Sabit hızlı rüzgâr enerji dönüşüm sistemlerinde rüzgâr verisi tabanlı oluk/kutup kombinasyonunun belirlenmesi
Determination of wind data based slot/pole combination in fixed speed wind energy conversion systems
Yazar: HÜSEYİN TAYYER CANSEVEN
Danışman: PROF. DR. ERKAN MEŞE
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Değişken hızlı sistemler = Variable speed systems ; Doğrusal hareket mekanizmaları = Linear motion mechanisms ; Enerji dönüşümü = Energy transition ; Jeneratörler = Generators

Özet:
Sabit Mıknatıslı Senkron Generatörlerin (SMSG) doğrudan şebekeye bağlanmasının rüzgâr hızının değişken davranışından dolayı kararsız çalışma ve çevrimiçi maksimum güç noktası takibinin (MGNT) yapılamaması gibi olumsuzlukları vardır. Ancak şebekeye doğrudan bağlı sabit hızlı SMSG'lerin, güç elektroniğinin ortadan kaldırılması ve kurulum maliyetlerinde belirgin düşüşler gibi avantajları da göz önünde bulundurulmalıdır. Güç dönüştürücü sisteminin ortadan kaldırılması çevrimiçi MGNT algoritmasının eksikliğini de beraberinde getirmektedir. Doğrudan şebekeye bağlı SMSG'nin bu avantaj ve dezavantajları göz önünde bulundurulduğunda, bu konu üzerinde bir optimizasyon çalışmasının yapılması gereklidir. Tez kapsamında, öncelikle çevrimiçi MGNT algoritmasının eksikliğinden kaynaklanan dezavantajı telafi edecek şekilde yeni bir SMSG tasarım prosedürü önerilmektedir.  Bu çalışmada, rüzgâr verisi bilinen bir bölgeye göre mümkün olduğunca fazla enerji elde etmek için doğrudan şebeke bağlantılı SMSG'ler için oluk/kutup kombinasyonunun belirlenmesi anlatılmaktadır. Mega-watt (MW) güç seviyeleri için yıllık enerji verimi açısından SMSG tabanlı sabit ve değişken hızlı sistemler arasında analitik bir karşılaştırma yapılmıştır. Ayrıca 5 kW prototip generatör kullanılarak deneysel bir karşılaştırma çalışması yapılmıştır. Tez kapsamında yapılan analitik ve deneysel karşılaştırmalara göre, rüzgâr verisine göre oluk/kutup kombinasyonu belirlenmiş sabit hızlı rüzgâr enerjisi dönüşüm sistemlerinin, değişken hızlı sistemlere göre daha fazla yıllık enerji hasat edebildiği gösterilmiştir.

Abstract:
Directly grid connection of Permanent Magnet Synchronous Generators (PMSG) has well-known disadvantages such as unstable operation and lack of maximum power point tracking (MPPT) due to absence of the power converter and variable behavior of the wind speed. However, the advantages of fixed speed PMSG which is directly connected to the grid are the elimination of power converter and significant reductions in installation costs and these advantages should also be considered. The elimination of the power converter system brings the lack of an online MPPT algorithm. Considering the advantages and disadvantages of directly grid coupled PMSG, it is necessary to carry out a trade-off study on this issue. Within the scope of the thesis firstly, a new PMSG design procedure is proposed to compensate for the disadvantage caused by the lack of an online MPPT algorithm. In the thesis, the determination of the slot/pole combination for directly grid-connected PMSG to extract as much energy as possible relative to a region with known wind data is described. An analytical comparison is carried out between PMSG based fixed and variable speed systems in terms of annual energy production for megawatt (MW) power levels. In addition, an experimental comparison study is carried out with a 5 kW prototype generator. According to the comparison of the thesis study, it has been shown that fixed-speed WECS with proper slot/pole combination can harvest more annual energy than variable speed systems.