Välise võrgu puudumisel saab tuulepargi genereerida elektrit järgmiselt:
I. Tuulejõul põhinev tööpõhimõte
Tuuleenergia teisendamine mehaaniliseks energiaks
Tuulepargi veerud on kujundatud spetsiaalsel viisil. Kui tuul läheb üle veerud, siis nende erilise kuju ja aerodünaamika põhimõtete tõttu tuule kineetiline energia teisendatakse veerude pöördlemiseks vajalikuks mehaaniliseks energiaks.
Näiteks suure tuulepargi veerud on tavaliselt mitme kümnendi pikkused ja neil on lõik, mis sarnaneb lennukiküljele. Kui tuul läheb kindlal kiirusel üle veerud, siis veerude ülemise ja alumise pinnaga liikuvate õhuvoolude kiirused on erinevad, mille tõttu tekib rõhurõhk ja veerud hakkavad pöörama.
Mehaanilise energia edastamine edastussüsteemi kaudu
Veerude pöördlemist edastatakse generaatori rotori kaudu edastussüsteemi abil. Edastussüsteem sisaldab tavaliselt komponente nagu kahjustus ja edastuskard. Selle ülesanne on muuta veerude madala kiirusega, kuid suure jõupingega pöördlemine generaatorile vajalikuks kõrgekiiruslikuks, kuid väikese jõupingega pöördlemiseks.
Näiteks mõnes tuulepargis suurendab kahjustus veerude pöördlemise kiirust mitme kümnendi või isegi sadade kordade võrra, et rahuldada generaatori kiiruse nõudeid.
II. Generaatori tööpõhimõte
Elektri genereerimine elektromagnetilise induktsiooni abil
Tuulepargid kasutavad tavaliselt asünkroonsete või sinkroonsete generaatorite. Välise võrgu puudumisel pöörleb generaatori rotor veerude juhtimisel, lõigates statoripitsa magnettväli ja seeläbi genereerides indutseeritud elektromotive jõud.
Elektromagnetilise induktsiooni seaduse kohaselt, kui johtur liigub magnettväli, genereeritakse johturi otsades indutseeritud elektromotive jõud. Tuulepargis vastab generaatori rotor johturile, ja statoripitsa magnettväli genereeritakse püsiva magneti või excitatsioonipitsa abil.
Näiteks asünkroonse generaatori rotor on kõrvalt katmata struktuur. Kui rotor pöörleb magnettväli, lõigavad rotorisse paigutatud johturid magnettväli ja genereerivad indutseeritud voolu. See indutseeritud vool genereerib omakorda rotoris uue magnettväli, mis interakteerib statoripitsa magnettväljaga, mille tõttu rotor jätkab pöördlemist.
Omaenda excitatsioon ja pingevormingu
Mõnel sinkroonses generaatoril on vaja omaenda excitatsiooni ja pingevormingut, et luua algne magnettväli. Omaenda excitatsioon ja pingevorming tähendab, et kasutatakse generaatori jääkväärtust ja armatuuri reaktsiooni, et luua generaatori väljundpinge välise võrgu puudumisel.
Kui generaatori rotor pöörleb, tekib jääkväärtuse tõttu statoripitsas nõrk indutseeritud elektromotive jõud. See indutseeritud elektromotive jõud läbib rectifitseerija ja regulaatorit excitatsioonipitsas, et excitatsioonipitsa jõudlus tugevdaks statoripitsa magnettväli. Kui magnettväli tugevneb, siis indutseeritud elektromotive jõud suureneb aeglaselt, kuni see jõuab generaatori eelistatud väljundpingeni.
III. Energia väljund ja kontroll
Energia väljund
Generaator poolt genereeritud elekter edastatakse võrgule või kohalikele tarbijatele kaabelite kaudu. Edastamise käigus tuleb seda tõsta või alandada transformaatori abil, et rahuldada erinevaid pingenõudeid.
Näiteks suure tuulepargi poolt genereeritud elekter tuleb tavaliselt tõsta step-up transformaatori abil, enne kui see saab ühendada kõrgepinge võrguga pikka vahemaad vajava edastamiseks.
Kontroll ja kaitse
Tuulepargi ohutu ja stabiilse toimimise tagamiseks on vaja selle kontrolli ja kaitset. Kontrollisüsteem saab reguleerida veerude nurka, generaatori pöördlemise kiirust jne. vastavalt parameetritele nagu tuuli kiirus, suund, generaatori väljundjõud, et saavutada parim genereerimise tõhusus ja varustuse kaitse.
Näiteks kui tuuli kiirus on liiga kõrge, saab kontrollisüsteem reguleerida veerude nurka, et vähendada veerude koormuse leviala, et vältida tuulepargi ülekoormuse tõttu tekkiva kahju. Samuti saab kontrollisüsteem jälgida generaatori väljundpinget, voolu ja sagedust. Kui ilmnevad ebaproportsionaalsed tingimused, saab see ajalooliselt lõpetada energiatoomise, et kaitsta varustuse ja inimeste ohutust.
