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Un buen diseño de un aerogenerador puede tener un funcionamiento incorrecto o llegar a destruirse si no se desarrolla un sistema de control adecuado. El sistema de control deberá ser diferente en función del tamaño del aerogenerador. Para pequeñas máquinas, el control será simple y normalmente pasivo, por el contrario, para grandes máquinas - media y alta potencia -, el sistema de control será más complicado debido a los múltiples parámetros a medir y el aumento de precisión requerido, pero representará un coste, que aunque alto, es pequeño comparado con el coste total. Así, los controles pasivos hacen sus medidas de la manera más simple posible y utilizan fuerzas naturales para actuar, mientras que los sistemas de control activos utilizan sistemas eléctricos, mecánicos, hidráulicos y neumáticos o combinaciones de los anteriores para alcanzar su propósito.

- Conseguir que la turbina funcione en consonancia con el viento (orientación, regulación de velocidad, etc.)

- Señalizar posibles averías o funcionamientos incorrectos disminuyendo los costes de mantenimiento.

- Aumentar la vida útil del aerogenerador (minimizando y maximizando las cargas imprevistas que se pueden presentar).

En el control activo se deberán medir múltiples variables que darán información sobre el estado del sistema, al control central. Estas señales (velocidad del viento, orientación, velocidad del rotor, ángulo de paso, temperatura del generador, tensión y corriente de salida, etc) se muestrearán mediante sensores que deberán ser extremadamente fiables y precisos, ya que toda la estrategia de control puede ser inútil si las medidas son erróneas.

Para las máquinas eólicas que accionan un generador eléctrico existen diversos sistemas de regulación, tales como:

Regulación por frenos aerodinámicos: se activan por la acción de la fuerza centrífuga y que actúan cuando el giro del rotor no es el adecuado por sobrepasar un cierto valor. Todos ellos se basan en el efecto de la fuerza centrífuga de rotación y la actuación del frenado aerodinámico se realiza mediante un dispositivo adecuado, que consiste en colocar perfiles aerodinámicos en los extremos de las palas del rotor que actúan cuando éste alcanza altas velocidades. El sistema implica la regulación por variación del ángulo de inclinación b de las palas, que puede ser de toda la pala, de parte de la pala o mediante alerones. La sencillez de los mecanismos de regulación es una de las principales características de los aerogeneradores de baja potencia.

El aerogenerador deberá estar siempre situado en la dirección en la cual la velocidad del viento sea mayor, perpendicular a ésta. Para conseguirlo existen diversos métodos, unos más sencillos, en general mecánicos y otros más sofisticados que aplican elementos activos (servomotores, etc.). El método más utilizado actualmente es orientar mediante un servomotor. El motor de orientación podrá girar en los dos sentidos y será dirigido mediante una veleta y una dinamo tacométrica accionada por el mismo aerogenerador. La veleta, sujeta a la góndola del aerogenerador envía una señal eléctrica al control que es proporcional a la orientación óptima. La dinamo tacométrica envía también una señal eléctrica proporcional a la velocidad de rotación. Mediante estas dos señales, el control pondrá en marcha el servomotor en el sentido adecuado en el momento en que se detecte una velocidad mínima, parándose cuando la turbina esté exactamente en dirección al viento.

Sistema de regulación de velocidad

La mayoría de los aerogeneradores actuales son de velocidad constante : la velocidad de giro de su rotor debe permanecer casi constante a pesar de la variación de la velocidad del viento. Además algún dispositivo debe limitar la potencia y proteger al aerogenerador de sobreesfuerzos en caso de fuertes vientos. Estas funciones las asume el sistema de regulación de velocidad. Los métodos de regulación de velocidad se puede clasificar en dos grupos. Métodos basados en palas fijas y métodos basados en palas orientables. Hoy en día son muchos los aerogeneradores que efectúan la regulación de velocidad por paso fijo de manera que, por encima de la velocidad nominal, la pala entra en pérdida aerodinámica limitando la potencia de salida. Existen también técnicas adicionales de control de velocidad con palas fijas como son la aleta estabilizadora articulada que gira al rotor en dirección paralela al viento. Respecto a los métodos de regulación de velocidad basados en palas orientables, estos permiten la adaptación de las palas a diferentes condiciones de viento hasta el repliegue en caso de viento muy fuerte. Existen múltiples métodos, ya sean constituidos por resortes, masos o servomotores. Pocos sistemas eólicos tienen un sistema de regulación de velocidad orientable mediante el cual el ángulo de paso está cambiando constantemente, la mayoría de los sistemas consideran a las palas fijas en un ancho margen de viento. Estos métodos tienen múltiples ventajas : ayudan a arrancar el rotor, posicionan el ángulo de ataque de la pala de forma que esté en el punto de operación óptimo, efectúan el control de vueltas para que no se sobrecargue el generador y protegen a todo el sistema frente a daños debidos a una alta velocidad del viento. Actualmente, la regulación de los aerogeneradores se lleva a cabo en un control que suele ser un ordenador. El sistema de control electrónico recibe, mediante sensores que monitorizan las variables más importantes, datos como la velocidad del viento, las revoluciones por minuto del eje, las vibraciones que puedan aparecer, la potencia generada, el ángulo de paso de la pala, etc. A partir de estas entradas, el ángulo de paso de la pala óptimo se obtendrá mediante un algoritmo, a partir del cual se envíe una orden adecuada a los actuadores. Esta técnica controla las vueltas del rotor en todo el rango de operación. Si se detecta algún problema o algún parámetro fuera del rango preseleccionado, el sistema, actuando sobre los servomecanismos del ángulo de paso, pondrá a la pala fuera de operación (posición de bandera, ángulo=90º); cuando todo vuelva a la normalidad efectuará el proceso de arranque de nuevo.

