ÇİFT BESLEMELİ ASENKRON GENERATÖR İÇİN ETKİN BİR DENETLEYİCİ TASARIMI. Sertaç BAYHAN DOKTORA TEZİ ELEKTRİK EĞİTİMİ

Transkript

1 ÇİFT BESLEMELİ ASENKRON GENERATÖR İÇİN ETKİN BİR DENETLEYİCİ TASARIMI Sertaç BAYHAN DOKTORA TEZİ ELEKTRİK EĞİTİMİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ OCAK 2012 ANKARA

2 Sertaç BAYHAN tarafından hazırlanan ÇİFT BESLEMELİ ASENKRON GENERATÖR İÇİN ETKİN BİR DENETLEYİCİ TASARIMI adlı bu tezin Doktora tezi olarak uygun olduğunu onaylarım. Doç. Dr. Şevki DEMİRBAŞ Tez Danışmanı, Elektrik-Elektronik Müh. Anabilim Dalı..... Bu çalışma, jürimiz tarafından oy birliği ile Elektrik Eğitimi Anabilim Dalında Doktora tezi olarak kabul edilmiştir. Prof. Dr. Ömer Faruk BAY Elektronik ve Bilgiayar Eğitimi, Gazi Üniveritei Doç. Dr. Şevki DEMİRBAŞ Elektrik-Elektronik Müh., Gazi Üniveritei Prof. Dr. Güngör BAL Elektrik-Elektronik Müh., Gazi Üniveritei Prof. Dr. İlhami ÇOLAK Elektrik-Elektronik Müh., Gazi Üniveritei Doç. Dr. Hamit ERDEM Elektrik-Elektronik Müh., Başkent Üniveritei..... Tarih: Bu tez ile G.Ü. Fen Bilimleri Entitüü Yönetim Kurulu Doktora dereceini onamıştır. Prof. Dr. Bilal TOKLU Fen Bilimleri Entitüü Müdürü.

3 TEZ BİLDİRİMİ Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçeveinde elde edilerek unulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına ekikiz atıf yapıldığını bildiririm. Sertaç BAYHAN

4 iv ÇİFT BESLEMELİ ASENKRON GENERATÖR İÇİN ETKİN BİR DENETLEYİCİ TASARIMI (Doktora Tezi) Sertaç BAYHAN GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Ocak 2012 ÖZET Rüzgâr türbinlerinde kullanılan Çift Belemeli Aenkron Generatör (ÇBAG) lerin tator argıları doğrudan şebekeye bağlanırken, rotor argıları arka arkaya bağlı iki adet güç elektroniği dönüştürücüü yardımıyla şebekeye bağlanmaktadır. Bu çalışmada rüzgâr türbinlerinde kullanılan ÇBAG nin değişik hız ve yük koşullarında aktif gücünü etkin şekilde denetlemek amacıyla bir item taarlanmış ve gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen itemde ÇBAG nin rotor argıları iki adet vektör denetimli darbe genişlik modülayonlu dönüştürücü yardımıyla şebekeye bağlanmıştır. Rotor tarafında kullanılan dönüştürücü, ÇBAG nin şebeke ile paralel bağlantı şartlarını ağladıktan onra generatörün ürettiği aktif ve reaktif gücü denetlemektedir. Paralel bağlantı şartları için generatörün gerilimi PI denetleyici ile ayarlanmakta, frekan ve faz açıı ie faz kilitli döngü tarafından belirlenmektedir. Paralel bağlantıdan onra ie PI, bulanık mantık ve çıkış ölçeklendirme katayıı kendinden ayarlamalı bulanık mantık denetleyiciler (KABMD) kullanılarak ÇBAG nin aktif gücü kontrol edilmiş ve bu denetleyicilerin performanları karşılaştırılmıştır. Şebeke tarafında kullanılan dönüştürücü ie PI denetleyici yardımıyla DA bara gerilimini abit tutarken aynı zamanda giriş güç katayıının birim değerde, şebekeden çekilen akım harmoniklerinin de tandartlarda belirtilen ınırlar içeriinde kalmaını ağlamaktadır. Ayrıca, gerçekleştirilen itemin uzaktan izlenebilmei ve kontrol edilebilmei amacıyla LabVIEW programı yardımıyla

