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MODELADO Y ANALISIS DE UNA TURBINA EOLICACON GENERADOR SINCRONO
DE IMANES
PERMANENTES Y SU APLICACION EN ESTUDIOSDE ESTABILIDAD Y CALIDAD
DE LA ENERGIA
Primer Avance de Tesis
Presenta: Agustn Tobas Gonzalez
Asesor: Dr. Rafael Pena Gallardo
3 de diciembre de 2014
Maestra en Ingeniera Electrica Control Automatico 1/173 de
diciembre de 2014 1 / 17
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Indice
1 Introduccion
2 Marco teorico
3 Planteamiento del problema y justificacion
4 Objetivos
5 Metodologa y cronograma de actividades
6 Bibliografa
Maestra en Ingeniera Electrica Control Automatico 2/173 de
diciembre de 2014 2 / 17
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Indice
1 Introduccion
2 Marco teorico
3 Planteamiento del problema y justificacion
4 Objetivos
5 Metodologa y cronograma de actividades
6 Bibliografa
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Indice
1 Introduccion
2 Marco teorico
3 Planteamiento del problema y justificacion
4 Objetivos
5 Metodologa y cronograma de actividades
6 Bibliografa
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Indice
1 Introduccion
2 Marco teorico
3 Planteamiento del problema y justificacion
4 Objetivos
5 Metodologa y cronograma de actividades
6 Bibliografa
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Indice
1 Introduccion
2 Marco teorico
3 Planteamiento del problema y justificacion
4 Objetivos
5 Metodologa y cronograma de actividades
6 Bibliografa
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diciembre de 2014 2 / 17
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Indice
1 Introduccion
2 Marco teorico
3 Planteamiento del problema y justificacion
4 Objetivos
5 Metodologa y cronograma de actividades
6 Bibliografa
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diciembre de 2014 2 / 17
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El auge en la generacion de electricidad mediante la utilizacion
deaerogeneradores modernos se dio desde principios de los ochentas,
debidoa la necesidad de utilizar fuentes alternativas de energa que
no utilizarancomo materia prima derivados del petroleo.
Figura 1: Alturas tpicas de aerogeneradores de eje horizontal
segun la potenciagenerada [1].
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diciembre de 2014 3 / 17
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Ventajas y desventajas de la energa eolica [1]
Ventajas
Recurso renovable no contaminante
Costo adecuado
Emisiones de CO2
Desventajas
Aspectos ambientales
Aspectos de suministro y transporte
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diciembre de 2014 4 / 17
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Estado actual de la energa eolica en Mexico y elmundo
El Consejo Mundial de Energa Eolica [4] con datos actualizados
en el ano2013 tiene como estadstica que la capacidad eolica mundial
instaladaacumulada incremento cerca de 200,000 MW en los ultimos
cinco anos
Figura 2: Capacidad eolica mundial acumulada.
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diciembre de 2014 5 / 17
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La capacidad eolica mundial anual instalada, es encabezada en
Asia por laRepublica Popular China.
Figura 3: Capacidad eolica mundial anual instalada por region
1996-2013
Maestra en Ingeniera Electrica Control Automatico 6/173 de
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Potencial eolico en Mexico
Capacidad Instalada
en energa elica.
Capacidad total:
40268 MW Capacidad Instalada:
1214.7 MW
Figura 4: Capacidad eolica instalada y potencial eolico en
Mexico a 80m.
Maestra en Ingeniera Electrica Control Automatico 7/173 de
diciembre de 2014 7 / 17
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Clasificacion de aerogeneradores
Existen diferentes clasificaciones para aerogeneradores de
acuerdo a suscaractersticas de operacion y construccion, como las
siguientes:
Aerogeneradores segun su eje.
Turbinas de eje vertical. Turbinas de eje horizontal.
Aerogeneradores segun su velocidad de operacion
Velocidad fija. Velocidad variable.
Aerogeneradores segun el control de velocidad.
Control por estancamiento (control pasivo). Control de angulo de
paso (control activo).
Maestra en Ingeniera Electrica Control Automatico 8/173 de
diciembre de 2014 8 / 17
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La Figura 5 muestra cuatro configuraciones tpicas de
aerogeneradores,incluyendo tambien la utilizacion de diferentes
generadores electricos.
Figura 5: Configuraciones tpicas para aerogeneradores [2].
Maestra en Ingeniera Electrica Control Automatico 9/173 de
diciembre de 2014 9 / 17
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Simulacion en tiempo real.
Cuadro 1: Diferencias entre simulacion convencional y simulacion
en tiempo real.
Simulacion convencional Simulacion en tiempo real
La simulacion de sistemas cuya respuesta Respuestas de
simulacion en un segundo,requiere mas de un segundo, resulta en
minutos se deben procesar exactamente en un segundo.y hasta horas
de procesamiento.Son simulaciones basadas completamente en software
Simulacion en hardware o software
(Analogica, hbrida o completamente digtal).En la simulacion
totalmente digital, todos los calculosnecesarios para determinar el
estado del sistema depotencia, son completados en un
tiempoexactamente igual al paso de la simulacion.
