Control Multivariable Centralizado con Desacoplo para Aerogeneradores de Velocidad Variable

Abstract

[EN] The design of control systems for wind turbine generators of variable speed represents an important challenge since these are nonlinear multivariable processes, with strong disturbances, diverse constraints and great interaction among its variables. Under this scenario the electric power must be generated efficiently and at the same time to regulate the speed of the turbine. This paper proposes several schemes of multivariable control, with the aim of improving the performance of the wind turbines, attenuating the effects of the interaction among their variables. The proposed solution is based on PID controllers with designs of type decentralized, centralized with diverse decoupling nets and a scheme with four PI. The behavior of the wind turbine is described by means of a nonlinear mathematical model, that becomes linear to obtain a transfer function matrix, from which the controllers are designed. Finally a comparative analysis is realized to determine which controller presents better results, applying disturbances with an additional wind speed model and random changes of the electric load.

[ES] El diseño de sistemas de control para aerogeneradores de velocidad variable representa un reto importante ya que se trata de procesos multivariables no lineales, con fuertes perturbaciones, diversas restricciones y gran interacción entre sus variables. Bajo este escenario se debe generar eficientemente la potencia eléctrica y al mismo tiempo regular la velocidad de giro de la turbina. En este trabajo se proponen varios esquemas de control multivariable, con el objetivo de mejorar el rendimiento de los aerogeneradores atenuando los efectos de la interacción entre sus variables. La solución propuesta se basa en controladores PID con diseños del tipo descentralizado, centralizado con diversas redes de desacoplo y un esquema con cuatro PI. El comportamiento del aerogenerador se describe mediante un modelo matemático no lineal, que se linealiza para obtener una matriz de funciones de transferencia, a partir de la cual se diseñan los controladores. Finalmente se realiza un análisis comparativo para determinar qué controlador presenta mejores resultados, aplicando perturbaciones con un modelo adicional de la velocidad del viento y cambios aleatorios de la carga eléctrica.