Modeling for harmonic analysis of ac offshore wind power plants

Resumen

Esta tesis doctoral presenta el trabajo llevado a cabo en el modelado, para el análisis armónico, de parques eólicos de corriente alterna (CA) emplazados en el mar, de ahora en adelante referidos como OWPP. Los estudios presentados en esta tesis doctoral están orientados a dos aspectos principales con respecto al análisis armónico de este tipo de sistema de potencia. El primer aspecto es el modelado y la validación de los principales componentes de energía de un parque eólico de CA emplazado en el mar. Se hace especial hincapié en el modelado de aerogeneradores, transformadores de potencia, cables submarinos y la interacción entre ellos. En esta tesis se presenta una propuesta de un modelo aerogenerador para representar el comportamiento de una turbina eólica y sus armónicos, hasta 5 kHz. La estructura distintiva de este modelo consiste en implementar una fuente de voltaje que contiene tanto la componente fundamental como los armónicos emitidos por el convertidor de lado red. Para el caso de los transformadores y cables submarinos, el comportamiento dependiente de la frecuencia de ciertos parámetros también se modela para frecuencias de hasta 5 kHz. El modelado de las características dependientes de la frecuencia, debido al efecto piel y proximidad, se logra mediante redes equivalentes Foster para simulaciones en el dominio del tiempo. Con respecto a la interacción entre estos componentes de potencia, se presentan dos enfoques de modelado complementarios. Estos son el modelado del parque en dominio temporal en Simulink y un modelo de las impedancias de secuencia de la red pasiva del parque. Se lleva a cabo una descripción del desarrollo y la parametrización para ambos enfoques de modelado considerando un escenario que es definido acorde con un parque eólico real. Por otro lado, el segundo aspecto abordado en esta tesis está orientado al análisis de los problemas que aparecen en los parques eólicos de CA emplazados en el mar en relación con el riesgo de amplificación armónico, el cumplimiento de los códigos de red en términos de armónicos y factor de potencia, y el diseño de soluciones efectivas para mejorar la emisión armónica de la instalación. Las soluciones técnicas presentadas en este documento cubren aspectos relacionados con las estrategias de modulación, el rediseño del filtro de conexión del convertidor y la gestión del punto de operación del convertidor (de lado red) de los aerogeneradores. Este último mediante el cambio de las referencias de ciertas variables. Como se infiere, estas son soluciones desde la perspectiva del fabricante de aerogeneradores.