Diseño e implementación de un sistema convertidor de energía para microturbinas, autónomo e interactivo con la red eléctrica

Abstract

En el presente trabajo de tesis se estudia el funcionamiento de un sistema convertidor de energía para el suministro confiable de energía eléctrica a una carga trifásica de forma autónoma o interactiva con la red eléctrica comercial, a partir de la energía mecánica generada por una micro-turbina de velocidad variable. Se presenta a detalle el diseño de las cinco etapas que conforman el sistema convertidor de energía propuesto. Etapa 1: Micro-Turbina Eólica. Etapa 2: Generador de Inducción y Convertidor 1. Etapa 3: Enlace-DC y Convertidor DC-DC. Etapa 4: Convertidor 2 y Filtro LCL. Etapa 5: Control del Sistema. El sistema convertidor de energía, se diseña e implementa mediante simulación por software Matlab-Simulink, y se analizan los resultados para diferentes escenarios de viento y carga, tanto en modo autónomo como conectado a la red eléctrica comercial. Se implementa un prototipo del sistema convertidor de energía, se prueba su funcionamiento y se presentan los resultados experimentales. Tanto los resultados de simulación como experimentales demuestran que el sistema propuesto funciona correctamente. Se obtuvo una buena respuesta ante variaciones de viento y carga, así como confiabilidad y calidad de la energía eléctrica suministrada. Las palabras clave del presente documento de tesis son: energía renovable, generación distribuida, micro-redes, red-inteligente, micro-turbinas, generador de inducción tipo jaula-ardilla, doble convertidor, control vectorial indirecto, convertidor fuente de tensión, convertidor DC-DC, filtro LCL, lazo de seguimiento de fase.

This thesis work studies the operation of an energy converter system for the reliable supply of electrical energy to a three-phase load, the system can work autonomously or interactively with the electrical grid, using the mechanical energy generated by a variable speed micro-turbine. The design of the five stages that make up the proposed energy converter system is presented in detail. Stage 1: Wind Micro-Turbine. Stage 2: Induction Generator and Converter 1. Stage 3: DC-Link and DC-DC Converter. Stage 4: Converter 2 and LCL Filter. Stage 5: System Control.

The energy converter system is designed and simulation is implemented using Matlab- Simulink software, the results are analyzed for different wind and load scenarios, both in autonomous and grid-connected modes. A prototype of the energy converter system is implemented, its operation is tested and the experimental results are presented. Both the simulation and experimental results show that the proposed system works properly. A good response to wind and load variations was obtained, as well as reliability and quality of the electrical energy supplied. The keywords of this thesis document are: Renewable energy, distributed generation, micro-grids, smart-grid, micro-turbines, squirrel cage induction generator (SCIG), back-to- back converter, indirect vector control, voltage source converter (VSC), DC-DC converter, LCL filter, phase-locked loop (PLL).