همانطور که میدانید توان راکتیو یکی از عوامل تأثیرگذار بر کیفیت ولتاژ ریزشبکهها میباشد. ارتباط بین توان راکتیو مصرفی ژنراتورهای القایی توربینهای بادی با افت ولتاژ ریزشبکه بهقدری مهم است که خود باعث ایجاد مفهوم جدیدی بنام پایداری سرعت ژنراتور میشود. زمانی که ژنراتور القایی در معرض خطایی قرار بگیرد، رتور آن شتاب گرفته و در سرعتی بالاتر از سرعت متناظر با فرکانس سیستم به حالت دائم میرسد. این پدیده شبیه پدیده قفل شدن رتور موتورهای القایی است که به آن Motor stalling گفته میشود که در مسائل مربوط به پایداری ولتاژ قرار میگیرد. این پدیده یکی از موضوعات پایداری است اما کمی متفاوت از تعاریف پایداری در سیستم قدرت مرسوم است.
شکل ۱) سیستم قدرت سه ماشینه
شکل ۲) تغییرات ولتاژ ترمینال ژنراتور
زمانی که براثر یک رخداد خطا در شبکه شامل توربینهای بادی مجهز به ژنراتور القایی یک افت ولتاژ تولید شود، توان اکتیو تحویلی توربین به شبکه کاهش مییابد و درنتیجه سرعت رتور افزایش مییابد. بهطور مشابه توان راکتیو مصرفی ماشین به دلیل مغناطیس زدایی کاهش مییابد. درواقع خطا منجر به افزایش گشتاور الکتریکی و جریان در ژنراتور میشود اما مهمتر از همه باعث افزایش سرعت و کاهش گشتاور مکانیکی رتور میشود. زیرا امکانی برای تحویل توان باد به شبکه وجود ندارد. بعد از پاکسازی خطا زمانی که ولتاژ در حال بازگشت به مقدار قبل از خطا است، ژنراتور القایی برای بازیابی شار مغناطیسیاش توان راکتیوی معادل ۲ تا ۳ برابر توان نامی مصرف میکند که این عمل طولانیتر شدن مدت زمان افت ولتاژ و یا حتی افت ولتاژ بیشتر میشود. اگر بعد از پاکسازی خطا سرعت رتور خیلی زیاد باشد، ژنراتور نمیتواند به محدوده سرعت قبل از خطا بازگردد و توربین در سرعت بالایی به حالت دائم میرسد. ازآنجاییکه این حالت با کاهش توان اکتیو تحویلی توربین به شبکه، افزایش مصرف توان راکتیو و افت ولتاژ در ترمینال ژنراتور همراه است، ازنظر الزامات شبکه حالت مطلوبی نیست. بهعنوان مثال، سیستم نشان داده شده در شکل ۵-۶ را در نظر بگیرید. یک ژنراتور القایی قفس سنجابی به شین A متصل میشود. در زمان t=1sec یک خطای اتصال کوتاه سه فاز بین خطوط A و C اتفاق میافتد. خطا پس از ۹/۰ ثانیه توسط باز شدن بریکرهای ۳ و۷ برطرف میشود. در این حالت شار مغناطیسی رتور کاهش و سرعت آن افزایش یافته است بهطوریکه ژنراتور نمیتواند به نقطه کار نامی برگردد. شکلهای ۳ تا ۵ این مسأله را بهخوبی نشان میدهند.
شکل ۳) پاسخ توان اکتیو تولیدی
شکل ۴) پاسخ توان راکتیو مصرفی
شکل ۵) پاسخ سرعت ژنراتور
با توجه به نکات ارائه شده میتوان تعریفی برای پایدار سرعت ارائه کرد. درواقع میتوان گفت که پایداری سرعت رتور به توانایی ماشین القایی (موتور یا ژنراتور) برای متصل ماندن به شبکه و چرخیدن با سرعتی متناظر با فرکانس واقعی سیستم بعد از یک رخداد خطا اشاره دارد.