Değişken Hızlı Rüzgâr Türbinlerinin Rüzgâr Sensörsüz Maksimum Güç İzleme Tabanlı Doğrusal Olmayan ve Tam Uyarlamalı Denetimi

Murat KARABACAK (Sakarya Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Sakarya, Türkiye)
Mehmet UÇAR, (Sakarya Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Sakarya, Türkiye)
Ali Fuat BOZ, (Sakarya Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Sakarya, Türkiye)
MURAT KALE, (Sakarya Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Sakarya, Türkiye)
Mustafa Zahid YILDIZ, (Sakarya Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Sakarya, Türkiye)
MEVLÜT KARAÇOR (Sakarya Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Sakarya, Türkiye)
12 10

Proje Grubu: EEEAG Sayfa Sayısı: 82 Proje No: 114E159 Proje Bitiş Tarihi: 01.02.2017 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 16-05-2019

Değişken Hızlı Rüzgâr Türbinlerinin Rüzgâr Sensörsüz Maksimum Güç İzleme Tabanlı Doğrusal Olmayan ve Tam Uyarlamalı Denetimi

Öz:
Bu projenin amacı, bir Değişken Hızlı Rüzgâr Türbini (DHRT) sisteminin analitik bir Maksimum Güç İzleme (MGİ) tabanlı doğrusal olmayan denetimini, rüzgâr sensörleri ve DHRT sisteminin parametre bilgilerini kullanmadan gerçekleştirmektir. DHRT sistemlerinin MGİ tabanlı denetimi söz konusu olduğunda iki önemli işlem öne çıkar. Bunlar MGİ noktasının anlık olarak saptanması ve izlenmesidir. MGİ noktasının doğru bir şekilde saptanabilmesi için analitik yöntemler kullanmak gereklidir, fakat bu yöntemlerin hepsinde rüzgâr hızının ölçülmesi ve türbin ve/veya generatör parametrelerinin değerlerinin bilinmesi gerekir. Literatürde önerilmiş olan analitik yöntemler; Kanat Ucu Hız Oranı (KUHO), Optimum Moment Denetimi (OMD) ve Güç Sinyali Geribeslemesi (GSG) tabanlı MGİ yöntemleridir. KUHO rüzgâr sensörü ve tüm türbin parametrelerini gerektirmektedir, OMD ve GSG ise generatörün moment sabitini ve tüm türbin parametrelerini gerektirmektedir. Moment sabiti kararlı durumda manyetik doyumla, geçici durumda ise kusurlu ayrıştırma nedeniyle değişmektedir. Rüzgâr sensörü ise tek noktadan ölçüm almakta yani türbin bıçaklarına etkiyen ortalama rüzgâr hızı ölçülememektedir. Sonuç olarak bu yöntemlerle uygulamada MGİ tam değil yaklaşık performansla yapılabilmektedir. Ayrıca, DHRT sistemlerinde kullanılan rüzgâr sensörlerinin güvenilirliği azalttığı unutulmamalıdır. MGİ noktasının anlık olarak izlenmesi ise kapalı çevrim denetim gerektirir. Doğrusal-integral (PI) ve doğrusallaştırma yöntemleri gibi tasarımında sistem parametreleri kullanılan doğrusal yaklaşımlar yukarıda anlatılan nedenden ötürü önemli sakıncalar oluşturmaktadır. Doğrusal denetleyiciler ile genel denetim performansı düşmekte ve MGİ noktası belirli bir hata ile izlenmektedir. Doğrusal olmayan sistemlerin denetiminde en yüksek performans doğrusal olmayan denetleyiciler ile elde edilmektedir. Sonuç olarak bu projede bir DHRT sisteminin analitik bir MGİ yöntemi tabanlı doğrusal olmayan denetimi, türbin eylemsizlik momenti hariç olmak üzere DHRT sistemine ait parametre bilgisi ve rüzgâr sensörü kullanılmadan gerçekleştirilmiştir. Türbin eylemsizlik momenti çalışma koşullarına bağlı olarak zamanla değişmemektedir, bu yüzden kullanımı bir sakınca oluşturmamaktadır. Proje çalışmasında, asenkron makine rotor alanı yönlendirmeli vektör denetim ile sürülerek rüzgâr türbini fiziksel emülatörü elde edilmiştir. Generatör olarak ise Sabit Mıknatıslı Senkron Makine (SMSM) kullanılmıştır. Ayrıca önerilen sistemi klasik sistem ile karşılaştırabilmek için, KUHO tabanlı MGİ yöntemi ve optimum tasarlanmış PI denetleyiciler ile klasik DHRT sistemi uygulaması gerçekleştirilmiştir. Rüzgâr hızında %10 ölçüm hatası ve türbin parametrelerinde %10 değişim gerçekleştiği takdirde, klasik sisteme göre önerilen sistem ile % 14.63 daha fazla enerji elde edilmektedir. Arka arkaya bağlı dönüştürücünün tasarımı, akım gerilim ölçüm devrelerinin tasarımı, soğutucu sıcaklıkları, DC bara sıçrama gerilimleri ve şebeke güç faktörü değerleri proje önerisinde verilen başarı ölçütlerini sağlamaktadır. Bu çalışma 114E159 numaralı araştırma projesi kapsamında Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TUBİTAK) tarafından finansal olarak desteklenmiştir. Projeye finansal katkılarından dolayı TUBİTAK’a teşekkür ederiz.
Anahtar Kelime: Motor Sürücü Evirici Emülatör Yenilenebilir Enerji Rüzgâr Türbini Doğrusal Olmayan Denetim.