5 v kullanıcı arayüzü hazırlanmıştır. Gerçekleştirilen item benzetim ve deneyel olarak tet edilmiş, ÇBAG nin aktif gücünün denetiminde kullanılan denetleyicilerden KABMD nin değişen hız ve yük koşullarına daha iyi uyum ağladığı ve referan gücü daha düzgün izlediği onucuna varılmıştır. Bilim Kodu : Anahtar Kelimeler : Çift belemeli aenkron generatör, Faz kilitli döngü, Kendinden ayarlamalı bulanık mantık denetleyici Sayfa Adedi : 132 Tez Yöneticii : Doç. Dr. Şevki DEMİRBAŞ

6 vi DESIGN OF AN EFFICIENT CONTROLLER FOR DOUBLE FED INDUCTION GENERATOR (Ph. D. Thei) Sertaç BAYHAN GAZI UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY January 2012 ABSTRACT Stator winding of double fed induction generator (DFIG) ued in wind turbine are directly connected to grid while rotor winding are connected to line through a back-to-back converter. In thi tudy a ytem with an efficient controller ha been deigned and implemented for controlling DFIG active power in everal peed and load condition. In the ytem, two vector controlled PWM converter have been ued between DFIG rotor winding and grid. The converter ued in rotor ide control the active and reactive power of DFIG after parallel connection condition are fulfilled. For parallel connection condition, generator voltage i adjuted by PI controller, frequency and phae angle i determined by phae locked loop (PLL). Active power of the DFIG ha been controlled uing PI, fuzzy logic and elf tuning fuzzy logic controller (STFLC) after parallel connection and then performance of the controller ha been compared. The converter ued in line ide achieve tability of DC link voltage with unity input power factor. It alo enure that current harmonic drawing from line are in the limit pecified by the tandard. Furthermore a uer interface ha been prepared uing LabVIEW program for remote monitoring and control of the ytem. Implemented ytem ha been imulated and validated with experimental reult. A a reult among the controller ued to control DFIG active power, STFLC more adapt to variable peed and load condition and track the reference power adequately.

7 vii Science Code : Key Word : Double fed induction generator, Phae locked loop, Self tuning fuzzy logic controller Page Number : 132 Advier : Aoc. Prof. Dr. Şevki DEMİRBAŞ

8 viii TEŞEKKÜR Çalışmalarımın tüm aşamalarında danışmanlığını, yol götericiliğini eirgemeyen, edindiği engin bilgi ve tecrübeyi benimle paylaşmaktan çekinmeyen, değerli danışmanım Doç. Dr. Şevki DEMİRBAŞ a yine tezim üreince bilgi ve tecrübelerinden yararlandığım Prof. Dr. Güngör BAL a, Doç. Dr. Hamit ERDEM e, Doç. Dr. İbrahim SEFA ya, Dr. İlhan GARİP e ve Öğr. Gör. Şaban ÖZDEMİR e ayrıca manevi deteklerini her zaman yanımda hiettiğim evgili aileme teşekkürü bir borç bilirim. Ayrıca tezimi 41/ kod ve Çift Belemeli Aenkron Generatör İçin Etkin Bir Denetleyici Taarımı konulu projeyle deteklediği için Gazi Üniveritei Bilimel Araştırma Projeleri Birimi ne teşekkür ederim. Tezimi, çalışmalarım boyunca yalnız bıraktığım kızım İpek Kübra BAYHAN a ve eşime ithaf ediyorum.

