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Una tesis aporta mejoras para que los aerogeneradores operen a muy altas potencias y bajo una conexión de red más estable

Mejorar la conexión a la red y el control de los aerogeneradores

Redacción Interempresas24/01/2011

24 de enero de 2011

La energía eólica parte con ventaja ante sus competidoras renovables. Por este motivo, la presencia y el tamaño de las turbinas es cada vez mayor y requieren ajustes por diversas razones. Por una parte, los nuevos aerogeneradores necesitan funcionar a muy altas potencias, superando los actuales límites electrónicos y estructurales. Por otra, las nuevas normativas se han actualizado conforme a la alta penetración actual de la energía eólica en la red eléctrica, y exigen a las turbinas un control más exhaustivo para una red más estable.

La ingeniera de Tecnalia Eider Robles ha diseñado una serie de soluciones para que las turbinas puedan cumplir dichos requisitos. Su tesis, defendida en la UPV/EHU, se titula ‘Grid connection and control of multipole synchronous wind turbines’.

Robles ha optado por un mecanismo de accionamiento directo (el cual no necesita una multiplicadora de velocidad) acompañado de un convertidor de toda la potencia. Ésta sería la base para acceder a mayores niveles de potencia y eficiencia. Dicho mecanismo es, a su vez, muy exigente en cuanto a las propiedades de los elementos que deben formar el sistema, por lo que la ingeniera ha propuesto un diseño acorde con él.

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Eider Robles, ingeniera de Tecnalia y autora de la tesis, defendió su trabajo en la UPV/EHU. Foto: Eider Robles Sestafe.

Generador y convertidores

En lo que al tipo de generador se refiere, la tesis determina como el más apropiado el generador síncrono de imanes permanentes (GSIP) con rotor externo. El GSIP es un tipo de generador que no necesita de anillos rozantes para transmitir la electricidad. Así, el movimiento giratorio del rotor no provoca fricción, se reducen las pérdidas en el cobre, y la necesidad de mantenimiento disminuye. Además, el hecho de que el rotor sea externo permite acoplar las palas directamente, lo cual permitiría minimizar el peso de la estructura mecánica.

Por otra parte, la tesis propone una alternativa para trabajar a una mayor potencia. En la actualidad, los dispositivos semiconductores tienen limitaciones de tensión y corriente, por lo que la inclusión de convertidores de toda la potencia (tal y como plantea Robles como base) sería imposible en aerogeneradores de varios megavatios. Por lo tanto, la tesis propone utilizar convertidores multinivel, ya que estos posibilitan el uso en serie de los semiconductores, y en este caso sí sería factible superar las limitaciones y obtener un mayor voltaje. Para una calidad aún mayor, la investigadora ha propuesto añadir un sistema que contrarresta las perturbaciones externas como las variaciones de viento. Se trata de los controles ‘feedforward’ o de prealimentación, que tienen la capacidad de reaccionar a los cambios en su entorno.

Los detectores de secuencia positiva, la principal aportación

Entre las exigencias que debe cumplir un sistema de potencia conectado a red, cabe destacar las tareas de control para contrastar los desequilibrios y las distorsiones que ocurren en la tensión de red. Este control es, además, un requisito indispensable para cumplir las nuevas normativas, que exigen un funcionamiento continuo de las turbinas, independientemente de los desequilibrios, distorsiones y demás perturbaciones.

Para obtener la estabilidad y una mayor eficiencia en la conexión a red, el principal objetivo de esta tesis era, precisamente, el diseño de métodos robustos de detección de secuencia positiva. La tensión de red se compone de secuencia positiva (la parte útil), pero también de otros componentes provocados por los desequilibrios y distorsiones. Los detectores, compuestos por secuencias algorítmicas, aíslan la secuencia positiva.

Robles ha realizado una revisión exhaustiva de los actuales detectores de secuencia positiva y de las técnicas de sincronización. Según se explica en la tesis, el principal inconveniente encontrado en este análisis es que, en general, dichos detectores están especializados en un tipo de perturbación u otro, pero no en todos simultáneamente. Finalmente, Robles ha resuelto este problema con el uso de cuatro detectores de secuencia positiva, los cuales se basan en unos filtros denominados MAF (filtros de promediado local, del inglés Moving Average Filters). Estos detectores muestran un tiempo de asentamiento rápido y constante en presencia de cualquier tipo de perturbación, incluso si diferentes perturbaciones ocurren simultáneamente.

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Las turbinas de gran tamaño conllevan problemas sobre los que ha trabajado la tesis de Eider Robles. (Foto: Eider Robles Sestafe).

Eider Robles Sestafe (Bilbao, 1980) es ingeniera automática y electrónica por la Universidad de Deusto. Ha realizado la tesis bajo la dirección de José Luis Martín González (profesor del Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Bilbao, UPV/EHU) y Josep Pou Félix (profesor de Ingeniería Electrónica de la Universidad Politécnica de Cataluña). En la actualidad, Robles es investigadora de Tecnalia, centro en el que ha realizado la tesis, dentro del Grupo de Investigación sobre Conversión de Energía. Tanto la tesis como el trabajo del grupo han sido realizados en colaboración con la Universidad Politécnica de Cataluña y la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de la UPV/EHU.

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