Inclusión de un Módulo de Control en el Abordaje Multifísico del Comportamiento de Grandes Turbinas Eólicas de Eje Horizontal

Abstract

Sistemas y estrategias de control adecuados son de vital importancia para el funcionamiento de grandes turbinas eólicas. Estos proporcionan seguridad en la operación y aumento significativo de vida útil y permiten expandir la envolvente de máximo rendimiento.
Este trabajo es una continuación de los esfuerzos enfocados en la simulación computacional del comportamiento aero-servo-elástico de grandes turbinas eólicas de eje horizontal mediante un abordaje multifísico.
Aquí se presenta la inclusión de un módulo de control en una herramienta computacional de análisis aeroelástico existente. El mismo controla el comportamiento de la turbina, tomando decisiones en base a las condiciones de viento y modificando ciertos parámetros de la máquina para lograr una operación segura y eficiente.
El abordaje aeroelástico original consta de tres partes: 1) un modelo aerodinámico para describir el comportamiento del fluido; 2) un modelo estructural/dinámico que permite predecir la respuesta estructural a las cargas aerodinámicas; y 3) un método de interacción para considerar la interdependencia del comportamiento del fluido y de la estructura.
Como modelo aerodinámico se utiliza el método de red de vórtices inestacionario y no lineal, mientras que el modelo estructural está compuesto de elementos finitos de vigas deformables y sólidos rígidos, considerando no-linealidades geométricas y comportamiento material anisótropo, viscoelástico, lineal.
El método de interacción fue desarrollado específicamente para vincular los modelos mencionados.
El módulo de control interactúa con el aerodinámico y el estructural/dinámico, tomando información de ambos (condiciones de funcionamiento y de viento) y actuando sobre la estructura al nivel de ciertas condiciones de vínculo y de propiedades mecánicas de algunos componentes, siguiendo leyes predefinidas basadas en estrategias de control habituales para este tipo de máquina. La simulación del control sobre el generador eléctrico consta solo de las referencias de los lazos de control del mismo, dejándose la inclusión del comportamiento dinámico detallado para etapas posteriores.