Tip Speed Ratio Based Maximum Power Tracking Control of Variable Speed Wind Turbines; A Comprehensive Design

Year 2017, Volume: 21 Issue: 4, 662 - 671, 01.08.2017

Murat Karabacak , Fuat Kılıç Yasin Cantaş , Özhan Atmaca Tufan Volkan Küçük

https://doi.org/10.16984/saufenbilder.327114

Abstract

The
most primitive control method of wind turbines used to generate electric energy
from wind is the fixed speed control method. With this method, it is not
possible that turbine input power is transferred to grid at maximum rate.  For this reason, Maximum Power Tracking (MPT)
schemes are proposed. In order to implement MPT, the propeller has to rotate at
a different speed for every different wind speed. This situation has led MPT
based systems to be called Variable Speed Wind Turbine (VSWT) systems. In VSWT
systems, turbine input power can be transferred to grid at rates close to
maximum power. When MPT based control of VSWT systems is the case, two
important processes come into prominence. These are instantaneously
determination and tracking of MPT point. In this study, using a Maximum Power
Point Tracking (MPPT) method based on tip speed ratio, power available in wind
is transferred into grid over a back to back converter at maximum rate via a
VSWT system with permanent magnet synchronous generator (PMSG). Besides a
physical wind turbine simulator is modelled and simulated. Results show that a
time varying MPPT point is tracked with a high performance.

Keywords

MPPT, Wind Turbine

Değişken Hızlı Rüzgâr Türbinlerinde Kanat Ucu Hız Oranı Tabanlı Maksimum Güç İzleme Denetimi; Kapsamlı Bir Tasarım

Abstract

Rüzgârdan elektrik
enerjisi üretmek için kullanılan rüzgâr türbinlerinin en ilkel denetim yöntemi,
sabit hızlı denetim yöntemidir. Bu yöntemle, türbin giriş gücünün maksimum
oranda şebekeye aktarılması mümkün değildir. Bu nedenle Maksimum Güç İzleme
(MGİ) şemaları önerilmiştir. MGİ yapabilmek için rüzgâr hızının her farklı
değerinde, pervane farklı bir hızla dönmelidir. Bu durum MGİ tabanlı sistemlere
Değişken Hızlı Rüzgâr Türbini (DHRT) sistemleri denilmesine yol açmıştır. DHRT
sistemlerinde türbin giriş gücü maksimum güce yakın oranlarda şebekeye
aktarılabilmektedir. DHRT sistemlerinin MGİ tabanlı denetimi söz konusu
olduğunda iki önemli işlem öne çıkar. Bunlar MGİ noktasının anlık olarak
saptanması ve izlenmesidir. Bu çalışmada kanat ucu hız oranı tabanlı maksimum
güç izleme şeması kullanılarak, Sabit Mıknatıslı Senkron Generatörlü (SMSG) bir
DHRT sistemi ile rüzgârda bulunan güç değeri maksimum oranda arka arkaya bağlı
çevirici sistem üzerinden şebekeye aktarılmaktadır. Ayrıca fiziksel bir rüzgâr
türbini modellenmiş ve benzetimi yapılmıştır. Sonuçlar zamanla değişen bir MGİ
noktasının yüksek performansla izlendiğini göstermektedir.   

Keywords

Rüzgâr Türbinler, Maksimum Güç İzleme, LCL filtre tasarımı