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En este bloque de se trata de calcular los parámetros de funcionamiento que consiguen: que el aerogenerador extraiga la máxima potencia posible durante el primer tramo; y que mantienen al aerogenerador en la potencia nominal en el segundo tramo.

La siguiente figura muestra la relación entre potencia y velocidad del viento. En ella se distinguen con claridad los dos tramos de control que se pretenden llevar a cabo en este proyecto.

Figura 67. Diferenciación de los dos tramos de control del aerogenerador.

Como se puede observar, en el momento que la velocidad alcanza una cierta velocidad (denominada nominal) el aerogenerador llega a su potencia nominal, donde debe operar para velocidades de viento mayores a la nominal.

A continuación se mostrará el bloque principal de control. En este bloque se puede apreciar que la única entrada es a velocidad del viento, y las salidas de este bloque son: la potencia de referencia, el par de referencia del rotor y el ángulo actual de las palas (que no el de referencia). El ángulo de ataque de referencia de las palas se calcula en un subsistema del bloque de control. 0 500000 1000000 1500000 2000000 2500000 3000000 3500000 4000000 4500000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Po ten cia (W)

Velocidad del viento (m/s)

Pot ref - Viento

𝑉_{𝑤𝑛𝑜𝑚 𝑉𝑤}

𝑙í𝑚

Tramo 2 Tramo 1

Empezando por arriba se observa el uso de un bloque de Data Store. Este bloque sirve para grabar el valor cero cuando la velocidad del viento supera la velocidad límite de funcionamiento del aerogenerador y es necesario comenzar la desconexión y parada del mismo. Cuando se está por debajo de 𝑉_{𝑤𝑙í𝑚} el Switch5 escribe el valor de 0 en la variable

STOP; mientras que si el viento está por encima del límite 𝑉_{𝑤𝑙í𝑚} entonces la variable STOP adquiere el valor 1. Esta variable se utiliza para gobernar diferentes Switchs posteriores y controlar de ese modo el frenado del rotor.

Después se puede apreciar que el bloque de Control posee otros 2 subsistemas:

• Estrategia de control I: sirve para controlar el tramo 1 del aerogenerador. Como en este tramo se busca seguir el valor de 𝜆ó𝑝𝑡 para mantenerse en el 𝐶𝑝_𝑚á𝑥 las entradas

de este subsistema son esos propios valores, además de la velocidad del viento. La salida es al final el valor del par que aseguraría al aerogenerador mantenerse en esos valores de potencia máxima extraída.

• Estrategia de control II: este subsistema se encarga de controlar el tramo donde el aerogenerador opera en potencia nominal. La única entrada de este subsistema es la velocidad del viento. Las salidas son: el par nominal y la velocidad angular de giro del rotor nominal (ambos valores constantes); y el ángulo de ataque de las palas que asegura que el aerogenerador se mantiene en la potencia nominal.

El Switch1 determina qué valor ideal debería tener la velocidad de giro del rotor según el tramo de control donde nos encontremos. La condición de cambio es la velocidad nominal del viento, si nos encontramos en valores inferiores a la misma se recoge el valor de 𝜔𝑟 procedente del

calculado a través del valor de 𝑉𝑤 y de 𝜆ó𝑝𝑡; si no el valor procedente de Estrategia Control II.

El Switch también tiene la condición de cambio en la velocidad nominal del viento. Y selecciona el valor del par de referencia según nos encontremos en el tramo 1 o en el 2. Los siguientes Switchs (3,4,6) sirven para cambiar las variables de control cuando el aerogenerador se encuentra por encima de 𝑉_{𝑤𝑙í𝑚} y es necesario realizar la parada de la turbina eólica. El Switch3 sirve para indicar el par de frenado que se aplica al rotor durante el proceso de parada. El Switch6 establece el giro de referencia del rotor a cero cuando se encuentra en el estado de parada, pues se busca detener el rotor. El Switch4 establece la potencia de referencia a cero, pues en este tramo se desconecta el generador de la red.

Figura 69. Esquema del bloque Control/Estrategia de Control I.

El bloque de constante representa la siguiente expresión: 𝐾𝑟𝑒𝑓 = 0.5 ∗ 𝑅2∗ 𝜋 ∗ 𝜌. Este bloque

representa el cálculo del par de referencia usando la ecuación (49).

El siguiente bloque de control es Estrategia de Control II, que es más complejo que este bloque anterior. El esquema del mismo se representa en la siguiente figura:

Empezando por los bloques de la parte superior se ha utilizado otra variable STOP2 mediante un Data Store para determinar cuándo se encuentra el aerogenerador en el estado de parada. Funciona de la misma forma que el utilizado en el bloque Control. En este subsistema simplemente se utiliza para cambiar la orientación de las palas a 90º durante el estado de parada, de esta forma el par recogido por la turbina es nulo.

El Switch1, Switch2 y Switch3 tienen la condición de cambio en la velocidad de viento nominal. Se ha hecho así porque en este bloque también se controla el ángulo de ataque de las palas durante el tramo 1 (que debe ser de 0º). Por lo tanto es necesario diferenciar entre ambos tramos mediantes estos Switchs. Mientras que Switch tiene la condición de cambio en la variable STOP2, es decir, en la velocidad límite del viento. Y se encarga de establecer el ángulo de ataque de las palas a 90º en la parada.

El bloque de Divide1 utiliza las siguientes variables para sacar el valor ideal que debe tener 𝐶𝑝 para mantener al aerogenerador funcionando a la potencia nominal:

• 𝜆 • 𝑉_𝑤 • 𝑇_𝑛𝑜𝑚 • 𝐾𝑟𝑒𝑓

Con estos valores se calcula el 𝐶𝑝_𝑟𝑒𝑓 el cual se lleva a un control realimentado que sirve para

calcular el 𝛽𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 que deben tener las palas para extraer la potencia nominal del

aerogenerador. Esta señal se pasa a través de una función de transferencia que simula los retardos y tiempos de establecimiento del Pitch Control (motores, electrónica de control, etc). Y al final, la variable de salida es el 𝛽 de las palas en un cierto instante.