9 ix İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET... iv ABSTRACT... vi TEŞEKKÜR... viii İÇİNDEKİLER... ix ÇİZELGELERİN LİSTESİ... xii ŞEKİLLERİN LİSTESİ... xiii RESİMLERİN LİSTESİ... xviii 1. GİRİŞ RÜZGÂR TÜRBİN SİSTEMLERİ Rüzgâr Enerjii Rüzgâr Türbin Sitemlerinin Çeşitleri Sabit hızlı rüzgâr türbin itemleri Değişken hızlı rüzgâr türbin itemleri Değişken Hızlı Rüzgâr Türbin Sitemlerinde Kullanılan Generatörler Senkron generatörler Aenkron generatörler Değişken Hızlı Rüzgâr Türbin Sitemlerinde Kullanılan Generatörlerin Karşılaştırılmaı ÇİFT BESLEMELİ ASENKRON GENERATÖRÜN MODELLENMESİ Çift Belemeli Aenkron Generatör ÇBAG Kararlı Durum Eşitlikleri ÇBAG nin Güç Analizi... 40

10 x Sayfa 3.4. ÇBAG Fazör Diyagramları ÇBAG nin Güç Siteminde Davranışı ÇBAG nin d-q Referan Düzleminde Kararlı Durum Modeli ve Aktif-Reaktif Güç Karakteritiği BULANIK MANTIK DENETLEYİCİLER Giriş Bulanık Mantık ve Bulanık Küme Kavramı Üyelik Fonkiyonları Bulanık Mantık Denetleyici Bulandırma arayüzü Bilgi tabanı Çıkarım motoru Durulama arayüzü Bulanık mantık denetleyicinin ütünlükleri Bulanık mantık denetleyicinin akıncaları GERÇEKLEŞTİRİLEN DENEYSEL KURULUM Giriş Taarlanan Mekanikel Yapı Taarlanan Güç Elektroniği Dönüştürücü Yapıı Ölçme Kartı TMS320F2812 DSP Denetim Kartı Tritörlü Statik Senkronizayon Anahtarı Uzaktan Denetim ve İzleme Yazılımı... 73

11 xi Sayfa 6. YAPILAN ÇALIŞMALAR Şebeke Tarafı Dönüştürücünün Denetimi Benzetim çalışmaları Deneyel çalışmalar ÇBAG Stator Geriliminin Şebeke Gerilimi ile Senkronizayonu Faz kilitli döngü (PLL) tekniği Hazırlanan denetim algoritmaı Benzetim çalışmaları Deneyel çalışmalar PI Denetleyici ile ÇBAG nin Aktif ve Reaktif Güç Denetimi Hazırlanan denetim algoritmaı Benzetim çalışmaları Deneyel çalışmalar Bulanık Mantık Denetleyici ve Çıkış Ölçeklendirme Katayıı Kendinden Ayarlamalı Bulanık Mantık Denetleyici ile ÇBAG nin Aktif Güç Denetimi Hazırlanan denetim algoritmaı Benzetim çalışmaları Deneyel çalışmalar Sonuçların Değerlendirilmei SONUÇ VE ÖNERİLER KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ

12 xii ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge 2.1. Değişken hızlı rüzgâr türbin itemlerinde kullanılan generatörlerin karşılaştırılmaı Çizelge 4.1. Kuralların çizelge halinde yazılmaı Çizelge 5.1. Deneyel çalışmalarda kullanılan ÇBAG ve ASM nin etiket değerleri Çizelge 6.1. Δu için kural tablou Çizelge 6.2. α için kural tablou Çizelge 6.3. Şebekeden çekilen akım harmonik düzeylerinin değerleri Çizelge 6.4. Benzetim onuçlarının karşılaştırılmaı Çizelge 6.5. Deneyel onuçların karşılaştırılmaı

