcanza el límite inferior
Paso de: Pausa a Marcha -El estado anterior sea Pausa-No existen alarmas activas que manden a pausa-Maquina orientada
Paso de: Marcha a Marcha Acoplada-El estado anterior sea Marcha-Se cumple la condición de sincronismo (velocidad de generador suficiente)
El sistema sufre decremento en el estado de operación, cuando es solicitado a través del telemando, a través de la terminal de operación o por la activación de alguna alarma. Las condiciones que se deben cumplir en cada cambio de estado son:
Paso de cualquier estado de emergencia -Apertura de serie de emergencia (directa o controlada)-Activación de por lo menos una alarmas que lleve a emergencia-Solicitud desde el telemando
Paso de cualquier estado a Stop -Activación de por lo menos una de las alarmas que lleva stop- Solicitud desde la pantalla principal
Paso de marcha Acoplado a Marcha-Apertura contactor del estator
Paso de Marcha a Pausa -Activación alarma que lleva al sistema a pausa-Solicitud desde la pantalla principal-Solicitud desde el telemando
Paso de Pausa a Stop -Activación alarma que lleva al sistema a Stop-Solicitud desde la pantalla principal
6. SECUENCIA DE OPERACIÓN DEL AEROGENARADOR
6.1 ARRANQUE Y PARO
Para que se pueda llevar a cabo el arranque del aerogenerador se deben cumplir las siguientes condiciones:
Velocidad del viento por arriba de los 4 m/s El aerogenerador se encuentre en estado PAUSA No existan alarmas activas que manden a PAUSA La máquina este orientada
Una vez que el operador realiza la solicitud de arranque, elsistema de control monitorea continuamente que los permisivos dearranque están en su estado normal y que se cumplan todas lascondiciones para el arranque y de esta manera poder continuar conla secuencia. Si durante el arranque se presenta algúnfuncionamiento anormal de cualquiera de los componentes delaerogenerador, el sistema de control generara una alarma yllevara a la maquina a un estado seguro dependiendo del tipo dealarma presentada. En caso contrario, la secuencia de arranquecontinuara y el controlador verificara que se cumplan lascondiciones de sincronismo para conectar al aerogenerador a lared.
Por otro lado, se puede presentar dos tipos de paro: para normal oparo de emergencia. La solicitud de paro puede presentarse encualquiera de los estados operativos en forma automática poralguna situación anormal en la operación de los equipos, o manualprovocada por el operador desde la estación de operación IHM. Conesto se activa la señal necesaria para que el control lógicoinice la secuencia de paro. Si la maquina ya está conectada a lared la secuencia de desconexión de la red se realiza de acuerdo alo indicado en el punto 6.3
6.2 SECUENCIA DE CONEXIÓN A LA RED
El Aerogenerador G52 tiene dos formas de conectarse a la red, con las bobinas del estator conectadas en estrella o en delta. Así la maquina puede trabajar con un deslizamiento mayor y se reducen las perdidas eléctricas, optimizándose así la generación de potencia.
Suponiéndose que la maquina se encuentra en PAUSA y se solicita MARCHA. El pitch baja su consigna y la maquina aumenta su
velocidad. La secuencia que va a gobernar el controlador para conectar al aerogenerador a la red es la siguiente:
1. Cuando la maquina alcanza las 900 rpm (60 Hz) se conectael rectificador.
2. Cuando supera las 900 rpm (60 Hz) se conecta el contactor de estrella (KY701) o el contactor de delta(KD702). El criterio de decisión es la velocidad deviento (filtrada a 2 segundos) que la maquina observa enese instante. Si supera los 9 m/s conectara en delta, mientras que a velocidades de viento menores lo hará en estrella.
3. Cuando la maquina alcanza 1200 rpm ((60 Hz) para T44M) en estrella o 1680 rpm (60 Hz) en triangulo se conecta el inversor. A partir de ese momento el delay comienza aregular. Los 2 segundos de que esté conectado el inversor el controlador solicita acoplar.
4. Cuando se cumplen las siguientes condiciones eléctricas (denominadas condiciones de sincronización) la maquina acoplara:a. Las tensiones de estator y de red sean similaresb. El desfase entre red y estator sea mínimoc. El controlador solicite acoplamiento
6.3 SECUENCIA DE DESCONEXION DE LA RED
La desconexión de la máquina de la red se puede presentar por las siguientes razones:
a) Solicitud de un estado de operación menor por parte del operador
b) Falta de vientoc) Se presenta una alarma que mande a paro (STOP)d) Se presenta una alarma que mande a paro de emergencia
La secuencia de desconexión esta en función de la causa de la desconexión.
a) Desconexión por solicitud de un estado de operación menor
La potencia se calcula en función de la velocidad y el picth crece en rampa (2 deg/s). la velocidad desciende cuando. Cuando la velocidad del generador es menor de 114 rpm (60 Hz, PARA T44m) o 1422 rpm (60 Hz) en triangulo, sequita el contacto del estator.
Una vez confirmado que se ha quitado el contactor del estator, se quita el inversor.
