Rüzgâr Santrali İçeren Elektrik Sistemlerinde Etkilenmeler Ve Kısa-devre İncelemesi

Abstract

Dünya nüfusunun hızla artması ile birlikte insanların enerji tüketimi de hızla artmaktadır. Tüketimin büyük bir kısmının karşılandığı fosil enerji kaynaklarının hızla azalması ve atık gazlarından dolayı küresel ısınmanın başlıca sorumlusu olmaları, bilim adamlarını, doğaya zarar vermeyecek yenilenebilir alternatif enerji kaynaklarına yöneltmiştir. Yenilenebilir enerji kaynakları arasında hidrolik, güneş, biokütle, jeotermal ve rüzgâr enerjisi son yıllarda büyük önem kazanmaya başlamıştır. Bu enerji kaynakları içinde rüzgâr enerjisine dayalı elektrik enerjisi üretiminin gelişimi gerçekten çok etkileyicidir. Bu nedenle çalışmada öncelikle, rüzgârın enerjisi, rüzgâr ölçümlerinin önemi, rüzgâr türbinleri ve elektrik üretme teknikleri hakkında bilgi verilerek, rüzgâra dayalı elektrik üretiminin avantaj ve dezavantajları, rüzgâr enerjisinin Dünya’da ve Türkiye’deki durumu irdelenmiştir. Çalışmada rüzgâr santrallerinin elektrik sistemleri başlığı altında, genel hatları ile kullanılan generatörlerden, güç elektroniği bileşenlerinden, korumadan ve topraklama sistemlerinden bahsedilmiştir. Elektrik sistemine bağlı çalışan rüzgâr santrallerinin elektrik sistemi üzerinde birçok etkileri vardır. Rüzgâr santrallerinin sisteme bağlanması nedeni ile bölgesel ve sistem üzerinde olan bozucu etkiler, büyük rüzgâr santrallerinin planlamasında yaşanabilecek sürekli hal sorunları, büyük ölçekli rüzgâr gücü katılımının etkileri, kısa-devre arızası durumunda rüzgâr türbinlerinin tepkisi ile rüzgâr santrallerinin şebekeyi besleme kapasitesi sınırı ve önemi konuları hakkında bilgiler verilmiştir. Çalışmada birden fazla türbine sahip rüzgâr santrali içeren bir örnek sistem göz önüne alınarak, sistem üzerinde MATLAB bilgisayar yazılımı kullanılarak benzetimler gerçekleştirilmiştir. Benzetimlerde, sistemde farklı noktalarda oluşturulan çeşitli kısa-devre durumlarına ilişkin senaryolar göz önüne alınarak, kısa devre incelemeleri yapılmıştır. Ayrıca bu incelemelerde, bir rüzgâr santralinin bağlı bulunduğu şebekenin güçlü veya zayıf olması gibi durumlar da göz önüne alınarak, elde edilen veriler kıyaslanmıştır. Elde edilen sonuçlar tablolar ve şekiller halinde sunulmuştur.

Due to the rapid increase of world population, the energy consumption of humanity has also increased. Since the rapid decline of fossil based energy sources in which the major consumption requirement is met and their effect on global warming due to the waste gases; scientists concentrated their research on alternative renewable and eco-friendly energy sources. Among the renewable energy sources; hydraulic, solar, bio-mass, geothermal and wind energy have gained much importance in the past years. Among all these alternative energy resources, it is quite fascinating that the development in electricity production based on wind power has dramatically increased. Therefore in this dissertation, primarily, the wind energy, the importance of wind speed measurement, wind turbines, wind based electricity generation techniques have been investigated, advantages and disadvantages of wind power generation, the current situation of wind energy generation in Turkey and in the World has been analyzed. This work includes, in general, wind power generators, protection and grounding systems of the wind farms under the topic of “the electrical systems of wind farms”. There are numerous effects of the wind farms on the power system. In this thesis, some of these effects such as integrating problems of the wind farms to the network, disturbances on local power system due to the wind farms, the behavior of the wind farms during short-circuits and the limitations have been discussed. In this work, an example three-bus test system was considered, and simulated in Matlab environment. The test system has a wind farm connected bus, a load bus and a network equivalent bus. In simulation, various short-circuit conditions were analyzed based on the short-circuit scenarios created at different fault locations of the network. In addition, the data were compared obtained from these investigations belonging to the network capacity in which this wind farm has been connected. The obtained results were processed and presented in tables and graphics.