توربین به وسیله دو مبدل به شبکه متصل می‌شود. بدین ترتیب مبدل وظیفه کنترل سرعت ژنراتوری را دارد که به صورت مکانیکی به پره وصل است جدول (۳-۱) مزیت­ها و معایب هر یک از توربین­های بادی سرعت ثابت و توربین بادی سرعت متغیر را بیان کرده است.
توربین بادی سرعت متغیر قابلیت‌هایی مانند: خروجی بهتر، قابلیت بهبود کیفیت توان و کاهش تنش مکانیکی را داراست]۲۱[. همچنین معایب آن افزایش هزینه بالای ساخت است. ولی به هر حال هزینه اضافی با بیشتر شدن انرژی تولیدی جبران می‌شود. علاوه بر آن بهره‌برداری نرم به وسیله مبدل تنش مکانیکی را کم می‌کند. این دلایل باعث می‌شود کارخانه‌های تولید توربین بادی، تمایل بیشتری برای تولید توربین بادی سرعت متغیر با هزینه تولیدی کمتر دارند.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

توربین بادی تجاری با توجه به سرعت ثابت و متغیر بودن و نوع مبدل بکار رفته در آن‌ ها (مبدل نیمه سطح^[۲۲]، مبدل تمام سطح^[۲۳]) به چهار دسته کلی تقسیم می‌شوند.

توربین‌های بادی سرعت ثابت
با توجه به شکل (۳-۱) ،توربین‌های بادی سرعت ثابت که مجهز به ژنراتور القایی با قفسه سنجابی(SCIG)^[24] که به وسیله ترانسفورماتور افزاینده ولتاژ به شبکه متصل می‌شوند. در این نوع توربین بادی شافت ژنراتور بوسیله توربین بادی حرکت می کند و استاتور نیز به شبکه وصل است. به دلیل شیب تند مشخصه لغزش-گشتاور ژنراتور القایی با قفسه سنجابی، سرعت به طور تقریبی ثابت وابسته به فرکانس است.
توربین سرعت ثابت برای جلوگیری از جریان لحظه‌ای زیاد از شروع‌کننده نرم^[۲۵] استفاده می‌کند. اگر بدون شروع‌کننده نرم به شبکه متصل شود، توربین بادی سرعت ثابت توانایی جذب نوسانات توان را در انرژی جنبشی روتور ندارد. نتیجه آن به صورت نوسانات در گشتاور و توان تولیدی ظهور پیدا می‌کند. نوسانات گشتاور نیز باعث ایجاد تنش روی درایو توربین می‌شود و در نتیجه شاهد نوسانات ولتاژ شبکه خواهیم بود.
برای جلوگیری از جذب توان راکتیو توسط توربین بادی خازن‌های بین توربین بادی و ترانسفورماتور نصب می‌شود. همچنین در حین افت ولتاژ شدید توربین بادی توان راکتیو بسیار زیادی را از شبکه طلب می‌کند. این مسئله باعث افزایش سرعت ژنراتور و قطع آن از شبکه می‌شود.
شماتیک توربین بادی سرعت ثابت

توربین بادی سرعت متغیر محدودشده
در این نوع توربین بادی از ژنراتور القایی با روتور سیم‌پیچی شده (WRIG)^[26] استفاده‌شده است. همچنین مقاومت خارجی متغییری به وسیله مبدل به روتور ژنراتور متصل شده است. به وسیله‌ی کنترل مبدل مقدار مقاومت اعمالی مشخص می‌شود. شماتیک این از توربین بادی در شکل (۳-۲) آمده است.
با افزایش مقاومت روتور حداکثر گشتاور مشخصه گشتاور-لغزش به سمت لغزش بیشتر و سرعت بیشتر تمایل پیدا می‌کند. در نتیجه با فرض مقدار توان ثابت سرعت افزایش خواهد یافت. در این نوع توربین بادی حداکثر سرعت می‌تواند به اندازه ۱۰ درصد از بیش‌ترین محدوده لغزش بیشتر باشد. البته این مقدار به وسیله توان گرمایی تلف‌شده در مقاومت خارجی، محدود می‌شود.
از معایب آن می توان به محدودیت در سرعت، عدم توانایی در کنترل توان راکتیو طرف شبکه و بازده کم به دلیل مقاومت خارجی است . همچنین برتری آن نسبت به نوع سرعت متغیر در قیمت کمتر و سادگی آن است ]۲۲[.
شماتیک توربین بادی سرعت متغیر با ژنرانور سیم‌پیچی شده
شماتیک توربین بادی سرعت متغیر با DFIG

توربین سرعت متغیر با ژنراتور القایی دو سویه
در این نوع توربین بادی از DFIG استفاده ‌شده است . استاتور (stator)^[27] آن به صورت مستقیم به شبکه متصل شده است. روتور نیز به وسیله مبدل پشت به پشت^[۲۸] به شبکه وصل شده است. برای اتصال توربین و مبدل پشت به پشت از ترانسفورماتور سه سیم‌پیچه استفاده‌شده است. شمای کلی این نوع از توربین بادی در شکل ۳-۳ آمده است.

