Şebekeye Bağlı Bir Rüzgâr Enerji Sisteminin PSCAD ile Modellenmesi ve İncelenmesi

Year 2023, Volume: 26 Issue: 1, 49 - 59, 27.03.2023

Nazlıhan Özdoğan Serkan Bahçeci

https://doi.org/10.2339/politeknik.950013

Abstract

Rüzgâr değişken yapılı bir enerji kaynağıdır. Şebekeye bağlı rüzgâr türbin sistemlerinde rüzgârın değişken yapısı şebekeyi olumsuz etkilemektedir. Burada önemli olan şebeke entegrasyon etkilerinin standartlar dahilinde olmasını sağlayabilmektir. Bu sayede şebekede ciddi problemlerin oluşması engellenir. Bu nedenle şebeke entegrasyon etkilerinin araştırılması ve bu etkilerin azaltılmasına yönelik çalışmaların önceden yapılması oldukça önemlidir. Ancak literatürde şebeke entegrasyon etkilerinin incelenmesi ve bu etkilerin azaltılmasına yönelik yapılan sınırlı sayıda çalışma bulunmaktadır. Bu amaçla çalışmada, şebekeye bağlı 3 MVA’lık kalıcı mıknatıslı senkron generatöre (KMSG) sahip bir rüzgâr türbin sistemi, PSCAD/EMTDC’de modellenmiştir. Oluşturulan model yardımıyla rüzgârın değişken yapısı, rüzgâr enerji santrallerinin şebekeye entegrasyonu incelenmiş ve farklı yük koşulları altında rüzgâr santralinden şebekeye aktarılan güç miktarları sunulmuştur. Aynı zamanda rüzgârın kesikli ve değişken yapısının şebeke üzerinde oluşturabileceği olumsuz etkiler analiz edilerek bu etkilerin azaltılması amacıyla, DC hat üzerinde invertörün kontrollü çalışmasını sağlayan gerilim regülasyon işlemi gerçekleştirilmiştir.

Keywords

Kalıcı mıknatıslı senkron generatör, rüzgâr türbini, gerilim regülasyonu, şebeke entegrasyonu

Modeling and Examination of Grid Connected Wind Energy System with PSCAD

Abstract

Wind is a variable struct energy source. The variable nature of the wind in grid-connected wind turbine systems adversely affects the grid. The important thing here is to ensure that the grid integration effects are within the standards. In this way, serious problems in the grid are prevented. For this reason, it is very important to investigate the effects of grid integration and to carry out studies to reduce these effects in advance. However, there are limited studies in the literature to examine the effects of grid integration and to reduce these effects. For this purpose ın study, a wind turbine system with a 3 MVA permanent magnet synchronous generator (PMSG) connected to the grid is modeled in PSCAD/EMTDC. With the help of the created model, the variable nature of the wind, the integration of wind power plants into the grid are examined and the amount of power transferred from the wind farm to the grid under different load conditions is presented. In addition, the negative effects of the intermittent and variable nature of the wind on the network were analyzed and in order to reduce these effects, the voltage regulation process was carried out on the DC line, which ensures the controlled operation of the inverter.

Keywords

Permanent magnet synchronous generatör, wind turbine, voltage regulation, grid integration

References

• [1] Nayak K. S. and Jamel S., "Variable wind, dynamic load, constant voltage wind turbine generation system", 2018 IEEE Innovative Smart Grid Technologies - Asia (ISGT Asia), Singapore, 903-907, (2018).
• [2] Kamali H. Z., Salameh Z., and Ashfaq A., "Modeling of wind energy conversion system using PSCAD/EMTDC", Internatıonal Journal of Renewable Energy Research, 7: 178-187, (2017).
• [3] Mararakanye N. and Bekker B., "Renewable energy integration impacts within the context ot generator type, penetration level and grid characteristics", Renewable and Sustainable Energy Reviews, 108: 441-451, (2019).
• [4] Ezhililjenekkha G. B. and Marselinebeno M., "Review of power quality issues in solar and wind energy", Materials Today: Proceedings, 24: 2137-2143, (2020).
• [5] Lu S., Wang L., Ke S., Chang C., and Yang Z., "Evaluation of measured power quality results of a wind farm connected to Taiwan power system", IEEE Transactions on Industry Applications, 52: 42-49, (2016).
• [6] Kocatepe C., İnan A., Arıkan O., Yumurtacı R., Kekezoğlu B., Baysal M., et al., "Power quality assessment of grid-connected wind farms considering regulations in Turkey", Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13: 2553-2561, (2009).
• [7] Mutlu S. Ö., "Evaulating the impacts of wind farms on power system operation", Journal of Naval Science and Engineering, 6: 166-185, (2010).
• [8] Machmoum M., Hatoum A., and Bouaouiche T., "Flicker mitigation in a doubly fed induction generator wind turbine system", Mathematics and Computers in Simulation, 81: 433-445, (2010).
• [9] Ibrahim H., Ghandour M., Dimitrova M., Ilinca A., and Perron J., "Integration of wind energy into electricity systems: technical challenges and actual solutions.", Energy Procedia 6: 815-824, (2011).
• [10] Bekri L. O. and Mekri F., "Impact of wind turbine on voltage stability", 2018 International Conference on Wind Energy and Applications in Algeria (ICWEAA), Algeria,(2018).
• [11] Adetokuna B. B., Muriithib M. C., and Ojoc O. J., "Voltage stability assessment and enhancement of power grid with increasing wind energy penetration", Electrical Power and Energy Systems, 120: 1-11, (2020).
• [12] Chen Z. and Spooner E., "Grid power quality with variable speed wind turbines", IEEE Transactions on Energy Conversion, 16: 148-154, (2001).
• [13] Chaithanya S., Reddy B. N. V., and Kiranmayi R., "Modeling & analysis of grid-tied PMA based offshore wind energy system using PSCAD/EMTDC", Ain Shams Engineering Journal, 10: 411-417, (2019).
• [14] Cedrat, "PSCAD Version 4.2", Wind Turbine Applications Techical Paper, France,(2007).
• [15] EPDK, "Elektrik Şebeke Yönetmeliği, Rüzgar ve Güneş enerjisine dayalı fotovoltaik üretim tesislerinin şebeke bağlantı kriterleri, EK 18," (2017).