Fırçasız çift beslemeli asenkron generatörlerin performans analizi ve kontrolü
Performance analysis and control of brushless doubly fed induction generators
Yazar: OMRAN ALABEDALKHAMIS
Danışman: PROF. DR. BİLAL GÜMÜŞ
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Günümüzde rüzgar enerjisi, artan enerji talebi ile giderek daha da önem kazanmaktadır.
Rüzgar enerjisinden üretilen enerji miktarı, türbinle birlikte kullanılan generatör tipine
bağlıdır. Fırçasız çift beslemeli asenkron generatörler (FÇBAG), avantajlarından dolayı rüzgar
türbinleriyle kullanılan generatör türleri arasında, yaygın kullanılanlardan birisidir. Fırçasız
çift beslemeli asenkron generatörlerden en iyi şekilde yararlanmak için, kullanılabilecek
birçok kontrol yöntemi arasından ideal bir kontrol yöntemi seçilmelidir. Bu çalışmada
öncelikle FÇBAG'nin kontrol yöntemleri analiz edilmiş, ardından bu makine için uygun bir
kontrol yöntemi olan model öngörülü kontrol yönteminin tasarım yöntemleri karşılaştırılarak
en uygun tasarım yöntemi araştırılmıştır. Model öngörülü kontrol (MPC), rüzgar türbinleri
için yaygın olarak kullanılan Fırçasız çift beslemeli asenkron generatörler (FÇBAG'ler) için
önemli bir kontrol tekniğidir ve kontrol performansı MPC tasarımından etkilenebilir. Bu tez
çalışmasında, FÇBAG'nin rotor tarafı vektör kontrolü için MPC tasarımında transfer
fonksiyonu tabanlı model ile durum uzayı tabanlı modelin performansları karşılaştırılmıştır.
Bu amaçla, FÇBAG için transfer fonksiyonu tabanlı model öngörülü kontrol (TFMPC) ve
durum uzayı tabanlı model öngörülü kontrol (SSMPC) geliştirilmiştir. FÇBAG'in vektör
kontrolü, tasarlanan MPC'lere dayalı olarak Matlab/Simulink ortamı kullanılarak simüle
edilmiştir. Simülasyon sonuçları, TFMPC'nin SSMPC'den daha iyi sonuçlar ürettiğini
göstermiştir. Elde edilen sonuçlar, TFMPC'nin hem dinamik çalışmada hem de kararsız durum
çalışmasında etkinliğini ve iyi yanıtını açıkça göstermektedir. TFMPC, güç dalgalanmasını ve
harmonikleri azaltarak, FÇBAG tarafından üretilen elektrik gücünün kalitesinde bir iyileşme
sağlamıştır. TFMPC ile gerçek değer referans değere yaklaştırılmış ve bu sistemde geçici
durumun süresi de azaltılmıştır. Çalışma, MPC'nin parametrelerini hesaplamak için transfer
fonksiyonu kullanmanın diğer tasarım modellerinin dezavantajlarını ortadan kaldırabileceğini
göstermiştir.
Anahtar Kelimeler: Fırçasız çift beslemeli asenkron generatörler, Model öngörülü
kontrol, Durum uzayı, Transfer fonksiyonu

Abstract:
Nowadays, wind energy is gaining more and more importance with the increasing energy
demand. The amount of energy produced from wind energy depends on the type of generator
used with the turbine. Brushless doubly fed induction generators are one of the widely used
generator type among the electric generator types used with wind turbines due to their
advantages. In order to get the most out of brushless doubly fed induction generators, an ideal
control method should be used among alot of control methods that can be used. In this study,
first of all, the control methods of BDFIG have been analyzed, then the most suitable design
method has been searched by comparing the design methods of the model predictive control
method, which is a suitable control method for this machine. Model predictive control (MPC)
is an important control technique for Brushless doubly-fed induction generators (BDFIGs)
which are commonly used for wind turbines, and its control performance can be affected by
the MPC design. In this study, the performances of the transfer function based model and the
state space based model are compared in MPC design for BDFIG's rotor side control. For this
purpose, transfer function based model predictive control (TFMPC) and state space based
model predictive control (SSMPC) were developed for BDFIG. The vector control of the
BDFIG was simulated using Matlab / Simulink environment based on the designed MPCs.
The simulation results have shown that TFMPC produces better results than SSMPC.
Additionally, the simulation results clearly show the effectiveness and good response of
TFMPC in both dynamic operation and steady-state operation. TFMPC reduces power ripple
and decreases harmonics, resulting in an improvement in the quality of the electrical power
generated by the BDFIG. The reference value (set point) was brought closer to the set point
with TFMPC, and the duration of the transient condition was also reduced in this system. The
study demonstrated that using the transfer function to calculate the parameters of the MPC can
eliminate the drawbacks of other design models.
Keywords: Brushless doubly-fed induction generators, Model predictive control,
Transfer function, State space