Rüzgar enerji sistemlerinin şebekeye senkronize edilmesi
Grid synchronization of wind energy systems
Yazar: FEHMİ SEVİLMİŞ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. HULUSİ KARACA
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Fosil temelli enerji kaynaklarının giderek azalması ve bu kaynakların sağlığa ve çevreye ciddi zararlar vermesi nedeniyle son yıllarda yenilenebilir enerji kaynakları konusunda çalışmalar ivme kazanmıştır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan rüzgâr enerjisinden elektrik üretimi, her geçen yıl artma eğilimindedir. Başta Danimarka, Almanya, Çin ve ABD olmak üzere birçok ülke rüzgâr enerjisinden elektrik enerjisi üretimini arttırmaya yönelik çalışmalar yapmaktadır. Türkiye'nin de rüzgâr potansiyelinin yeteri düzeyde olduğu bilinmektedir ve rüzgâr enerjisi çalışmalarına hız verilmektedir.
Rüzgârdan elde edilen enerjiyi depolamak yerine şebeke ile senkronize hale getirerek enerjiyi yerinde kullanmak daha verimli bir yöntemdir. Rüzgâr enerjisi uygulamalarında üretilen elektrik enerjisinin şebekeye aktarılması için yüksek güçlerde üç fazlı eviriciler kullanılmaktadır. Şebekeye bağlı eviriciler olarak bilinen bu eviricilerin üç fazlı şebeke ile senkronize olması gerekmektedir. Şebekeye aktarılan enerjinin kaliteli olması yani harmoniklerinin asgari düzeyde olması için sistemin Toplam Harmonik Distorsiyonunun (THD) düşük olması istenmektedir.
Eviricinin şebekeye senkronize edilmesi için son zamanlarda kontrol yöntemi olarak Uzay Vektör Darbe Genişlik Modülasyonu (UVDGM) tekniği kullanılmaktadır. Çünkü UVDGM tekniğinin sayısal kontrole daha uygun olması ve düşük harmonik içeriği sağlaması, bu tekniği evirici kontrolünde avantajlı hale getirmiştir.
Evirici ile şebekenin uyumlu olması için şebeke gerilim faz açısının belirlenmesi amacıyla rüzgâr enerji sistemlerinde bir algoritma kullanılması gerekir. Bu yüzden şebeke tarafındaki dönüştürücünün (evirici) kontrolü için faz açısının belirlenmesi çok önemlidir. Şebeke senkronizasyonu için uygulamalarda daha çok faz kilitleme döngüsü (FKD) yöntemi kullanılır. Açı bilgisinin FKD ile elde edilmesi eviricinin üretmiş olduğu 3-faz gerilimin şebeke gerilimi ile aynı faz ve frekansta olmasını sağlar.
Bu tez çalışmasında, rüzgâr enerji sistemleri için UVDGM yöntemiyle kontrol edilen üç fazlı bir evirici tasarlanmıştır ve gerçek zamanlı olarak şebeke senkronizasyonu gerçekleştirilmiştir. Şebeke senkronizasyonu için şebeke faz gerilimleri ve DC-bara gerilimi anlık olarak ölçülmüştür. Şebeke faz açısı ve genlik değerlerinin gerçek zamanlı takibi için bir FKD algoritması kullanılmıştır. Şebeke gerilimleri ile aynı genlik ve faz açısına sahip gerilimleri üretmek için kayan noktalı TMS320F28335 sayısal işaret işlemcisi kullanılarak UVDGM yöntemiyle kontrol edilen bir üç fazlı evirici pratik olarak gerçekleştirilmiştir. Öncelikle tüm sistemin MATLAB/Simulink'te ayrık zamanlı olarak benzetimi yapılmış, daha sonra MATLAB/Simulink'in otomatik kod oluşturma özelliği sayesinde TMS320F28335 programlanmıştır. Elde edilen benzetim ve deneysel sonuçlar ile şebeke ve eviricinin faz ve genlik değerlerinin aynı olduğu ve senkronizasyonun başarı ile sağlandığı doğrulanmıştır.

Abstract:
In recent years, the studies on renewable energy sources have gained speed because fossil-based energy sources have reducted and and these sources have damaged to the environment and to the human health seriously. Electricity generation from wind energy is one of the renewable energy sources tends to increase every year. In many countries such as Denmark, Germany, China and the United States, studies have been done to increase the production of electricity from wind energy. Turkey is also known to be at a level sufficient wind potential and wind energy studies have been accelerated.
Using the energy in right place by making synchronized with the grid instead of storing the energy derived from the wind, is a more efficient method. In wind energy applications, three-phase inverters are used in order to transfer electrical energy to the grid. These inverters which are known as grid-connected inverters must be synchronized with the three phase grid. The system of Total Harmonic Distortion (THD) is desired low to be high quality energy of transferring to the grid.
Recently, Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) technique is used in inverters as a control method for synchronising to the grid. Because of the use of SVPWM technique with the micro-controller and provide low harmonic content has made this technique advantage in the inverter control.
An algorithm must be used in wind energy systems in order to be synchronized between inverter and the grid and to be determined phase angle of the grid. Phase Locked Loop (PLL) method is used more in applications of grid synchronization. The angle information obtained by the PLL ensures the inverter to be the same phase and frequency of the grid.
In this thesis, a three-phase inverter which is controlled by SVPWM method was designed for wind energy systems, and in real time grid synchronization was performed. Grid phase voltages and DC-bus voltage were measured momently for grid synchronization. A PLL algorithm was used for real time following of grid phase angle and amplitude values. To produce the voltages which have the same amplitude and phase angle with grid voltages, a three phase inverter which is controlled by SVPWM method was performed practically by using floating point TMS320F28335 as digital signal processor. Firstly, all systems were simulated as discrete time in MATLAB/Simulink, then TMS320F28335 was programmed thanks to the creation of automatic code feature of MATLAB/Simulink. With the obtained simulation and experimental results, phase and amplitude values of grid and inverter were confirmed to be the same and the grid synchronization was provided in success.