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diciembre de 2014 10 / 17
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Simulador Dgital En Tiempo Real (RTDS) [8]
Hardware: Diseno modular en unidades (rack), tarjetas
deprocesamiento de ultima generacion, trajetas receptoras de
entrada osalida (analogica o digtal).Software: Interfaz grafica
RSCAD
Figura 6: Ejemplo de simulacion en el RSCAD.
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Condiciones del sistema ante una rafaga de 20 km/hr.
Figura 7: Efecto de una rafaga de viento sobre parametros del
sistema.
Maestra en Ingeniera Electrica Control Automatico 12/173 de
diciembre de 2014 12 / 17
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Tomando como modelo a desarrollar el esquema planteado en la
Figura 8,se tiene como objetivo el estudio total del sistema de
conversion de energaeolica acoplado a la red electrica.
CA
CD CA
CD
Modelo del
viento
Generador
sncrono de
imanes
permanentes
Controlador del convertidor para
el generador
Control de
ngulo de
paso
P
Controlador del convertidor para
la red
Enlace de CD
RED
Figura 8: Esquema general de control de un aerogenerador con
control de angulode paso conectado a la red electrica.
Maestra en Ingeniera Electrica Control Automatico 13/173 de
diciembre de 2014 13 / 17
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Modelar en espacio de estado los principales componentes
electro-mecanicosde una turbina eolica con generador de imanes
permanentes.
Implementar dicho modelo en una estacion especializada en
simulaciones entiempo real.
Evaluar diferentes convertidores para interconectar el
aerogenerador alsistema de potencia.Determinar una estrategia de
control para dicho convertidor, optimizando laextraccion de
potencia y regulando la velocidad del giro del generador
delaerogenerador.
Implementar dicha estrategia de control en un dispositivo
digital.
Analizar el impacto en la estabilidad y en la calidad de la
energa del sistemapropuesto en tiempo real.
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Actividades a realizar
1 Actividad 1: Busqueda bibliografica y revision de estado del
arte.
2 Actividad 2: Se desarrollara el modelado matematico en espacio
de estados delaerogenerador.
3 Actividad 3: Se trabajara en la implementacion del modelo en
el RTDS y seseleccionara el convertidor adecuado para
interconectarlo con un sistema depotencia.
4 Actividad 4: Se trabajara en la implementacion de la
estrategia de control para elconvertidor.
5 Actividad 5: En esta etapa se generaran los casos de estudio,
bajo diferentesescenarios de operacion.
6 Actividad 6: Se realizara la escritura de la tesis, as como de
un artculo para serpresentado en un congreso nacional o
internacional.
7 Actividad 7: Cursar las materias de catalogo
complementarias.
8 Actividad 8: En esta actividad se pretende concluir la
redaccion de la tesis degrado as como presentar el examen de grado
correspondiente.
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diciembre de 2014 15 / 17
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Cronograma de actividades
Mes Actividad 1 2 3 4 5 6 7
8AbrilMayoJunioJulioAgostoSeptiembreOctubreNoviembreDiciembreEneroFebreroMarzoAbrilMayoJunioJulioAgosto
Cuadro 2: Trabajo por realizar. Trabajo realizado.Trabajo en
proceso.
Fecha de inicio: Abril de 2014. Fecha de culminacion: Agosto de
2015.
Maestra en Ingeniera Electrica Control Automatico 16/173 de
diciembre de 2014 16 / 17
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Mohd Hasan AliBSc(Eng), PhD, Onshore and Offshore Wind Energy,
solutions for Power Quality and Stabilization, first
edition, CRC Press.
Thomas Ackerman , Energynautics GmbH Germany, Wind Power in
Power Systems, second edition, Wiley, Germany
2012.
Paul A. LynnBSc(Eng), PhD, Onshore and Offshore Wind Energy,
first edition, Wiley, UK 2012.
http://www.gwec.net/global-figures/wind-energy-global-status/,
at 01 june 2014.
http://www.promexico.gob.mx/es us/promexico/Renewable Energy/,
01 de junio de 2014.
Manfred Stiebler Wind Energy Systems For Electric Power
Generation, Green Energy And Technology, 2008 Edition,
Springer-Verlag Berlin Heidelberg.
http://www.grupoeolico.com/, Grupo eolico Mexico, Insurgentes
2453, San Angel Ciudad de Mexico, Mexico. 04 de junio de
2014.
RTDS Technologies, Real Time Digital Simulation, Manual de
usuario.
Universidad Politecnica de Madrid http://ocw.upm.es/, Open
Course Ware, 05 de Junio 2014.
Mario Garca-Sanz, Universidad Publica de Navarra, Eduardo
Torres, M TORRES DISENOS INDUSTRIALES
SA, CARRETERA PAMPLONA-HUESCA, KM 9, Aerogenerador sncrono
multipolar de velocidad variable y 1.5 MW depotencia: TWT1500.
Maestra en Ingeniera Electrica Control Automatico 17/173 de
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IntroduccinMarco tericoPlanteamiento del problema y
justificacinObjetivosMetodologa y cronograma de
actividadesBibliografa