¿Cómo se diseñan y prueban las estrategias de control para la estabilidad dinámica de los aerogeneradores?

1 Desafío 1: Dinámica no lineal e incierta

Uno de los principales desafíos para el diseño de control de turbinas eólicas es la naturaleza no lineal e incierta de la dinámica de la turbina eólica. La velocidad del viento, la dirección y la turbulencia varían constantemente y afectan las fuerzas aerodinámicas y los momentos en las palas y la torre. Las propiedades estructurales de la turbina eólica, como la rigidez, la amortiguación y la masa, también cambian con el tiempo y la temperatura. Estos factores dificultan el modelado y la predicción del comportamiento de la turbina eólica de forma precisa y robusta.

2 Desafío 2: Múltiples objetivos y limitaciones

Otro desafío para el diseño de control de turbinas eólicas es la compensación entre múltiples objetivos y restricciones. Desea maximizar la potencia de salida y la eficiencia de la turbina eólica, pero también minimizar las cargas de fatiga y las vibraciones que pueden dañar la estructura y reducir su vida útil. También debe tener en cuenta los límites operativos de los componentes de la turbina eólica, como el par del generador, el ángulo de inclinación de la pala y el ángulo de guiñada. Estos límites dependen de la velocidad del viento y de las especificaciones de diseño del aerogenerador.

3 Método 1: Control basado en modelos

Uno de los métodos comunes para el diseño de control de turbinas eólicas es el control basado en modelos, que utiliza un modelo matemático de la dinámica de la turbina eólica para diseñar un controlador de retroalimentación que pueda regular las variables deseadas. Por ejemplo, puede utilizar un modelo linealizado de la turbina eólica alrededor de un punto de operación para diseñar una derivada proporcional-integral- (PID) Controlador que puede ajustar el par del generador y el ángulo de inclinación de la pala para rastrear una velocidad de rotor de referencia. Sin embargo, el control basado en modelos puede no funcionar bien cuando la dinámica de la turbina eólica no es lineal o incierta, o cuando el punto de operación cambia con frecuencia.

4 Método 2: Control sin modelo

Otro método para el diseño de control de turbinas eólicas es el control sin modelo, que no se basa en un modelo matemático de la dinámica de la turbina eólica, sino que utiliza técnicas basadas en datos o en el aprendizaje para diseñar un controlador que pueda adaptarse a las condiciones cambiantes. Por ejemplo, puede usar una red neuronal o un sistema lógico difuso para aproximar la relación no lineal entre la velocidad del viento y las entradas de control óptimas, y luego usar un algoritmo de aprendizaje por refuerzo para actualizar los parámetros del controlador en función de las señales de retroalimentación. Sin embargo, el control sin modelo puede requerir más datos y tiempo de cálculo, y puede no garantizar la estabilidad o la robustez.

5 Prueba 1: Simulación

Antes de implementar las estrategias de control en una turbina eólica real, debe probar su rendimiento y viabilidad en un entorno de simulación. Puede utilizar herramientas de software como FAST o Simulink para crear un modelo realista de la turbina eólica y el campo eólico, y luego aplicar las estrategias de control al modelo y observar los resultados. También puede utilizar diferentes escenarios y perturbaciones para evaluar la robustez y fiabilidad de las estrategias de control. Las pruebas de simulación pueden ayudarlo a identificar y corregir cualquier error o falla en el diseño del control, y también ahorrar tiempo y costos.

6 Prueba 2: Experimento

Después de validar las estrategias de control en un entorno de simulación, debe probarlas en una turbina eólica real o a escala en un entorno de experimento. Puede utilizar un túnel de viento o un sitio de campo para exponer la turbina eólica a condiciones de viento reales o simuladas, y luego medir la potencia de salida, la velocidad del rotor, el ángulo de inclinación de la pala, el ángulo de guiñada y las cargas estructurales y vibraciones utilizando sensores e instrumentos. También puede comparar los resultados experimentales con los resultados de la simulación y los objetivos y restricciones de diseño. Las pruebas experimentales pueden ayudarlo a verificar y refinar las estrategias de control, y también a demostrar su aplicabilidad práctica y efectividad.

7 Esto es lo que más debe considerar

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