Stabilità transitoria e controlli di sistema

Il controllo della tensione del generatore è fondamentale per mantenere il funzionamento stabile di generatori sincroni e turbine eoliche. Nei modelli più vecchi, un generatore CC azionato dal rotore fornisce potenza CC all'avvolgimento di campo del rotore e la potenza viene trasferita tramite anelli collettori e spazzole. Nei modelli più recenti, vengono utilizzati eccitatori statici o “brushless”. Gli eccitatori statici rettificano la potenza CA dai terminali del generatore e quindi trasferiscono la potenza CC direttamente al rotore. Gli eccitatori brushless, d'altro canto, utilizzano un generatore sincrono invertito in cui la potenza CA viene ottenuta dagli avvolgimenti dell'indotto e rettificata tramite diodi montati sul rotore, eliminando la necessità di anelli collettori e spazzole.

Lo schema a blocchi fornisce un metodo standardizzato per visualizzare i sistemi di controllo della tensione del generatore. L'eccitatore IEEE di tipo 1 utilizza un generatore CC azionato dall’albero per produrre la corrente di campo, con un regolatore di tensione che regola la corrente di campo in base alle misurazioni della tensione del terminale.

Nello schema a blocchi, la tensione del terminale, Vt, viene misurata e confrontata con una tensione di riferimento V_ref. La differenza tra queste due viene utilizzata per regolare la tensione di campo. Il regolatore di tensione elabora l'errore di tensione con un guadagno (K_a) e una costante di tempo (T_a). L'uscita del regolatore di tensione è la tensione di campo applicata all'avvolgimento di campo del generatore, che regola la tensione del terminale. Questi modelli rappresentano le dinamiche dell'eccitatore e del generatore, fornendo un metodo chiaro per analizzare e migliorare la stabilità.

Le turbine eoliche di tipo 1 impiegano macchine a induzione a gabbia di scoiattolo senza regolazione diretta della tensione. I sistemi di tipo 2 impiegano macchine a induzione a rotore avvolto con resistenza esterna regolabile, modellate come un eccitatore, per mantenere una potenza di uscita costante nonostante le variazioni della velocità del vento. Le configurazioni di tipo 3 e di tipo 4 gestiscono sia la potenza reale che quella reattiva. Il controllo della tensione del generatore comporta metodologie per garantire il funzionamento stabile e affidabile dei generatori sincroni e delle moderne turbine eoliche.