Diseño de control de aerogeneradores marinos

Abstract

El objetivo principal de este proyecto es mejorar el rendimiento y la eficiencia de un aerogenerador marino de 5 MW a través del diseño de un sistema de control adecuado. Para ello, se realizaron estudios detallados de los diferentes modos de regulación y operación disponibles en el mercado, y se desarrolló un modelo de simulación básico utilizando el software Bladed. Este modelo de aerogenerador de velocidad variable y ángulo de paso variable permitió evaluar el comportamiento del aerogenerador en distintas condiciones. Posteriormente, se diseñaron los reguladores utilizando el control PI para controlar el par y el ángulo de paso según se encuentre por debajo o por encima de la velocidad nominal del viento respectivamente. Se estudió el modo de actuación del aerogenerador ante distintas situaciones, determinando las secuencias de operación normal y de emergencia incluyendo tanto el arranque como la parada. Por último, se realizó un análisis de cargas siguiendo las directrices para la certificación de aerogeneradores offshore de GL. Al realizar el estudio del caso 1.1 de la certificación GL para verificar la reducción de los esfuerzos sobre el buje, se comprueba que se reducen los esfuerzos en el buje, gracias a los reguladores. El cumplimiento de estas directrices brinda confianza en la seguridad y fiabilidad del aerogenerador, generando una mayor aceptación y viabilidad en el mercado.

The main objective of this project is to improve the performance and efficiency of a 5 MW offshore wind turbine through the design of an appropriate control system. For this purpose, detailed studies of the different modes of regulation and operation available in the market were carried out, and a basic simulation model was developed using Bladed software. This variable speed, variable pitch angle wind turbine model allowed evaluating the behavior of the wind turbine under different conditions. Subsequently, the controllers were designed using PI control to control the torque and pitch angle depending on whether it is below or above the rated wind speed, respectively. The performance mode of the wind turbine in different situations was studied, determining the normal and emergency operation sequences including both start-up and shutdown. Finally, a load analysis was performed following the GL offshore wind turbine certification guidelines. By performing the GL certification case study 1.1 to verify the reduction of stresses on the hub, it is found that the stresses on the hub are reduced, thanks to the controllers. Compliance with these guidelines provides confidence in the safety and reliability of the wind turbine, generating greater acceptance and viability in the market.