Comportamiento de las principales variables analizadas ante las diferentes fallas en

Para la obtención del comportamiento de las principales variables del sistema se elaboraron varios experimentos donde se sometió al sistema a varias fallas de tensión balanceadas.

En resumen, se considera el SGE/DFIG como un sistema con:

 Variables de entrada:

– Entrada de referencia: Viento (m/s)

– Disturbios: Fallas trifásica balanceada (huecos y subidas de tensión)

 Variables de salida:

– Potencia entregada (Pot, MW) – Velocidad del rotor (Wr, rpm)

Existen otras variables desde el punto de vista eléctrico de mucho interés para el comportamiento del SGE/DFIG que no son tomadas en cuenta en esta investigación como: el torque electromagnético, las corrientes de rotor y estátor en sus tres fases y la potencia reactiva, debido a la extensión de la investigación.

2.4.1 Comportamiento de las variables de salida ante huecos de tensión

balanceados

Luego de realizar un experimento sobre el sistema aplicándole un disturbio que comienza luego de la estabilización del sistema ante la entrada de referencia del viento (v = 11m/s), que posee un tiempo de estabilización de aproximadamente 1s en las variables estudiadas, con una duración de 0.2s y una profundidad del 67,7% (ajustada esta profundidad por la resistencia que se encuentra en el bloque de simulación de la falla) como se verá en las figuras 12, 13 y 14:

Figura 12. Comportamiento del voltaje de la línea ante falla (hueco de tensión).

Figura 13. Comportamiento ante disturbio (hueco de tensión) de la potencia activa del sistema.

Figura 14. Comportamiento de la velocidad del rotor ante disturbio (hueco de tensión) Como se puede observar en las figuras 12, 13 y 14 el tiempo de recuperación ante estas fallas es de aproximadamente 0.2s después de la desaparición del disturbio. El tiempo de duración del disturbio es seleccionado según (Filho, 2007) pues el sistema de control implementado en (León, 2014) solo garantiza la recuperación del estado estable ante fallas de pequeña magnitud y duración en el tiempo, pero el modelo obtenido solo se satura para fallas de gran dimensión como el caso planteado (70%) y en este caso el control solo actúa eficientemente después de la desaparición del mismo, tomando en cuenta que si este es muy

CAPÍTULO 2. MODELADO DE LA SATURACIÓN EN EL DFIG

prolongado ya no sería una falla y esto conllevaría a una total desconexión del DFIG de las líneas eléctricas (León, 2014); también es necesario aclarar que el punto de operación del sistema en cuanto a la entrega de potencia no se recupera del todo. En el caso de la potencia activa se pueden observar grandes variaciones en el comportamiento, desde la gran pérdida de potencia hasta fluctuaciones en su comportamiento, mientras que en la velocidad del rotor solo se observan variaciones de entre 5 y 6 rpm. En las figuras 13 y 14 se puede observar que luego de terminado el disturbio el sistema de control busca la estabilización y mantiene las oscilaciones entorno al estado de equilibrio por la aparición de fuerzas electromotrices, de gran interés en el comportamiento, así como de los grandes cambios de potencia que simbolizan la subida brusca de las corrientes del rotor de corta duración, lo que puede ocasionar daños en el convertidor del lado del rotor; un análisis similar, aunque más detallado se puede observar en (León, 2014) para un DFIG sin la presencia de saturación magnética.

2.4.2 Comportamiento de las variables de salida ante subidas de tensión

Ídem al experimento anterior se le aplica al sistema una falla de subida de tensión de duración 0.2s a partir de 1s luego de la estabilización del sistema ante viento (v = 11m/s), esta falla tendrá un valor del 40% ajustándose este mediante los bloques de simulación de fallas de la figura 9, obteniéndose los siguientes comportamientos en las figuras 15, 16 y 17:

Figura 15. Efecto de la subida de tensión en le voltaje de alimentación del DFIG.

Figura 16. Comportamiento ante disturbio (subida de tensión) de la potencia activa del sistema.

Figura 17. Comportamiento ante disturbio (subida de tensión) de la velocidad del rotor del sistema.

Luego de analizar las figuras 15, 16 y 17 se puede observar que ante una falla de este tipo en la red eléctrica, el tiempo de estabilización es de aproximadamente 0.3s durante la falla lo que define la secuencia del diseño de la entrada a realizar en el experimento de identificación, estas fallas tienen físicamente una duración de hasta centenas de milisegundos (en el caso analizado se toman fallas de 0.5 ciclos catalogadas como instantáneas según la norma IEEE 1159). Al realizar un análisis ídem al del epígrafe 2.4.1 podemos notar que la potencia sufre una subida vertiginosa durante el disturbio acorde con la entrada de energía al sistema y luego una caída presentando un comportamiento inverso al presentado ante huecos de tensión (en cuanto a la variación con respecto al punto de operación). La velocidad del rotor disminuye en algunas unidades de rpm y luego se

CAPÍTULO 2. MODELADO DE LA SATURACIÓN EN EL DFIG

recupera, con la persistencia de las oscilaciones debido a las fuerzas electromotrices que aparecen en el rotor cuando el sistema de control actúa para restablecer el punto de operación.

a b

Figura 18. a) Efecto de la saturación sobre la Lm del sistema. b) Relación Flujo de magnetización/Corriente de magnetización.

En la figura 18a se puede apreciar que el modelo diseñado se satura debido a la ocurrencia de fallas en la red, con su consecuente variación de la Lm del sistema. En el caso de la figura 18b se observa que el modelo reproduce la característica de circuito abierto introducida al sistema para la simulación del comportamiento de la saturación. Estos datos fueron tomados de las simulaciones que se operaron sobre el sistema. Se observa la correspondencia entre ambas figuras (18a y 18b) porque las variaciones en la Lm del sistema se pueden observar cuando la relación flujo de magnetización/Corriente de magnetización está por encima de la recta de color rojo que se observa en la figura 18b, mientras que el valor constante de la Lm del sistema se observa cuando la relación antes mencionada se encuentra sobre los puntos de la línea roja.

Se realizaron otros experimentos similares tomando como puntos de operación de la velocidad del viento: 5m/s, 9m/s y 14m/s no siendo satisfactorio su resultado ya que las simulaciones se interrumpieron producto de la ocurrencia de errores algebraicos dentro del modelo de saturación implementado dentro del proceso del DFIG, por tanto el análisis en el resto de la investigación se entrará en la experimentación con la velocidad del viento igual a 11m/s.