Değişken hızlı doğrudan tahrikli mıknatıs uyarmalı senkron generatörlü rüzgar enerjisi dönüşüm sisteminin modellenmesi ve benzetimi
Modeling and simulation of variable speed direct drive permanent magnet synchronous generator based wind energy conversion system
Yazar: ALPER ULUTAŞ
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN TARIK DURU
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy

Özet:
Yapılan bu tez çalışmasında, fosil enerji kaynaklarının tükenmeye başlamasıyla birlikte yeşil enerji olarak bilinen ve yenilenebilir enerji kaynaklarının bir türü olan rüzgar enerjisinin, rüzgar türbinleri vasıtasıyla elektrik enerjisine dönüşümü konusu ele alınmıştır. İlk olarak geçmişten günümüze kadar olan rüzgar türbinleri sınıflandırılmış, sonra rüzgar türbinlerinde kullanılan generatörler ve frekans dönüştürücüler hakkındaki bilgiler kısaca verilmiştir. Daha sonra literatür ve piyasa araştırması yapılarak, 800kW gücünde değişken hızlı, doğrudan tahrikli bir rüzgar türbininin matematiksel olarak modellenmesi kararlaştırılmıştır. Modellemede, günümüzde popüler olan mıknatıs uyarmalı senkron generatör tercih edilmiş ve generatör parametreleri piyasada kabul görmüş bir rüzgar türbini üreticisinden alınmış olup generatör tasarımı ile ilgili herhangi bir çalışma yapılmamıştır. Frekans dönüştürücüsü olarak uygulamalarda sıkça kullanılan ardışık dönüştürücü yapısı tercih edilmiş ve uzay vektörü darbe genişlik modülasyonu tekniği kullanılmıştır. Dönüştürücünün generatör tarafında, alan yönlendirmeli vektör kontrolü ile optimum tork kontrolü yapılarak generatörün hızı kontrol altında tutulmuştur. Benzer şekilde, dönüştürücünün şebeke tarafında gerilim yönlendirmeli vektör kontrolü yapılarak şebekenin aktif gücü kontrol edilmiştir. Türbinin anma rüzgar hızından küçük olan rüzgar hızlarında maksimum güç çekme kontrolü yapılarak türbinden maksimum güç elde edilmiş, anma rüzgar hızından büyük olan rüzgar hızlarında ise kanat açısı kontrolü yapılarak türbinin gücü ve dönme hızı sabit tutulmuştur. Son olarak, yapılan modelleme MATLAB/Simulink programı kullanılarak benzetim çalışması ile desteklenmiş ve sonuçları paylaşılmıştır.

Abstract:
In this thesis, as a result of the depletion of fossil energy sources, the conversion of wind energy, which is a kind of renewable energy sources and known as green energy, into electrical energy by using wind turbines was discussed. Firstly, the wind turbines from past to present were classified, then brief informations about generators and frequency converters used in wind turbine systems were given. Afterwards, literature and market researches have been done, consequently it was decided to mathematical modeling and simulating for 800kW variable speed direct drive  wind turbine. In the modeling, the permanent magnet synchronous generator which is being popular nowadays was preferred, and the parameters of generator were taken from a commercially accepted wind turbine manufacturer, and no study has been done regarding the generator design. As frequency converter was preferred back-to-back converter which is often used in applications, and it was controlled by space vector pulse width modulation technique. In generator side converter, the speed of generator was controlled by optimal torque control method through field oriented control. Likewise, in grid side converter, provided active power to grid was controlled by voltage oriented control. The maximum power was obtained by maximum power point tracking control at smaller wind speeds than rated wind speed of turbine, the generated power and rotational speed were kept stable with the achieving pitch control at higher wind speeds than rated wind speed of turbine. Finally, the modeling was supported by simulation using MATLAB/Simulink and results were shared in chapter of simulation results.