Diseño del sistema de control y comunicaciones de un aerogenerador eólico marino

Abstract

El proyecto aborda la necesidad de desarrollar tecnologías avanzadas de comunicación y control para mejorar la eficiencia y seguridad de los aerogeneradores ubicados en entornos marinos. Dado el aumento en la demanda de energía sostenible, los aerogeneradores marinos se presentan como una solución prometedora debido a su capacidad para aprovechar los fuertes y constantes vientos en altamar. Sin embargo, la implementación de estos sistemas enfrenta desafíos significativos debido a las condiciones adversas del entorno marino y la distancia de los parques eólicos a la costa.

El enfoque principal es diseñar un sistema que garantice una comunicación efectiva y segura entre los diversos subsistemas del aerogenerador, así como entre los aerogeneradores y las estaciones de control en tierra. La arquitectura de control propuesta incluye el uso de una topología en estrella con redundancia para asegurar la transmisión constante de datos. Además, se integran tecnologías como PROFINET y OPC UA para gestionar la comunicación local y de larga distancia, respectivamente, permitiendo la supervisión y control en tiempo real de variables críticas.

El sistema propuesto también incorpora el uso de VPNs y cifrado AES-256 para proteger las comunicaciones y asegurar la integridad de los datos transmitidos. Además, se emplea fibra óptica para la transmisión de datos a largas distancias, aprovechando su capacidad para minimizar la latencia y garantizar la integridad de los datos incluso en condiciones marinas adversas.

Los resultados de simulaciones con el software Bladed Educational indican que el sistema puede mantener una producción de potencia constante y gestionar de manera segura y eficiente diversas condiciones operativas, validando así la efectividad del diseño en la gestión de las variables críticas del sistema. En resumen, el proyecto no solo busca optimizar la operación de los aerogeneradores marinos, sino también contribuir al avance de las soluciones energéticas renovables y la independencia energética global.

The project addresses the need to develop advanced communication and control technologies to improve the efficiency and safety of wind turbines located in marine environments. With the increasing demand for sustainable energy, offshore wind turbines present a promising solution due to their ability to harness strong and consistent winds at sea. However, the implementation of these systems faces significant challenges due to the harsh marine conditions and the distance of wind farms from the coast.

The main focus is to design a system that ensures effective and secure communication between the various subsystems of the wind turbine, as well as between the wind turbines and onshore control stations. The proposed control architecture includes the use of a star topology with redundancy to ensure constant data transmission. Additionally, technologies such as PROFINET and OPC UA are integrated to manage local and long-distance communication, respectively, allowing for real-time monitoring and control of critical variables.

The proposed system also incorporates the use of VPNs and AES-256 encryption to protect communications and ensure the integrity of transmitted data. Furthermore, fiber optics are employed for long-distance data transmission, leveraging their capacity to minimize latency and ensure data integrity even in adverse marine conditions.

Simulation results using Bladed Educational software indicate that the system can maintain a constant power output and manage various operational conditions safely and efficiently, thereby validating the design's effectiveness in managing critical system variables. In summary, the project aims not only to optimize the operation of offshore wind turbines but also to contribute to the advancement of renewable energy solutions and global energy independence.