13 xiii ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 2.1. Rüzgâr türbini pervaneinden geçen havanın akışı Şekil 2.2. Rüzgâr türbin iteminin blok diyagramı Şekil 2.3. Sabit hızlı rüzgâr türbin iteminin blok diyagramı Şekil 2.4. Değişken hızlı rüzgâr türbin iteminin blok diyagramı Şekil 2.5. Değişken hızlı rüzgâr türbin itemlerinin gruplanmaı Şekil 2.6. Alan argılı enkron generatörlü rüzgâr türbin itemi Şekil 2.7. Daimi mıknatılı enkron generatörlü rüzgâr türbin itemi Şekil 2.8. Sincap kafeli aenkron generatörlü rüzgâr türbin itemi Şekil 2.9. Rotoru argılı aenkron generatörlü rüzgâr türbin itemi Şekil Çift belemeli aenkron generatörlü rüzgâr türbin itemi Şekil 3.1. Çift belemeli aenkron generatörün bağlantı diyagramı Şekil 3.2. Çift belemeli aenkron generatörün çalışma bölgelerine göre enerji akış diyagramları a)senkron altı çalışma b) Senkron ütü çalışma Şekil 3.3. ÇBAG nin bir faz için kararlı durum eşdeğer devre modeli Şekil 3.4. ÇBAG nin bir faz için tator eşdeğer devrei Şekil 3.5. ÇBAG nin tator vektör diyagramı Şekil 3.6. ÇBAG nin enkron altı, enkron ütü ve enkron çalışma durumları Şekil 3.7. ÇBAG fazör diyagramları a) Düşük uyartım durumu b) Aşırı uyartım durumu Şekil 3.8. Stator aktif (P ) ve reaktif (Q ) gücüne karşı güç açıı (δ k + δ k ()) eğrileri... 47

14 xiv Şekil Sayfa Şekil 3.9. Rotor tarafı dönüştürücü temel denetim blok diyagramı Şekil ÇBAG d-q referan düzleminde kararlı durum modeli Şekil Stator aktif güç karakteritiği a)v rd =0 pu b) V rq =0 pu Şekil Stator reaktif güç karakteritiği a)v rd =0 pu b) V rq =0 pu Şekil 4.1. Klaik ve bulanık küme kavramlarının grafikel göterimi a) Klaik mantık b) Bulanık mantık Şekil 4.2. Bulanık mantık üyelik fonkiyonu çeşitleri Şekil 4.3. Yedi etiketli üyelik fonkiyonu ve ölçeklendirme katayıı Şekil 4.4. Bulanık mantık denetleyicinin temel yapıı Şekil 4.5. Makimum üyelik yöntemi Şekil 4.6. Ağırlık merkezi yöntemi Şekil 4.7. Mean-max üyelik yöntemi Şekil 5.1. Gerçekleştirilen deneyel kuruluma ait blok diyagram Şekil 5.2. Güç elektroniği dönüştürücü yapıının blok diyagramı Şekil 5.3. IGBT ikili blok yapıı ve dönüştürücü bağlantıı Şekil 5.4. Taarlanan IGBT ürücü devre şemaı Şekil 5.5. Ölçme kartının bir faz için devre yapıı Şekil 5.6. Bir faz için tritör ürme devrei Şekil 5.7. Hazırlanan yazılımın blok diyagramı Şekil 5.8. Gerçekleştirilen arayüz yazılımının akış diyagramı Şekil 5.9. Hazırlanan yazılımın ekran görünümü Şekil 6.1. Şebeke tarafı dönüştürücünün denetim blok diyagramı Şekil 6.2. Farklı DA bara gerilim değerlerinde denetim yapıının tepkii... 79

15 xv Şekil Sayfa Şekil 6.3. Şebeke tarafı dönüştürücünün bir faz giriş akım eğrii ve harmonik analizi a) Denetim algoritmaı çalıştırılmadan önce b) Denetim algoritmaı çalıştırıldıktan onra Şekil 6.4. Denetim algoritmaı çalıştırılmadan önce güç elektroniği yapıı Şekil 6.5. Denetim algoritmaı çalıştırılmadan önce DA hat gerilimi, tek faz için akım dalga şekli ve akımın THD grafiği Şekil 6.6. Denetim algoritmaı çalıştırıldıktan onra güç elektroniği yapıı Şekil 6.7. Denetim algoritmaı çalıştırıldıktan onra DA hat gerilimi, tek faz için akım dalga şekli ve akımın THD grafiği Şekil 6.8. PLL blok diyagramı Şekil 6.9. Üç faz PLL yapıının blok diyagramı Şekil Üç faz PLL yapıının doğruallaştırılmış modeli Şekil Üç faz PLL yapıının farklı önüm katayıı ve doğal frekan değerleri için açıal poziyon benzetim onuçları a) ζ= 0,707, ω n =628 rad/n b) ζ= 1,870, ω n =1570 rad/n c) ζ= 3,535, ω n =1570 rad/n Şekil Senkronizayon için hazırlanan denetim algoritmaının blok diyagramı Şekil Üç fazlı ve iki fazlı gerilim inyalleri ve vektörel büyüklükleri Şekil İki fazlı inüoidal ve abit genlikli gerilim inyalleri ve vektörleri Şekil Denetim itemi yazılımının blok diyagramı Şekil Senkronizayon üreince şebeke ve generatör gerilimlerinin d-q bileşenlerinin değişimi Şekil Senkronizayon üreince şebeke ve generatör bir faz gerilim eğrileri Şekil Senkronizayon üreince şebeke ve generatör bir faz gerilim eğrileri ile bir faz için rotor akımı... 98

