5 MW tip-4 rüzgâr türbini elektriksel tasarımı ve şebeke gereksinim algoritmalarının geliştirilmesi
5 MW type-4 wind turbine electrical design and development of grid code requirement algorithms
Yazar: HAKKI GÜLCÜ
Danışman: PROF. DR. BÜNYAMİN TAMYÜREK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Güç çeviriciler = Power converters ; Rüzgar türbinleri = Wind turbines ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Dünya üzerinde enerji üretim amacıyla kısıtlı olan fosil yakıtlarının yoğun kullanımıyla artan karbon salımlarının neden olduğu küresel ısınma kritik seviyelere ulaşmıştır. Sera gazı emisyonlarının azaltılıp, yenilenebilir enerji kaynak kullanımlarının artması, küresel ısınmanın önlenmesi için yüksek öneme sahiptir. İklim değişikliğinin neden olduğu çevre felaketlerinin (orman yangınları, kuraklık vb.) günümüzdeki etkileri hissedilebilir düzeye ulaştığı için dünyada ve Türkiye'de karbon salımın azaltılması ve yenilenebilir enerji kaynaklarının arttırılmasına yönelik politikalar arttırılmıştır. Özellikle yenilenebilir enerji kaynaklarından güneş ve rüzgâr enerji santralleri için teşvik mekanizmaları oluşturulup kurulumlarının arttırılmasına yönelik kanun ve yönetmelikler düzenlenmiştir. Bu teşvik mekanizmaları ile birincil kaynak elektrik üretiminde rüzgâr türbinlerinin payının artmasına neden olmuştur. Bununla birlikte artan rüzgâr santrallerinin şebekeye doğrudan enerji aktarılması nedeniyle rüzgâr enerji santrallerinin iletim/dağıtım hatlarına bağlanması için şebeke bağlantı yönetmeliklerine uyumluluğu zorunlu hale getirilmiştir. Bu tez çalışmasının temel amacı, Türkiye'deki rüzgâr türbinlerinin şebeke bağlantı yönetmeliklerine uygun kontrol algoritmaları geliştirmektir. Bu kapsamda, 5 MW gücünde tip-4 sincap kafesli asenkron jeneratör ve tam ölçekli güç dönüştürücü konfigürasyonunun şebeke bağlantı düzenlemelerinin kontrol algoritmalarına yönelik çözümler önerilmiştir. Gerçekçi özelliklerle detaylı bir tasarım yapılarak test ve doğrulama için bir simülasyon modeli geliştirilmiştir. Geliştirilen model üzerinde tüm şebeke gereksinimleri simülasyonları gerçekleştirilerek test sonuçları sunulmuştur.

Abstract:
It is a worldwide concern that global warming, primarily caused by the increased use of fossil fuels, has reached to critical levels and threatening the human life at every part of the globe. Reducing greenhouse gas emissions and increasing the use of renewable energy resources is very critical to reduce global warming risks. Moreover, the environmental disasters such as number of forest fires and drought caused by climate change have reached to a point where the climate change cannot be ignored. Therefore, strict policies towards reducing carbon emissions and increasing renewable energy sources have been widely promoted in Turkey as well as in the World. Laws and regulations have also been set to create incentive mechanisms and increase their installations, especially for solar and wind power plants from renewable energy sources. Due to these incentive mechanisms, the primary source electricity generation share of wind turbine power plants has increased significantly. For this reason, it has become mandatory to apply grid codes when injecting energy from wind turbine power plants into the public grid to maintain reliability and safety. The main objective of this thesis study is developed control algorithms that comply with the grid connection regulations of wind turbines in Turkey. Within this context, we have proposed solutions on the control algorithms of the grid connection regulations of the 5 MW type-4 squirrel-cage asynchronous generator and full-scale power converter configuration. A detailed design is made with realistic specifications and a simulation model is developed for testing and verification. All of the grid code requirements are successfully simulated and tested on the developed model and results are presented.