Decentralized control of emulator of VSVP wind turbine with real DFIG

[Resumen] Resulta difícil encontrar un equipo de laboratorio que permita la emulación del comportamiento de un aerogenerador, ya sea con objetivos docentes, investigadores o técnicos, por ejemplo, para el desarrollo de sistemas de control. Este trabajo presenta el control de un emulador de una turbina eólica, que combina un generador eléctrico real con las componentes aerodinámicas y mecánicas simuladas. La parte experimental consiste en un generador de inducción doblemente alimentado (DFIG) de pequeña potencia (1 kW) cuyo eje de rotación está unido de forma solidaria a un servomotor brushless de corriente continua. Este actúa de motor de arrastre emulando el par aerodinámico siguiendo un modelo no lineal. Dicho modelo también incluye el comportamiento del viento, de forma que se puedan simular condiciones reproducibles. Se ha implementado una estructura de control multivariable descentralizado con la que controlar las principales variables de un aerogenerador de velocidad variable, paso de pala variable con DFIG, en la que se ha realizado un análisis previo de la interacción existente entre las variables implicadas. Los resultados en los ensayos experimentales confirman que el emulador es capaz de reproducir el comportamiento de los aerogeneradores reales de mayor potencia y sirve de banco de ensayos tanto para fines docentes como para diseño de sistemas de control.[Abstract] Experimental lab setups of wind turbines emulators for educational, research, or technical purposes, such as control system design, are difficult to find. This works presents the control of a wind turbine emulator which combines a real electric generator with simulated aerodynamic and mechanical dynamics. The experimental part comprises a small power double feed induction generator (DFIG) of 1 kW. Its rotational shaft is solidly attached to a brushless direct current motor. This acts as a drag motor emulating the aerodynamic torque. This torque is obtained from the simulation of a nonlinear model, which also includes the wind dynamics and allows for simulating reproducible conditions. A decentralized control strategy has been developed to control the main variables of a variable-speed, variable-pitch wind turbine with DFIG. Previously, an interaction analysis of the involved variables has been performed. Experimental results support that the emulator can replicate the behavior of real large wind turbines and can be used as a lab test bench both for teaching purposes and for control system designs.Este trabajo ha sido financiado por el proyecto PID2020-117063RB-I00 del Ministerio de Ciencia e Innovación, así como por el proyecto 1380282-R del Programa Operativo FEDER de la Junta de Andalucía. Además, Manuel Lara expresa su agradecimiento por el contrato FPU (FPU17/02747) del Ministerio de Universidades de España.Ministerio de Ciencia e Innovación; PID2020-117063RB-I00Junta de Andalucía; 1380282-