Regulación sensorless de SCIG para aerogeneradores adecuados con un convertidor autónomo

Abstract

Antes de que la evolución de la tecnología de semiconductores hiciera posible la generación eólica con electrónica de potencia, se instalaban aerogeneradores de velocidad fija, los cuales actualmente poseen peores prestaciones y se encuentran en mejores localizaciones en cuanto a calidad de viento que los de velocidad variable. El objetivo principal de este trabajo es diseñar un control sensorless de velocidad robusto, preciso y apto para todo el rango de velocidades, para la aplicación de transformación de turbinas de velocidad fija a velocidad variable. Las turbinas de velocidad fija constan de generadores de jaula de ardilla sin encoder ni aislamiento reforzado, por lo que es necesaria la introducción de un algoritmo sensorless y de un filtro sinusoidal entre convertidor y generador. Se parte de un algoritmo sensorless basado en un observador de flujo rotórico y un estimador de velocidad para aplicaciones con máquinas de inducción. A partir del algoritmo inicial se desarrolla un modelo de simulación y un control sensorless con los que se realizan diferentes pruebas para la validación del sistema propuesto. A estas pruebas se le suman las realizadas en bancada con equipo real, cuyos resultados son comparados con los del modelo de simulación. Previamente se realiza un estudio energético de la turbina con datos reales para determinar el máximo error de velocidad estimada aceptable. Se introduce la estimación online de la resistencia rotórica con un MRAS basado en la potencia reactiva.

Before the evolution of semiconductors technology made possible the wind applications with power electronics, fixed speed wind turbines were installed, which nowadays have worse characteristics and are placed in better localizations in terms of wind quality than variable speed ones. The main purpose of this work is to design a speed sensorless control which must be robust, precise and suitable for all speed range, for the transformation of fixed speed wind turbines to variable speed wind turbines application. Fixed speed wind turbines consist of squirrel cage generators without encoder or reinforced insulation, so that the introduction of a sensorless algorithm and a sinusoidal filter between converter and generator is necessary. From an initial sensorless algorithm, based in a rotor flux observer and a speed estimator for application with induction machines, a simulation model and a sensorless control are developed and different tests are carried out for the validation of the proposed system. Other tests carried out with real equipment are added, and their results are compared with the simulation model ones. Previously an energetic study of the turbine is executed with real data to determine the maximum acceptable estimated velocity error. The online estimation of rotor resistance with a MRAS based in reactive power is introduced.