Rüzgâr Türbin Sisteminde İki ve Üç Seviyeli Dönüştürücü Tasarımı ve Güç Analizinin Yapılması

Öz

Günümüzde artarak devam enerji ihtiyacı ülkeleri yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen enerjilere yönlendirmiştir. Bu çalışmada, büyük güç gereksinimi duyulan rüzgâr türbinlerine uygun, çift beslemeli asenkron generatör (ÇBAG) tabanlı rüzgâr türbin sistemi incelenmiş ve benzetimi yapılmıştır. Bu türbin sistemi 6 adet 1,5 MW toplam 9MW gücünde 25 kV’luk dağıtım sistemine entegre, 30 km’lik bir hat uzunluğuna sahip, 25 kV’luk transformatör ile 120 kV’luk şebekeye güç üretmektedir. ÇBAG tabanlı rüzgâr türbin sistemi çift yönlü enerji akışına uygun olmasından dolayı arka arkaya bağlı iki adet dönüştürücüden oluşmaktadır. Matlab/ Simulink programında üç fazlı iki seviyeli dönüştürücü ve üç fazlı üç seviyeli dönüştürücünün tasarımı yapılmış ve sinüzoidal darbe genişlik modülasyon tekniği ile anahtarlama sinyalleri üretilmiştir. Bu dönüştürücüleri tasarladığımız ÇBAG tabanlı rüzgâr türbini modellemesinde kullanarak ve 15 m/sn rüzgar hızında toplam güç, reaktif güç ve sistemin çıkış gerilimleri değerleri kıyas edilmiştir. Benzetimi yapılan sistem için üç seviyeli dönüştürücü ile daha kararlı ve stabil sonuçlar alınmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Rüzgar enerjisi
• çift beslemeli asenkron generatör
• üç seviyeli dönüştürücü

Two and Three Level Converter Design and Power Analysis in Wind Turbine System

Abstract

Today, the increasing need for energy has led countries to energies produced from renewable energy sources. In this study, doubly fed asynchronous generator (DFIG) based wind turbine system suitable for wind turbines with a high power requirement has been examined and simulated. This turbine system generates power to the 120 kV grid with 6 units of 1.5 MW, a total of 9MW power, integrated into the 25 kV distribution system, with a line length of 30 km, and a 25 kV transformer. Due to the fact that the DFIG based wind turbine system is suitable for bidirectional energy flow, it consists of two converters connected one after the other. Three-phase two-level converter and three-phase three-level converter were designed in Matlab/ Simulink program and switching signals were produced with sinusoidal pulse width modulation technique. Total power, reactive power and output voltages of the system values were compared by using these converters and on 15 m/sn wind speed in the DFIG-based wind turbine modeling we designed. For the simulated system, more stable and stable results were obtained with the three-level converter.

Keywords

• Wind power
• Doubly-fed induction generatör
• Three level converter

References

1. Şimsek V., “Rüzgâr Enerjisi Ve Sivas Şartlarında Bir Rüzgâr Santrali Tasarımı”, Sivas Cumhuriyet Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 101s, Sivas, 2007
2. Köse R., Enerji Kaynaklarının Değerlendirilmesi, 3 e Dergisi, s. 68-72, 1998
3. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, 2022. [Online] https://enerji.gov.tr/eigm-yenilenebilir-enerji-kaynaklar-ruzgar. [Erişim tarihi: 5 Mart 2022]
4. Elibüyük U., Üçgül İ., “Rüzgâr Türbinleri, Çeşitleri ve Rüzgâr Enerjisi Depolama Yöntemleri”, Yekarum e-Dergi, 2014
5. Döşoğlu M. K., “Rüzgâr Santralinde Gerilim Ve Güç Kontrolünün Facts Cihazları İle İncelenmesi”, Düzce Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisansa Tezi, 113s, Düzce, 2010
6. Dumlu F., “Rüzgâr Santrallerinin Güç Sistemlerine Etkilerinin İncelenmesi Ve Şebekeye Uyumluluk Analizi”, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 121s, İSTANBUL, 2014
7. Çelikdemir S., “Sürekli Mıknatıslı Senkron Generatörlü Rüzgâr Santrali”, Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi,115s, Elazığ,2014
8. Perçin H. B., “Kalıcı Mıknatıslı Senkron Generatörlü Rüzgâr Enerjisi Dönüşüm Sistemlerinde Maksimum Güç Kontrolünün Akıllı Yapı Tabanlı Modellemesi”, Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 121s, Elazığ, 2021

9. Ackerman T., “Güç Sistemlerinde Rüzgâr”, TMMOB Elektrik Mühendisleri Odası, 733s, Emo Yayın No: GY/2009/4
10. Kabalcı E. “Çok Seviyeli İnvertörler İçin Yeni Bir SDGM Tekniğinin Geliştirilmesi”, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 188s, Ankara, 2010
11. Kang D.W., Lee Y.H., Suh B.S., Choi C.H., Hyun D.S., “An Improved Carrierwave-based SVPWM Method Using Phase Voltage Redundancies for Generalized Cascaded Multilevel Inverter Topology”, Applied Power Electronics Conference and Exposition, 542-548, 2000
12. Tuncer S., "Uzay Vektör Darbe Genişlik Modülasyonu Kullanan Beş Seviyeli İnverter Tasarımı ve Uygulaması", Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, Elazığ, 2004.
13. Kocalmış A., "Uzay Vektör Pwm Kontrollü Çok Seviyeli İnverterin Modellenmesi ve Benzetimi"Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 97s, Elazığ, 2005
14. Tolbert L.M., Habetler T.G., Novel Multilevel Inverter Carrier-Based PWM Method, IEEE Transactions on Industry Applications, 35 ,1098-1107, 1999
15. Yavuz I., “Rüzgâr Türbini Dönüştürücülerinin Esnek Hesaplama Yöntemi İle Denetimi”, Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 143s, Nevşehir, 2021.
16. Siğergök B., “Uzay Vektör Darbe Genişlik Modülasyon Denetimli Aktif Filtre Devrelerinin Modellenmesi ve Benzetimi”, Fırat Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans tezi, s. 69, Elazığ, 2009
17. Paçacı S., "Yapay Sinir Ağları, Bulanık Mantık ve Sinirsel Bulanık Denetleyiciler ile Asekron Motorların Hız Denetimi için Simülatör Tasarımı",Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 117s, Isparta 2011
18. Mat A., " Bağlaşık İndüktörlü Üç-Seviyeli Evirici İle Asenkron Motorların Hız Kontrolü İçin Genetik Tabanlı Bulanık Mantık Denetleyici Simülatör Tasarımı", Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 132s, Isparta, 2013
19. Şimsek V., “Rüzgâr Enerjisi Ve Sivas Şartlarında Bir Rüzgâr Santrali Tasarımı”, Sivas Cumhuriyet Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 101s, Sivas, 2007