Diseño de un sistema de control sin sensor mecánico aplicado en un motor de CD para emular la operación de una turbina

Abstract

Los sistemas eólicos que operan a velocidad variable y usan el generador de inducción doblemente alimentado dominan la generación eléctrica a gran escala dentro de las fuentes de energía renovables. Usualmente el objetivo de control de estos sistemas eólicos consiste en maximizar la captura de energía del viento y eficientar el proceso de conversión de energía. Los sistemas eólicos se caracterizan por ser una fuente de generación intermitente debido a la variación de la velocidad del viento. En consecuencia, el diseño de sistemas e control para establecer una operación confiable del sistema eólico representa el principal reto. Por lo que resulta importante, emular la operación de la turbina de viento con un motor eléctrico para que el diseño del sistema de control del sistema eólico se centre en el generador de inducción y en su conexión con la red eléctrica. Por lo tanto, en este proyecto se propone emular la operación dinámica de una turbina de viento por medio de un motor de corriente directa de excitación separada el cual es manejado por un controlador de velocidad sin sensor mecánico. La síntesis del controlador se realiza aplicando la técnica de linealización por retroalimentación de estados combinada con el algoritmo super-twisting para configurar un sistema en lazo cerrado que sea robusto ante la presencia de perturbaciones externa al sistema y a la variación de parámetros. Se diseña un observador de velocidad robusto para estimar la velocidad del rotor basado en la medición de la corriente de armadura. Ademas, se diseña un diferenciador robusto para reducir los cálculos al estimar la derivada de la variable de error de seguimiento de la velocidad. En la parte final del reporte se muestran resultados de las pruebas experimentales para validar la operación del emulador de la turbina de viento que fueron realizadas en el laboratorio con un grupo de máquinas compuesto por un motor de corriente directa con excitación separada el cual es acoplado mecánicamente con un dinamómetro.