¿Qué es un sistema SCADA en un aerogenerador?

SCADA son las siglas de Supervisory Control And Data Acquisition. Según el texto, es el sistema de control del parque.

Sistemas de Control en Aerogeneradores: Tipos y Funcionamiento

Q: ¿Cómo se orienta un aerogenerador a barlovento?

Se orienta con una veleta de cola. En los aerogeneradores a sotavento, la orientación se produce por la acción del viento sobre el rotor.

Resumen

Explica los sistemas de control de los aerogeneradores: sus objetivos, el control de los pequeños aerogeneradores aislados y los métodos de regulación de velocidad, como la desorientación, el cabeceo, el cambio de paso o la pérdida aerodinámica. También trata la orientación, la conexión y la desconexión a red, y el control de los generadores conectados a red.

Puntos clave

Los objetivos del control son un funcionamiento automático y fiable, un rendimiento máximo y la protección del sistema.
Los controles pasivos usan fuerzas naturales. Los controles activos usan sistemas eléctricos, mecánicos, hidráulicos o neumáticos.
En los pequeños aerogeneradores, los sistemas más usados son la regulación por cabeceo y la regulación por cambio de paso, y se prefieren los sistemas pasivos.
Los pequeños aerogeneradores suelen tener el rotor unido directamente al generador, sin multiplicadora.
Un aerogenerador de eje horizontal a barlovento se orienta con una veleta de cola.
En los sistemas de paso fijo, el aerogenerador se desconecta de la red cuando la velocidad del rotor es como máximo la de sincronismo.
En los sistemas de paso variable, se aumenta el ángulo de las palas para reducir la superficie que recibe el viento.

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Objetivos Principales de un Sistema de Control

Los objetivos principales de un sistema de control en un aerogenerador son:

Obtener un funcionamiento automático y fiable del aerogenerador.
Conseguir que la turbina funcione en consonancia con el viento (orientación, control de potencia, etc.).
Decidir la conexión/desconexión del generador y realizar correctamente los arranques y paradas del aerogenerador.
Proteger al sistema frente a sobrevelocidades, vibraciones, sobrecalentamientos, enrollamientos de los cables de interconexión, embalamientos y otros imprevistos.
Maximizar el rendimiento del sistema.
Señalizar posibles averías o funcionamientos incorrectos, disminuyendo los costes de mantenimiento y los tiempos de reparación.
Aumentar la vida útil del aerogenerador, minimizando las cargas imprevistas que se puedan presentar.

Los controles pasivos realizan 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, neumáticos o combinaciones de los anteriores para alcanzar su propósito.

Control de Pequeños Aerogeneradores

Se utilizan en sistemas aislados de la red eléctrica. La mayor parte de los aerogeneradores en el mercado son aerogeneradores de eje horizontal a barlovento. Normalmente no disponen de multiplicadora, siendo la unión directa del rotor con el generador. Se utilizan alternadores de imanes permanentes de 4 a 10 polos. En el rango de 3 a 30 kW, a veces se utilizan generadores de inducción.

Sistema de Regulación de Velocidad

Sin regulación: El aerogenerador se diseña para poder soportar las cargas que se produzcan en todas las condiciones de operación.
Regulación por desorientación: El eje del rotor está desalineado con el plano horizontal respecto a la dirección del viento incidente. Hay distintas soluciones para que se produzca esta desorientación del rotor, la más utilizada es mediante un diseño en el que el centro de empuje del rotor no queda alineado con el centro de rodamiento de orientación.
Regulación por cabeceo: Similar al anterior, pero en el que la desalineación se produce en el plano vertical.
Regulación por cambio de paso: Similar al utilizado en los aerogeneradores más grandes, aunque en su mayoría se utilizan sistemas de cambio de paso pasivos, en los que la variación del ángulo de ataque de las palas se produce mediante sistemas centrífugos.
Regulación por pérdida aerodinámica: Similar a la utilizada en grandes aerogeneradores.

Los sistemas más utilizados son por cabeceo del aerogenerador debido al empuje, y por cambio de paso. El punto clave en los pequeños aerogeneradores es conseguir una regulación adecuada mediante sistemas pasivos, porque las soluciones con mecanismos activos de paso variable dan lugar a diseños más complejos, más caros y con más mantenimiento.

Sistema de Orientación

El sistema de orientación más utilizado para los aerogeneradores de eje horizontal a barlovento es por veleta de cola. En los aerogeneradores a sotavento, la orientación se produce por la acción del viento sobre el rotor.

Control de Generadores Conectados a Red Eléctrica

En el control activo se deberán medir múltiples variables que darán información sobre el estado del sistema al control central. Estas señales se captarán mediante sensores o transductores que deberán ser suficientemente fiables y precisos. Se deberán proteger los elementos electrónicos y el cableado contra posibles descargas de origen atmosférico o contra interferencias electromagnéticas que puedan producirse. El sistema de control deberá diseñarse para proteger a todo el sistema con protecciones selectivas que estén coordinadas. El sistema de control integra los dispositivos necesarios de seguridad para garantizar la parada del aerogenerador en caso de producirse alguna condición anormal. El sistema de control del parque a veces se denomina SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition). El programa de control necesariamente debe incluir un subprograma de autocomprobación o diagnóstico que detecte inmediatamente cualquier malfuncionamiento.

Conexión a Red

Aerogeneradores con paso fijo y velocidad fija: El aerogenerador comenzará a girar hasta alcanzar una velocidad mínima de rotación del eje de alta, momento en el cual activa el sistema de arranque suave para que la conexión se produzca sin esfuerzos mecánicos ni corrientes elevadas de conexión.
Sistemas de paso variable y velocidad variable: Al alcanzar el límite inferior de revoluciones, el aerogenerador comienza a inyectar potencia a la red.

Desconexión de Red

Sistemas de paso fijo: En caso de que se alcance el límite superior de revoluciones, se deberá actuar con el frenado de emergencia. El aerogenerador se podrá desconectar de la red cuando la velocidad de giro del rotor sea como máximo la de sincronismo.
Sistemas de paso variable: Se aumenta el ángulo de las palas y con ello se reduce, para el viento, la superficie de incidencia.