Konular: Edebiyat
Erişim Türü: Erişime Açık
  • Aggeler, D., Canales, F., Biela, J., Kolar, J.W. 2013. “Dv/Dt-Control Methods for the SiC JFET/Si MOSFET Cascode”, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, 28, (8), 4074 – 4082.
  • A Novel Nonlinear and Adaptive Control of Grid Connected Inverters (Makale - İndeskli Makale),
  • Alnasir, Z., Kazerani, M. 2013. “An Analytical Literature Review of Stand-Alone Wind Energy Conversion Systems from Generator Viewpoint”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 28, 597-615.
  • Şebeke Bağlantılı Eviriciler için LLCL Filtre Tasarımı; Detaylı Bir Performans Analizi (Makale - Diğer Hakemli Makale),
  • Ayhan, U., Hava, A.M. 2011. “Analysis and characterization of DC Bus ripple current of two-level inverters using the equivalent centered harmonic approach”, Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2011 IEEE.
  • Robust Adaptive Control of Pulse-width Modulated Rectifiers Based on Adaptive Super- twisting Sliding-mode and State Feedback Controllers (Makale - Diğer Hakemli Makale),
  • Bang, D., Polinder, H., Shrestha, G., Ferreira, J. A. 2008. “Review of Generator Systems for Direct-Drive Wind Turbines”, Presented at the EWEC (Europan Wind Energy Conference Exhibition), Brussels, 1-10.
  • SABİT MIKNATISLI SENKRON GENERATÖRLÜ DEĞİŞKEN HIZLI RÜZGÂR TÜRBİNLERİNİN MEKANİK SENSÖRSÜZ KONTROLÜ (Bildiri - Ulusal Bildiri - Sözlü Sunum),
  • Bansal, R. C., Bhatti, T. S., Kothari, D. P. 2003. “Bibliography on The Application of Induction Generators in Nonconventional Energy Systems”, IEEE Trans. on Energy Conversion, 18, (3), 433-9.
  • ŞEBEKE BAĞLANTILI EVİRİCİLER İÇİN L VE LCL FİLTRE TASARIMI; KAPSAMLI BİR YAKLAŞIM (Bildiri - Ulusal Bildiri - Sözlü Sunum),
  • Bahrani, B., Kenzelmann, Stephan., Rufer, A. 2011. “Multivariable-PI-Based dq Current Control of Voltage Source Converters With Superior Axis Decoupling Capability”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 58, (7), 3016-3026
  • Betz, A., 1920. “Das Maximum Der Theoretisch Möglichen Ausnützung des Windes Durch Windmotoren”, Zeitschrift für das Gesamte Turbinewesen, 307–9.
  • Bulington, E.J., Abney, S., Skibinski, G.L. 1999. “Cable Alternatives for PWM AC Drive Applications”, Petroleum and Chemical Industry Conference, Industry Applications Society 46th Annual, Date of Conference.
  • Bumby, J. R., Martin, R. 2005. “Axial-flux Permanent-Magnet Air-Cored Generator for Small-Scale Wind Turbines,” IEE Proc. Electric Power Applications, 152, (5), 1065-1075.
  • Carlsson, V., 2010. Measuring Routines of Ice Accretion for Wind Turbine Applications, (Yüksek Lisans Tezi), Umea University Faculty of Science and Technology.
  • Datta, R., Ranganathan, V. T. 2002. “Variable-Speed Wind Power Generation using Doubly Fed Wound Rotor Induction Machine – A Comparison with Alternative Scheme”, IEEE Trans. Energy Conversion, 17, (3), 414-421.