Cuando la velocidad baja por debajo de 840 rpm (60 Hz) se quita el rectificador. Así mismo de desactiva el contador de estrella o del triángulo.
b) Desconexión por falta de viento En el caso de que el viento sea muy bajo, el proceso de
desconexión de la maquina sigue los mismos pasas descritosanteriormente.
c) Desconexión por alarma de paro. Si se produce una alama que mande a paro (STOP), se
abrirán instantáneamente todos los contactares y permisos excepto el rectificador que se mantiene activo por encima de 840 rpm (60 Hz). La máquina se desacopla instantáneamente.
d) Desconexión por alarma de emergencia En el caso de que se produzca una alarma que mande a
emergencia, se abrirán instantáneamente todos los contactores y permisos. La máquina se desacopla instantáneamente.
7. ESTRATEGIA DE CONTROL DEL AEROGENERADOR G52
7.1 ESQUEMA DE CONTROL DE ORIENTACION DE LA GONDOLA
L a función del sistema de control de orientación de la góndola esalinear al rotor del aerogenerador con la dirección del viento, haciendo girar a la góndola por medio de 2 motores eléctricos; conbase a la dirección detectada por la veleta. La finalidad es que el rotor este alineado con la dirección del viento, de tal forma que se pueda aprovechar al máximo la energía del viento.
7.2 ESQUEMA DE CONTROL DE VELOCIDAD
El sistema d control de velocidad se encarga de mantener las variables principales del aerogenerador en ciertos valores estables y óptimos para la producción de energía de acuerdo con las condiciones de viento existentes. En el modo normal de operación (MARCHA CONECTADA) se realiza el giro del rotor y la producción de energía.
En modo MARCHA CONECTADA, las tres variables principales que se controlan son: velocidad de giro, pitch y potencia eléctrica. Estas tres variables principales a controlar caracterizan los bloques principales de regulación que operan a un modo simultáneo.La selección de las estrategias de regulación depende de la velocidad del generador.
7.2.1 Regulación a potencia nominal
La regulación de velocidad se lleva a cabo a partir de la conexióndel aerogenerador y en las rutinas de sincronización a potencia nominal. Este lazo incluyo en su interior al lazo de regulación depitch. El objetivo de lazo de regulación de velocidad es calcular la referencia de pitch adecuada para conseguir que la velocidad del generador sea igual al valor de la velocidad deseada para la sincronización o para la operación a potencia nominal.
7.2.2 Regulación a potencia parcial
En la fase de producción parcial de potencia, la velocidad del viento no es suficiente para que el aerogenerador produzca potencia nominal. En este caso el pitch sigue una ley óptima basada en la aerodinámica de las aspas, denominada Optitip. Para
seguir esta ley optima es necesario el cálculo de un parámetro adimensional lambda. Lambda es la relación entre la velocidad de punta del aspa y la velocidad del viento.
7.2.3 Arranque a viento bajo
Durante el arranque de la máquina, para bajas velocidades de giro,se utilizó una rampa lineal de referencia de pitch en función de la velocidad. Con velocidad cero el pitch se fija en 39.2 grados, y con velocidad de 500 rpm el pitch al mínimo marcado por el Optitip, en torno a referencia de pitch 0 grados.
Esta característica se utiliza como estrategia de obtención del pitch previo al Optitip al principio del arranque, y también a viento muy bajos.
7.3 ESQUEMA DE CONTROL DE POTENCIA
Por medio del conjunto convertidor-generador es posible controlar la potencia instantánea obtenida por el sistema de generación, tanto de potencia activa como potencia reactiva, por medio del control interno de las corrientes del rotor.
La potencia activa demandada sigue una ley cubica con la velocidadde giro del rotor, permitiendo al sistema aerodinámico optimo ajustar el valor adimensional lambda a su punto óptimo. El límite inferior y superior de esta ley cubica están impuestos por las limitaciones del sistema eléctrico en el rango de variación de velocidad y por las resonancias mecánicas que pudieran originarse fuera del rango normal de operación. En la figura tal se observa la gráfica potencia-velocidad del G52.
Hasta la velocidad de conexión en estrella, la maquina esta desconectada de la red, y tanto el par eléctrico como la potencia producida son cero. La transición entre la potencia cero y la potencia cubica se hace por una recta con una pendiente. El rango de variación principal de velocidad, el par demandado es proporcional al cuadrado de la velocidad y por tanto la potencia es cubica.
El límite superior tiene asimismo una pendiente de subida hasta par nominal-potencia nominal, en este momento la maquina se encontrara en regulación de velocidad, con viento nominal. Las ráfagas harán varias la velocidad de giro del rotor, pero se pedirá potencia constante 850 KW, con lo que el par mecánico disminuirá al aumentar la velocidad y aumentara ligeramente (hastaun valor límite) al descender la velocidad.
En el caso de potencia nominal, si la velocidad del generador disminuye por debajo de un cierto valor, se considera que no hay potencia aerodinámica suficiente y se volverá a la ley cubica. Esto evita caídas de potencia transitorias debida las ráfagas del viento.
Sistema del aerogenerador
El sistema eléctrico del aerogenerador (Fig. 4.7) cuenta de un generador asíncrono de inducción de roto devanado, un convertidor de frecuencia y un transformador.
El generador cuenta con devanados en el estator y en el rotor. Losdevanados del estator se conectan a la red a través de un transformador. Los devanados del rotor se conectan a un convertidor electrónico de frecuencia bidireccional, el cual está conformado por dos inversores y un bus de CC. Ambos inversores están basados en arreglos de módulos IGBT’s y se les conoce como convertidor lado maquina (CLM) al inversor conectado al rotor, y convertidor lado red (CLR) al inversor conectado al transformador.Primero, la energía de CA de frecuencia variable del rotor se rectifica mediante el CLM y se transfiere al bus de CC, posteriormente se convierte a CA de frecuencia constante (de la red) por el CLR para ser inyectada a la red.
