Diseño de un control por realimentación del espacio de estado de un aerogenerador basado en un generador de inducción doblemente alimentado

Abstract

El control de aerogeneradores basados en generadores de inducción doblemente alimentados se basa en la utilización de dos convertidores fuentes de tensión con modulación de ancho de pulso acoplados a través de un condensador. Un convertidor está conectado al rotor de la máquina y el otro al estator. Este control se realiza mediante control vectorial. El control vectorial se basa en controlar independientemente las corrientes en ejes d y q de las corrientes suministradas por los convertidores.

Una alternativa al control vectorial es el control por realimentación del espacio de estado. El objetivo de este proyecto fin de grado es investigar el control de aerogeneradores basados en generadores de inducción doblemente alimentados por realimentación del espacio de estado.

Para alcanzar esos objetivos se han desarrollado tres modelos: • Modelo lineal sin control • Modelo lineal con control por realimentación del espacio de estado • Modelo no lineal con control por realimentación del espacio de estado

El objetivo del control por realimentación del espacio de estado es controlar unas variables de estado a partir de unas variables de entrada y añadiendo unas perturbaciones al sistema. Para determinar el control por realimentación del espacio de estado se debe encontrar la matriz de ganancias K que haga que el sistema en lazo cerrado cumpla con un criterio dado. En este proyecto se aplica un criterio conocido como como regulador cuadrático lineal (Linear Quadratic Regulator, LQR).

La comprobación de las prestaciones de los esquemas de control se ha realizado comparando los autovalores de los modelos linealizados y la respuesta en el dominio del tiempo.

Wind generators based on doubly fed induction machines are controlled by two voltage source converters with PWM connected through a DC link capacitor. One converter is connected to the machine rotor and the other to the machine stator. Control of wind generators based on doubly fed induction machines is usually performed by vector control. Vector control controls independently the d and q axis currrent components supplied by the converters.

An alternative to vector control is state feedback control. The aim of the project is to investigate the control of wind generators based on doubly fed induction machines by state feedback control.

For such purpose, several models have been developed: • Linear model without control • Linear model with state feedback control • Non-linear model with state feedback control

The purpose of state feedback control is to control state variables by using input variables and by adding disturbances to the system. To determine the state space feedback control the gain matrix K needs to be found. In this project the Linear Quadratic Regulator (LQR) is applied in order to make the closed-loop system meet a given requirement.

The performance of vector control and state feedback control have been addressed comparing the eigenvalues and the time response.