  • Chen, Z. 2009. (Yüksek Lisans Tezi), Characterization and Modeling of High-Switching-Speed Behavior of SiC Active Devices, Blacksburg, Virginia, Ermis, M., Ertan, H. B., Demirekler, M., Saribatir, B. M., Uctug, Y., Sezer, M. E., Cadirci, I. 1992.
  • “Various Induction Generator Schemes for Wind-Electricity Generation”, Electric Power Systems Research, 23, (1), 71–83.
  • Grabic, S., Katic, V. 2004. “A Comparison and Trade-Offs Between Induction Generator Control Options for Variable Speed Wind Turbine Applications”, in Proceedings of IEEE ICIT'04, vol. 1, Hammamet Tunisia, 564-68.
  • Hava, A.M., Ayhan, U., Aban, V.V. 2012. “A DC bus capacitor design method for various inverter applications”, Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2012 IEEE.
  • Heier, S., 1998. Grid Integration of Wind Energy Conversion Systems, Editör: HEIER S. Chichester, UK: Wiley.
  • Herbert, G.M.J., Iniyan, S., Sreevalsan, E., Rajapandian, S. 2007 “A Review of Wind Energy Technologies”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 11, (6), 1117-1145.
  • Holdsworth, L., Wu, X. G., Ekanayake, J. B., Jenkins, N. 2003. “Comparison of Fixed Speed and Doubly-Fed Induction Wind Turbines During Power System Disturbances”, IEE Proc. Generation, Transmission and Distribution, 150, (3), 343-352.
  • Johnson, K. E., Pao, L. Y., Balas, M. J., Fingersh, L. J.2006. “Control of Variable-Speed Wind Turbines: Standard and Adaptive Techniques for Maximizing Energy Capture”, IEEE Control Systems, 26, (3), 70-81.
  • Kamal, S., Cahalanga, A., Moreno, J.A., Fridman, L., Bandyopadhyay, B. 2014. “Higher Order Super-Twisting Algorithm”, VSS’14, vol.1, Nantes, France, 1-6.
  • Karabacak, M. 2016. “A Novel Nonlinear and Adaptive Control of Grid Connected Inverters”, Journal of Circuits, Systems and Computers, 25, (11), 1-25.
  • Karabacak, M. and Eskikurt, H. I. 2012 “Design, modelling and simulation of a new nonlinear and full adaptive backstepping speed tracking controller for uncertain PMSM”, Appl. Math. Model. 36, 5199-5213.
  • Kerkman, R.J., Leggate, D., Skibinski, G.L. 1997. “Interaction of drive modulation and cable parameters on ac motor transients”, IEEE Transactions on Industry Applications, 33, (3), 722 – 731.
  • Khan, M. A, Pillay, P., Visser, K. D. 2005. “On Adapting A Small PM Wind Generator for A Multiblade, High Solidity Wind Turbine”, IEEE Trans. Energy Conversions, 20, (3), 685-692.
  • Khan, P. K. S., Chatterjee, J. K. 1999. “Three-Phase Induction Generators: A Discussion on Performance”, Electric Machines and Power Systems, 27, (8), 813–832.
  • Lanchester, F. W. 2009. A Contribution to The Theory of Propulsion and The Screw Propeller, Editör: Whitcomb, C. USA: NEJ Naval Engineers Journal.
