Rüzgâr türbinleri için anahtarlamalı relüktans generatörlerin maksimum güç kontrolü ve optimizasyonu
Maximum power control and optimization of switched reluctance generators for wind turbines
Yazar: GÖKHAN PARLA
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET ÖZDEMİR
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Makinaları Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Anahtarlamalı güç kaynağı = Switched mode power supply ; Dönüştürücüler = Transformers ; Maksimum güç noktası = Maximum power point ; Optimizasyon = Optimization ; Rüzgar enerjisi = Wind energy

Özet:
Son yıllarda fosil yakıtların tükenmeye başlamasıyla yenilenebilir enerji kaynakları önem kazanmıştır. Bunların arasında Rüzgâr Enerji Santralleri (RES), enerji üretimi bakımından önemli bir paya sahiptir. Bu santrallerden maksimum verimi elde etmek için son zamanlarda çalışmalar farklı generatör tipleri üzerine yoğunlaşmıştır. Geleneksel generatörlerin aksine, rotorlarında sargı olmamasından dolayı bakır kayıplarının daha düşük olması, basit ve sağlam yapıları, esnek kontrol, üstün performans kabiliyeti ve geniş bir hız aralığında çalışabilmeleri gibi önemli avantajları, Anahtarlamalı Relüktans Generatör (ARG)'lerin değişken hızlı rüzgâr türbinlerinde kullanımını arttırmıştır. Ancak ARG'ler anahtarlama mantığı ile çalıştıkları için moment üretimleri dalgalıdır ve makinanın generatör olarak çalışabilmesi için rotor konumuna göre fazların optimum iletim/kesim açılarının belirlenmesi gerekmektedir. Geleneksel generatörlerin pek çok dezavantajını ortadan kaldıran ARG'ler için doğru optimizasyon tekniklerinin belirlenmesi, RES'lerdeki kullanımlarının yaygınlaşmasına katkı sağlayacaktır.   
Bu tez çalışmasında generatör olarak 4 fazlı 8/6 kutuplu ARG kullanılan bir rüzgâr enerjisi dönüşüm sisteminin Matlab/Simulink ortamında modellemesi yapılarak, Maksimum Güç Noktası Takibi (MPPT) ve sistemin optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. MPPT için kanat uç hız oranı metodunu kullanarak hesaplama yapan denetleyici bloğu ile generatör hızına göre optimum iletim/kesim açılarını belirleyen bir sistem tasarlanarak optimizasyon gerçekleştirilmiştir. Ayrıca sistem çıkışındaki DA bara gerilimi, kıyıcı kontrollü bir boşaltma yükü yardımı ile istenilen değerde sabit tutularak gerilim kontrolü sağlanmıştır. Değişken rüzgâr hız koşulları için optimizasyonlu modelden elde edilen anahtar sistem değişkenlerinin zamana göre değişim grafikleri, herhangi bir optimizasyon uygulanmayan modelden elde edilen veriler ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen simülasyon sonuçlarından ARG'lerin tasarlanacak olan uygun bir optimizasyon tekniği ile daha kararlı ve stabil çalıştığı ve sistemden elde edilen gücün maksimum çıkış gücünü takip ettiği gözlenmiştir.

Abstract:
In recent years, renewable energy sources have gained importance due to depletion of the fossil fuels. Wind Power Plants (WPP) which are one of them have an important share in terms of energy production. To obtain maximum efficiency from these power plants, recent studies have focused on different types of the generators. Unlike conventional generators, using of Switched Reluctance Generators (SRG) has increased in variable speed wind turbines due to important advantages such as lower copper losses because of without windings in the rotors, simple structure, flexible control, good performance in a wide speed range. However, since SRGs work with switching logic, their torque production is fluctuating and optimum turn-on/turn-off angles of the phases must be determined to work as a generator. Determining right optimization techniques will increase the use of ARGs in WPPs.
In this study, a wind energy conversion system using 4-phase 8/6-pole ARG is modeled by Matlab/Simulink. According to the generator speed, an optimization by designing a system that determines the optimum turn-on/turn-off angles and Maximum Power Point Tracking (MPPT) are realized. Besides, voltage control is provided by keeping the DC bus voltage at the system output constant at the desired value with the help of a chopper controlled unloader. The results obtained from the optimized model for variable wind speed conditions are compared with that of the unoptimized model. It is observed that the ARGs can work more stable with a proper optimization method and the power obtained from the system follows the maximum output power.