Optimización Bi-Objetivo de la Sintonía de un Control del Paso Individual de Aerogeneradores Flotantes para la Reducción de Carga

Resumen

Mitigar las cargas cíclicas en las palas es fundamental para extender la vida útil de los aerogeneradores marinos flotantes (FOWTs, por sus siglas en inglés). Si bien el Control de Paso Individual (Individual Pitch control, IPC) es eficaz para mejorar la eficiencia energética y la reducción de cargas, el aumento de la actividad de los actuadores puede comprometer la fiabilidad. Este trabajo propone un marco de optimización bi-objetivo orientado a disminuir la fatiga estructural para el ajuste de sistemas IPC que equilibra explícitamente la reducción de carga en el buje y el esfuerzo del actuador. El diseño de un controlador PI (proporcional-integral) se formula como un problema de optimización bi-objetivo en el que se ajustan las ganancias para minimizar las fluctuaciones de carga en la raíz de la pala, al tiempo que se limita el uso del actuador. Se emplea el Algoritmo Genético de Clasificación No-Dominada II (NSGA-II) para determinar el conjunto de ganancias de Pareto-óptimas. Las simulaciones en el dominio del tiempo de un modelo de referencia de la FOWT muestran que las estrategias IPC optimizadas superan significativamente al control de paso colectivo (CPC) convencional, logrando una reducción de hasta el 39.9% en las fluctuaciones de carga en la raíz de la pala, mientras se mantiene una actividad moderada del actuador. Los resultados demuestran que se puede lograr una mitigación sustancial de la fatiga sin un esfuerzo de control excesivo, proporcionando una metodología de ajuste orientada a la fiabilidad para sistemas IPC en FOWTs.