16 xvi Şekil Sayfa Şekil Farklı rüzgâr hızlarında şebeke gerilimi, generatör gerilimi ve rotor akımı a) n r =1050 d/d, f r =15 Hz b) n r =1200 d/d, f r =10 Hz c) n r =1350 d/d, f r =5 Hz Şekil PI denetleyici kullanılarak ÇBAG nin aktif-reaktif güç denetimi için hazırlanan algoritmanın blok diyagramı Şekil Hazırlanan yazılımın blok diyagramı Şekil PI denetleyici kullanılarak gerçekleştirilen referan ve üretilen aktif güç eğrileri Şekil PI denetleyici kullanılarak gerçekleştirilen referan ve üretilen reaktif güç eğrileri Şekil ÇBAG nin bir faz gerilim ve akım eğrileri ile birlikte şebekeye aktardıkları bir faz için aktif ve reaktif güç değerlerini göteren ekran görüntüleri Şekil ÇBAG nin farklı hız değerlerinde şebekeye aktarılan zamana bağlı olan aktif güç eğrii Şekil ÇBAG nin farklı hız değerlerinde reaktif güç ve güç katayıının zamana göre değişimi Şekil Bulanık mantık denetleyici blok diyagramı Şekil Hata (e), hatanın değişimi (Δe) ve çıkış (Δu) için üyelik fonkiyonları Şekil Çıkış ölçeklendirme katayıı kendinden ayarlamalı bulanık mantık denetleyici blok diyagramı Şekil α değeri için üyelik fonkiyonları Şekil Hazırlanan yazılımın blok diyagramı Şekil Bulanık mantık denetleyici kullanılarak gerçekleştirilen referan ve üretilen aktif güç eğrileri (benzetim)

17 xvii Şekil Sayfa Şekil Çıkış ölçeklendirme katayıı kendinden ayarlamalı bulanık mantık denetleyici kullanılarak gerçekleştirilen referan ve üretilen aktif güç eğrileri (benzetim) Şekil Bulanık mantık denetleyici kullanılarak gerçekleştirilen referan ve üretilen aktif güç eğrileri (deneyel) Şekil Çıkış ölçeklendirme katayıı kendinden ayarlamalı bulanık mantık denetleyici kullanılarak gerçekleştirilen referan ve üretilen aktif güç eğrileri (deneyel)

18 xviii RESİMLERİN LİSTESİ Reim Sayfa Reim 5.1. Deneyel kurulumun genel görünümü Reim 5.2. Oluşturulan mekanikel yapının görünümü Reim 5.3. Taarlanan LC filtre ve şok bobini Reim 5.4. Taarlanan gerilim ve akım ölçme kartlarının görünümü Reim 5.5. Üç faz için tritör ürme devreinin görünümü... 73

19 xix SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış bazı imgeler ve kıaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda unulmuştur. Simgeler Açıklama E k m V r P r P t P m Havanın kinetik enerjii (Nm) Havanın kütleel debii (kg/) Rüzgâr hızı (m/) Rotor gücü (Watt) Türbinden elde edilen güç (Watt) Mekanikel güç (Watt) S Rüzgârın türbin kanatlarına yaptığı baınç (kgm/ 2 ) C p ω m ω 1 ω 2 f 1 f 2 P max max E 1 E 2 I I r V V r R R r L l L rl Türbin verimi Mekanikel hızın frekan değeri (rad/n) Stator hızının frekan değeri (rad/n) Rotor hızının frekan değeri (rad/n) Stator geriliminin frekanı (Hz) Rotor geriliminin frekanı (Hz) Şebekeye aktarılan makimum güç (Watt) Makimum kayma değeri Statorda endüklenen elektromotor kuvvet (Volt) Rotorda endüklenen elektromotor kuvvet (Volt) Stator akımı (Amper) Rotor akımı (Amper) Stator gerilimi (Volt) Rotor gerilimi (Volt) Stator argı direnci (Ohm) Rotor argı direnci (Ohm) Stator argıının kaçak endüktanı (Henry) Rotor argıının kaçak endüktanı (Henry)

