31.4 : יציבות מעבר ובקרות מערכת

בתחום האנרגיה המתחדשת, שילוב מודלים של טורבינות רוח בניתוח יציבות מעבר הוא הכרחי. מכונות השראה ומכונות סינכרוניות הם המודלים העיקריים המשמשים לכך, כאשר מכונות השראה נפוצות יותר בשל פשטותן ואמינותן.

מכונות השראה פועלות באמצעות השדה המגנטי המסתובב שנוצר על ידי הסטטור והרוטור. הפרמטר המרכזי הוא "סליפ", המייצג את ההפרש בין המהירות הסינכרונית למהירות הרוטור ביחס למהירות הסינכרונית. כאשר הסליפ הוא אפס, המהירות היא סינכרונית; הוא חיובי במצב מנועי ושלילי במצב גנרטורי. הדינמיקה המכאנית כוללת את קבוע ההתמדה (H) ואת ההפרש בין מומנט מכני למומנט חשמלי (T_m−T_e).

מודל חשמלי מפושט עבור מכונת השראה בעלת כלוב יחיד מייצג את המתח השקול מאחורי התנגדות הסטטור וריאקטנס מעבר. הפרמטרים המרכזיים כוללים את קבוע הזמן במעגל הפתוח עבור הרוטור והריאקטנס הסינכרוני המתקבל מריאקטנס הדליפה וריאקטנס המגנטיזציה.

המומנט החשמלי וההספק האקטיבי המוזרם לטרמינל נקבעים על פי המתח הפנימי והזרמים של המכונה. בדרך כלל, מכונות השראה צורכות הספק תגובתי, מה שמעיד על ערך שלילי.

מודלים של טורבינות רוח נחלקים לארבעה סוגים:

סוג 1 וסוג 2: משתמשים בגנרטורים מסוג השראה. סוג 1 כולל התנגדות רוטור קבועה, בעוד סוג 2 משתמש בהתנגדות רוטור משתנה לשיפור השליטה, דבר שמשפיע על קבוע הזמן של המכונה ועל תפוקת ההספק.

סוג 3 וסוג 4: אלו דגמים מתקדמים (גנרטורים אסינכרוניים בעלי פיקוד כפול ומערכות ממירים מלאים) המאפשרים שליטה גם בהספק האקטיבי וגם בהספק התגובתי. סוג 3 משתמש בממירים לשליטה בזרם הרוטור, ומספק טווח מהירויות רחב. סוג 4 מנתק את הגנרטור מהרשת, ומאפשר שליטה גמישה תוך ביטול הזיווג המכני עם דינמיקת הטורבינה.

הבנת מודלים של טורבינות רוח כוללת ניתוח של האינטראקציה בין רכיבים חשמליים ומכניים לצורך ניתוח מדויק של יציבות מערכת.