Tesis doctoral de Juan Manuel Mauricio Ferramola
El crecimiento de la generación eléctrica basada en fuentes renovables como la solar o la eólica ha sido muy grande en estos últimos años en países como españa. de esta manera se logra una alternativa a la generación basada en hidrocarburos o en energía nuclear. sin embargo, existen varios aspectos a tener en cuenta a la hora de que la generación renovable siga en aumento. hasta ahora la generación eléctrica estaba basada en máquinas síncronas con fuentes primarias de energía controlables. por lo tanto, los sistemas de potencia, sus normativas y procedimientos estaban diseñados para este tipo de generación. en el caso de la generación renovable, ya sea la solar o la basada en el viento, por lo general no se utilizan generadores síncronos y no se tiene control sobre la fuente primaria. esto hace que su comportamiento sea muy distinto al de los generadores convencionales. hasta hace algunos años el aporte de la generación renovable, como la eólica, era despreciable. de esta manera, para incentivar la instalación de estos generadores se los ha eximido de las normativas aplicadas a los generadores tradicionales. por ejemplo, en el caso de haber perturbaciones en la red eléctrica, como pueden ser los huecos de tensión, a los aerogeneradores se les permitía su desconexión. hoy en día la cantidad de aerogeneradores es tan grande que una desconexión masiva fácilmente podría provocar un colapso de todo el sistema eléctrico. esto ha hecho que las normativas sean cada vez más exigentes, obligando importantes avances tecnológicos para cumplirlas y de esta manera mantener el crecimiento de las renovables. en la medida que la producción eólica desplace a la generación convencional, ésta deberá adoptar un papel activo en la aportación de servicios al sistema. es de esperar que con los avances tecnológicos no sólo se logre que las renovables tengan un comportamiento similar al de la generación convencional sino que incluso aporten mejoras respecto a ésta. el crecimiento de la generación eólica y solar no sería posible sin los avances en la electrónica de potencia. la mayoría de los aerogeneradores que se están instalando son de velocidad variable gracias a la utilización de esta tecnología. en el caso de las instalaciones fotovoltaicas, la necesidad de convertir la corriente continua en alterna obliga el uso de convertidores electrónicos. es así como las nuevas instalaciones basadas en estas fuentes energéticas tienen un elemento en común, el convertidor en fuente de tensión (vsc). en esta tesis se plantean varios tipos de controladores basados en modelo para los vsc. desde control a lazo abierto a controladores no lineales adaptativos se ponen a prueba para controlar las corrientes y las tensiones del vsc. los distintos resultados se comparan por medio de simulaciones electromagnéticas. el vsc se puede considerar como una configuración básica por medio de la cual se obtienen otros sistemas más complejos. uno de ellos es el enlace de corriente continua para la transmisión de energía eléctrica (hvdc-vsc), con mucho futuro gracias a su capacidad de controlar los flujos de potencia activa y reactiva. en esta tesis se aplican a este enlace algunos de los controladores propuestos para el vsc. actualmente la mayoría de los aerogeneradores de gran potencia que se instalan son de velocidad variable. El más común es el basado en máquina de inducción doblemente alimentada, cuyo rotor se alimenta por medio de un vsc (dfim-vsc-wecs). Por otro lado, el de gran futuro es el basado en en máquina síncrona de imanes permanentes (pmsm-vsc-wecs). en el primer caso, un enlace de continua similar al hvdc-vsc sirve para alimentar el rotor del generador. en el caso de la pmsm-vsc-wecs un enlace similar conecta el estator del generador con la red eléctrica. de esta manera, se utilizan las estrategias de control aplicadas al vsc y al hvdc-vsc en este tipo de máquinas. varias estrategias son comparadas, obteniéndose respuestas de seguimiento de referencias de potencia activa y reactiva muy satisfactorias. gracias a esto, se plantea la posibilidad de controlar la potencia reactiva de salida para hacer frente a huecos de tensión y faltas cercanas. de esta manera, se logra que los aerogeneradores aporten a la estabilidad de tensiones. la gran capacidad de control también motiva la utilización de los vsc, los hvdc-vsc y los aerogeneradores de velocidad variable para la mejora de algunos aspectos del sistema de potencia en el cual están incluidos. por un lado se propone una estrategia de control de la potencia activa de salida de estos aerogeneradores para disminuir los esfuerzos mecánicos de sus turbinas y ejes. esto se logra sin variar la potencia de salida total del parque eólico. en vistas de que los aerogeneradores de velocidad variable aporten a la regulación de frecuencia se propone una estrategia de control que saca provecho de la rapidez que tienen éstos para controlar sus potencias activas. los resultados obtenidos muestran que este tipo de generadores pueden complementar a los generadores convencionales lográndose respuestas muy satisfactorias. también se propone una estrategia de control para mejorar el amortiguamiento de oscilaciones electromecánicas de los sistemas de potencia. esto se logra por medio de un controlador lineal aplicado a la potencia activa de salida de los aerogeneradores. gracias a estos ejemplos se demuestra que las nuevas fuentes de generación, bien controladas, no sólo no afectarían a la red eléctrica sino que también podrían aportar a la mejora de su estabilidad, ya sea de tensiones, de frecuencia o de ángulo. es así como esta tesis intenta ser una introducción a la utilización de estas tecnologías para brindar servicios como los que ofrece actualmente la generación convencional e incluso mejores.
Datos académicos de la tesis doctoral «Control de convertidores en fuente de tensión y sistemas de potencia con generación renovable«
- Título de la tesis: Control de convertidores en fuente de tensión y sistemas de potencia con generación renovable
- Autor: Juan Manuel Mauricio Ferramola
- Universidad: Sevilla
- Fecha de lectura de la tesis: 15/04/2009
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Antonio Gómez Expósito
- Tribunal
- Presidente del tribunal: Luis Serrano lribarnegaray
- Juan Manuel Carrasco solís (vocal)
- julio Usaola García (vocal)
- José María Maza ortega (vocal)