Diseño de los circuitos eléctricos de un aerogenerador offshore

Abstract

Esta memoria presenta el diseño detallado de los sistemas eléctricos de un aerogenerador offshore de 5 MW instalado frente a la costa de Tenerife. El trabajo se estructura en tres bloques principales.

En primer lugar, el circuito de potencia toma la energía eléctrica generada por el rotor y la adapta para su evacuación a la red: una etapa de conversión eleva la tensión de media a alta según los niveles requeridos para la transmisión, y se especifican dispositivos de protección como interruptores, descargadores de sobretensión y relés de sobrecorriente para salvaguardar el sistema frente a fallos y transitorios. En segundo lugar, la sección de servicios auxiliares garantiza el suministro continuo a las cargas internas de la turbina mediante el diseño de una red de distribución secundaria alimentada por un transformador reductor dedicado y respaldada por un sistema de alimentación ininterrumpida (SAI). Todos los componentes y el tendido de cables están dimensionados para soportar condiciones marinas, empleando materiales anticorrosión y aislamientos resistentes a la salinidad y la humedad. Por último, el sistema de control supervisa el funcionamiento seguro y eficiente de la turbina. Incluye el controlador principal, sensores de velocidad y dirección del viento y de posición del rotor, además de actuadores que regulan el paso de las palas y la orientación de la góndola.

Para cada subsistema se seleccionaron y dimensionaron los equipos y los recorridos de cable según normas internacionales (IEC, UNE y GL), teniendo en cuenta el entorno marino y el acceso para mantenimiento. El resultado es un diseño eléctrico que cumple los requisitos técnicos y normativos y puede operar de forma eficaz en un parque eólico costero real.

This thesis presents the detailed design of the electrical systems for a 5 MW offshore wind turbine installed off the coast of Tenerife. The work is organized into three main sections.

First, the power circuit takes the electrical output from the turbine’s generator and adapts it for export to the grid: a voltage conversion stage raises the generator’s medium‐voltage output to the levels required for transmission, and protection devices such as circuit breakers, surge arresters and overcurrent relays are specified to safeguard the system against faults and transients. Second, the auxiliary services section ensures uninterrupted power to the turbine’s internal loads by designing a secondary distribution network fed through a dedicated step‑down transformer and backed up by an uninterruptible power supply. All components and cabling are sized to withstand marine conditions, with corrosion‑resistant materials and insulation rated for salt spray and humidity. Third, the control system oversees safe and efficient turbine operation. It comprises the main turbine controller, sensors for wind speed, direction and rotor position, and actuators that adjust blade pitch and nacelle orientation.

For each subsystem, equipment and cable runs were selected and sized in accordance with international standards (IEC, UNE, GL), taking into account the marine environment and the need for maintenance access. The result is an electrical design that meets technical and regulatory requirements and can operate effectively in a real coastal wind farm setting.