Rüzgar türbinlerinin dağıtım şebekelerine bağlanması ve dinamik similasyonu

Abstract

ÖZET Anahtar Kelimeler: rüzgar enerjisi, yeni enerji kaynaklan, rüzgar türbini, rüzgar generatörleri, rüzgar santralleri, simülasyon, matlab. Konvansiyonel enerji üretim merkezlerinde elektrik enerjisi üretilmesi ve uzak mesafelere yüksek gerilimde taşınması konseptine alternatif olarak, son yıllarda ortaya çıkan bir başka konsept ise yerel santrallerde ve yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanarak elektrik enerjisi üretmektir. Özellikle coğrafi konumlan itibariyle elektrik enerjisi naklinin pahalı ve zor olabileceği yerleşim birimlerinde mevcut bazı kaynaklan (rüzgar, güneş, biomass vb) kullanarak elektrik enerjisi ihtiyacını karşılamak daha ekonomiktir. Kuzey Avrupa ülkelerinde MW'lar seviyesinde rüzgar türbinlerini çevirecek kalitede rüzgar bulunması, büyük güçlü rüzgar santralleri yada bir başka deyimle rüzgar çiftlikleri kurulmasına olanak tanımıştır. Ülkemizde ise bu konuda yeni yeni bazı araştırmalar yapılmaktadır. Ancak hala keşfedilmemiş kalitesi ve sürekli rüzgara sahip yörelerimiz mevcuttur. Bu tezde ilk iki bölümde ülkemizde ve dünyada rüzgar enerjisi konusunda gelinen teknolojik ve bilgi seviyesi ile tarihsel bazı gelişimler verilmiştir. Üçüncü bölümde ise Türkiye deki rüzgar enerjisi potansiyeli araştırılmıştır. Bu konuda yapılan araştırmalardan elde edilen ölçüm sonuçlan verilmiştir. Dördüncü bölüm ise türbinlerin modellenmesine ayrılmıştır. Sabit hızlı ve çift beslemeli (sincap kafesli ve bilezikli asenkron generator) ve senkron generatorlü türbinler hakkında bilgi verildikten sonra sabit hızlı asenkron generatörün matematiksel modeli çıkarılmıştır. Beşinci bölümde ise rüzgar türbinlerinde dinamik kararlılık problemi incelenmiş ve matlab 'ta gerçekleştirilen benzetimlerin sonuçlan verilmiştir. Bu kısımdaki tüm durumlarda sabit hızlı Danimarka konseptli türbinler simule edilmiştir. İlk olarak tek basma çalışan küçük boyutlu bir AG dağıtım şebekesi ele alınmıştır. Gerçekleşen büyük yük değişimlerinde generatörün davranışı ve sonuçlan verilmiştir. İkinci olarak şebekeyle paralel çalışan aynı özellikteki türbini içeren AG şebekesi simule edilmiştir. Şebekenin mevcut değişimlerde türbinin salınımlarını azalttığı gözlenmiştir. Son olarak şebekeyle paralel çalışma durumuna ait başka bir örnek şebekede kısa devreler gerçekleştirilmiştir. Kısa devre olayının yük değişmesi gibi basit bir olay olmadığı düşünülürse generatörün davranışını anlamak daha kolay olur. IX

INTERCONNECTION WIND TURBINES TO DISTRIBUTION NETWORKS AND DYNAMIC SIMULATIONS SUMMARY Keywords: Wind energy, matlab, renewable energy sources, wind turbine, wind generators, wind power plants, simulations. A new power generation concept that is alternative to generate of electric power in conventional large central power plants and transmit to far away by long and high voltage transmission line is to generate of electric power in embedded generation plants by using renewable energy sources. Especially, it is so economically to produce electricity by using some natural sources such as wind, sun, biomass, geothermal, etc, in some locations where transmission of electric power from large central power plants is very expensive and difficult because of theirs geographical conditions. For example, It is possible to install large and efficiency wind farms in Northern European countries where have quality wind reserve to move large wind turbines. However some research projects have been performed to determine wind energy potential of Turkey. But, there are still undiscovered locations that have quality and continuously wind reserve. Organization of this thesis is as follows: In first and second chapters, historical development and technological knowledge level of wind energy are presented in our country and world. In third chapter, potential of wind energy in Turkey is investigated and some measurements results obtained from some research projects are given. Fourth chapter cover the modeling of wind turbines. After giving some information about fixed speed (squirrel cage) and doubly fed (wound rotor) induction generators and synchronous generators, mathematical models for fixed speed induction generators are presented. In fifth chapter, dynamic stability problems in wind turbines are investigated and results of simulations in Matlab/Simulink are presented. In this chapter, only fixed speed induction generators called as Danish concept are simulated. In first case, a small-scale low voltage distribution network supplied from stand-alone wind generator is considered. This network does not connect to grid. In second case, sample network in previous case is connected to grid. Behavior of induction generator during the large load increasing is investigated too. In last case, another grid connected sample network is considered and its behavior is investigated during the short circuits. Behaviors of induction generators are easily compared if it is considered that short circuit phenomena are not simple than load changes. Especially, it is observed the speed losses, behave as motor in severe faults.