20 xx Simgeler Açıklama L m P Q δ P r P T ψ ψ r ψ m v d, v q v rd, v rq i d, i q i rd, i rq λ d, λ q λ rd, λ rq ω, ω r μ L f C f L k p k i θ ş θ r θ lip Stator ve rotor araındaki ortak endüktan (Henry) Stator aktif gücü (Watt) Stator reaktif gücü (VAR) Stator gerilim vektörü ile tator emk vektörünün etkin değerleri araındaki açı Rotor aktif gücü (Watt) Toplam aktif güç (Watt) Stator akı vektörü (Wb/tur) Rotor akı vektörü (Wb/tur) Mıknatılanma akı vektörü (Wb/tur) Stator geriliminin d-q bileşenleri, (Volt) Rotor geriliminin d-q bileşenleri, (Volt) Stator akımın d-q bileşenleri, (Amper) Rotor akımın d-q bileşenleri, (Amper) Stator akıının d-q bileşenleri, (Wb-tur) Rotor akıının d-q bileşenleri, (Wb-tur) Stator ve rotor döner alan hızları, (rad/) Bulanık mantık üyelik derecei LC filtrenin endüktan değeri (Henry) LC filtrenin kapaitan değeri (Farad) Şok bobinin endüktan değeri (Henry) PI denetleyicinin oranal katayıı PI denetleyicinin integral katayıı Şebeke gerilim inyalinin açıal poziyonu Rotorun açıal poziyonu Rotor akım inyalinin açıal poziyonu

21 xxi Kıaltmalar Açıklama ADC ASSG ASM BMD ÇBAG DMSG DA DGM DSP emk IEEE IGBT KABMD LSC MSC PWM PLL PFC PI RSAG SKAG THD VCO Analog-ayıal dönüştürücü Alan argılı enkron generatör Aenkron motor Bulanık mantık denetleyici Çift belemeli aenkron generatör Daimi mıknatılı enkron generatör Doğru akım Darbe genişlik modülayon Digital Signal Proceor (Sayıal işaret işleyici) Elektromotor kuvvet Intitute of Electrical and Electronic Engineer (Elektrik ve Elektronik Mühendileri Entitüü) Inulated gate bipolar tranitor Kendinden ayarlamalı bulanık bantık denetleyici Line ide converter (Şebeke Tarafı Dönüştürücü) Machine ide converter (Makine tarafı dönüştürücü) Pule width modulation (Darbe genişlik modülayon) Phae Locked Loop (Faz kilitli döngü) Power factor correction (Güç katayıı düzeltme) Proportional-Integral (Oranal-İntegral) Rotoru argılı aenkron generatör Sincap kafeli aenkron generatör Total harmonic ditortion (Toplam harmonik bozulumu) Gerilim kontrollü oilatör