Desde el punto de vista de la potencia existen dos apartados: uno es la conexión del generador a la red cuando las vueltas del mismo están a velocidad de sincronismo. Esta condición se da cuando no hay exceso de par y la potencia ni entra ni sale del generador. La otra es el control de velocidad del rotor ; así no existe sobrepotencia en el generador (exceso de deslizamiento, par u otros parámetros) y no se causan daños en el sistema de generación. El control de vueltas del rotor se ha discutido en la sección anterior y lo único que se debe recordar es que si se desconecta eléctricamente al generador, se debe utilizar algún tipo de control de velocidad del rotor.

El sensor electrónico que conecta el generador correctamente diferirá para sistemas en alterna y en continua. Los generadores de corriente continua tienen una potencia de salida muy pequeña a baja velocidad. Por ello, la conexión correcta se hará cuando las vueltas del rotor sean adecuadas para generar algo de potencia, ya que el pequeño pero suficiente flujo remanente puede ser la causa de un imprevisto traqueteo del rotor cuando se efectúa la conexión eléctrica. La sensibilidad en el punto de conexión en velocidad es mucho mayor en sistemas de corriente alterna que en los de corriente continua, no sólo por la naturaleza del sistema anterior, sino por la necesidad de algún control de frecuencia en la potencia generada. Los sistemas utilizados para el control en continua son generalmente la corriente del generador o la tensión de activación. Estos sistemas son muy comunes, económicos y no hace falta una excesiva sofisticación. Por el contrario, los generadores de corriente alterna representan una condición de diseño que es más difícil de encontrar. Al principio de todo, la conexión a la red puede hacerse ajustándose a la frecuencia de sincronismo tanto como sea posible para ayudar a eliminar los picos de par generador y rotor - eje. Una última consideración que debe ser discutida es la imprevista pérdida de potencia útil en la línea. El efecto de caída de tensión debida a la imprevista apertura del contactor se puede evitar mediante grandes condensadores conectados en paralelo con la red. Pero el mayor problema es la posible pérdida de control de frecuencia. La regulación de frecuencia solo es válida cuando se está conectado a red, ya que el aerogenerador está generalmente libre de cambiar la frecuencia mediante el cambio de la velocidad del rotor. Un sistema de control del rotor hará esto automáticamente ante posibles elevaciones de la velocidad. El sistema de control electrónico puede ser válido para diferenciar entre varias condiciones y dispararse cuando se detecte un cambio en la frecuencia. Las pérdidas totales de potencia es un problema adicional para un sistema controlado electrónicamente. En éste caso, cuando la alimentación del ordenador falta (si no hay batería de emergencia) la alimentación de los servos que actúan sobre el ángulo de paso de las palas también falla. Así se produce una situación muy peligrosa ya que el rotor probablemente girará con ángulo de paso fijo. Una solución a este problema es conectar un pequeño generador de continua al eje de alta.

El aerogenerador incorpora un sistema eléctrico con dos funciones diferenciadas. La primera función de generación eléctrica propiamente dicha, se lleva a cabo mediante el generador, los contactores e interruptores y, a veces con la posible inclusión de una batería de condensadores para la compensación de energía reactiva. La segunda función tiene como objeto el funcionamiento de los equipos auxiliares, como son los motores de orientación, el grupo hidráulico, tomas de corriente, resistencias calefactoras, iluminación general y alimentación del sistema electrónico de control y comunicaciones. Los diferentes equipos mencionados se encuentran en la góndola, sujetos al bastidor y protegidos por la carcasa, pudiéndose actuar a través de los armarios eléctricos, normalmente situados en la base de la torre. Algunos actuadores son redundantes, disponiendo en la propia góndola de la posibilidad de manejar algunos sistemas para realizar mejor labores de operación, mantenimiento e inspecciones.

· Elementos de compensación de energía reactiva: condensadores y sus elementos de descarga y protección.

· Elementos de potencia: contactores, instrumentos de medida, disyuntor general, circuitos de tiristores, contactores de bypass etc.

· Elementos de control: control por microprocesador, fuente de alimentación, resistencia de calentamiento, bobinas de actuación de contactores, etc.

· Elementos de protección: relés y contactores de los elementos auxiliares o elementos de protección de los equipos.

Como parte del equipo eléctrico se considera todo el cableado, propio de lamáquina, tanto de los elementos de generación como auxiliares, incluida la red de tierras tanto para protección general como para protección ante descargas atmosféricas. Normalmente la tensión de generación en cada aerogenerador se eleva a media tensión agrupando paquetes pequeños de aerogeneradores para cada unidad de transformación, con el objeto de optimizar la inversión. Recientemente existe la tendencia a instalar elementos de transformación eléctrica de baja a media tensión, a nivel individual en cada aerogenerador, con lo cual se evitan grandes trazados internos de la red de media tensión.