Control Multivariable Centralizado con Desacoplo para Aerogeneradores de Velocidad Variable

Miguel E. González, Francisco Vázquez, Fernando Morilla

Resumen

El diseño de sistemas de control para aerogeneradores de velocidad variable representa un reto importante ya que se trata de procesos multivariables no lineales, con fuertes perturbaciones, diversas restricciones y gran interacción entre sus variables. Bajo este escenario se debe generar eficientemente la potencia eléctrica y al mismo tiempo regular la velocidad de giro de la turbina. En este trabajo se proponen varios esquemas de control multivariable, con el objetivo de mejorar el rendimiento de los aerogeneradores atenuando los efectos de la interacción entre sus variables. La solución propuesta se basa en controladores PID con diseños del tipo descentralizado, centralizado con diversas redes de desacoplo y un esquema con cuatro PI. El comportamiento del aerogenerador se describe mediante un modelo matemático no lineal, que se linealiza para obtener una matriz de funciones de transferencia, a partir de la cual se diseñan los controladores. Finalmente se realiza un análisis comparativo para determinar qué controlador presenta mejores resultados, aplicando perturbaciones con un modelo adicional de la velocidad del viento y cambios aleatorios de la carga eléctrica.

Palabras clave

Aerogenerador; Control Multivariable; Modelado e Interacción

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Referencias

Anderson, P. y A. Bose (2009). Stabilty simulation of wind turbine systems. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems 102, 3791–3795.

Bao, Y., H.Wang y J. Zhang (2010). Adaptive inverse control of variable speed wind turbine. Nonlinear Dynamics, Springer.

Boukhezzar, B., L. Lupu, H. Siguerdidjane y M. Hand (2007). Multivariable control strategy for variable speed, variable pitch wind turbines. Renewable Energy, Science Direct Elsevier 32, 1273–1287.

Fernández, L., C. García y F. Jurado (2008). Comparative study on the performance of control systems for doubly fed induction generator wind turbines operating with power regulation. Energy, Science Direct Elsevier 33, 1438–1452.

García-Sanz, M. y E. Torres (2004). Control y experimentación del aerogenerador síncrono multipolar de velocidad variable TWT1650. Revista Iberoamericana de Automática e Informática Industrial 1, No. 3, 53–62.

Grosdidier, P. y M. Morari (1985). Interaction measures for systems under decentralized control. Automatica 22, 309– 319.

Ho, W.K., T.H. Lee y O.P. Gan (1997). Tuning of multiloop PID controllers based on gain and phase margins specifications. 13th IFAC World Congress pp. 211–216.

Hou G., Z. Wang, P. Jiang y J. Zhang (2009), Multivariable predictive functional control applied to doubly fed induction generator under unbalanced grid voltage conditions. 4th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA 2009), Xian, China, pp. 2644 – 2650.

Johnson, K., L. Pao, M. Balas y L. Fingersh (2008). Control of variable speed wind turbines. IEEE Control Systems Magazine pp. 70–81.

Li, H., K Shi y P. McLaren (2005). Neural-network-based sensorless maximum wind energy capture with compensated power coefficient. IEEE Transactions on Industry Applications 41, 1548–1556.

Masoud, B. (2008). Modeling and controller design of a wind energy conversion system including a matrix converter. Thesis PhD in Electrical and Computer Engineering, Universitiy of Waterloo, Ontario, Canada.

Morilla, F., F. Vázquez y A. García (2005). Control centralizado con cuatro PIDs. XXVI Jornadas de Automática, Alicante, España.

Morilla, F., F. Vázquez y J. Garrido (2008). Centralized PID control by decoupling for TITO processes. 13th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation.

Morilla, F., J. Garrido y F. Vázquez (2009). Anti-windup coordination strategy for multivariable PID control. 14th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation.