En general, la potencia mecánica de la turbina se transfiere al eje de alta velocidad para girar al rotor del generador, los devanados del estator están energizados por el voltaje de la red. Los devanados del rotor están energizados por el convertidor de frecuencia, lo cual origina un campo magnético en el rotor. Las líneas de campo magnético del rotor cortan las líneas del campo del estor para desarrollar torque eléctrico, el cual tiende a alinear los polos de polaridad opuesta. En este caso, el rotor experimenta un torque en sentido horario. La magnitud del torque depende de la intensidad de ambos campos magnéticos y del desplazamiento angular entre ellos (deslizamiento) el torque óptimo es desarrollado cuando los dos vectores son ortogonales.
Si los devanados del estator son alimentados por una fuente balanceada trifásica el flujo del estator tendrá una magnitud constante y girara a la velocidad de sincronismo. En el caso del rotor, la magnitud y velocidad giratoria del flujo dependerá de lavelocidad angular del rotor del generador.
En la figura siguiente se presenta el circuito equivalente por fase de una máquina de inducción donde Rs y Rr son las resistenciadel estator y el rotor, Vs y Vr, son los voltajes del estator y elrotor, Is E ir, son las corriente del estator y el rotor, Lm es lainductancia de magnetización, y s el deslizamiento.
La inductancia Ls modela todo el flujo generado por la corriente del estator que no cruza el entrehierro de la máquina, por lo tanto no es útil para la producción del torque. La inductancia Lm modela la generación del flujo de la máquina que cruza el entrehierro tanto por el estator como por el rotor o viceversa.
En base al circuito equivalente, se observa que los circuitos del estator y del rotor tienen una relación de transformación que depende de su relación actual entre el estator y el rotor (1:k) y un deslizamiento de la maquina (s). El deslizamiento en una maquina eléctrica se define:
s=ωs−ωrωs
Donde ωs es la velocidad síncrona (depende de los polos de la maquina), y ωr es la velocidad del rotor. La frecuencia de la corriente generada en el rotor varía constantemente y depende del deslizamiento de la máquina, tal como se define en la ecuación.
ʄr=s∗ʄe
A partir de esta ecuación se puede apreciar que la frecuencia de la corriente en el rotor es solo una fracción de la frecuencia de la red. Además se observa que entre mayor sea el deslizamiento de la maquina mayor será la frecuencia de la corriente del rotor.
La potencia producida por el generador depende de la potencia mecánica de la turbina. La potencia activa que se genera por el estator y el rotor se puede definir en función el deslizamiento, y
la potencia activa total como la suma de las corrientes de las dosanteriores como se muestra en las ecuaciones siguientes:
Ps= Pt1−S
Pr≈−s∗Ps
Pg=Ps+Pr
Donde Ps, Pr y Pg son las potencias activas del estator, del rotory la total del generador respectivamente.
Basados en estas ecuaciones, la potencia activa en el estator siempre es positiva sin importar si el deslizamiento es positivo onegativo debido a que el deslizamiento es mucho menor a uno. Es decir el flujo de potencia siempre es hacia la red. En el caso de que el desplazamiento sea cero, la potencia activa del estator es igual a la potencia mecánica de la turbina. Por otra parte, el flujo de potencia activa del rotor cambia de dirección según el deslizamiento. Si el deslizamiento es positivo (ωs > ωr) la potencia del rotor es negativa (absorbe energía de la red). Cuandoel generador opera en estas condiciones se le conoce como como subsíncrono. En caso de que el deslizamiento sea negativo (ωs < ωr) la potencia del rotor es positiva (inyecta energía a la red). Se dice que el generador opera en modo supersíncrono. Por último, si no se presenta deslizamiento (ωs = ωr) el generador no produce potencia por el rotor.
En la figura 4.9 se despliega la tendencia de la producción del flujo de potencia de un DFIG en función del deslizamiento.
Las gráficas de esta figura se dividen en dos secciones: 1) Velocidad subsincrona del generador y 2) Velocidad supersincrona del generador. La grafica superior muestra la potencia mecánica deentrada al generador ( en pu) con respecto al deslizamiento, y la gráfica inferior muestra la potencian eléctrica activa que se genera en el estator y en el rotor (en pu).
En la primera sección se considera que las velocidades de viento son menores a la velocidad del viento donde se genera potencia nominal. Por consiguiente, también se considera que la velocidad del generador es menor a la velocidad de sincronismo, y el deslizamiento es positivo.
En la gráfica superior se puede observar que si se presentan velocidades bajas de viento se tiene poca potencia mecánica a la entrada del generador incrementan proporcionalmente con respecto la velocidad del viento. Por lo tanto, si la velocidad del generador incrementa, el deslizamiento de la maquina sea positivo la potencia del estator siempre es positiva y la potencian del rotor es negativa. Conforme se reduce el deslizamiento la potenciadel rotor va dejando de ser negativa.
En la segunda sección se considera que las velocidades de viento iguales o mayores a la velocidad del viento donde se genera la potencia nominal. Por consiguiente, también se considera que la velocidad del generador es la nominal o mayor, es decir, superior a la velocidad de sincronismo, y el deslizamiento es negativo. En la gráfica superior se puede observar la potencia que entra al generador conforme cambia el deslizamiento de la máquina. En la gráfica inferior, se observa que si el deslizamiento de la maquinasea negativo las potencias del estator y el rotor son siempre positivas.
