Control de Velocidad de Aerogenerador mediante Realimentación de Variables de Estado Wind Turbine Speed Control by State Feedback

Resumen

En este trabajo se presenta un Sistema de Control orientado a mantener el régimen de operación de una turbina eólica de eje horizontal en torno al valor máximo de su eficiencia, a fin de mejorar el desempeño de un Sistema de Conversión de Energía Eólica de Velocidad Variable basado en un Generador Sincrónico de Imán Permanente. La eficiencia de la turbina alcanza su valor máximo para una determinada relación entre la velocidad del viento y la velocidad angular de la turbina. La estrategia de control propuesta consiste en asignar los polos (autovalores) de un modelo linealizado del sistema en Espacio de Estados mediante realimentación de variables de estado. El objetivo del controlador es ajustar de forma dinámica la velocidad angular de la turbina de en función de mediciones de velocidad del viento a fin de mantener la relación de velocidad de punta en torno al valor que hace máximo el coeficiente de eficiencia. La técnica de ajuste del controlador es verificada mediante simulación digital utilizando un modelo que contempla las no linealidades del Sistema de Conversión de Energía Eólica y la aleatoriedad de la velocidad del viento.

Palabras clave: Sistema de conversión de energía eólica de velocidad variable, generador sincrónico de imán permanente, realimentación de variables de estado, asignación de polos.

Abstract

In this paper we present a Control System for a Variable Speed Wind Energy Conversion System (WECS) based on Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG) and Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT). The Control System aims to keep an operation regime of the HAWT which maximizes its aerodynamic efficiency. The HAWT aerodynamic efficiency reaches its maximum value for a specific relation between the wind speed and the turbine angular speed (Tip Speed Ratio).The proposed control strategy consists in a pole placement (eigenvalue assignment) by State Feedback, which is adjusted using a linearized system model in the State-Space domain. The turbine angular speed is regulated by the controller in order to satisfy the Tip Speed Ratio requirement. The control strategy is verified by computer simulation using a WECS non-linear model with a random wind speed profile.

Key words: Wind energy conversion system, permanent magnet synchronous generator, state feedback, pole placement.