22 1 1. GİRİŞ Dünyadaki enerji krizi ve enerji fiyatlarındaki yükelme, mevcut enerji kaynaklarına alternatif kaynaklar araştırmayı ve geliştirmeyi zorunlu bir hale getirmiştir. Özellikle çevre kirliliği ile ilgili problemler ve foil yakıtların kıa bir üre onra tükenecek olmaının verdiği endişe inanları yenilenebilir enerji kaynaklarına yönlendirmektedir. Yenilenebilir enerji kaynakları ürekliliği olan ve hiç bitmeyecekleri varayılan kaynaklar olarak tanımlanmaktadır. Dünyanın artan enerji ihtiyacının temiz, ekonomik ve güvenli bir biçimde karşılanabilmei için yapılan çalışmalar neticeinde yenilenebilir enerji kaynaklarının önemi artmıştır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan rüzgâr enerjii diğer enerji kaynakları ile karşılaştırıldığında; temiz, ham madde ve ulaştırma marafı olmayan doğrudan doğadaki rüzgâr kullanılarak üretilen bir enerjidir. Ayrıca rüzgâr türbinin işletmeye alınmaı, inşaatın başlamaından ticari üretime geçişine kadar, üç ay gibi kıa bir ürede gerçekleşebilmektedir. İtenildiğinde kıa bir üre içinde ökülüp başka bir yere orunuz olarak parçalar halinde taşınabilmektedir. Ömrünü tamamlamış rüzgâr türbinlerinin öküm maliyetleri de yoktur. Çünkü ökülen türbinlerin hurda değeri öküm maliyetlerini kolayca karşılamaktadır. Rüzgâr türbin teknolojiindeki bu gelişmeler, elektrik enerjii üretiminde kullanılan rüzgâr türbinlerinin kurulu güçlerinin yükelmeine ve bu ayede birim enerji maliyetinin de düşmeini ağlamaktadır. Bunun onucu olarak, rüzgâr türbinlerinin elektrik enerjii üretimindeki payı gün geçtikçe artmaktadır. Örneğin; şebeke bağlantıının zor veya mümkün olmadığı köyler, gemiler, baz itayonları vb. gibi merkezlerin elektrik enerjiini karşılamak üzere lokal olarak çalışan generatörlere ihtiyaç duyulmaktadır. Önceleri bu merkezlerin elektrik enerjii ihtiyaçları dizel motor ile ürülen enkron generatör uygulamaları ile karşılana da on yıllarda yaşanan teknolojik gelişmelere paralel olarak rüzgâr türbini ile ürülen generatör uygulamaları bu merkezlerin elektrik enerjii ihtiyaçlarını karşılamada ön plana çıkmıştır. Rüzgâr türbinleri, rüzgâr hızı ea alındığında, çalışma prenibine göre abit hızlı ve değişken hızlı olmak üzere iki gruba ayrılmaktadır. Sabit hızlı rüzgâr türbinleri rüzgâr hızının ürekli olarak belirli aralıkta (±% 1) olduğu yerlerde kullanılmakta ve

23 2 doğrudan şebekeye bağlanmaktadır. Değişken hızlı rüzgâr türbinleri ie rüzgâr hızının değişken olduğu (±% 30) yerler için uygundur ve bir şebeke arayüzü yardımıyla şebekeye bağlanmaktadır. Günümüzde kullanılan rüzgâr türbinleri çoğunlukla değişken hızlı olarak üretilmektedir. Çünkü rüzgârın ahip olduğu kinetik enerji abit değildir ve rüzgârın ahip olduğu bu değişken enerjinin makimum düzeyde çıkışa aktarılabilmei için değişken hızlı rüzgâr türbinleri kullanılmaktadır. Değişken hızlı rüzgâr türbinlerinde kullanılan generatör türlerinden biri olan Çift Belemeli Aenkron Generatör (ÇBAG), enkron hızın ±%30 hız aralığında çalışabilme ve kullanılan güç elektroniği dönüştürücü gücünün, generatör gücünün %30 oranında olmaı gibi avantajlarından dolayı on yıllarda yaygın olarak kullanılmaktadır. ÇBAG tator ve rotor olmak üzere birbirinden elektrikel olarak yalıtılmış iki farklı argıdan meydana gelmektedir. ÇBAG nin tator argıları şebekeye doğrudan bağlanırken rotor argıları, çift yönlü akım akışının olabildiği gerilim kaynaklı iki eviriciden meydana gelmiş güç elektroniği dönüştürücüü üzerinden şebekeye bağlanmaktadır. Rotor tarafındaki evirici, tatorun aktif ve reaktif gücünü denetlemekte ve generatörün ihtiyacı olan reaktif gücü ağlamaktadır. Şebeke tarafındaki evirici ie, DA bara gerilimini abit tutmaktadır. Rüzgâr türbini ile ürülen ÇBAG uygulamaları özellikle on yıllarda literatürde oldukça geniş bir yer tutmaktadır. Yapılan çalışmaların bir bölümünde ÇBAG nin modeli çıkartılarak farklı denetim yapıları unulurken, bazı çalışmalarda ÇBAG nin enörüz denetimi üzerinde durulmuştur. Şebeke bağlantılı ve şebeke bağlantıız olarak gerçekleştirilen bu çalışmaların büyük bir kımı benzetim tabanlı olarak gerçekleştirilirken bazı çalışmaların da uygulamalı olarak gerçekleştirildiği görülmüştür. Aşağıda unulan literatür taramaında şimdiye kadar yapılan bazı çalışmalar kıaca özetlenerek avantaj ve dezavantajları belirtilmiştir. Daha onra incelenen bu çalışmalarda görülen ekiklikler belirlenerek çözüm önerileri unulmuştur. Iwanki ve diğerlerinin gerçekleştirdiği çalışmada, şebeke bağlantıız çalışan ÇBAG için enörüz yeni bir denetim tekniği unularak uygulamaı gerçekleştirilmektedir. Sunulan bu denetim tekniği yardımıyla tator terminal geriliminin büyüklüğü ve