Además, en la línea que divide a las dos secciones se presenta un deslizamiento de cero, es decir, el generador gira a la velocidad de sincronismo. En ese punto toda la potencia mecánica se trasforma en potencia eléctrica activa en el estator, y en el rotor no se absorbe ni genera potencia.
Con respecto a la potencia reactiva, generalmente un generador de inducción, convencional la consume de la red para su magnetización. Por esta razón, una de las ventajas más importantesde un aerogenerador DFIG es que no es necesario instalar bancos decapacitores para compensar la potencia reactiva generada, ya que esta configuración permite controlar su producción o absorción según los requerimientos de la red, tanto de voltaje como de potencia reactiva.
MODELADO DEL GENERADOR
Flujos de potencia del generador doble alimentado
Un aerogenerador tipo GIDA siempre genera potencia por el devanadodel estator y puede generar o absorber potencia por el devanado del rotor. La dirección del flujo de potencia está en función de la velocidad angular de rotación del generador (eje de alta). Según los datos adquiridos, el aerogenerador G52-850 KW A15 el rango de operación del generador es de:
Tabla 4.4. Rango de operación de Wg del A15 según datos muestreados.
Id Velocidad angular del generador Wg (rpm)Caso 1 Velocidad máxima (supersincrona) 2100Caso 2 Velocidad nominal
(supersincrona)1950
Caso 3 Velocidad síncrona 1800Caso 4 Velocidad mínima (subsincrona) 1500
Esta tabla muestra cuatro casos más significativos de operación del generador en base a los datos adquiridos. El primer caso es elvalor máximo de velocidad del generador que se ha registrado, estevalor máximo de velocidad (2100 rpm) se presenta por instantes, esdecir, se alcanza por ráfagas de viento de 20 m/s o más. El caso dos es el valor de velocidad nominal de operación (1950 rpm) dondeel generador puede generar los 850 KW. Este es el valor de la referencia de velocidad del generador cuando opera en modo supersíncrono. El caso tres es el valor de velocidad síncrona de la máquina, puesto que el generador tiene dos pares de polos la velocidad síncrona es de 1800 rpm, este caso presenta por instantes cuando la maquina pasa de modo subsíncrino a supersíncrono o viceversa. El último caso es la velocidad de referencia cuando opera en modo subsíncrono en velocidad en vientobajo.
Como se ha mencionado anteriormente, la velocidad del generador determina la dirección del flujo de potencia del aerogenerador, especialmente de la potencia del rotor. Para re determinar el flujo de potencia del aerogenerador A15 se tiene que calcular el deslizamiento del generador para estas velocidades. Considerando los datos de velocidades del generador de la tabla 4.3 y la ecuación 4.5 se calcula el rango de deslizamiento del generador.
s=ωs−ωrωs
Caso1s=1800−21001800
=−0.1667 (ωs>ωr)
Caso2s=1800−1950
1800=−0.0833(ωs>ωr)
Caso3s=180018001800
=0(ωs>ωr)
Caso4s=1800−1500
1800=0.1667(ωs>ωr)
Los cálculos proporcionan un rango de deslizamiento del generador de ±0.1667 que se presentan con las velocidades máximas y mínimas registradas, las cuales están en los casos 1 y 4. Este rango se lellamara rango de deslizamiento máximo – mínimo. Por otro lado, si se consideran las referencias de velocidad de los modos subsincrono y supersincrono, 1500 rpm y 1950 rpm, se tiene un rango de deslizamiento en operación normal de 0.1667 a -0.0833, que se presentan en los casos 4 y 2 respectivamente. A este rango se le llamara rango de deslizamiento en operación normal.
Con base a los rangos de deslizamiento calculados se puede apreciar gráficamente la dirección del flujo de potencia del G52-850 KW A15 en la figura 4.19 con apoyo de la figura 4.9
Fig. 4.19 Flujos de potencia activa de un DFIG y deslizamientos del A15
En las gráficas se resaltan los dos rangos de deslizamiento identificados del aerogenerador A15:
1) El rango de deslizamiento máximo-mínimo con recuadro azul2) El rango de deslizamiento en operación normal con un recuadro
cian
Se puede observar que ambos rangos de deslizamiento del aerogenerador A15 son pequeños en comparación de lo que se muestraen la literatura técnica. Es decir, el generador podría trabajar un rango de velocidad lo suficientemente amplio para generar más potencia con el rotor, cuya potencia seria adicionada a la potencia que genera el estator. Sin embargo con el rango de operación actual esto no es posible.
Por otro lado, se observa que si el deslizamiento es positivo (operación subsincrona) el rotor consume potencia activa, y si es negativo (operación supersincrona) la genera.
Considerando los rangos de deslizamiento calculados se pueden calcular las potencias activas que se generan en los devanados delestator y rotor aplicando las ecuaciones 4.7-4.9. y también es posible calcular la frecuencia de la corriente del devanado del rotor aplicando la ecuación 4.6.
