Rüzgâr türbinlerinde kullanılan sabit mıknatıslı senkron generatörün back-to-back dönüştürücü ile hız kontrolü
Speed control of wind turbine permanent magnet synchronous generator using back-to-back converter
Yazar: NAİM SÜLEYMAN TINĞ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. İSMAİL AKSOY
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Makineleri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Enerji verimliliği ve etkinliği açısından yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı son yıllarda gittikçe önem kazanmaktadır. Bu enerji kaynaklarından biri de rüzgâr enerjisidir. Rüzgâr enerjisi başta çevre temizliği açısından olmak üzere güvenilirliği ve ucuzluğunun da gittikçe artmasıyla yaygın halde kullanılmaktadır. Fosil yakıtların elektrik üretimindeki katkısı tartışılmaz bir gerçektir. Fakat bu yakıtların giderek tükenmesi rüzgâr enerjisinin önemini daha da artırmaktadır. Özellikle Danimarka, Portekiz, İspanya ve Almanya gibi Avrupa ülkelerinde elektrik enerjisinin önemli bir bölümü rüzgârdan karşılanmaktadır.
Türkiye?de ise şebekeye bağlı rüzgâr enerjisi ile elektrik üretimi 1998 yılında başlamış ve özellikle 2005 yılından itibaren 5346 sayılı ?Yenilenebilir Elektrik Kanunu?nun çıkmasından sonra kurulu güç ve enerji üretiminde her yıl %100?ün üzerinde artış göstererek 2011 yılı sonunda 1691,8 MW?a, 2012 sonu itibarıyla ise ülkemizdeki toplam kurulu gücün %4?üne tekabül eden 2261 MW?a ulaşmıştır [1], [2]. 
Rüzgâr enerjisini elektrik enerjisine çevirebilmek için çeşitli rüzgâr türbinleri tasarlanıp tüm dünyada kullanıma sunulmuştur. Bu rüzgâr türbinleri içerisinde kullanıma en elverişli olanı ve en verimli olanı değişken hızlı rüzgâr türbinleridir. Rüzgâr türbinleri yapısı içerisinde rüzgârdan alınan enerjiyi elektrik enerjisine çeviren, yani generatör olarak çalıştırılan bir elektrik makinesi bulunmaktadır. Bu tez çalışmasında, rüzgâr türbinlerinde kullanılan elektrik makinelerinden olan ve son yıllarda kullanımı yaygınlaşan sabit mıknatıslı senkron makinenin güç elektroniği devreleri ile hız kontrolü ve belirlenen hızda generatör olarak çalışması Matlab/SİMULİNK programında gerçekleştirilmiştir. 
Tezin birinci bölümünde, yapılan literatür taraması sonucunda tez konusu ile ilgili yapılan çalışmalar hakkında kısa bilgiler, tezin amacı ve hipotez verilmiştir.
İkinci bölümde ise rüzgâr enerjisi, rüzgâr türbinleri ve bu türbinlerde kullanılan senkron ve asenkron generatörler hakkında teorik bilgiler verilmiş ve bu generatörler avantajları ve dezavantajlarıyla birlikte kıyaslanmıştır.
Üçüncü bölümde, bu tez çalışmasında kullanılan Sabit Mıknatıslı Senkron Generatörün (SMSG) yapısı, işlevi, çalışma mantığı, matematiksel modeli ile avantaj ve dezavantajları detaylı olarak anlatılmıştır.
Dördüncü bölümde, SMSG?nin hız kontolünde kullanılan alan yönlendirmeli kontrol metodu anlatılmıştır. Ayrıca back to back dönüştürücü ile ilgili bilgiler verilip bu dönüştürücünün kontrolünde kullanılan PWM kontrol teknikleri detaylı bir şekilde anlatılmış ve Matlab/SİMULİNK?te simule edilmiştir.
Beşinci bölüm konu ile ilgili simülasyon sonuçlarını kapsamaktadır. Alan yönlendirmeli kontrol metoduyla SMSG?nin hızı kontrol edilmiştir. Bu kontrol de inverter anahtarlamaları için Sinüsoidal PWM, Uzay Vektörü PWM ve Histerezis Akım Kontrolü PWM teknikleri ayrı ayrı kullanılarak simülasyon çalışması yapılmış ve elde edilen sonuçlar toplam harmonik distorsiyonu (THD), dinamik cevap, anahtarlama kayıpları v.s gibi özellikler açısından mukayese edilmiştir.
Altıncı ve son bölümde ise yapılan bu tez çalışmasında uygulanan kontrol tekniklerindeki olumlu ve olumsuz sonuçlar belirtilmiştir.

Abstract:
The utilization of renewable energy sources is becoming increasingly important in terms of energy efficiency and the effectiveness in recent years. Wind energy is one of these energy sources. Wind energy is commonly used in terms of cleanliness of the environment since its reliability and inexpensiveness is increasing more and more. An indisputable fact that the contribution of fossil fuels in electric power generation. However, the gradually depletion of these fuels increases the importance of wind energy. An important part of electrical energy is supplied by wind energy especially in the European countries as Denmark, Portugal, Spain and Germany 
The grid connected electricity generation from wind energy in Turkey started in 1998 and particularly since 2005, after the advent of the Law No. 5346 Renewable Electricity Law, is reached 1691,8 MW at the end of 2011 increased by over 100% every year with installed capacity and power generation. Then, It is reached the end of 2012 which corresponds to 4% of Turkey's total installed capacity reached 2,261 MW [1], [2].
Several wind turbines are designed to convert wind energy to electrical energy is available all over the world. This one is the most suitable and the most efficient for use in wind turbines, variable speed wind turbines. There is an electric machine which converts to electrcity energy from wind energy, operated as generator, in the structure of wind turbine. In this thesis, speed control with power electronics circuits of permanent magnet synchronous machine that is one of the machines used in wind turbines and is used commonly in recent years, and the operation as generator in determineted speed is simulated in Matlab/SİMULİNK.
In the first chapter of the thesis, as a result of the review of the literature, it is given on brief informations about the studies which is made on the subject of the this thesis, the thesis?s purpose and hypothesis.
In the second chapter, it is given the theoretical knowledge about wind energy, wind turbines and synchronous and induction generators used in these turbines and it is compared synchronous and induction generators with their advantages and disadvantages.
In the third chapter, it is detail described structure, function, business logic, the mathematical model, advantages and disadvantages of Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG) used in this thesis.
In the fourth chapter, field oriented control (FOC) method is decribed used PMSG speed control. In addition, it is given informations about back to back converter and is described PWM control techniques used control of this converter and is simulated in Matlab/SİMULİNK.
The fifth chapter covers the simulation results on the subject. Speed of PMSG is controled with fied oriented control method. In this control, simulatin is made for inverter switchings by using individually Sinüsoidal PWM, Space Vector PWM and Histeresis Current Control PWM and the results are compared in terms of features the total harmonic distortion (THD), dynamic response, switching losses, etc.
The sixth and final chapter, it is pointed out positive and negative results of the control techniques applied in this thesis.