Rüzgar santrallerinin dinamik modellemesi ve analizi
Dynamic modelling and analyzing of wind plants
Yazar: MEHMET KENAN DÖŞOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. AYŞEN BASA ARSOY
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy
Dizin: Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Bu çalışmada, şebekeye bağlı bir rüzgar santralinin geçici durum modellemesi ve analizinin yapılması amaçlanmıştır. Bu amaçla rüzgar santralinde yaygın olarak kullanılan Çift Beslemeli Asenkron Generatör (ÇBAG) için geçici durum modellemeleri ve kontrolü geliştirilmiş olup, bu modellemelerin bozucu etkiler karşısındaki davranışları benzetim çalışmaları ile desteklenmiş ve kararlılık açısından değerlendirilmiştir. 
Bir benzetim çalışmasından kabul edilebilir sonuçları kısa sürede almak, etkin bir sistem analizi için önem taşımaktadır. Bu nedenle, rüzgar santrallerinde kullanılan ÇBAG için indirgenmiş model olan Azaltılmış Derece Modeli (ADM) tercih edilmektedir. Bu tez çalışmasının ilk kısmında, ADM ve Tam Derece Modeli (TDM) ile modellenmiş ÇBAG' ün çeşitli geçici durum olayları karşısındaki davranışları karşılaştırılmıştır.
Statik yüklerin kısa süreli devreye girmesi diğer bir geçici durum olarak belirlenmiştir. Endüstri yüklerini temsil eden statik yükler, üstel yük ve sabit empedans, sabit akım ve sabit aktif güce sahip (ZIP) yük modelleri ile gösterilmişlerdir. Bu yükler ve asenkron motorun kısa süreli devreye alınması ile şebeke tarafında bir gerilim düşümü oluşturulmuş ve bu gerilim düşümü karşısındaki ÇBAG'ün davranışı benzetim çalışmasıyla irdelenmiştir.
Rüzgar santrallerinde Düşük Gerilim İyileştirme Yeteneği (DGİY) için iki farklı yaklaşım benimsenmiştir. Bunlardan ilki, ÇBAG'de Rotor Dinamik Modellemesini (RDM) geliştirmek, ikincisi ise ÇBAG'le birlikte kullanılabilen enerji depolama sisteminin modellemesi ve kontrolünü yapmaktır. Rotor dinamiği için gerekli matematiksel eşitliklerin çıkarımı yapılmıştır. Enerji depolama sistemi, süperkapasitör ve gerilim arttıran-azaltan evirici devresi ile modellenmiştir. Şebeke tarafındaki geçici olayların etkisi her iki modelleme için ayrıntılı bir şekilde incelenmiştir.
RDM ve süperkapasitör için geliştirilen modellemeler ile geçici olaylar sonrası oluşan salınımların çok kısa sürede ortadan kalktığı ve sistemin kararlı hale geldiği görülmüştür.

Abstract:
The aim of this study is to carry out transient stability modeling and analysis of a grid integrated wind power plant. Transient models are developed for a Doubly Fed Induction Generator (DFIG) commonly used in wind power plants. Impact of system disturbances on different models is simulated and evaluated in terms of stability. 
Having acceptable results from a simulation study within short simulation time is important for efficient system analysis. Therefore, Reduced Order Model (ROM) is preferred in modeling the DFIG against full order model (FOM). In the first part of this thesis, the behaviors of the DFIG represented with ADM and FOM have been compared, when subjected to several transient events. 
Commissioning of static loads for a short period of time is considered to be another transient event. Static loads representing common industrial loads has been represented with models of exponential and ZIP load having constant impedance, constant current and constant active power. These loads and induction motors may result in a voltage dip as they are commissioned for a short period of time. The behavior of the DFIG on this event has been analyzed with the various simulation studies. 
Two approaches are adopted in this thesis for Low Voltage Ride Through Capability (LVRTC) in wind power plants,. One of those is to develop rotor dynamic modeling (RDM), while the second one is to have a model for energy storage system coupled to a DFIG. The mathematical equations have been derived for RDM. The energy storage system has been modeled with a supercapacitor and a required buck-boost converter circuit. The impact of transient events at grid side has been studied in detail for both models. 
Oscillations observed after transient events are damped in a very short period of time resulting in the system stability with the use of RDM and supercapacitor energy storage system coupled to the DFIG.