Ps= Pt1−S
Pr≈−s∗Ps
Pg=Ps+Pr
ʄr=s∗ʄe
Estas cuatro ecuaciones se aplican para cada caso de la tabla 4.3
Caso 1: se considera una potencia mecánica de 850 KW para ráfagas de 20 m/s o más
Ps≈ 850KW1+0.1667
≈729KW
Pr≈0.1667∗729kW ≈121kW
Pg=729+121=850KW
Caso 2: se considera una potencia mecánica de 850 KW para vientos de 17-21 m/s
Ps≈ 850KW1+0.0833
≈784.5kW
Pr≈0.0833∗784.5kW≈121kW
Pg=784.5+65=850KWSi la frecuencia del estator es de 60 Hz, la frecuencia de la corriente del rotor es:
ʄr=(0.0833 ) (60Hz)≈5Hz
Caso 3: Se considera una potencia mecánica de 500 kW para bajo viento
Ps≈500kW1−0
≈500kW
Pr≈0∗784.5KW≈0KW
Pg=500−0=500kW
Si la frecuencia del estator es de 60 Hz, la frecuencia de la corriente del rotor es:
ʄr=(0)(60Hz)≈0Hz
Caso 4: Se considera una potencia mecánica de 500 kW para bajo viento.
Ps≈ 500kW1−0.1667
≈600kW
Pr≈−0.1667∗600KW≈−100KW
Pg=600−100=500kW
Si la frecuencia del estator es de 60 Hz, la frecuencia de la corriente del rotor es:
ʄr=(0.1667 ) (60Hz)≈10Hz
Estos cálculos permiten observar que a mayor deslizamiento existe el rotor aporta más potencia activa. Esto significa que la maquinaes más eficiente con un desplazamiento más grande. Es importante
mencionar en los casos 1 y 2 se considera una potencia mecánica nominal teórica de 850 kW para fines de ilustración, pues con basea los datos adquiridos se observa que generalmente el aeorgenerador A15 no genera 850 KW de forma constante a altas velocidades de viento (mayor a 21 m/s).
Finalmente se puede decir que:
El aerogenerador genera potencia activa por el devanado del estator en los modos de operación supersíncrona, síncrona y subsíncrona.
El aerogenerador consume potencia reactiva por el estator en los modos de operación supersíncrona, síncrona y subsincrona
El aerogenerador genera potencia activa por el rotor en modo supersíncrono
El aerogenerador consume potencia activa por el rotor en modosubsíncrono
El aerogenerador consume potencia reactiva por el rotor en modo supersíncrono y subsíncrono
El aerogenerador no genera ni consume potencia activa ni reactiva por el rotor a velocidad síncrona.
CONTROL RETROALIMENTADO DEL AEROGENERADOR A15
CONTROL DE UN AEROGENERADOR TIPO GIDA
El sistema de control de un aerogenerador tiene como funciones principales:
1) Seguridad personal2) Segurada de la maquina3) Garantizar la operación normal de la maquina; maximizar la
producción de energía, limitación de cargas mecánicas en función de los límites de diseño, reducción de ruido aerodinámico y mantener una alta calidad de la energía.
Los algoritmos del sistema de control retroalimentado de un AG-GIDA son parte del sistema de control del aerogenerador. Estos algoritmos generan el comando de pitch, y los voltajes de control de los convertidores para controlar la potencia de la turbina, el voltaje de bus de CC y el voltaje de la red. En la figura tal se presenta un esquemático del aerogenerador DFIG y su sistema de control.
Control retroalimentación de la turbina
El control de velocidad del aerogenerador se puede realizar de dosformas:
1) Por regulación de pitch2) Por regulación de torque
El control de velocidad por regulación de pitch tiene dos objetivos principales:
a) Maximizar la producción de energía en vientos bajosb) Proteger la integridad física de la maquina en vientos altos
El objetivo a) se lleva a cabo manteniendo la posición de las aspas de 0° hasta que la velocidad de la turbina supera la velocidad de sincronismo del generador. Los valores de referencia del pitch pueden estar predefinidos en función de la curva característica de velocidad-potencia para la operación antes de llegar a la velocidad supersíncrona.
Y el segundo objetivo se persigue a partir de que la maquina genera la potencia nominal. En este caso, el pitch se modifica para reducir la eficiencia de la turbina y mantenerla dentro de
rangos seguros de velocidad, en la figura 5.2 se muestra un esquema genérico de control de velocidad por regulación pitch.
Fig. 5.2 esquema genérico de control de velocidad por pitch
Control retroalimentación del generador
El control de potencia activa y reactiva como el control del voltaje de bus se pueden realizar mediante los convertidores (CLM Y CLR). Estos convertidores reciben los voltajes de control correspondientes para manipular las formas de onda de los voltajesy corrientes de salidas del convertidor electrónico de frecuencia.
El CLM proporciona la excitación a los devanados del rotor del generador de tal manera que sea posible modificar el torque y de esta manera la velocidad angular del generador, además del factor de potencia en las terminales del estator.
El control de velocidad por regulación de torque tiene como objetivo principal seguir la curva de potencia-velocidad de la turbina. La velocidad de la turbina es medida y la correspondientepotencia mecánica de la turbina es fijada como referencia en el lazo de control de potencia. En la figura 5.3 se muestra una curvade potencia-velocidad típica de un aerogenerador.
Fig. 5.3 curva característica potencia-velocidad para la referencia de potencia
Además, el CLM mantiene constante el voltaje del bus de DC a pesarde la magnitud y dirección del flujo de potencia del rotor. El esquema de control del vector orientado del flujo del estator habilita el desacoplamiento del control de potencia activa y reactiva entre la red y el CLR. Se utiliza un esquema PWM para regular la corriente, donde el marco de referencias d-q de corriente es utilizado para regular el voltaje del bus y la potencia reactiva. En la figura 5.4 se puede observar un esquema de control genérico para el CLM.
