Nuevas propuestas de resolución de modelos electromecánicos de aerogeneradoresaplicación a problemas de agregación

Resumen

Para una correcta operación y gestión de los sistemas eléctricos, los operadores necesitan disponer de modelos adecuados de las plantas de generación, tanto las basadas en recursos convencionales como las que explotan recursos renovables. En el caso del viento, su naturaleza aleatoria implica una cierta incertidumbre a la hora de predecir la energía disponible dentro de un horizonte temporal. Además, el tipo de modelo empleado para aerogenerador y parque eólico influye notablemente en la precisión de las estimaciones respecto a la energía eléctrica generada. Una posible solución para aumentar la exactitud de los modelos de parques eólicos es utilizar modelos individuales para simular el comportamiento de los aerogeneradores. Esta mejora conlleva habitualmente un elevado coste computacional, debido a dos factores principales: por un lado la complejidad del modelo, representado por un sistema no lineal de ecuaciones integro-diferenciales; y por otro, el empleo de técnicas de resolución basadas en métodos de integración numérica (técnicas que son empleadas por la mayoría de los programas informáticos de simulación). Para disminuir el coste computacional se suele recurrir a técnicas de agregación, basadas en la mayoría de casos en modelar un parque eólico mediante un número reducido de aerogeneradores equivalentes. Sin embargo, estas técnicas implican un desconocimiento de las variables particulares de cada aerogenerador, asumiendo un comportamiento medio para cada conjunto de éstos. A partir de las soluciones hasta ahora exploradas, la presente tesis doctoral aporta un nuevo método de resolución de modelos de aerogenerador mediante técnicas analíticas y linealización ad-hoc. El método propuesto ofrece resultados muy similares a los programas informáticos comerciales de simulación, con la ventaja de un coste computacional significativamente menor sin la necesidad de aplicar técnicas simplificativas de agregación. Todo el desarrollo se ha realizado en los entornos de MATLAB y Mathematica (programas informáticos empleados en el mundo académico y empresarial). A este respecto, se ha empleado un script que permite el trabajo colaborativo entre ambos programas. Dicho script ha sido íntegramente desarrollado en esta tesis doctoral al carecer de soporte oficial el intercambio de expresiones simbólicas entre ambos programas. El método de resolución propuesto se ha particularizado a dos tipos de casos: (i) perfiles reales de viento incidentes en cada aerogenerador con un tiempo de simulación del orden de minutos; (ii) huecos de tensión con un tiempo de simulación del orden de segundos. Para este último caso se propone una variación del método de resolución, basado en emplear de forma coordinada técnicas analíticas y de integración numérica.