Muhando, E., T. Senjyu, A. Yona, H. Kinjo y T. Funabashi (2007). Disturbance rejection by dual pitch control and selftuning regulator for wind turbine generator parametric uncertainty compensation. IET Control Theory Appl. 1, 1431–1440.

Nagai, B., K. Ameku y J. Nath (2009). Performance of a 3 kW wind turbine generator with variable pitch control system. Applied Energy, Elsevier 86, 1774–1782.

Nordfeldt, P. (2005). PID Control of TITO Systems, Licentiate Thesis. Department of Automatic Control, Lund Institute of Technology. LUTFD2/TFRT–3228–SE. ISSN 0280-5316.

Ostergaard, K., J. Stoustrup y P. Brath (2008). Linear parameter varying control of wind turbines covering both partial load and full load conditions. International Journal of Robust and Nonlinear Control 19, 92–116.

Rocha, R. y L. Martins (2003). A multivariable H control for wind energy conversion system. Journal of Automatic Control IEEE pp. 206–211.

Rodríguez, J.L., J.C. Burgos y S. Arnalte (2003). Sistemas eólicos de producción de energía eléctrica. Rueda S.L. Porto Cristo 13, 28924 Alcorcón Madrid, España.

Salgado, M. y J. Yuz (2009). Una medida de interacción multivariable en el dominio del tiempo y la frecuencia. Revista Iberoamericana de Automática e Informática Industrial 6, No. 2, 17–25.

Selvam, K., S. Kanev, J. vanWingerden, J. Engelen y M. Verhaegen (2009). Feedback - feedforward individual pitch control for wind turbine load reduction. International Journal of Robust and Nonlinear Control, pp. 72–91.

Shinskey, F. (1988). Process control system application, design and tuning, 3rd Ed. New York. McGraw-Hill.

Simoes, M., K. Bimal, B. Bose y R. Spiegel (2009). Fuzzy logic based intelligent control of a variable speed cage machine wind generation system. IEEE Transactions on Power Electronics 12, 87–95.

Skogestad, S. y I. Postlethwaite (2005). Multivariable feedback control analysis and design, Second Edition. John Wiley and Sons, Ltd.

Slootweg, J., S. de Haan, H. Polinder y W. Kling (2003). General model for representing variable speed wind turbines in power system dynamics simulations. IEEE Transactions on Power Systems 18, 144–151.

Vázquez, F. y F. Morilla (2002). Tuning decentralized PID controllers for MIMO systems with decouplers. 15th IFAC World Congress, Barcelona, Spain.

Vázquez, F., F. Morilla y S. Dormido (1998). Entorno para simulación, análisis y sintonía de sistemas con control descentralizado 2x2. XIX Jornadas de Automática. Madrid, España.

Vázquez, F., F. Morilla y S. Dormido (1999). An iterative method for tuning decentralized PID controllers. 14th IFAC World Congress.

Wang, Q., B. Zou, T. Lee y Q. Bi (1997). Auto-tuning of multivariable PID controllers from decentralized relay feedback. Automatica 33, 319–330.

Wasynczuk, O., D. Man y J. Sullivan (1981). Dynamic behavior of a class of wind turine generators during random wind fluctuations. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems 100, 2837–2845.

Wu, Y., X. Zhang, P. Ju y M. Sterling (2008). Decentralized nonlinear control of wind turbine with doubly fed induction generator. IEEE Trans. on Power Systems 23, 613–621.

Yang, X., L. Xu, Y. Liu y D. Xu (2009). Multivariable predictive functional control for doubly fed induction generator. IEEE International Conference on Control and Automation. Guangzhou, CHINA.

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1. Modelado y Simulación de un Sistema Conjunto de Energía Solar y Eólica para Analizar su Dependencia de la Red Eléctrica
M. Mikati, M. Santos, C. Armenta
Revista Iberoamericana de Automática e Informática Industrial RIAI  vol: 9  num.: 3  primera página: 267  año: 2012  
doi: 10.1016/j.riai.2012.05.010



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