当电网瘫痪时，需要一个逐步恢复的过程鈥攁 “黑启动”到目前为止一直依赖于发电厂内旋转的燃气或水力涡轮机提供的电力。
这一切都相对容易控制。启动涡轮机，用它们旋转发电机，观察电子稳定且可预测地流动，以使电网重新通电，并承受短路和其他故障。
但如果我们谈论的是风力发电厂呢？一个横跨乡村的城市。一个不是那么稳定和可预测的。依赖于风的吹拂。当风主导栅格变黑时会发生什么？工程师们如何让一个拥有数百台独立发电机的风电场协同工作，将电力输送回家庭和企业？
据《科学》杂志2019年10月的头条和论文称，这是“风能科学三大挑战”之一。科罗拉多州国家可再生能源实验室的保罗·韦尔斯是该报告的主要作者。
爱荷华州州立大学电气和计算机工程副教授雨果·维莱加斯·皮科（Hugo Villegas Pico）看到了这篇论文，认为他可以为第三大挑战“优化和控制由数百台独立发电机组成的风力发电机组，在更大的电网系统中协同工作”设计解决方案
2020年，美国能源部基础能源科学办公室（Office of Basic Energy Sciences）授予他和他的研究小组一笔为期三年、729349美元的拨款，以研究如何在停电后协调恢复以风力为主的电网。
国家可再生能源实验室首席工程师Villegas Pico和Vahan Gevorgian在《IEEE能量转换交易》（IEEE Transactions on on Energy Conversion）上发表的一篇研究论文中，描述了电网形成控制器和失速预防子系统的开发，该子系统使某些风力涡轮机能够黑启动电网。
这是增强风电场应对停电的能力的关键一步。
研究人员在论文中写道：“如果风力发电厂无法恢复电力系统，将风力资源并入电网可能会受到黑启动能力的限制。”。
爱荷华州的装机容量为11660兆瓦（另有437兆瓦在建），其55%的电力来自该州的风能。这使得风力发电厂在全州成为现实。
那么，在停电后使用它们重新启动电网需要什么呢？
Villegas Pico表示，“4型”涡轮机的第一个挑战是设计一种电网形成控制策略，允许涡轮机独立于任何燃气或水力涡轮机在电网上运行，而目前还不可能。4型涡轮机采用全额定电子转换器将其所有发电能力传输到电网。
“控制策略是一种软件算法，”Villegas Pico说。“它控制着风力涡轮机的运行，因此它们能够可靠地恢复电力系统。”
具体而言，该软件可帮助涡轮机协同工作，并承受不对称电网故障，如树木导致输电和配电网部分瘫痪和短路所导致的电网故障。
第二个挑战是设计一个主动保护系统，防止风力涡轮机失速鈥攕浇汁鈥攊f停电恢复期间，电力需求高于可用风。
通过将他们的想法输入到计算机模型中，研究人员通过详细的仿真表明，他们的新控制系统可以为风力主导的电网重新供电，穿越不对称故障，并在低速风中存活下来。
在爱荷华州这样的地方，风电场越来越多，Villegas Pico表示，利用风能恢复电网可以加快这一进程。现在有很多涡轮机可以使用。
Villegas Pico表示，研究团队还将这些进展应用于其他类型的风力涡轮机和使用电池储存能量的电力系统。该项目还在开发人工智能和天气预报工具，帮助运营商协调恢复风力主导电网。
Villegas Pico表示，这些新技术可能只需要几年就可以用于风力发电厂，并使公用事业及其客户受益。
研究人员写道：“我们的贡献对于满足恢复、可靠性和互操作性标准非常重要。”。“它们也很重要，例如，如果在寒冷天气下电对供暖至关重要，则不应危及恢复过程、造成经济损失和危及生命。”