Fig. 5.4 esquema de control genérico del CLM
El CLR se utiliza para regular el voltaje del bus de DC y cuyo controlador consiste en:
1) Un sistema de medición para medir los componentes d-q para controlar las corrientes de AC y el voltaje del bus de DC.
2) Un lazo externo de regulación de voltaje de DC, cuya salida es la referencia de corriente IdCLM_ref para el lazo de corriente
3) Un lazo interno de regulación de corriente para controlar la magnitud y fase del voltaje del CLR a partir de la IdCLM_ref.
En la figura 5.5 se puede observar un esquema de control genérico para el CLR
Fig. 5.5 esquema de control genérico del CLR
5.2 ESQUEMA DE CONTROL DE LA TURBINA
Básicamente, el sistema de control de la turbina tiene 3 algoritmos:
1) Control de velocidad
2) Control de la posición angular del aspa3) Control de orientación de la góndola
Estos algoritmos están programados en el PLC de la marca Phoenix Contact modelo RFC 430 ETH-IB [IIE-21-13852-I001-f].
Los algoritmos de control, de posición del aspa y orientación de la góndola, trabajan en conjunto de con SOG (sistema de orientación de la góndola) y el SPA (sistema de posicionamiento del aspa) respectivamente. Estos sistemas fungen como actuadores del sistema de control de la turbina. El SOG y el SPA se drescriben en las siguientes secciones.
Fig. 5.6 Esquema de control de la turbina del aerogenerador A15
5.2.1 Esquema de control de velocidad-pitch
El esquema de control de posición de las aspas se encarga básicamente de que la producción de energía eléctrica siga la curva de potencia del aerogenerador, donde se deben cumplir dos requerimientos principales:
1) Capturar la máxima potencia disponible del viento en velocidades bajas de viento
2) Mantener la integridad física de la maquina en velocidades altas de viento
En la figura 5.7 se presenta el diagrama de bloques del esquema decontrol de posición de aspas.
Fig. 5.7 Esquema de control retroalimentación de la turbina del aerogenerador A15
El bloque selector de velocidad proporciona la referencia de velocidad angular (del generador) en función de la etapa de operación del aerogenerador. Esta referencia es comparada con la velocidad angular actual, la cual es medida mediante un sensor. Enel aerogenerador A15 el sensor de medición de velocidad del generador (velocidad en el eje de alta) es un encoder. La diferencia o error obtenido a partir de la comparación entre la referencia y el valor medido se envía al controlador PID (proporcional integral derivativo) del lazo de velocidad. Este controlador también es afectado por el bloque selector de pitch optimo, el cual en función de la velocidad del viento y la velocidad del generador calcula un valor de posición angular óptimo para capturar la máxima potencia disponible del viento. La salida del PID de lazo de velocidad es el valor de referencia dellazo del pitch. La referencia es comparada con la posición angulardel aspa actual, la cual es medida por un sensor ubicado dentro del aspa. La diferencia o error obtenido a partir de la comparación entre la referencia y el valor medido llega al controlador PID del lazo de pitch. La salida del controlador (Vc) es el voltaje que activa la válvula proporcional del SPA para modificar el ángulo del aspa.
5.2.2 Esquema de control de orientación de la góndola
El esquema de control de orientación de la góndola se encarga de mantener una alineación aceptable de la góndola con respecto a la dirección del viento para reducir al mínimo las cargas mecánicas sobre el aerogenerador.
En la figura 5.8 se presenta el diagrama de bloques del esquema decontrol de orientación de la góndola.
Fig. 5.8 Esquema de control en lazo abierto de la turbina del aerogenerador A15
El esquema de orientación de la góndola se basa en un sensor de orientación y en la medida de la velocidad del viento. Si la velocidad del viento esta debajo del valor de Vin la dirección delviento cambia constantemente, por lo cual es muy difícil de determinar. Bajo esta situación no se genera ninguna acción de control, ya que el beneficio es casi nulo y el SOG se desgastaría inútilmente. En caso de de la velocidad del viento este arriba de Vin, el algoritmo de control genera una señal de control para mantener una alineación de la góndola con respecto a la dirección del viento para mantener el nivel de cargas dentro de los límites aceptables.
Por lo tanto, el esquema de control de orientación de la góndola considera la velocidad del viento y la desalineación de la góndolapara tomar una acción de control.
El aerogenerador tiene un sensor que mide la desalineación en grados (0°-360°) de la góndola con respecto a la dirección del viento. Existe un sector de desalineamiento permitido (ver figura 5.9 el cual si es sobrepasado el control activa los motores en sentido horario (CW) o sentido antihorario (CWW) para corregir el error hasta que la góndola se encuentre dentro de los límites de alineación aceptable.
La parte inferior de la corona dentada es rodeada por una serie de mordazas para evitar el desplazamiento de la góndola debido a las cargas producidas por el viento. Por otro lado, las moto reductoras tienen motor-freno eléctrico para accionamientos del giro y aporte extra de par de retención. Cuando la góndola se encuentra orientada, su posición se mantiene fija por las mordazasy frenos hidráulicos.
Las moto reductoras son los elementos conductores del giro del AG.Estas permiten el giro y orientación de la góndola a través de un piñón corona.
