Generar electricidad a partir de energía eólica usando un generador de inducción de doble alimentación

Un generador de inducción de doble alimentación, como sugiere su nombre, es un generador de inducción trifásico en el que los devanados del rotor y del estator se alimentan con una señal de CA trifásica. Consiste en devanados multifásicos colocados tanto en el rotor como en el estator. También consta de un conjunto de anillo colector multifásico para transferir potencia al rotor. Generalmente se utiliza para generar electricidad en aerogeneradores.

Antes de entrar en más detalles sobre un generador de inducción de doble alimentación utilizado en turbinas eólicas, tengamos una breve idea de cómo generar electricidad usando energía eólica.

Como ya sabemos, la energía eólica es recientemente una de las fuentes de energía renovable más utilizadas. Se hacen girar grandes turbinas de acuerdo con el soplo del viento y como resultado se genera electricidad. Por lo general, las turbinas eólicas operan en un rango de velocidad del viento entre la velocidad de corte (velocidad mínima del viento requerida para que el generador se conecte a la red eléctrica) y la velocidad de corte (velocidad máxima del viento requerida para que el generador se conecte a la red). se desconecta de la red eléctrica). ).

4 tipos de aerogeneradores:

• Tipo 1: Consiste en un generador de inducción de jaula de ardilla conectado directamente a la red eléctrica. Se utiliza para un rango de velocidad de viento pequeño.
• Tipo 2: Consiste en un convertidor AC-DC-AC además del inductor antes de ser conectado a la red eléctrica.
• Tipo 3: Consiste en un generador de inducción de rotor bobinado conectado directamente a la red, donde se ajusta la velocidad de los rotores mediante un reóstato.
• Tipo 4: Consiste en un generador de inducción de doble alimentación conectado directamente a la red, donde la velocidad del rotor se ajusta mediante convertidores back-to-back.

Introducción básica a la generación de electricidad a partir de la energía eólica mediante un generador de inducción de doble alimentación.

El DFIG consta de un rotor devanado trifásico y un estator devanado trifásico. El rotor está alimentado por una señal de CA trifásica que induce corriente CA en los devanados del rotor. Cuando los aerogeneradores giran, ejercen una fuerza mecánica sobre el rotor, lo que hace que gire. A medida que gira el rotor, el campo magnético producido por la corriente alterna también gira a una velocidad proporcional a la frecuencia de la señal alterna aplicada a los devanados del rotor. Como resultado, un flujo magnético en constante rotación pasa a través de los devanados del estator, lo que hace que se induzca una corriente alterna en el devanado del estator. Así, la velocidad de rotación del campo magnético del estator depende de la velocidad del rotor así como de la frecuencia de la corriente alterna que alimenta los devanados del rotor.

El requisito básico para generar electricidad a partir de energía eólica es producir una señal alterna de frecuencia constante independientemente de la velocidad del viento. En otras palabras, la frecuencia de la señal alterna generada en los terminales del estator debe ser constante cualesquiera que sean las variaciones de velocidad del rotor. Para ello, se debe ajustar la frecuencia de la señal alterna aplicada a los devanados del rotor.

La frecuencia de la señal alterna del rotor aumenta a medida que disminuye la velocidad del rotor y es de polaridad positiva y viceversa. Por lo tanto, la frecuencia de la señal del rotor debe ajustarse para que la frecuencia de la señal del estator sea igual a la frecuencia de la línea principal. Esto se hace ajustando la secuencia de fase de los devanados del rotor para que el campo magnético del rotor esté en la misma dirección que el rotor del generador (si la velocidad del rotor disminuye) o en dirección opuesta al rotor del generador. caso de aumento de la velocidad del rotor).

Todo el sistema consta de dos convertidores consecutivos: un convertidor del lado de la máquina y un convertidor del lado de la red, conectados en el circuito de retroalimentación del sistema. El convertidor del lado de la máquina se utiliza para controlar la potencia activa y reactiva mediante el control de los componentes dq del rotor, así como el par y la velocidad de la máquina. El convertidor del lado de la red se utiliza para mantener una tensión de enlace de CC constante y garantiza el funcionamiento del factor de potencia unitario al hacer que la potencia reactiva extraída de la red pública sea cero. Se conecta un condensador entre los dos convertidores para que actúe como una unidad de almacenamiento de energía. Esta disposición espalda con espalda proporciona una salida de voltaje fijo y frecuencia fija independiente de la salida de voltaje variable y frecuencia variable del generador. Otras aplicaciones de los generadores de inducción son los sistemas de almacenamiento de energía de volante, las centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo, los convertidores de potencia que alimentan una red eléctrica ferroviaria desde una red pública donde la frecuencia es fija.

Un poco de conocimiento sobre todo el sistema de generación de energía eólica.

Todo el sistema consta de los siguientes componentes:

• Un aerogenerador : La turbina eólica es típicamente un ventilador compuesto por 3 palas que giran cuando el viento golpea. El eje de rotación debe estar alineado con la dirección del viento.
• Caja de cambios: Es un sistema mecánico de alta precisión que utiliza un método mecánico para convertir la energía de un dispositivo a otro.
• Generador de inducción de doble alimentación: Es un generador eléctrico utilizado para convertir energía mecánica en energía eléctrica en forma de frecuencia variable.
• Convertidor del lado de la red: Es un circuito convertidor AC-DC que se utiliza para suministrar un voltaje DC regulado al inversor. Se utiliza para mantener una tensión de enlace de CC constante.
• Convertidor del lado del rotor: Es un inversor DC-AC que se utiliza para suministrar voltaje alterno controlado al rotor.

5 razones por las que se prefiere la generación de energía eólica con un motor de inducción de doble alimentación

• Señal de salida de frecuencia constante a la red independiente de la velocidad variable del rotor.
• Baja potencia nominal necesaria para los dispositivos electrónicos de potencia y por tanto bajo coste del sistema de control.
• El factor de potencia está controlado, es decir mantenido en la unidad.
• Producción de energía eléctrica a baja velocidad del viento.
• El convertidor electrónico de potencia tiene que manejar la fracción de la carga total, es decir, 20-30%, y el costo de este convertidor también es bajo en comparación con otros tipos de generadores.

¡Algo sobre lo que pensar!

Todo lo que he dado es una introducción básica a la generación de energía eólica utilizando un generador de inducción de doble alimentación. A continuación, dé su opinión sobre las diferentes técnicas de control para controlar la señal de CA alimentada al rotor.

Créditos de imagen: un sistema de generación de energía eólica que utiliza un generador de inducción de doble alimentación de Labvolt