31.4 : Stabilność przejściowa i sterowanie systemem

W rozwijającej się dziedzinie energetyki wiatrowej włączenie modeli turbin wiatrowych do analizy stabilności przejściowej jest niezbędne. Podstawowymi modelami są maszyny indukcyjne i synchroniczne, przy czym maszyny indukcyjne są powszechne ze względu na swoją prostotę i niezawodność.

Maszyny indukcyjne oddziałują na siebie poprzez wirujące pole magnetyczne generowane przez stojan i wirnik. Kluczowym parametrem jest poślizg, który jest różnicą między prędkością synchroniczną a prędkością wirnika w stosunku do prędkości synchronicznej. Poślizg jest zerowy przy prędkości synchronicznej, dodatni podczas pracy silnika i ujemny podczas generowania. Dynamika mechaniczna obejmuje stałą bezwładności (H) i różnicę momentu obrotowego (T_m−T_e).

Uproszczony model elektryczny dla maszyny indukcyjnej jednoklatkowej przedstawia napięcie równoważne za rezystancją stojana i reaktancją przejściową. Kluczowe parametry obejmują stałą czasową obwodu otwartego dla wirnika i reaktancję synchroniczną uzyskaną z reaktancji upływu i reaktancji magnesującej.

Moment elektryczny i końcowa moc czynna wtryskiwana są określane przez wewnętrzne napięcia i prądy maszyny. Maszyny indukcyjne zazwyczaj zużywają moc bierną, wskazywaną przez wartość ujemną.

Istnieją cztery różne typy modeli turbin wiatrowych:

Typ 1 i Typ 2: te modele wykorzystują generatory indukcyjne. Typ 1 ma stałą rezystancję wirnika, podczas gdy Typ 2 wykorzystuje zmienną rezystancję wirnika dla lepszej kontroli, co wpływa na stałą czasową i moc wyjściową maszyny.

Typ 3 i Typ 4: te zaawansowane modele (generatory asynchroniczne dwustronnie zasilane i systemy pełnego konwertera) umożliwiają kontrolę zarówno mocy czynnej, jak i biernej. Typ 3 wykorzystuje konwertery do sterowania prądem wirnika, zapewniając szeroki zakres prędkości. Typ 4 oddziela generator od sieci, oferując elastyczną kontrolę i eliminując sprzężenie mechaniczne z dynamiką turbiny.

Aby zrozumieć modele turbin wiatrowych, należy przeanalizować wzajemne oddziaływanie elementów elektrycznych i mechanicznych w celu dokładnej analizy stabilności.