1

REFERENCIA : DPI2001-3931

INVESTIGADOR PRINCIPAL: Estanislao OYARBIDE USABIAGA

ORGANISMO: MONDRAGÓN UNIBERTSITATEA

CENTRO: MONDRAGÓN GOI ESKOLA POLITEKNIKOA

Estanis Oyarbide, Miguel Rodríguez, Ander Etxeberria

GENERACIÓN EÓLICA BASADA EN MÁQUINA BRUSHLESS

DOBLEMENTE ALIMENTADA POR ESTATOR

GEMIDES

2

Fuente Variable de EnergíaFuente Variable de Energía

Generación hidráulica altura

Generación eólicavelocidad

3

Evolución de los generadores a velocidad Evolución de los generadores a velocidad variable Ivariable I

Asíncrono de Jaula de Ardilla

Asíncrono de Rotor Bobinado

Reducción Costes

Eliminación de reductora

Máquinas Síncronas

Multipolares

Reducción Potencia

Convertidor

4

Evolución de los generadores a velocidad Evolución de los generadores a velocidad variable IIvariable II

Asíncrono de Jaula de Ardilla

Reducción Coste de los Equipos

Asíncrono de Rotor Bobinado

Doble Alimentación de Estator

Menor Mantenimiento Mayor Robustez

1ª Generación

2ª Generación: Tecnología Actual

3ª Generación: Tecnología Futura

red

100% Pn Convertidor

red

25% Pn

Convertidor

red

25% Pn

BDFM

Convertidor

DC

DP

5

C

Convertisseur 1 Machine - DC

Réseau

P w

P

T em * Q P * -

Q P P P

P C P C

Convertidor bidireccional 1

Red

BDFM

P w

mecánico

eléctrico

Compensación energía reactiva

Control de las limitaciones

nivel de control 2

Q red

Control de flujo y par

Control de V

DC y Q C

u a,b,c * v a,b,c *

Q P

+ V DC * V DC *

Q *

Q

nivel de control 1

Q red *

Proyecto de investigación

Convertidor bidireccional 2

criterios a seguir

Marco del proyectoMarco del proyecto

6

Convertisseur 1 Machine - DC

P w

T em * Q P *

Q P P P BDFM

P w

Control de flujo y par

u a,b,c *

nivel de control 1

Proyecto de investigación Máquina

Control

Objetivos del proyecto IObjetivos del proyecto I

7

Objetivos del proyecto IIObjetivos del proyecto II

Actividades/Tareas Primer año Segundo año Tercer año

1. Búsqueda bibliográfica

2. Establecimiento de condiciones de operación

3. Modelado de la BDFM

4. Diseño y construcción de un prototipo de 12KVA

5. Validación y ajuste en simulación numérica de los modelos obtenidos

6. Validación experimental de los modelos obtenidos

8. Desarrollo del control vectorial de la máquina

10. Optimización de BDFM

12. Optimización y diseño del hardware y software de control

13. Extrapolación a sistemas de generación de más de 100KVA

14.Establecimiento de condiciones de seguridad

Informe intermedioInforme final

8

Objetivos del proyecto IIIObjetivos del proyecto III

OBJETIVO PLANTEADO ALCANZADO

1. Modelado analítico de la Máquina Bushless Doblemente Alimentada

SÍ

2. Diseño y construcción de un prototipo de 12KVA SÍ

3. Validación y ajuste en simulación numérica de los modelos obtenidos

SÍ

4. Validación experimental de los modelos finales SÍ

5. Desarrollo del control vectorial de la máquina SÍ

6. Optimización de la máquina asíncrona bushless doblemente alimentada

parcialmente

7. Optimización y diseño del hardware y software de control parcialmente

8. Extrapolación a sistemas de gran potencia NO

9. Estudio de los problemas de seguridad NO

9

a b

SIMULACIÓN FLUX2D DEL PROTOTIPO

t = 2 ms

Resultados Principales IResultados Principales I

líneas de campo magnético

10

Resultados Principales IIResultados Principales II

2) Las previsiones teóricas del modelo han sido validadas experimentalmente

Ipexp

Icexo

Ic

Vcexp

Vc

Desviación debida a pérdidas en el hierro no modeladas

11

Resultados Principales IIIResultados Principales III

3) Modelo dinámico genérico: potente herramienta en la síntesis del control

4) Diseño e implementación de control vectorial innovador: resultados excelentes

12

Resultados Principales IIIResultados Principales III

13

Resultados Principales IVResultados Principales IV

5) Ensayos en plataforma de 25Kw/2200rpm

Laboratorio de E.P. de Mondragón Unibertsitatea

14

Resultados Principales V: PublicacionesResultados Principales V: Publicaciones

“New Vector Control Algorithm for Brushless Doubly-Fed Machines”2002 IEEE IECON conference (Sevilla)

“Estudio de las características estáticas de funcionamineto de la Brushless Doubly-Fed Machine”

2002 SAAEI conference, (Spain).

“Brushless Doubly-Fed Machine Model”2002 ICEM conference, (Belgium).

“Complex Vector Model of the Brushless Doubly-Fed Machine” 2002 SPEEDAM conference, (Italy)

“Effects of Wind Variations on the Power Quality for Different Controls of a Variable-Speed Wind Turbine”

2002 Global Windpower Conference, (Paris)

“Comparison of Different Control Strategies to Study Power Quality in a Variable-Speed Wind Turbine”,

1st World Wind Energy Conference, Berlin, 2002.

“Modelado, Identificación y Control de un Generador Eólico de Velocidad Variable”.

2002 SAAEI conference, (Spain).

“Experimental evaluation of high level control strategies in a variable speed wind turbine”

2003 EPE (aceptado), Francia

15

Además…Además…

2 tesis doctorales en marcha (control)

1 propuesta de tesis doctoral (prototipo)

16

Problemas encontrados y solucionesProblemas encontrados y soluciones

• Modelado: terminología y metodología

• Prototipo: coste-sistema ferromagnético de máquina estándar

monitorizar la corriente rotor- anillos rozantes- bobinas equivalentes en amperios-vuelta

• Control: funciones no lineales complejas de desacoplo- modelo dinámico referido a un único sistema de referencia

• Implementación práctica: posición inicial de las referencias- algoritmo de detención de ángulo

17

Continuidad de la investigaciónContinuidad de la investigación

Vías de investigación

•Optimización máquina:

- económicamente competitiva

• Control avanzado: (2 tesis) - DTC- DPC- DSC (gran potencia)- control por ciclos límite (gran potencia)

Vías de financiación

CICYT PROFITotros…

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Aplicaciones, Transferencia de resultadosAplicaciones, Transferencia de resultados

Ventajas tecnológicas y económicas

• ventajas jaula de ardilla + rotor bobinado

Sectores potencialmente interesados

• sector sistemas generación eólica e hidráulica• constructores de grandes máquinas eléctricas

(Ecotecnia, Indar, TEAM están al día de las investigaciones)

Transferencia

• viabilidad funcional: demostrada• ventajas económicas: a demostrar

colaboración en el diseño y construcción de un prototipo optimizado

PROFIT o similar

19

Fin de la presentación Fin de la presentación

(gracias por la atención)(gracias por la atención)

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