Değişken hızlı rüzgâr türbinlerinde kullanılan sürekli mıknatıslı senkron generatörün vektör kontrolü

Abstract

Bu çalışmada maksimum güç izleme (MGİ) yöntemi, maksimum düzeyde enerji elde etmek amacıyla değişken hızlı rüzgâr türbini enerji sistemine vektör kontrol tekniği de kullanılarak uygulanmıştır. Sistem bir rüzgâr türbini ile önce değişken bir rüzgâr hız referansı ve devamında 9 m/s nominal rüzgâr hızı altında analiz edilmiş, sistemden elde edilen elektrik enerjisi şebekeye aktarılmıştır. Rüzgâr türbininin değişken genlik ve frekanstaki akım-gerilim değerlerinin, şebekenin sabit genlik ve frekanstaki akım-gerilim değerlerine uyumunu sağlamak için generator ve şebeke arasında bir DA bara kullanılmıştır. Şebeke tarafı ve generatör tarafı kontrolü sağlamak amacıyla üç fazlı gerilim kaynaklı eviriciler kullanılmıştır. Generator olarak değişken hızlı rüzgâr türbinlerinde yüksek verimlilik sağlaması nedeniyle sürekli mıknatıslı senkron generator (SMSG) tercih edilmiştir. Generator tarafı eviricide MGİ algoritması olarak kanat uç hız oranı (KHO) yöntemi kullanılmış ve bu yöntem ile rüzgârın anlık olarak izlenmesi sağlanmıştır. Şebeke tarafı eviricisinde rüzgâr türbini tarafından yakalanan enerjinin etkili bir şekilde şebekeye aktarılması için alan yönlendirmeli kontrol olarak da adlandırılan vektör kontrol yöntemi tercih edilmiştir. Kullanılan MGİ yöntemi ile değişken rüzgâr hızlarında sistemin maksimum gücü takip etmesi sağlanmıştır. Böylece hem MGİ yöntemi hem de vektör kontrolü ile rüzgâr gücünden maksimum verim elde edilmiştir. Sistemin MATLAB/Simulink programında bir benzetimi hazırlanmış, sistem bu benzetim üzerinde oluşturulmuş ve denenmiştir. Sistem çalışması bu benzetim programından alınan grafiksel sonuçlar ile izlenmiş ve doğrulanmıştır. Bu tez ile son yıllarda değişken hızlı rüzgâr türbinleri ile yapılan çalışmalara pozitif yönde bir katkı sağlanması amaçlanmıştır.

In this study, the maximum power tracking (MPT) method was applied to the variable speed wind turbine energy system using the vector control method technique in order to obtain maximum energy. The system was analyzed with a wind turbine first under a variable wind speed reference and then at a nominal wind speed of 9 m/s and electrical energy obtained from the system were transferred to the network. In order to ensure that the wind turbine's variable amplitude and freewheeling current-voltage values match the network's constant amplitude and freewheeling current-voltage values, a busbar is used between the generator and the mains. In order to provide control of the grid side and the generator side, three phase voltage sources inverters are used. As a generator, permanent magnet synchronous generator (PMSG) is preferred because of its high efficiency in variable speed wind turbines. As a generator algorithm, the tip speed ratio (TSR) method is used as the MPT algorithm and this method provides instantaneous monitoring of the wind. The vector control method, which is also referred to as field-directed control, is preferred in order to effectively transmit the energy captured by the wind turbine in the grid side inverter to the grid. The maximum power of the system was monitored at variable wind speeds by used the MPT method. Thus, maximum efficiency was obtained from wind power by both MPT method and vector control. The system has been simulated in the MATLAB / Simulink program and the system has been created and tested on this simulation. System operation was monitored and verified with graphical results from this simulation program. It is aimed to provide a contribution to the positive work done with variable speed wind turbines in recent years.