31.4 : Estabilidad transitoria y controles del sistema

En el creciente campo de la energía eólica, la incorporación de modelos de turbinas eólicas en el análisis de estabilidad transitoria es esencial. Las máquinas de inducción y síncronas son los modelos principales que se utilizan, siendo las máquinas de inducción las más utilizadas debido a su simplicidad y fiabilidad.

Las máquinas de inducción interactúan a través del campo magnético giratorio generado por el estator y el rotor. El parámetro clave es el deslizamiento, que es la diferencia entre la velocidad sincrónica y la velocidad del rotor en relación con la velocidad sincrónica. El deslizamiento es cero a velocidad sincrónica, positivo cuando se utiliza un motor y negativo cuando se genera. La dinámica mecánica involucra la constante de inercia (H) y la diferencia de par (T_m−T_e).

Un modelo eléctrico simplificado para una máquina de inducción de jaula única representa el voltaje equivalente detrás de la resistencia del estator y la reactancia transitoria. Los parámetros clave incluyen la constante de tiempo de circuito abierto para el rotor y la reactancia sincrónica derivada de la reactancia de fuga y la reactancia de magnetización.

El par eléctrico y la potencia real inyectada en el terminal están determinados por las tensiones y corrientes internas de la máquina. Las máquinas de inducción suelen consumir potencia reactiva, indicada por un valor negativo.

Los modelos de turbinas eólicas son de cuatro tipos diferentes:

Tipo 1 y Tipo 2: Estos modelos utilizan generadores de inducción. El tipo 1 tiene una resistencia de rotor fija, mientras que el tipo 2 utiliza una resistencia de rotor variable para un mejor control, lo que afecta la constante de tiempo y la potencia de salida de la máquina.

Tipo 3 y Tipo 4: Estos modelos avanzados (Generadores Asíncronos Doblemente Alimentados y Sistemas de Convertidor Completo) permiten controlar tanto la potencia real como la reactiva. El Tipo 3 utiliza convertidores para el control de la corriente del rotor, lo que proporciona un amplio rango de velocidad. El Tipo 4 desacopla el generador de la red, lo que ofrece un control flexible y elimina el acoplamiento mecánico con la dinámica de la turbina.

Para comprender los modelos de máquinas de turbinas eólicas es necesario analizar la interacción de los componentes eléctricos y mecánicos para lograr un análisis de estabilidad preciso.