Por medio del freno de fricción las moto-redcutoras aportan un parde retención extra al proporcionado por las mordazas. Dichas capacidad de retención adicional permite el retener la maquina ante cargas exteriores de viento elevadas. Ambas moto reductoras están montadas a derechas, es decir, el motor ataca la reductora por el lado derecho. Funcionan de manera sincronizadas, activándose al mismo tiempo.
Fig. 5.19 Localización del SOG en la góndola Fig 5.20 sistema de orientación de la góndola
5.3 SISTEMA DE POSICIONAMIENTO DE LAS ASPAS
El sistema de posicionamiento de las aspas (SPA) permite modificarel ángulo de paso de las aspas de la turbina en función de una señal de control. Los elementos principales del SPA del aerogenerador G52 de 850 KW de la CE la venta son: el mecanismo deposicionamiento del aspa (vástago), la unidad de fuerza electro hidráulica, el pistón hidráulico y la válvula hidráulica de actuación. Estos elementos son mostrados en las figuras 5.10-5.13.
Fig 5.10 Cubo y aspas
Fig. 5.11 Unidad de fuerza electro hidráulica
Fig. 5.12 Pistón hidráulico, válvula de actuación y señal de control.
Fig. 5.13 válvula hidráulica de actuación
La señal de control (voltaje de control) llega a la válvula hidráulica de actuación, la cual está montada en un extremo del pistón hidráulico. El pistón está conectado a través de la flecha hueca de la turbina hasta el mecanismo de posicionamiento (vástago). La unidad de fuerza electro hidráulica se localiza en el lado derecho de la góndola. Esta unidad tiene como función ejercer la presión al fluido de trabajo para suministrar potencia
hidráulica al SPA, al freno de emergencia y al sistema de frenado del sistema de giro.
En la figura 5.14 se presenta un diagrama del circuito hidráulico del SPA. El pistón hidráulico es adaptado para moverse dentro de un cilindro del actuador hidráulico en presencia del fluido hidráulico. El pistón está conectado a un aspa de la turbina eólica mediante un castigo. El acumulador de emergencia tiene un resorte y un pistón encerrado en un cilindro que contiene fluido hidráulico.
Fig. 5.14 Diagrama del circuito hidráulico del SPA
En condiciones normales el actuador hidráulico puede mover el vástago y fijar así la orientación del aspa por medio de la válvula proporcional (hidráulica de actuación) controlada por el sistema de control. El fluido hidráulico se puede evacuar de la válvula proporcional para alimentar el primer lado del actuador. Esta acción moverá el pistón del actuador hidráulico a la derecha.Durante el fluido hidráulico será vaciado del segundo lado del actuador hidráulico a la válvula proporcional. Así mismo, se puedeconseguir el movimiento inverso del pistón mediante la válvula
proporcional. Asimos, se puede conseguir el movimiento inverso delpistón mediante la válvula proporcional en condiciones normales defuncionamiento.
Además, en la figura 5.15 se presenta un diagrama de bloques entrada/salida del SPA
Fig 5.15 entrada/salida del SPA
El PLC (controlador) genera una señal de control llamada voltaje de control del pitch (Vc_ ). La cual entra al SPA. El SPA es el actuador que mueve las aspas de la turbina para manipular el ángulo de paso (variable manipulada) para controlar la velocidad del generador (variable controlada).
Nota: la información de la activación y desactivación de las válvulas que integran el SPA
La caracterización del SPA se realizó en cuatro pasos:
Monitoreo y adquisición de señales entrada/salida del SPA Selección y procesamiento de las señales Identificación de la función de transferencia del SPA Pruebas de validación
5.5 ESQUEMA DE CONTROL DEL GENERADOR
Básicamente, el sistema de control del generador regula el flujo de potencia eléctrica en los devanados del estator y del rotor. Los algoritmos de control del generador están programados en el
PLC de la marca Phoenix Contact modelo RFC 430 eth-ib Y en CCU (unidad de control del convertidor) marca ingeteam modelo AK9300. Ambos equipos de control se describen en el documento.
En la figura 5.21 se presenta un diagrama de bloques general del control del generador. En esta figura se pueden observar dos algoritmos: 1) control de velocidad y 2) control de potencia.
El control de la velocidad es un lazo de velocidad del esquema de control del generador independientemente del esquema de la turbina, peor también está programado en el PLC. Por otro lado, laprogramación del control de potencia se localiza en el CCU. La salida del lazo de control de velocidad es la referencia del control de potencia. El actuador del sistema de control del generador de control es el SCF (VCLM y VCLR) que llegan al actuador. El actuador del sistema de control del generador es el SCF (Sistema de Conversión de Frecuencia), el cual eta conformado por dos inversores llamados CLM (Convertidor lado maquina), CLR (Convertidor lado red) y un bus de corriente directa. El SCF se describe más adelante en esta misma sección.
Fig. 5.21 Esquema de control de la turbina del aerogenerador A15
En la figura 5.22 se muestra un diagrama de bloques con mas detalle del sistema de control del generador con respecto al lazo de velocidad. En este diagrama el control de potencia queda definido solo en función de entradas y salidas.
Fig. 5.22 Esquema de control del generador del aerogenerador A15
La referencia del lazo de velocidad del esquema de control del generador es proporcionada por un selector de velocidad. Este selector está en función de los requerimientos de operación. Se realiza una medición de velocidad por un sensor (encoder) la cual se compara con la referencia y el valor del error se envía al controlador PID. La salida del PID es delimitada y posteriormente envía al control de potencia como señal de referencia. En función de la referencia y de las mediciones de voltaje (de la red y del bus de CD) y corrientes (del estator y del rotor) el control de potencia genera los voltajes de control del CLM (V C-CLM) y el CLR (VC-CLR). El SCF procesa estos voltajes de control para manipular las ondas de voltaje y corriente que entran y salen de este.
