Doğrudan Sürüşlü, Değişken Hızlı Rüzgar Enerjisi Santralinin Modellenmesi Ve Kontrolü

Abstract

Bu tezin amacı bu kaynaklardan biri olan rüzgardan maksimum enerjiyi alma yöntemlerinden birini incelemek ve gerçeklenebilirliğini irdelemektir. Bu bağlamda ilk kısımda geleneksel rüzgar türbinlerine ve günümüzde kullanılan değişken hızlı rüzgar türbinlerine genel bakış yapılmış ve literatürdeki bazı MPPT yapıları anlatılmıştır. İncelenmek üzere basit yapılı, değişken hızlarda çalışabilme özelliğine sahip ve dişli kutusuna ihtiyaç duymayan bir topoloji seçilmiştir. Bu topolojide generatör olarak oluk genişliği, kutup sayısını artırabilmeye uygun olan, fırçasız olmasından dolayı bakımı az olan sabit mıknatıslı senkron makine seçildi. İkinci kısımda ise seçilen bu topolojideki kontrolsüz tam dalga doğrultucu, türbin, senkron makine ve eviriciye ait modeller beyaz kutu modellemesi yöntemiyle modellenmiştir. Üçüncü kısımda bu sistemin optimum şekilde çalışması için bir MPPT algoritması önerilmiştir. Bu algoritma bir en iyileme yöntemi olan basamaksal artım (stepeest decent) yöntemini ve ani hız değişimlerine göre karar verecek dalları barındırmaktadır. Eviriciyi denetlemek için, bir akım denetleyicisi olan histerezis denetleyicisi seçilmiştir. Bu denetleyici gerekli emirleri MPPT den alacak ve bu emri eviriciyi kullanarak sisteme uygulayacak şekilde çalışır. Bu denetleyicinin özellikleri dayanıklı olması, davranışının sistem katsayılarından bağımsız olması, geçici hal davranışı göstermemesi ve güç faktörünü bağımsız olarak değiştirebilmesidir. Son kısımda ise seçilen topoloji, önerilen denetleyici sistemiyle beraber bir benzeteç programında (Matlab-Simulink) kuruldu. Farklı rüzgar değişim senaryoları için benzeteç programı koşturuldu. Çıkan sonuçlardan denetleme sistemin istenilen biçimde çalıştığı, sistemi her halükarda kararlı tuttuğu, en yüksek güç noktasını küçük bir hatayla yakaladığı gözlendi. Bu hatanın en büyük değeri 11 KW turbin gücü için 40 W olduğu görüldü. Son kısımda, önerilen bu denetleme sistemini iyileştirmek ve geliştirmek için gereken yöntemler anlatıldı.

The aim of this thesis is to investigate the wind energy and to examine one of the ways or methods to harvest the maximum energy from the wind. On this way, firstly an overview is given for conventional wind turbines and for several variable speed wind power plants which are currently in use, then some MPPT techniques are introduced. After that, a topology which has basic structure, has the ability of working under variable rotor speeds and does not employ gearbox, is selected. For this topology PMSG is selected as the generator whose maintenance costs are low. Secondly, the components of this topology mainly uncontrolled rectifier, wind turbine, PMSG and inverter are modeled by white box approach. Thirdly an algorithm (MPPT) which directs the system to work at the optimum point, is suggested. This algorithm consists of steepest decent optimization algorithm and some parts which will keep the system. Hysteresis controller is selected as the current controller for the control of the inverter. The benefit of this controller is that, it is robust and its behavior is independent from system parameters. Finally the selected topology with the proposed control system is built on the simulator and some scenarios of sudden wind changes are investigated. It observed that for each scenario, control system worked properly, kept the system stable and MPPT found the optimum point each time. Maximum error of the MPPT is 40 W for 11KW turbine power. At last section, to improve the control system, new methods are introduced.