Arranque en negro. Alimentación directa

A continuación, se muestran los resultados de simulación correspondientes al ensayo de arranque en negro, en este caso aumentando gradualmente el nivel de tensión en la barra para, una vez establecido, conectar de forma repentina el motor de inducción, realizando un arranque directo.

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Fig.6.58. Evolución de los módulos de la tensión del estátor de cada GADA y del punto de conexión durante un arranque en negro con arranque directo.

Fig.6.59. Evolución de la frecuencia en el punto de conexión durante un arranque en negro con arranque directo.

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Fig.6.60. Evolución de la potencia activa de cada GADA y del motor asíncrono durante un arranque en negro con arranque directo.

Fig.6.61. Evolución de la potencia reactiva de cada GADA y del motor asíncrono durante un arranque en negro con arranque directo.

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Fig.6.62. Evolución de las variables mecánicas de la turbina eólica 1 durante un arranque en negro con arranque directo.

Fig.6.63. Evolución de las variables mecánicas del motor asíncrono durante un arranque en negro con arranque directo.

De los resultados de simulación mostrados en Fig.6.58-Fig.6.63, se extraen las siguientes observaciones y comentarios:

• En Fig.6.58 se muestra la evolución de los módulos de tensión en tres nudos del sistema: los estátores de los GADAs y la barra de 20 kV. Aquí observa que, al no

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haber cargas conectadas a la barra inicialmente, la tensión se construye de forma fiel a la referencia en rampa que se introduce en los reguladores de tensión de los GADAs.

También se muestra que en el estátor del GADA 1 la tensión se estabiliza a un nivel superior respecto del GADA 2, debido a su mayor constante proporcional del regulador de tensión, lo cual provoca que inyecte también más potencia reactiva a la barra, ver Fig.6.61. Antes de conectar el motor, la suma de las potencias reactivas inyectadas por los GADAs es prácticamente igual a la potencia reactiva consumida por los transformadores de conexión de cada generador, incluyendo su impedancia de magnetización. Tras la conexión del motor en 2.5 s, se producen fuertes caídas de tensión en los nudos del sistema como consecuencia de las fuertes corrientes de arranque demandadas por el motor, llegando a caer la tensión del POC hasta niveles inferiores a 0.7 p.u. El transitorio causado por el arranque del motor dura alrededor de 1.3 segundos, tras este, las tensiones del sistema se recuperan hasta valores cercanos a los nominales, por encima de 0.95 p.u. en el POC. Una vez arrancado el motor, se activa la regulación secundaria y la tensión en el POC es llevada a 1 p.u. en alrededor de 2 s, para reconectar con la red tras este tiempo, con un leve transitorio en los niveles de tensión de los GADAs.

• Fig.6.59 muestra la evolución de la frecuencia medida en el POC a través de un PLL.

Esta variable es inicialmente controlada de forma combinada por los lazos de sincronización de cada GADA del sistema aislado, de forma proporcional a sus desvíos de par electromagnético. Así, su evolución puede justificarse fijándose en la del par electromagnético de una de las máquinas, mostrado en Fig.6.62, hasta t=5 s.

En ese instante, se activa la regulación secundaria, que modificará la frecuencia de forma directa en cada lazo de sincronización para llevarla al valor nominal del sistema, corrigiendo el desvío de frecuencia por error de par electromagnético con respecto a su referencia.

• En relación con las evoluciones de las potencias activa y reactiva de los estátores de cada máquina, incluyendo las del motor de inducción, mostradas en Fig.6.60 y Fig.6.61; se observa que, hasta la conexión del motor de inducción, los GADAs se encuentran generando únicamente potencia reactiva, prácticamente, dado que la única carga del sistema son los transformadores de conexión de los GADAs y la línea.

Además, el incremento de tensión en forma de rampa ayuda a evitar las corrientes de inrush de los transformadores. Tras la conexión del motor, la potencia activa

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demandada por el mismo dibuja la curva T-ω del motor a medida que este se acelera hasta su velocidad de sincronismo, prácticamente, ver Fig.6.63. Tras esto, se aplica una carga mecánica al motor, que comienza a demandar una potencia activa similar a su carga, aquí se observa cómo la suma de las potencias activas entregadas por los GADAs iguala la potencia demandada por el motor. Durante toda la simulación, se observa como el GADA 2 genera más potencia activa que el GADA 1, una diferencia directamente relacionada con las constantes de sincronización de cada máquina. Por otro lado, en la potencia reactiva existe una diferencia entre ambas sumas, debido a los consumos inductivos del sistema, tanto en transformadores como en la línea, esta diferencia es apreciable durante toda la simulación. Tras la reconexión, cabe destacar que los GADAs permanecen entregando los mismos niveles de potencia activa y reactiva que entregaban antes de la reconexión, aunque un leve transitorio aparece.

• En Fig.6.62 se muestran las variables mecánicas de la turbina eólica 1 durante este proceso. La variable más afectada durante el arranque en negro es el par electromagnético, dada su dependencia con la potencia activa entregada por el generador, que debe seguir la carga del sistema. Los rápidos cambios en esta variable afectan, a su vez, a la velocidad de giro de la turbina. No obstante, debido a la inercia física existente en la masa giratoria de la misma y a la actuación del control de pitch, todo esto se traduce en un desvío máximo de un 2.6 % respecto a la velocidad inicial, o un desvío del deslizamiento de 0.03.