توربین بادی سرعت متغیر با مبدل تمام سطح
در این نوع از توربین بادی اتصال به شبکه توسط مبدل پشت به پشت تمام سطح^[۲۹] صورت می‌پذیرد. ژنراتور هم می‌تواند القایی و هم سنکرون باشد.
شماتیک کلی توربین بادی سرعت متغیر با مبدل تمام سطح
در این نوع توربین بادی RSC وظیفه کنترل سرعت ژنراتور را بر عهده دارد تا حداکثر توان از باد اخذ شود. از طرفی مبدل طرف شبکه (GSC)^[30] وظیفه کنترل ولتاژ را بر عهده دارد. به طور کلی این نوع قابلیت بیشتری را در تولید توان حداکثر از باد ایجاد می‌کند. علاوه بر آن قابلیت بهبود بیشتر ولتاژ در شرایط خطا را دارد. شمای کلی این نوع توربین بادی در شکل ۳-۴ آمده است.

جریان خطای توربین بادی
در حین خطا توربین‌های بادی جریان خطای مختلفی را به شبکه تزریق می‌کنند،که بر حسب نوع توربین بادی متفاوت است.
مروری مختصر بر انواع جریان اتصال کوتاه بر حسب نوع توربین بادی در قسمت‌های بعد آمده است [۲۱].

جریان اتصال کوتاه در توربین بادی سرعت ثابت
رفتار مدار اتصال کوتاه توربین بادی سرعت ثابت با ژنراتور القایی قفسه سنجابی، براساس دینامیک ژنراتور تعیین می‌شود. در صورت بروز خطای متقارن جریان اتصال کوتاه از دو قسمت متناوب و ثابت تشکیل می‌شود. این دو مقدار با توجه به ثابت زمانی گذرای استاتور و روتور مستهلک می‌شود. معمولاً جریان اتصال کوتاه به وسیله‌ی راکتانس گذرا محدود می‌شود و مقدار بیشینه آن معمولاً ۵ تا ۹ برابر جریان نامی ژنراتور است[۲۱].

جریان اتصال کوتاه در توربین بادی سرعت متغیر محدودشده
رفتار مدار اتصال کوتاه این توربین مشابه نوع قبلی است با این تفاوت که مقاومت خارجی متصل به روتور باعث میرا شدن سریع تر جریان اتصال کوتاه می‌شود.

جریان اتصال کوتاه در توربین سرعت متغیر با ژنراتور القایی دو سو تغذیه
در لحظه‌ای که اتصال کوتاه در شبکه اتفاق می‌افتد. جریان زیادی در استاتور و روتور القا می‌شود. به صورت نظری، RSC می‌تواند با اندازه بزرگ‌تر ساخته شود که این راهکار باعث افزایش هزینه می‌شود و مقرون به صرفه نیست. از دیگر راهکارها حفاظت RSC در مقابل جریان اتصال کوتاه به وسیله مقاومت خارجی به نام مقاومت اهرم^[۳۱] است.
از روش‌های مدرن استفاده از چاپرdc است ،که در شکل (۳-۳) نمایش داده شده است. با این روش در لحظه خطا کلیدهای RSC قطع می‌شود و جریان از طریق کلید دیودهای غیر موازی روانه خازن میانی می‌شود. وظیفه چاپرdc در این لحظه تنظیم ولتاژ dc است.
رفتار اتصال کوتاه ژنراتور دو سویه با حفاظت crowbar ،بستگی به این دارد که crowbar در لحظه خطا فعال هست یا غیرفعال.
وقتی crowbar فعال است ژنراتور کنترلی بر جریان ندارد. در این حال می‌توان DFIG را به صورت ژنراتور القایی در نظر گرفت. با این تفاوت که مقاومت روتور می‌تواند تا ۲۰ برابر مقامت حالت پیشین می‌شود.
مقامت بسیار زیاد crowbar، باعث میرا می‌شود جریان متناوب در DFIGسریع‌تر از جریان در SCIG میرا شود. زمانی که RSC دوباره وصل می‌شود، وظیفه‌ی کنترل جریان استاتور را بر عهده می‌گیرد. در این صورت DFIG به صورت منبع جریان ثابت در نظر گرفته می‌شود.
آنالیز جریان اتصال کوتاه DFIG با چاپرdc توجه کمی شده است. اما برای تحلیل خطای متقارن ، خازن میانی و چاپر به عنوان مقاومت معادل در نظر گرفته می­ شود. همچنین این مقاومت معادل وابسته به بار­گذاری اولیه ژنراتور و مقدار افت ولتاژ بستگی دارد.
در شرایط خطای نامتقارن RSC و چاپرdc در لحظه خطا فعال است. زیرا در حین خطا نامتقارن توالی منفی در ولتاژ ایجاد می‌شود که این مؤلفه میرا نمی‌شود ، در این شرایط ولتاژ به وجود آمده بالاتر مقداری است که RSC آن را کنترل کند. در نتیجه چاپرdc فعال می‌شود و برای تحلیل حالت گذرا هر دو را باید باهم در نظر گرفت.