Análisis dinámico de sistemas eléctricos con generación eólica

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dc.contributor.advisor Usaola García, Julio
dc.contributor.author Ledesma Larrea, Pablo
dc.coverage.spatial east=-3.7492200000000366; north=40.46366700000001; name=España
dc.date.accessioned 2007-01-09T12:58:38Z
dc.date.available 2007-01-09T12:58:38Z
dc.date.issued 2001
dc.date.submitted 2001-11-29
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10016/506
dc.description.abstract La energía eólica instalada en Europa ha crecido aproximadamente un 40% anual durante la última década. Este crecimiento, unido a la previsible instalación de numerosos parques en un futuro próximo, obliga a las compañías eléctricas a evaluar la influencia de la generación eólica sobre diversos aspectos del sistema eléctrico. Uno de estos aspectos es la estabilidad transitoria de la red. Para asegurar la continuidad del suministro, es necesario conocer la respuesta transitoria del sistema, con su correspondiente carga de generación eólica, frente a perturbaciones no programadas. Esta tesis doctoral propone diversos modelos de aerogenerador que permiten representar a las instalaciones eólicas en un programa de estabilidad transitoria. De esta forma es posible simular las distintas perturbaciones a las que puede verse sometido el sistema, con el fin de establecer las protecciones y los sistemas de control adecuados. Los modelos desarrollados representan a los dos tipos de aerogeneradores más frecuentes en España: turbinas de velocidad fija con generador de inducción y turbinas de velocidad variable con generador asíncrono doblemente alimentado. Los fenómenos estudiados abarcan el generador eléctrico, el acoplamiento mecánico entre las palas y el generador, el par aplicado sobre las palas y los sistemas de control. Esta tesis también presenta algunos resultados especialmente significativos obtenidos mediante simulaciones con los modelos propuestos. Los casos escogidos estudian aspectos de la generación eólica poco tratados en la literatura. El análisis de los resultados proporciona conclusiones generales sobre el comportamiento dinámico de los sistemas con generación eólica, más allá de los datos numéricos. El primer modelo propuesto de aerogenerador corresponde a una turbina de velocidad fija con generador de inducción. Este tipo de aerogenerador ha sido analizado desde el punto de vista eléctrico por numerosos autores, pero no existe consenso sobre el modelo apropiado para estudios de estabilidad transitoria. Durante el proceso de determinación del modelo, han sido retenidos aquellos fenómenos cuya dinámica repercute sobre la estabilidad transitoria del sistema eléctrico, y han sido rechazados aquellos que no provocan un efecto significativo. El modelo final ha sido integrado en los programas de simulación numérica PSS/E y PST. El modelo de turbina de velocidad fija ha sido empleado para estudiar diversos aspectos del régimen transitorio de sistemas eléctricos. En primer lugar, ha sido evaluada la influencia de algunos parámetros sobre el tiempo crítico de despeje de falta de un parque eólico. También ha sido estudiado el efecto sobre una red de distribución de dos protecciones de mínima tensión, una instantánea y la otra con retardo. Por último, ha sido analizada la repercusión sobre el Sistema Eléctrico Español de las mismas protecciones, atendiendo especialmente a la localización de los parques eólicos desconectados después de un cortocircuito trifásico. El segundo sistema representado es una turbina de velocidad variable con generador asíncrono doblemente alimentado. Dos nuevos modelos han sido desarrollados para simular al generador doblemente alimentado en un programa de estabilidad transitoria. La premisa fundamental del primer modelo es que el control de corriente en los convertidores electrónicos puede considerarse infinitamente rápido. El segundo modelo considera, además, que el control del factor de potencia también puede considerarse instantáneo. Los modelos matemáticos propuestos son novedosos, y no se ha encontrado en la literatura ninguna aproximación parecida a este problema. El modelo completo de aerogenerador ha sido incluido en el programa informático PST e incluye, además delgenerador eléctrico, el acoplamiento mecánico, el par mecánico entrante, la tensión en la etapa de continua y los sistemas de control correspondientes. Los modelos de turbina de velocidad variable han sido empleados para analizar el régimen transitorio de un sistema con este tipo de aerogeneradores, y con las protecciones de mínima tensión vigentes en España. También han sido utilizados para estudiar el efecto sobre el sistema eléctrico de varias técnicas que están comenzando a ser aplicadas en este tipo de instalaciones:protección de mínima tensión con reenganche automático, control de tensión en el parque eólico y participación en el control de frecuencia primario del sistema. Esta tesis doctoral ha sido realizada en el marco del proyecto de investigación número 2FD97-1792 de la Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología (CICYT) titulado “Impacto Dinámico y Estrategias de Regulación de la Potencia Generada por los Parques Eólicos de la Red Eléctrica Peninsular”, con la participación de Red Eléctrica de España (REE), la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), y financiado con la ayuda del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER). ------------------------------------------------
dc.description.abstract Wind energy in Europe has been growing at a rate of about 40% per year during the last decade. Taking into account this growing and forecasting for the next years, electric utilities are concerned about the influence of wind generation on the power system. Particularly, transient stability will probably be affected by wind generation. This thesis presents several windmill modeis suitable for transient stability programs. These models make possible to simulate different perturbations which could happen in a power system. The simulations may help to develop wind farm protections and control systems. The models represent two types of windmills: fixed speed windmills with induction generator and variable speed windmills with doubly fed induction generator. The models contain the electric generator, the mechanical coupling between the hub and the generator, the torque applied on the blades by the wind, and different control systems. This thesis presents also several results obtained through simulations with the proposed models. The results are analyzed and general conclusions are obtained about the transient behaviour of power systems with wind generation. To develop the fixed speed model, more detailed models have been studied in order to evaluate the effect of several phenomena on the transient behaviour of power systems. The final model retains the relevant phenomena and neglects those that do not affect to transient stability. This model has been implemented in the simulation programs PSS/E and PST. This model has been used to study several aspects of power systems with wind generation: influence of several parameters on transient stability of a wind farm without minimum voltage protections, analysis of a minimum voltage protection with a time delay, and transient behaviour of the Spanish Power System with wind farms and different minimum voltage protections. The other modeled system is the variable speed windmill with doubly fed induction generator. Two different modeis have been developed. The first model is based on the assumption that current control in the converters is so fast, that may be considered instantaneous from the transient stability point of view. The second model also supposes that power factor control may also be considered instantaneous. The complete windmill model has been implemented in the simulation program PST, including the electric generator, the mechanical coupling, the torque supplied by the wind, the direct current link voltage and the control systems. These models has been used to study the transient behaviour of a system with variable speed windmills. Several techniques recently implemented in wind farms have been simulated: minimum voltage protection with auto-reclosing, voltage control, and frequency control.
dc.format.extent 9799225 bytes
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso spa
dc.rights Atribución-NoComercial-SinDerivadas 3.0 España
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/
dc.subject.other Energía eólica
dc.subject.other Sistemas eléctricos
dc.title Análisis dinámico de sistemas eléctricos con generación eólica
dc.type doctoralThesis
dc.type.review PeerReviewed
dc.rights.accessRights openAccess
dc.contributor.departamento Universidad Carlos III de Madrid. Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática
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