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microgrid_in_europe

En la traducción al español Drivers significa conductor. Digamos que aca lo que desea expresar con los items que conducen el desarrollo de las microgrids en Europa. Los hay cuatro: medio ambiente, economía, seguridad en el suministro y la tecnología.

Medio ambiente: Lo que buscan lograr es la reducción del impacto o huella de carbono en el medio ambiente mediante la integración de fuentes de energía renovable de salida variable. Es decir, que la potencia de salida o energía de salida sea posible controlarla o adecuarla según la condiciones del despacho, la calidad deseada de la energia eléctrica y el tipo de cargas que son usuarias del sistema.

Economía: Se desea lograr la reducción de los costos de instalación, puesta en marcha, arranque especialmente para los sistemas remotos basados en motores diesel. Dichos lugares en Europa están considerados como aquellos los más lejanos, pero no significa los más pobres, la pobreza no implica en este momento un impulso para las renovables en donde tanto los fabricantes como centros de investigación desean usuarios que consuman para evaluar el desempeño de sus diseños y equipos.

Seguridad del Suministro: Incrementar la fiabilidad y resilencia, además de la capacidad de sobrevivir a desastres naturales. Se tiene una idea de fiabilidad, vínculada principalmente a la calidad del diseño del equipo, materiales y sistemas de protección. La resilencia en ingenieria es la capacidad de almacenar energía por un material dentro de su límite elástico y luego entregar dicha energia almacenada, esto por ley de termodinámica (entropía) no es 100% pero es un cuasi-ideal que sucede esto. Y los desastres naturales, son condiciones extremas, que el diseñador debe considerar en virtud de costos, oferta, demanda, zona de ubicación, etc… para que se mantenga la operatividad del sistema duante o poco tiempo después que suceda un desastre natural.

Tecnología: Incrementar el uso y mejorar el diseño y prestaciones de las modernas tecnologías de la información, hardware controlable  (por ejemplo: dispositivos de electrónica de potencia) todos los cuales permiten protección y gestión avanzada.  Sean las comunicaciones mediante cable, inalámbrica, por internet, encriptado o no y nuevas formas de comunicaciones (óptica, cuántica) harán controlable cualquier sistema eléctrico con cada vez mayor performance. Y la electrónica de potencia, que permitirá altas prestaciones antes cambios aleatorios de variables como viento y radiación, así como: alta calidad de energía eléctrica, mejor eficiencia de conversión AC/DC o viceversa entre otras mejoras por parte de los dispositivos de electrónica de potencia.


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En 1994, Leith y Leithead, desarrollaron un control no lineal que variaba continuamente, de tal forma que el controlador siempre era el apropiado para la velocidad del viento, aunque no fuera posible tener una medida directa del viento, la que debía ser inferida. Se demostró que el control era robusto y se realizaron diferentes simulaciones que arrojaron como resultado un mejor desempeño frente a los controladores PI (proporcional – integral) y controladores clásicos lineales, en particular, la reducción del tiempo de espera en niveles de potencia altos y como consecuencia una disminución de las cargas del sistema de transmisión mecánico.

En 1999, Song y Dhinakaran presentaron una estrategia de control no lineal donde la velocidad del rotor es controladaa través del ajuste del voltaje del devanada de exitación, con esto se obtiene más potencia de salida sin involucrar otros aspectos mecánicos complejos, adicionalmente, el controlador no requiere de la medición o estimación de la velocidad del viento. En el 2003, Lin and Qingding, presentaron el diseño de un controlador para el régimen de producción de potencia constante, es decir, en la región en que el generador eléctrico trabaja a su capacidad nominal, usando la teoría de control no lineal. Este algoritmo fue aplicado para el ajuste del ángulo de paso en tiempo real buscando minimizar tanto la desviación de la velocidad del rotor de la deseada, así como el movimiento de actuador de cambio de ángulo de paso fuera el deseado.

En el 2005, Boukhezzar y Siguierdidjane, propusieron una estrategia de control no lineal en cascada para un Sistema de Conversión de Energía Eólica – SCEE de velocidad variable y ángulo de paso constante. El lazo interno (lazo de velocidad) es la enrrada y es controlada por el lazo externo (lazo de potencia) que consiste en el seguimiento de una potencia de referencia deseada. Esta estrategia de control fue validada en un simulador de turbina eólica con resultados satisfactorios. Ambos investigadores también presentaron en otra publicación otro diseño de controladores no lineales con realimentación para el seguimiento de la referencia de velocidad del rotor, y con un estimador de la velocidad del viento y el torque aerodinámico usando el filtro de Kalman. Su objetivo fue maximizar la energía extraída del viento mientras se reducían las cargas mecánicas.

El control no lineal es el conjunto de técnicas de análisis y diseño de sistemas de control no-lineales; un sistema de control no-lineal es aquel que tenga al menos un componente no-lineal; un componente es no-lineal si no cumple con las propiedades de homogeneidad o superposición. Los sistemas de control prácticamente siempre presentan no-linealidades, llamadas inherentes. Las siguientes son ejemplos de las más frecuentes de ellas: saturazión, zona muerta, histéresis, todo-nada, juego o huelgo, fricción estática, fricción de coulomb, resorte no-lineal, compresibilidad de fluido, producto de variables, raiz, polinomio, función trigonométrica, etc.


En el 2000, Song y equipo desarrollaron una combinación entre control adaptativo y control no lineal para regular la velocidad del rotor, lo cual es necesario para aumentar la eficiencia de generación de potencia. Los algoritmos de control se basaron en el modelamiento diánmico de los componentes mecánicos y eléctricos del Sistema de Conversión de Energía Eólica (SCEE) y fueron verificados por simulación en una turbina de eje horizontal de dos aspas. En el 2004, Sakamoto y su equipo presentaron el desarrollo del control del ángulo de paso a través de la técnica de control adaptativo usando un regulador de ausintonía que tiene un método de identificación de mínimos cuadrados. Adicionalmente, realizaron algunas simulaciones variando los parámetros del SCEE y verificaron que el método de control compensará la influencia de esta variación y nivelaría la potencia de salida.

Tanto en el año 2004 y 2006, Johnson y  colegas, utilizaron la técnica de control adaptativo para controlar el toque del generador en la región de crecimiento desde la velocidad de disparo hasta la velocidad de potencia nominal ingresa de su curva de potencia, con el objetivo principal de maximizar la extracción de energía de un SCEE de velocidad variable y teniendo constante el ángulo de paso. Adicionalmente, evaluaron la estabilidad del controlador.

El control adaptativo supone, como caso más sencillo, un proceso lineal y variante a controlar. Al ser variante el proceso, los coeficientes de su función de transferencia varían con el tiempo. El control adaptativo consiste en la identificación de parámetros del proceso y el cálculo de un nuevo regulador, todo ello en tiempo real, siguiente las variaciones de los parámetros y mientras se realiza el control.