Rüzgâr türbinlerinde kullanılan generatör tiplerinin akıllı şebekeler üzerindeki etkileri

Abstract

Rüzgâr türbinlerinde, rüzgâr hızının meydana getirdiği mekanik gücün elektrik enerjisine dönüştürülmesi işlemi generatörlerle gerçekleşmekte olup rüzgâr hızındaki anlık değişimler generatörün ürettiği gerilim üzerinde salınımlara neden olmakta ve enerji kalitesini bozmaktadır. Bu nedenle sunulan tez çalışmasında, rüzgâr türbinlerinde kullanılan farklı yapılardaki generatörlerin şebekeye olan etkileri üzerinde durularak hangi şartlarda hangi generatör türünün seçilmesinin uygun olacağı araştırılmıştır. Tez kapsamında, sabit mıknatıslı senkron generatör (SMSG), çift beslemeli asenkron generatör (ÇBAG),sincap kafesli asenkron generatör (SKAG) ve rotoru sargılı asenkron generatör (RSAG) ele alınmış ve aralarındaki farklar MATLAB/Simulink ortamında analiz edilmiştir. Ayrıca sonuçların daha görsel bir ortamda yorumlanabilmesi ve kolay erişim için MATLAB GUI ile bir ara yüz oluşturulmuş ve burada kullanıcının kendi belirlediği parametre değerlerini simülasyona uygulayabilme seçeneği sunulmuştur. Geliştirilen uygulamada, her bir generatör tipi için rüzgâr hızı salınımlarına karşı generatörün ürettiği gerilim, akım ve güç değerleri incelenmiştir. Bu amaçla, rüzgâr hızı, kanat açısı ve SMSG, ÇBAG, SKAG ile RSAG parametreleri kullanıcı tarafından veri girdisi olarak belirlenebilmektedir. Şebekede meydana gelen değişimlerin belirgin bir şekilde gözlenebilmesi için simülasyon testleri sırasında generatörlerin şebekeye aynı gücü verecek şekilde modellenmesi göz önünde tutulmuştur. Tez çalışmasında generatörlerin şebeke üzerindeki toplam harmonik bozunumu incelenerek şebeke için en uygun tipteki generatörlerin SMSG ve ÇBAG tipindeki türbinler olduğu yorumu yapılmıştır. Yapılan bu tez çalışmasının rüzgâr enerji tesisi kuracak girişimciler ve bu alanda araştırma yapacaklar için oldukça faydalı bir referans teşkil etmesi beklenmektedir.

The operation of the mechanical energy conversion into the electrical energy occurs with the generator in wind turbines. During the connection of the turbines into the grid, due to sudden changes in wind power, voltage fluctuations occur in the grid that affect the power quality. This essential has required investigation of the generators used in wind turbines. In this study, the impact of each generator on the system has been examined and compared. Widely used types of wind turbines which are Permanent magnet synchronous generators (PMSG), double-fed asynchronous generators (DFIG), squirrel cage induction generators (SCIG) and wounded rotor induction generators (WRIG) are considered. In order to detect the differences between the generators, MATLAB / Simulink software is used. When the total installed power according to suitable generator parameters are applied, simulation outputs will be taken into consideration in the comments. Therefore, the selection of the most suitable generator and the effects of the generator on the grid will be investigated. For better monitoring and easy access, a graphical user interface (GUI) in MATLAB has been created where the user has the option to set the simulation parameter values. In simulation application, the current change in the wind, voltage and power parameters will be compared. Wind speed, pitch angle and generator parameters can be entered in the system. In order to examine the effect of the generators on the network system, breakers, transformers and simulation results of a system consisting of network were observed. It is determined that the most suitable generators for the grid are PMSG and DFIG generators. It is expected that this thesis will be a reference to investors and researchers who are studying on the wind energy systems.