Resumen de Diseño de sistemas de control multivariable mediante redes de desacoplo: aplicacion al control de aerogeneradores
Sergio Fragoso Herrera
RESUMEN DE LA TESIS DOCTORAL DE D./Dª SERGIO FRAGOSO HERRERA El resumen de la tesis para la base de datos Teseo debe ser una presentación de la tesis y tener la extensión suficiente para que quede explicado el argumento de la tesis doctoral. El formato debe facilitar la lectura y comprensión del texto a los usuarios que accedan a Teseo, debiendo diferenciarse las siguientes partes de la tesis:
1. introducción o motivación de la tesis El control de los aerogeneradores es un área totalmente abierta y cambiante debido principalmente a los nuevos tipos de instalaciones utilizados desde hace pocos años. Cualquier resultado puede ser trasladado de forma directa a una reducción de costes en las instalaciones. Es una realidad manifiesta, que muchos de los controladores aplicados en estos procesos no están debidamente ajustados, impidiendo el funcionamiento óptimo de los procesos y provocando, menores beneficios económicos. De ahí, que todas las aportaciones que puedan redundar en un mejor ajuste de los controladores sean bastante apreciadas en el sector industrial.
Esta tesis no está concebida como un trabajo aislado, puesto que en los últimos años el grupo de investigación del Área de Ingeniería y Sistemas de la Universidad de Córdoba, ha realizado un importante esfuerzo en la puesta a punto de la metodología de control mediante redes de desacoplo, haciendo especial hincapié en el desacoplo inverso. Estas técnicas pueden aplicarse a sistemas multivariable en los que exista fuerte interacción entre las variables. Algunas de estas técnicas han sido probadas con éxito por el grupo en modelos de aerogenerador de pequeña potencia, utilizando como herramienta únicamente la simulación. Los buenos resultados de estos trabajos han animado al grupo a ampliar el horizonte de actuación hacia equipos reales de poco potencia y hacia equipos simulados de mayor potencia. En el caso planteado en esta tesis, se considera al aerogenerador como un proceso fuertemente multivariable y con gran interacción entre entradas y salidas, por lo que utilizar en ellos el conjunto de técnicas aplicadas con éxito en otros procesos puede llevar a contribuir a la mejora de su rendimiento, como ya se ha puesto de manifiesto en alguno de los trabajos presentados.
2.contenido de la investigación Hoy en día, aún más del 70% de la energía eléctrica producida a nivel mundial procede de los recursos fósiles como el petróleo. El incesante incremento de la demanda eléctrica ha ocasionado que estos recursos empiecen a escasear. Este hecho ha aumentado el interés por la generación de energía eléctrica a través de fuentes alternativas, como son la radiación solar o la energía procedente del viento.
A pesar de que el grado de instalación de los generadores eólicos se ha incrementado considerablemente en la última década, la energía eléctrica que estos producen todavía es muy poca comparada con la que es obtenida mediante el conjunto de fuentes de energía convencionales.
Al aumento de la generación de la energía eléctrica a través de las fuerzas del viento, no solo está asociado a un aumento de la capacidad instalada, sino también a un incremento de la eficiencia de los equipos de generación. El aspecto más importante a considerar es la regulación adecuada de sus principales variables de control frente a condiciones cambiantes de la principal fuente de perturbación, la velocidad del viento.
Lograr lo anterior es un escenario de estabilidad no es una tarea fácil, ya que se trata de procesos multivariables con fuertes no linealidades, interacción entre variables y varias restricciones. Es por todo ello, que este tipo de sistemas son y han sido motivo de estudio de diversos trabajos de investigación relacionados con la identificación, el modelado matemático y la teoría de control.
Los procesos multivariables se componen de varias señales de entrada y salida que con frecuencia presentan un complicado acoplamiento entre ellas, lo cual dificulta el diseño de controladores realimentados. Tradicionalmente la ingeniería de control ha resuelto este problema mediante el uso de controladores PID individuales debido a su sencillez y facilidad de implementación. Estas técnicas de control descentralizado están avaladas por años de experiencia, y realmente son adecuadas cuando el nivel de interacción entre señales es débil. Sin embargo, cuando la interacción adquiere un nivel significativo, el desacoplo mediante estas técnicas es tratado de forma ineficiente, por ejemplo, desintonizando los lazos de control. En este caso, una matriz de controladores (control centralizado) sería aconsejable.
La presente tesis aborda el control multivariable de sistemas de conversión de energía eólica a través de técnicas de desacoplamiento, las cuales persiguen la eliminación o reducción de la interacción presente entre variables de control. Las diversas estrategias diseñadas han sido implementadas y testadas previamente en simulación con la ayuda de un modelo estocástico de viento, y posteriormente sobre un aerogenerador experimental de pequeña potencia. Junto al desarrollo de las estrategias de control, en este trabajo de investigación, se ha elaborado una etapa de caracterización e identificación sobre el equipo experimental.
La presente tesis también tiene un marcado carácter educacional. Dicho carácter se ha visto plasmado en el desarrollo de una herramienta software interactiva, la cual en un futuro servirá de base para el desarrollo de prácticas formativas en las asignaturas de ingeniería de control.
3.conclusión Al término de este trabajo de investigación se puede concluir que se ha completado el principal objetivo que dio origen a la presente tesis doctoral, y se ha demostrado a nivel experimental la aplicabilidad de estrategias de control multivariable mediante redes de desacoplo utilizando como planta experimental un aerogenerador didáctico de pequeña escala de velocidad y paso de pala variable. Además, ha quedado de manifiesto que la utilización de un control multivariable con red de desacoplo está justificado fundamentalmente en las regiones de operación cercanas a la zona de transición entre la región subnominal y nominal, puesto que es aquí donde el sistema ofrece mayor nivel de interacción entre variables, y el control por desacoplo presenta en términos generales mejor desempeño que una estrategia clásica de control.
En este sentido, esta tesis supone un complemento más al trabajo desarrollado por el Grupo de Investigación en los últimos años sobre sistemas de control multivariable basados en el control por desacoplo.
