Modelado y simulación de producción de energía eléctrica con aerogeneradores de baja potencia

Abstract

En la actualidad la generación de energía eléctrica a partir de energías renovables como la eólica ha tenido un gran crecimiento, debido a la reducción de contaminación que representa y los avances tecnológicos que mejoran su eficiencia. Una de las aplicaciones de esta fuente de energía es la de alimentar a pequeños sectores aislados. Sin embargo, implementar un sistema de generación eólica sin un estudio previo resulta un tanto costoso. Por tal razón en este trabajo se presenta el modelado, simulación y control de un aerogenerador de baja potencia 10 kW compuesto por una turbina eólica de velocidad variable y ángulo de paso fijo, acoplada mecánicamente al eje de un generador síncrono de imanes permanentes. El modelo del sistema se obtiene partiendo de las ecuaciones matemáticas que describen el comportamiento de la parte aerodinámica, mecánica y eléctrica del aerogenerador. El modelo utiliza un esquema de control para captura de máxima energía del viento el cual regula la velocidad del generador por medio de un convertidor DC-DC tipo Flyback, en donde la barra de continua (DC) se respalda a través de un banco de baterías. Para validar su funcionamiento el modelo es implementado en la herramienta de simulación MATLAB/Simulink. De esta manera, se verifica que el sistema dispone de la capacidad de operar en el punto de eficiencia óptimo ante variaciones en la velocidad del viento y cuenta con una eficiencia de transferencia de potencia de 98.5 %, tomada desde la turbina hasta el banco de baterías.