31.4 : Estabilidade transitória e controles do sistema

No crescente campo da energia eólica, incorporar modelos de turbinas eólicas na análise de estabilidade transitória é essencial. Máquinas de indução e síncronas são os principais modelos usados, com máquinas de indução prevalecendo devido à sua simplicidade e confiabilidade.

Máquinas de indução interagem por meio do campo magnético rotativo gerado pelo estator e pelo rotor. O parâmetro-chave é o deslizamento, a diferença entre a velocidade síncrona e a velocidade do rotor em relação à velocidade síncrona. O deslizamento é zero na velocidade síncrona, positivo ao motorizar e negativo ao gerar. A dinâmica mecânica envolve a constante de inércia (H) e a diferença de torque (T_m−T_e).

Um modelo elétrico simplificado para uma máquina de indução de gaiola única representa a tensão equivalente por trás da resistência do estator e da reatância transitória. Os parâmetros-chave incluem a constante de tempo de circuito aberto para o rotor e a reatância síncrona derivada da reatância de vazamento e da reatância de magnetização.

O torque elétrico e a injeção de potência real terminal são determinados pelas tensões e correntes internas da máquina. Máquinas de indução normalmente consomem energia reativa, indicada por um valor negativo.

Os modelos de turbinas eólicas são de quatro tipos diferentes:

Tipo 1 e Tipo 2: Esses modelos usam geradores de indução. O Tipo 1 tem uma resistência de rotor fixa, enquanto o Tipo 2 usa resistência de rotor variável para melhor controle, afetando a constante de tempo e a saída de potência da máquina.

Tipo 3 e Tipo 4: Esses modelos avançados (geradores assíncronos duplamente alimentados e sistemas de conversor completo) permitem o controle de potência real e reativa. O Tipo 3 usa conversores para controle de corrente do rotor, fornecendo uma ampla faixa de velocidade. O Tipo 4 desacopla o gerador da rede, oferecendo controle flexível e eliminando o acoplamento mecânico com a dinâmica da turbina.

Entender os modelos de máquinas de turbinas eólicas envolve analisar a interação de componentes elétricos e mecânicos para uma análise precisa da estabilidade.