  • Mayosky, M. A., Cancelo, G. I. E. 1999. “Direct Adaptive Control of Wind Energy Conversion Systems using Gaussian Networks”, IEEE Transactions on Neural Networks, 10, (4), 898-906.
  • Mohan, N. 2014. Advanced Electric Drives: Analysis, Control, and Modeling Using MATLAB / Simulink. Mineapolis: John Wiley & Sons.
  • Muller, S., Deicke, M., De Doncker, R .W. 2002. “Doubly Fed Induction Generator Systems for Wind Turbines”, IEEE Industry Applications Magazine, 8, (3), 26-33.
  • Natarajan, K., Sharaf, A.M., Sivakumar, S., Naganathan, S.1987. “Modeling and Control Design for Wind Energy Power Conversion Scheme using Self-Excited Induction Generator”, IEEE Transactions on Energy Conversion, 2, (3), 506-512.
  • Novak, P., Ekelund, T., Jovik, I., Schmidtbauer, B. 1995. “Modeling and Control of Variable-Speed Wind-Turbine Drive-System Dynamics”, Control Systems, IEEE, 15, (4), 28-38.
  • Raina, G., Malik, O. P. 1983. “Wind Energy Conversion using A Self-Excited Induction Generator”, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 102, (12), 3933-6.
  • Seung-Ki, S. 2011. Control of Electric Machine Drive Systems (88. basım). New Jersey: Wiley, IEEE Press Series on Power Engineering.
  • Skibinski, G. L., Kerkman, R.J., Schlegel, D. 2002. “EMI emissions of modern PWM AC drives”, IEEE Industry Applications Magazine, 5, (6), 1-6
  • Singh, G. K. 2004. “Self-Excited Induction Generator Research – A Survey”, Electric Power Systems Research, 69, (2), 107-114.
  • Shtessel, Y., Edwards, C., Fridman, L., Levant, A. 2012. Sliding mode control and observation. Control Engineering Birkhauser.
  • Steinke, J.K. 2002. “Use of an LC filter to achieve a motor-friendly performance of the PWM voltage source inverter”, IEEE Transactions on Energy Conversion, 14, (3), 649 – 654.
  • Tan, K., Islam, S. 2004. “Optimum Control Strategies in Energy Conversion of PMSG Wind Turbine System without Mechanical Sensors”, IEEE Transactions on Energy Conversion, 19, (2), 392-9.
  • Tallam, R.M., Skibinski, G.L., Shudarek, T.A., Lukaszewski, R.A. 2011. “Integrated Differential- Mode and Common-Mode Filter to Mitigate the Effects of Long Motor Leads on AC Drives”, IEEE Transactions on Industry Applications, 47, (5), 2075 – 2083.
  • Texiera, M.D., Houdek, J.A. 2009. “Protecting Submersible Motors from the Effects of PWM Voltage”, Brazil Conference for Quality of Electric Energy (CBQEE), 1-6.
  • Tong, W. 2010. Wind Power Generation and Wind Turbine Design. Editör: Tong, W. Southampton/UK: WIT Press.
APA KARABACAK M, Uçar M, BOZ A, KALE M, Yildiz M, KARAÇOR M (2017). Değişken Hızlı Rüzgâr Türbinlerinin Rüzgâr Sensörsüz Maksimum Güç İzleme Tabanlı Doğrusal Olmayan ve Tam Uyarlamalı Denetimi. , 1 - 82.
Chicago KARABACAK Murat,Uçar Mehmet,BOZ Ali Fuat,KALE Murat,Yildiz Mustafa Zahid,KARAÇOR MEVLÜT Değişken Hızlı Rüzgâr Türbinlerinin Rüzgâr Sensörsüz Maksimum Güç İzleme Tabanlı Doğrusal Olmayan ve Tam Uyarlamalı Denetimi. (2017): 1 - 82.
