Rüzgar türbinleri için kanat açısı ve rotor hız kontrolü yaparak verimliliğin sağlanması
Ensuring efficiency for wind turbines using pitch angle and rotor speed control strategies
Yazar: AYYÜCE VURAL
Danışman: PROF. DR. GALİP CANSEVER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Rüzgar = Wind ; Rüzgar enerjisi = Wind energy ; Rüzgar türbinleri = Wind turbines

Özet:
Rüzgar enerjisi sistemleri son yıllarda alternatif enerji kaynaklarına eğilimin artmasıyla önem kazanmış yenilenebilir enerji kaynaklarından bir tanesidir. Rüzgar, yenilenebilir bir enerji kaynağı olmasına rağmen sürekli bir enerji kaynağı değildir ve rüzgardan elde edilebilecek enerji her zaman aynı seviyede olmamaktadır. Bu da rüzgardan enerji elde edilmesi aşamasında verimlilik problemini ortaya çıkarmaktadır.Rüzgar türbin sistemlerinde kontrol yöntemlerinin geliştirilmesi de verimlilik problemine çözüm getirme arayışından ortaya çıkmıştır. Genel olarak rüzgar türbin sistemlerinde rotorun hız kontrolü ve kanat açısı kontrolü yapılmaktadır.Değişken hızlı rüzgar türbinleri optimal kanat uç hız oranı değerinde çalıştırılabildikleri ve dolayısıyla rüzgardan maksimum enerjiyi yakalayabildikleri için sabit hızlı türbin sistemlerine gore daha verimli sistemlerdir.Yapılan tez çalışmasında, rüzgar türbini sistemleri kütle-yay-damper sistemiyle modellendikten sonra iki adet kontrolcü tasarlanmıştır. İlk olarak, değişken hızlı rüzgar türbin sistemleri için sabit kanat uç hız oranı prensibine dayalı hız kontrolü gerçekleştirilmiştir. Bu kontrolcü tasarımında kutup atama yöntemi kullanılmıştır.Tasarlanan ikinci kontrolcü, kanat uç hız oranı ve kanat açısının bir fonksiyonu olan güç katsayısı eğrisini kullanarak, sistemin çalıştırıldığı kanat uç hız oranı ve güç katsayısı değeri için kanat açısının hesaplanmasında kullanılmıştır. Kanat açısı kontrolünde ANFIS denetleyici kullanılmıştır.Sistem MATLAB altında modellenerek simulasyonu yapılmıştır. Çıkan sonuçlardan rotor hız kontrolünün ve kanat açısı kontrolünün düzgün bir şekilde gerçekleştirildiği görülmüştür.

Abstract:
Wind energy systems are one of the renewable energy systems which gain importance since alternative energy systems become popular in recent years. Though wind energy is renewable, it is not a continual energy and the energy captured from wind is not always at the same level. So, efficiency is a problem of wind energy systems.Building new control strategies for wind turbine systems comes up with the searching solutions for efficiency problem. In general, there are two control systems which are used in wind energy systems. These control systems are rotor speed control and pitch control.Variable-speed wind turbines are more efficient systems than fixed-speed wind turbines. Because they can be run at optimal tip speed ratio and as a result of this, they can captured the maximum energy from wind.In this thesis work, a wind turbine system is modeled by two-mass model. After that two controller systems are designed. First of all, wind turbine speed controller based on tip speed ratio tracking is designed. Pole placement control strategy is used in this control method.The second controller is used for blade pitch angle calculation using power coefficient of wind turbine. Power coefficient is a function of blade pitch angle and tip speed ratio. ANFIS controller is used for pitch control of wind turbine.Wind energy system is modeled under MATLAB and simulated. Simulation results show that rotor speed controller and pitch controller work in the correct way.