ساختار و نحو و توربین بادی

در شرایطی که کنترل زاویه‌ی پره وجود نداشته باشد، مقدار ثابت در نظر گرفته می‌شود و تنها وابسته به است.
انواع ساختارهای توربین بادی
توربین‌های بادی از نظر نوع ساختار و نحوه‌ی عملکرد به 2 دسته کلی تقسیم می‌گردند:
توربین‌های بادی سرعت ثابت با راه‌انداز نرم
این طرح شامل یک ژنراتور القائی قفس سنجابی (SCIG) است که از طریق یک ترانسفورماتور به شبکه اتصال دارد و تقریباً در سرعت ثابت عمل می‌کند. توان ژنراتور نیز توسط توقف آیرودینامیکی، توقف فعال و یا پیچ کنترل قابل محدود شدن است. در شکل ‏24، طرح کلی توربین بادی سرعت ثابت نمایش داده شده است. از جمله مزایای این ساختار، ارزان و ساده بودن آن است. از طرفی نیاز به ادوات سنکرون کننده ندارد؛ اما برای معایب این ساختار می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
فقط در ناحیه سرعت ثابت کار می‌کند و برای حالت ژنراتوری باید در بالای سرعت سنکرون کار کند.
برای عملکرد این ژنراتور تنها وجود بانک خازنی برای تولید توان راکتیو ضروری است ولی در هنگام اتصال به شبکه این توان راکتیو میتواند بدون حضور بانک خازنی توسط شبکه تأمین شود که در این صورت سبب ضعیف شدن شبکه و افزایش تلفات شبکه میشود.
دسترسی به عملکرد در ناحیه پایدار، نسبتاً دشوار است.
به ساختارهای مکانیکی گران‌قیمت، برای از بین بردن استرسهای قوی مکانیکی نیاز است.
به علت وجود جریان راهاندازی بالا در ژنراتور القایی وجود راهانداز نرم (Soft Starter) ضروری است [22].
شکل ‏24: توربین بادی سرعت ثابت با راه‌انداز نرم [22]
توربین‌های بادی سرعت متغیر
توربینهای بادی سرعت متغیر به علت قابلیتهای بیشتری که داشتند بیشتر مورد توجه قرار گرفته‌اند، لذا با گذشت زمان و با پیشرفت ادوات Power Electronics پیشرفتهایی در ساختار و نحوهی کنترل توربینهای بادی سرعت متغیر صورت گرفته است. لذا دستهبندی زیر برای توربینهای بادی سرعت متغیر ارائه میگردد:
2-5-2-1- ژنراتور القائی از دو سو تغذیه (DFIG)
در این سیستم استاتور به طور مستقیم به شبکه متصل میگردد و روتور از طریق جاروبک و Slip rings به مبدل الکترونیک قدرت متصل میشود. شکل ‏25 نحوه‌ی اتصال را نمایش می‌دهد:
شکل ‏25: توربین بادی سرعت متغیر از نوع ژنراتور القائی از دو سو تغذیه (DFIG) [23]
ژنراتور القایی روتور سیمپیچی شده دارای سیمپیچی سه فاز روی روتور و استاتور است. ترمینال این دو سیمپیچ روتور و استاتور به منبع انرژی متصل هستند، از این‌رو به عنوان ژنراتورهای القائی از دو سو تغذیه و یا ژنراتور القائی با دو خروجی (DOIG) شناخته میشوند [23].
با فراهم کردن مبدل الکترونیک قدرت که مدار روتور را از طریق حلقههای لغزان و جاروبها تغذیه میکند، عملکرد هم برای حالت موتوری و هم برای حالت ژنراتوری امکانپذیر است و میتواند توان را در هر دو جهت اداره کند. در این ژنراتورها مبدل قدرت در سمت روتور قرار گرفته و توان روتور از آن عبور میکند. اگر توان مبدل توان نامی در نظر گرفته شود در کل رنج تغییرات سرعت باد، ژنراتور عملکرد مطلوبی خواهد داشت ولی به این دلیل که تغییرات باد به ندرت به این حدود میرسد این امر اقتصادی نیست و توان مبدل به طور معمول در حدود 30 درصد توان نامی در نظر گرفته میشود. بنابراین در این حدود میتوان توان بهینه را دریافت کرد. با کنترل مناسب تغذیه روتور، در رنجی از تغییرات باد میتوان توان بهینه را از انرژی باد دریافت کرد و راندمان عملکردی مناسبی را بدست آورد. بنابراین استفاده از این نوع ژنراتورها در توربینهای بادی سرعت متغیر مطلوب است. فرکانس استاتور ثابت و برابر فرکانس شبکه است، با کنترل فرکانس اعمالی به روتور با توجه به تغییر در سرعت باد و محور ژنراتور میتوان سیستم را کنترل کرد [24].
از جمله مزایا و ویژگیهای سیستم DFIG میتوان به موارد زیر اشاره کرد: