Control óptimo de aerogeneradores para la reducción de la fatiga mecánica y la regulación primaria de la frecuencia de la red. / commande optimale d¿aérogénérateurs pour la réduction de la fatigue mécanique et la régulation primaire de fréquence du réseau

Résumé

El sector de la energía eólica está en pleno crecimiento desde hace ya dos decenios. El tamaño de los aerogeneradores no para de crecer, lo que hace que ciertos elementos tales como las palas, la torre y el árbol de transmisión o el tren de potencia sean cada vez más flexibles. Con el fin de reducir los costes de fabricación (utilizar menos material) y del mantenimiento vinculado a los aerogeneradores, las cargas dinámicas sufridas por estos componentes deben ser reducidas por medio de leyes de control apropiadas. Este crecimiento del sector eólico implica además una presencia cada vez más significativa de la energía de origen eólica en las redes eléctricas. Este hecho hace que la participación de los parques eólicos en los servicios de sistema sea cada vez más necesaria. Así pues, cada vez más gestores de redes exigen, por medio de normas de conexión de los aerogeneradores a la red, la participación de estos aerogeneradores en la regulación primaria de frecuencia, en particular en las redes insulares donde las limitaciones de explotación son más importantes. En esta tesis, diferentes controladores óptimos LQG han sido diseñados para, en un primer momento, reducir la fatiga mecánica de los tres principales componentes de un aerogenerador insular de dos palas de 400 kW, para después hacer que este aerogenerador participe simultáneamente en la regulación primaria de frecuencia de una red insular. Estos correctores son simulados sobre un modelo de simulación implementado en Matlab®/Simulink® con valores de parámetros proporcionados por un fabricante de aerogeneradores francés. La no-homogeneidad del viento incidente sobre el área barrida por el aerogenerador está representada teniendo en cuenta las escalas temporales y espaciales de la turbulencia del viento. Los índices de carga de fatiga en el tren de potencia, la torre y las palas son calculadas por medio del algoritmo de Rainflow y la aplicación de la regla de Miner. Las simulaciones se realizan con el procesador en el bucle (Processor-In-the-Loop, PIL). Los resultados de simulación demuestran el interés de la utilización de correctores cada vez más complejos para reducir la fatiga mecánica de los componentes más costosos del aerogenerador. El controlador más complejo es comparado con un controlador clásico utilizando un modelo de la red eléctrica de la isla de Guadalupe implementado en el software de simulación de redes Eurostag. Los resultados muestran la efectividad de este controlador en términos de reducción de fatiga en el tren de potencia. En el caso de la regulación primaria de la frecuencia los dos controladores muestran una respuesta satisfactoria.