5.6 SISTEMA DE CONVERSION DE FRECUENCIA.
El sistema de conversión de frecuencia (SCF) transporta y manipulala energía que entra o sale del rotor del generador eléctrico en función de los voltajes de control de entrada a los convertidores lado máquina y lado red. El SFC se localiza en la base de la torredel aerogenerador. Los elementos principales del SCF (fig. 5.23) del aerogenerador G52 de 850 KW de la CE La Venta son: Convertidorlado maquina (CLM), Convertidor lado red (CLR) y bus de CD.
Ambos convertidores cuentan con una configuración idéntica. Cada convertidor tiene arreglos de 12 IGBTs, agrupados en 6 ramas (piernas), de las cuales 2 ramas corresponden a una fase.
El bus de CD está conectado entre ambos convertidores. Su función es unir eléctricamente a los convertidores y permitir la transferencia de energía de un elemento a otro.
Las tarjetas drivers permiten la comunicación entre el CCU y los modelos IGBTs. Estas tarjetas reciben las señales de disparo de los IGBTs y las acondicionan para generar una señal de +14.7 Vcd para el encendido y de -14.7 Vcd para el apagado de los IGBTs. Latarjeta interfaz transmite las mediciones de corriente y temperatura del SCF hacia el CCU.
Fig. 5.23 Sistema de conversión de frecuencia
Fig 5.24 Configuracion electrónica del SCF
En general, la dirección del flujo de energía en el SFC esta en función de la operación del aerogenerador. En operación subsincrona el flujo de energía es de la red hacia el rotor de la maquina a través del SCF. La energía de frecuencia constante (60Hz) es tomada de la red para ser rectificada por el CLR y almacenada en el bus de CD. Este bus funciona como una fuente parael CLM, el cual convierte la energía de directa en alterna para ser inyectada al rotor de la maquina hacia la red. La energía de frecuencia variable que genera la maquina es rectificada por el CLM y almacenada por el bus de CD. El bus funciona como una fuentepara el CLR, el cual convierte la energía de directa en una señal de alterna de frecuencia constante (60 Hz) para ser inyectada a lared.
El CCU (unidad de control del convertidor) genera los comandos de los voltajes de control VC-CLM y VC-CLR para el CLM y CLR respectivamente. El SCF es el actuador que mediante interrpciones a alta frecuencia convierte la energía directa a alterna o viceversa según los requerimientos de operación. La energía de alterna de salida del SCF (variable controlada) tiene la amplitud y fase que el sistema de control establece.
Fig. 5.25 Entrada/salida del SCF
Caracterización del SCF
El convertidor electrónico presente en la base del aerogenerador Gamesa G52 de 850 KW es un convertidor de cuatro cuadrantes, con corrientes y tensiones tanto positivas como negativas, diseñado para el control de generadores doblemente alimentados, permitiendoel control de potencia activa y reactiva transmitida tanto al generador como a la red.
La red está conectada a través de un auto-transformador y de un circuito de precarga que actúa durante las operaciones de arranque. Este convertidor electrónico de lado red, está formado por IGBT’s encapsulado según la tecnología SkiiP de semikron y está controlado por PWM a una frecuencia de comunicación de 5 KHz.
La misma tecnología SkiiP es usada para los IGBT’s del convertidorelectrónicos del lado rotor, en este caso la frecuencia de conmutación es de 2.5 KHz.
Gabinete de la Base de la Torre
Se encuentra situado en la base de la torre y está conformado por cuatro secciones (fig. 5.26):
Sección A: Contiene el controlador CCU del convertidor, los elementos para la alimentación de dicho convertidor, los convertidores para la red de fibra óptica del mando a distancia y del convertidor para comunicación con el TOP.
Sección B: Contiene los elementos para la generación de todas las tensiones auxiliares de alimentación de los equipos eléctricos.
Sección C: Contiene los interruptores termomagneticos de protección de la acometida, de servicios auxiliares y del variador de potencia, asi como el filtro EMC, el transformador de servicios y el contactos para el acoplamiento de la maquina a la red.
Sección D: Contiene el convertidor de potencia, las reactancias, el auto transformador de alimentación del convertidor de potencia y el capacitor del filtro de armónicos.
Fig. 5.26 Gabinetes Base Aerogenerador.
Unidad del control del convertidor.
La unidad del control del convertidor (CCU) (Fig. 5.27) tiene dos conectores de 26 pines con cable blindado en el extremo superior izquierdo. A través de estos cables se transmite las señales de encendido y apagado de CCU hacia las tarjetas Drivers de los IGBTsa través de una tarjeta de Ingeteam AK9320 con una longitud máximade 2 metros. A su vez, el CCU recibe de esta tarjeta driver señales del status de operación de los IGBT’s. Cabe señalar que noes posible conectarse directamente a estas señales con el propósito de medición debido a la naturaleza propia de las mismas.Son muy susceptibles a capacitancia, campo electromagnético y ruido. De hecho cualquier elemento adicional a esta trayectoria deinterconexión dispara una alarma de operación errónea (falla) en los IGBT’S.
