Değişken hızlı rüzgar santrallerinin dinamik modellenmesi ve karşılaştırılması /
Yazar: SAİT GİRAY BİRİNÇ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MEHMET UZUNOĞLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Dinamik modelleme = Dynamic modelling ; Rüzgar enerjisi = Wind energy ; Rüzgar türbinleri = Wind turbines

Özet:
Fosil yakıtlarının tükenmekte olması ve enerji ihtiyacının her geçen gün artması tüm dünya ülkelerini yenilenebilir enerji kaynakları arayışına yönlendirmiştir. Yenilenebilir enerji kaynaklarından en çok bilinen ve kullanılanları; hidroelektrik, güneş, rüzgar, jeotermal, biyogaz, biyokütle, dalga enerjisi ve hidrojen enerjisidir.Dünyadaki gelişmeler çerçevesinde, Türkiye'de yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan rüzgar enerjisine önem vermeye başlamıştır. Şu an Türkiye'nin elektrik ihtiyacının %0,4'ü rüzgar enerjisinden sağlanmaktadır (http://www.eie.gov.tr/turkce/ruzgar/Turkiye_RES.html). Gelecekte bu oranın %1'e çıkarılması planlanmaktadır.Rüzgar enerjisi her ne kadar temiz bir enerji kaynağı olsa da rüzgar enerjisinden elektrik enerjisi üretmek için kullanılan rüzgar türbinlerinin şebeke bağlantısı sırasında bir takım problemler çıkabilmektedir. Ayrıca bağlantı sonrasında rüzgar hızı değiştiği için şebekede fliker, harmonik ve gerilim dalgalanmaları oluşturabilmektedir. Bunun yanı sıra şebekede oluşan arızalar yüzünden türbinler zorlanmaktadır. Hatta bazen devreden çıkarak o an için enerji üretimini durdurabilmektedir ki bu da güç sisteminin enerji kalitesinde ve kararlılığında problemler yaratmaktadır (bazı aşırı durumlarda tümüyle sistemde çökme oluşturmaktadır). Avrupa'da kabul edilen yeni yönetmelikler ile türbinlerin şebekede oluşan kısa süreli arızalar esnasında bağlantılarının kesilmesi yasaklanarak, arıza durumunda çalışması istenmektedir ve bu durum yeni türbin teknolojisi araştırmalarında arıza durumunda çalışmalar üzerinde yoğunlaşmaya yol açmıştır.Bu çalışmada değişken hızlı rüzgar türbinlerinin şebekeye tam ölçekli güç dönüştürücüsü ile bağlanan daimi mıknatıslı senkron generatörlü ve şebekeye kısmi ölçekli güç dönüştürücüsü ile bağlanan çift beslemeli asenkron generatörlü olmak üzere farklı iki tür modellemesi yapılmıştır. Rüzgar türbinlerinin arıza durumunda çalışmaları ve rüzgar değişimi sırasındaki dinamik davranışları ile ilgili simülasyonlar yapılarak, generatörlerlerin ve türbinlerin performansları incelenmiştir. Mevcut sistemlerin ayrıca verimleri ve maliyetlerinin karşılaştırmaları yapılmıştır.

Abstract:
As the amount of fossil fuels are running low all and demand of energy is increasing day by day, all the world are leaded to emphasize on renewable energy sources. The most known and used renewable energy sources are; hydroelectric, wind, solar, jeothermal, biogas, biomass, wave and hydrogen energies.Due to the developments all around the world, Turkey also showed a great interest on wind energy. Currently, 0,4% of Turkey?s electircal energy demand is corresponded by wind energy (http://www.eie.gov.tr/turkce/ruzgar/Turkiye_RES.html). This ratio is planned to be increased to 1% in near future.Although wind is a clean energy source, the wind turbines which convert the wind energy to electrical energy, can suffer some challanges during grid connection. Also, as wind varies time to time, harmonics, flicker, voltage and frequency fluctuations can occur during grid connection of wind turbines. Addition to these the wind turbines are facing some challenges because of the disturbances occurring in the power system. The power system disturbances or voltage fluctuations may lead the wind turbines to trip, which causes power system instability and quality problems (even in extreme cases system collapses). In order to avoid such problems newly installed wind turbines have to comply with new grid connection requirements which are coded by some of the European Countries and because of this the studies became major in the fault ride through subject.This paper presents dynamic modeling of wind farms which are composed of variable speed wind turbines equipped with permanent magnet synchronous generator connected to grid via full scale power converter and variable speed wind turbines equipped with doubly-fed induction generator connected to grid via partial scale converter. The dynamic behavior of wind turbines during grid faults and wind gusts is simulated and performances of generators as well as wind turbines are analyzed. Furthermore, the wind turbine efficiencies and design costs are compared.