Banco de Emulación de Perfiles de Viento para Aplicaciones en Energía Eólica

• Autores: J. Restrepo, J. Viola, Flavio Quizhpi
• Localización: Revista Técnica "energía", ISSN-e 2602-8492, ISSN 1390-5074, Vol. 11, Nº. 1, 2015 (Ejemplar dedicado a: Revista Técnica "energía", Edición No. 11), págs. 77-84
• Idioma: español
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    El trabajo presenta el desarrollo de un banco de emulación de perfiles de viento, incluyendo el sistema de conversión de energía eólica a energía eléctrica. El banco completo de emulación consta de un elemento motriz, encargado de proporcionar perfiles pares/velocidad, correspondientes a datos reales de disponibilidad eólica de un lugar geográfico particular. El elemento motriz, constituido en este banco de emulación por un motor de corriente continua de 3.3 kW, se acopla al elemento generador, en este caso una máquina de rotor bobinado (DFIG por sus siglas en inglés), de 4.0 kW @ 50 Hz. Las máquinas eléctricas se alimentan a través de un sistema de potencia compuesto por un puente rectificador y un puente H, para la máquina de corriente continua, y un convertidor dual en configuración “back to back” para la máquina de inducción de rotor bobinado. Los elementos conmutadores del sistema de potencia son módulos duales de transistores bipolares de compuerta aislada (IGBT). Se utilizan dos bloques disipadores de calor, uno para el conjunto rectificador/puente-H, y otro para el convertidor dual. La velocidad del eje del conjunto de máquinas se mide utilizando un codificador óptico. Las señales necesarias para el control, del sistema emulador, se miden mediante dos tarjetas de sensores de tensión/corriente, con capacidad para medir 16 señales en total. Para el control de los convertidores se utiliza una tarjeta basada en un arreglo de lógica programable (FPGA) interconectada con un procesador digital de señales (DSP) que permite la alta velocidad de procesamiento requerida para probar distintas técnicas de control. El convertidor es controlado por modulación de ancho de pulso (PWM) conmutando a una frecuencia ajustable, en este caso se selecciona una portadora de 10kHz.

  • English

    This works presents the development of a testrig for wind turbine emulation, including the conversion system from wind to electrical energy. The complete emulation test-rig has a driving element, in charge of providing the torque/speed profiles, corresponding to real data of wind availability in a given geographical location. The driving element, in this case a 3.3 kW DC machine, is coupled to the generator, in this work a 4.0 kW @ 50 Hz double feed induction generator (DFIG). Both electrical machines are feed from power electronic converters, an H-bridge for the DC machine, and a dual three-phase converter for the induction machine. The switching elements in these converters are insulated gate bipolar transistors (IGBT). Two heat-sinks are used for the power electronics, one for a rectifier/H-bride feeding the DC machine, and the other for the dual converter. The speed at the common shaft is measured using an optical-encoder. The control signals, for the emulator, are measured using two sensor cards, providing up to 16 signals between currents and voltages. Both converters are controlled from a DSP based board coupled to an FPGA board, providing the high amount of processing power required by the different control techniques. The converters are controlled using pulse width modulators with adjustable carrier frequency, for this work a 10 kHz carrier is selected.