31.4 : Stabilità transitoria e controlli di sistema

Nel campo in espansione dell'energia eolica, è essenziale incorporare modelli di turbine eoliche nell'analisi della stabilità transitoria. Le macchine a induzione e macchine sincrone sono i modelli principali utilizzati, con le macchine a induzione che prevalgono per la loro semplicità e affidabilità.

Le macchine a induzione interagiscono attraverso il campo magnetico rotante generato dallo statore e dal rotore. Il parametro chiave è lo scorrimento, che è la differenza tra la velocità sincrona e la velocità del rotore rispetto alla velocità sincrona. Lo scorrimento è zero alla velocità sincrona, positivo durante la propulsione e negativo durante la generazione. La dinamica meccanica coinvolge la costante di inerzia (H) e la differenza di coppia (T_m−T_e). 

Un modello elettrico semplificato per una macchina a induzione a gabbia singola rappresenta la tensione equivalente dietro la resistenza dello statore e la reattanza transitoria. I parametri chiave includono la costante di tempo a circuito aperto per il rotore e la reattanza sincrona derivata dalla reattanza di dispersione e dalla reattanza magnetizzante.

La coppia elettrica e l'iniezione di potenza reale terminale sono determinate dalle tensioni e dalle correnti interne della macchina. Le macchine a induzione in genere consumano potenza reattiva, indicata da un valore negativo.

I modelli di turbine eoliche possono essere di quattro tipi diversi:

Tipo 1 e Tipo 2: Questi modelli utilizzano generatori a induzione. Il Tipo 1 ha una resistenza del rotore fissa, mentre il Tipo 2 utilizza una resistenza del rotore variabile per un controllo migliore, influenzando la costante di tempo e la potenza in uscita della macchina.

Tipo 3 e Tipo 4: Questi modelli avanzati (generatori asincroni a doppia alimentazione e sistemi di conversione completi) consentono il controllo sia della potenza reale che reattiva. Il Tipo 3 utilizza convertitori per il controllo della corrente del rotore, fornendo un'ampia gamma di velocità. Il Tipo 4 disaccoppia il generatore dalla rete, offrendo un controllo flessibile ed eliminando l'accoppiamento meccanico con la dinamica della turbina.

Per comprendere i modelli delle turbine eoliche è necessario analizzare l'interazione dei componenti elettrici e meccanici per un'analisi accurata della stabilità.