Çift beslemeli asenkron generatörün PI ve adaptif kayan kip güç kontrolü

Abstract

Değişken hızlı generatör çeşitlerinden biri olan çift beslemeli asenkron generatör (ÇBAG), zamanla azalan dönüştürücü maliyetleri, farklı rüzgâr hızlarında çalışabilme, birim güç faktörü kontrolü gibi avantajlarından dolayı rüzgâr türbinlerinde çokça tercih edilmektedir. Kullanılan generatörün performansı hem verimlilik, hem de istenen güç kalitesi açısından çok önemlidir. Dolayısıyla generatörün kontrolü türbin sistemlerinde büyük bir öneme sahiptir. Bu çalışmada ÇBAG’nin PI ve Adaptif Kayan Kip Kontrol ile güç kontrolü yapılmıştır. Tezin giriş bölümünde, rüzgâr enerji dönüşüm sistemleri incelenmiştir. Rüzgârdan elde edilen aerodinamik enerjinin ifadeleri ve güç katsayısı hakkında bilgi verilmiştir. Rüzgâr türbini çeşitleri verilmiş, avantajları ve dezavantajları incelenmiştir. Türbinlerde kullanılan ÇBAG’nin özelliklerine vurgu yapılmıştır. Tezin gelişme bölümünde, ÇBAG’nin dinamik davranışı ele alınarak matematiksel modeli çıkartılmıştır. Bu modele göre eşdeğer devresi elde edilmiştir. Eşdeğer devreye göre generatörün d-q eksen takımındaki aktif-reaktif güç denklemleri, mekanik ve elektromanyetik tork denklemleri ve hız denklemleri çıkartılmıştır. Stator akı yönlendirmesi yöntemiyle generatörün dolaylı ve dolaysız kontrolü hakkında bilgi verilmiştir. Ayrıca istenen aktif ve reaktif güç değerleri için referans rotor akımları elde edilmiştir. Kontrol sistemlerinin temel kavramları ve çeşitlerinden bahsedilerek, orantı, integral ve türev kontrol (PID) ile kayan kip kontrol (KKK) yöntemleri hakkında bilgi verilmiştir. Tezin son bölümünde, yapılan çalışmalardan bahsedilmiştir. LabVIEW ortamında simülasyon düzeneği oluşturulmuştur. ÇBAG’nin kontrolünde, çatırtı problemini gidermek için adaptif kayan kip kontrolör (AKKK) tasarımı ve simülasyonu yapılmıştır. Karşılaştırmalar sonucu AKKK yönteminde çatırtıların giderildiği, rotor uç gerilimleri kontrol edilerek, çıkış gücündeki dalgalanmaların azaldığı görülmüştür. AKKK’nin PI kontrolöre göre daha iyi bir performans gösterdiği gözlenmiştir.

Doubly fed induction generator (DFIG) which is variable speed generator type is much preferred in turbines because of its advantages such as reducing costs of converters, operating in different wind speed, controlling of unit power factor. The performance of the generator is very important in terms of both power quality and efficiency. Therefore, control of generator has a great importance in turbine systems. In this study, power of DFIG is controlled with PI and adaptive sliding mode control. In the introduction of the thesis, wind energy conversion systems are investigated. The information about equation of aerodynamic power obtained from wind and power coefficient are given. Types of wind turbines, advantages and disadvantages of them are examined. Features of DFIG using in turbines are highlighted. In the advances section of the thesis, mathematical models of the DFIG are extracted by considering dynamic behavior. According to this model, equivalent circuit is obtained. In the d-q reference frame, active-reactive power, torque and speed equations are examined by using this circuit. The information about direct and indirect control of the generator using stator flux orientation method is given. Moreover, for the desired active and reactive power values, reference rotor currents are obtained. By mentioning about basic concepts and types of control systems, information about proportional, integral and derivative control (PID) method and sliding mode control (SMC) method are given. In the last section of the thesis, studies are mentioned. Simulation is created in LabVIEW environment. To eliminate the chattering problem in controlling of the DFIG, designing and simulation of adaptive sliding mode control (ASMC) are done. Comparative studies show that ASMC method eliminates chattering problem, and fluctuations on the output power are decreased by controlling rotor terminal voltages. It is observed that ASMC has shown better performance according to PI controller.