Diseño y simulación de una estrategia de control MPPT "sensorless" para aerogeneradores de mini eólica

Abstract

[ES] El trabajo se basa principalmente en el diseño de una estrategia de control para turbinas de mini eólica. La turbina está conectada mecánicamente con un generador síncrono de imanes permanentes. Este se controla mediante un rectificador activo, empleando un método específico para mantener la turbina siempre en el punto de máxima potencia (lambda correspondiente a cp máximo), respetando siempre un límite máximo en la velocidad de giro y un límite en la potencia máxima capturada.

Es decir a velocidades de viento bajas el control buscará mantener la turbina en el punto de máxima potencia, hata alcanzar la velocidad máxima permitida. para velociadades de viento superirores la turbina seguira girando a la velocidad máxima permitida mientras la potencia capturada no supere la poténcia máxima permitida, en cuyo caso el control haría descender la velocidad de la turbina (bajando lambda) para capturar la potencia máxima permitida.

Todo esto con un sistema sensorless. Sin medida de posición o velocidad del rotor y sin medida de velocidad del viento. En el trabajo se proponen varias mejoras en diferentes puntos del algoritmo de control, como en la estimación de velocidad de giro del aerogenerador. También el control del punto de máxima potencia es novedoso, pues se basa en controlar el par mecánico capturado, calculado en base al par eléctrico, al momento de inercia y a la aceleración angular estimada.

Además, se calcula la desviación de la constante de tensión real con respecto a la teórica, pudiendo detectar un deterioro o degradación de los imanes. Esto podría evitar que los aerogeneradores entrene en una zona en la que no sean capaces de frenar y se rompan.

El alcance del TFM será el análisis, diseño y la simulación de todo este sistema, pasando por todos los puntos relevantes que lo hacen funcionar

[EN] The work is mainly based on the design of a control strategy for mini wind turbines. The turbine is mechanically connected to a permanent magnet synchronous generator. This is controlled by an active rectifier, using a specific method to keep the turbine always at the point of maximum power (lambda corresponding to maximum cp), always respecting a maximum limit on the speed of rotation and a limit on the maximum power captured.

That is to say, at low wind speeds the control will try to keep the turbine at the maximum power point, until reaching the maximum allowed speed. For higher wind speeds the turbine will keep turning at the maximum allowed speed as long as the captured power does not exceed the maximum allowed power, in which case the control would lower the turbine speed (lowering the lambda) to capture the maximum allowed power.

All this with a sensorless system. No measurement of rotor position or speed and no measurement of wind speed. In the work several improvements in different points of the control algorithm are proposed, such as in the wind turbine speed estimation. Also the control of the maximum power point is novel, since it is based on controlling the captured mechanical torque, calculated based on the electrical torque, the moment of inertia and the estimated angular acceleration.

In addition, the deviation of the real voltage constant with respect to the theoretical one is calculated, being able to detect a deterioration or degradation of the magnets. This could prevent the wind turbines to train in an area where they are not able to brake and break.

The scope of the TFM will be the analysis, design and simulation of this whole system, going through all relevant points that make it work

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