MLA KARABACAK Murat,Uçar Mehmet,BOZ Ali Fuat,KALE Murat,Yildiz Mustafa Zahid,KARAÇOR MEVLÜT Değişken Hızlı Rüzgâr Türbinlerinin Rüzgâr Sensörsüz Maksimum Güç İzleme Tabanlı Doğrusal Olmayan ve Tam Uyarlamalı Denetimi. , 2017, ss.1 - 82.
AMA KARABACAK M,Uçar M,BOZ A,KALE M,Yildiz M,KARAÇOR M Değişken Hızlı Rüzgâr Türbinlerinin Rüzgâr Sensörsüz Maksimum Güç İzleme Tabanlı Doğrusal Olmayan ve Tam Uyarlamalı Denetimi. . 2017; 1 - 82.
Vancouver KARABACAK M,Uçar M,BOZ A,KALE M,Yildiz M,KARAÇOR M Değişken Hızlı Rüzgâr Türbinlerinin Rüzgâr Sensörsüz Maksimum Güç İzleme Tabanlı Doğrusal Olmayan ve Tam Uyarlamalı Denetimi. . 2017; 1 - 82.
IEEE KARABACAK M,Uçar M,BOZ A,KALE M,Yildiz M,KARAÇOR M "Değişken Hızlı Rüzgâr Türbinlerinin Rüzgâr Sensörsüz Maksimum Güç İzleme Tabanlı Doğrusal Olmayan ve Tam Uyarlamalı Denetimi." , ss.1 - 82, 2017.
ISNAD KARABACAK, Murat vd. "Değişken Hızlı Rüzgâr Türbinlerinin Rüzgâr Sensörsüz Maksimum Güç İzleme Tabanlı Doğrusal Olmayan ve Tam Uyarlamalı Denetimi". (2017), 1-82.
APA KARABACAK M, Uçar M, BOZ A, KALE M, Yildiz M, KARAÇOR M (2017). Değişken Hızlı Rüzgâr Türbinlerinin Rüzgâr Sensörsüz Maksimum Güç İzleme Tabanlı Doğrusal Olmayan ve Tam Uyarlamalı Denetimi. , 1 - 82.
Chicago KARABACAK Murat,Uçar Mehmet,BOZ Ali Fuat,KALE Murat,Yildiz Mustafa Zahid,KARAÇOR MEVLÜT Değişken Hızlı Rüzgâr Türbinlerinin Rüzgâr Sensörsüz Maksimum Güç İzleme Tabanlı Doğrusal Olmayan ve Tam Uyarlamalı Denetimi. (2017): 1 - 82.
MLA KARABACAK Murat,Uçar Mehmet,BOZ Ali Fuat,KALE Murat,Yildiz Mustafa Zahid,KARAÇOR MEVLÜT Değişken Hızlı Rüzgâr Türbinlerinin Rüzgâr Sensörsüz Maksimum Güç İzleme Tabanlı Doğrusal Olmayan ve Tam Uyarlamalı Denetimi. , 2017, ss.1 - 82.
AMA KARABACAK M,Uçar M,BOZ A,KALE M,Yildiz M,KARAÇOR M Değişken Hızlı Rüzgâr Türbinlerinin Rüzgâr Sensörsüz Maksimum Güç İzleme Tabanlı Doğrusal Olmayan ve Tam Uyarlamalı Denetimi. . 2017; 1 - 82.
Vancouver KARABACAK M,Uçar M,BOZ A,KALE M,Yildiz M,KARAÇOR M Değişken Hızlı Rüzgâr Türbinlerinin Rüzgâr Sensörsüz Maksimum Güç İzleme Tabanlı Doğrusal Olmayan ve Tam Uyarlamalı Denetimi. . 2017; 1 - 82.
IEEE KARABACAK M,Uçar M,BOZ A,KALE M,Yildiz M,KARAÇOR M "Değişken Hızlı Rüzgâr Türbinlerinin Rüzgâr Sensörsüz Maksimum Güç İzleme Tabanlı Doğrusal Olmayan ve Tam Uyarlamalı Denetimi." , ss.1 - 82, 2017.
ISNAD KARABACAK, Murat vd. "Değişken Hızlı Rüzgâr Türbinlerinin Rüzgâr Sensörsüz Maksimum Güç İzleme Tabanlı Doğrusal Olmayan ve Tam Uyarlamalı Denetimi". (2017), 1-82.
Sayfa Oluşturulma Tarihi
24-04-2024 1:32

İLETİŞİM

TÜBİTAK ULAKBİM TR Dizin

Yüzüncüyıl, İşçi Blokları Mahallesi

Muhsin Yazıcıoğlu Caddesi No:51/C

06530 Çankaya / ANKARA +90 (312) 298 92 00

trdizin@tubitak.gov.tr

TÜBİTAK ULAKBİM Ulusal Akademik Ağ ve Bilgi Merkezi Cahit Arf Bilgi Merkezi © Tüm Hakları Saklıdır. Gizlilik Politikası Kullanım Şartları