24 3 frekanı, rotor akımı denetlenerek abit tutulmaktadır. Doğrudan gerilim denetim tekniği kullanılan çalışmada, poziyon enörüne ihtiyaç duyulmamaı, enör arızalarından kaynaklanan hataları da önlemektedir. Fakat poziyon bilgiinin doğru tahmin edilebilmei için ilave algoritmalara ihtiyaç duyulmaı bir dezavantaj olarak görülmektedir [1]. Arbi ve diğerlerinin yaptığı çalışmada ÇBAG nin doğrudan anal tork denetimi ve rotor akı denetimi birlikte gerçekleştirilerek, şebeke bağlantıı için yeni bir denetim yapıı unulmaktadır. Bu denetim yapıında, PI denetim kullanılmayarak generatör parametrelerinden bağımız bir denetim ağlandığı öne ürülmektedir. Ayrıca gerçekleştirilen denetim yapıında adece şebeke gerilimi, rotor akımı ve rotor poziyonu ölçülmektedir. Ancak, denetim algoritmaının FPGA tabanlı olmaı ölçülen değerler için ayrı bir ADC kartı kullanılmaını gerektirmektedir [2]. Dat ve diğerlerinin gerçekleştirdiği çalışmada, ÇBAG için yükek performanlı ve kıa ürede gerçekleştirilebilecek abit ve değişken hızlarda kullanılabilen iki farklı denetim tekniği unulmaktadır. Hiteriiz denetim tekniği, vektör denetim tekniği ile karşılaştırıldığında daha yumuşak şekilde şebekeye paralel bağlandığı ifade edilmektedir. Denetim algoritmaı Matlab&Simulik ortamında hazırlanırken, deney düzeneğinin denetimi Dpace DS1104 kartı yardımıyla gerçekleştirilmektedir [3]. Li ve diğerlerinin hazırladığı çalışmada, ÇBAG nin tator-akı-döner düzlemindeki karakteritik çalışmaı incelenmiştir. Çalışmada, gelenekel yaklaşımlar karşılaştırıldıktan onra; (1) ÇBAG nin d-q referan düzleminde kararlı durum modeli, (2) tator-akı-döner düzleminde d-q denetim tekniği ile benzetim tabanlı karakteritik çalışmaı, (3) nümerik yaklaşım tekniği ile tator ve rotor devrelerinin enerji akış benzetimleri yapılmaktadır [4]. Chowdury ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, değişken rüzgâr hızlarında ürülen ÇBAG için vektör denetim yönteminin kullanımı açıklanmaktadır. Laboratuvar ortamında kurulan deney düzeneğinde rotor tarafı güç elektroniği dönüştürücü yapıı, tator-akı-yönlendirme tekniği ile denetlenirken, şebeke tarafı güç elektroniği dönüştürücü yapıı, vektör denetim tekniği ile denetlenmiştir. Yapılan deneyler

25 4 onucunda önerilen itemin birim güç faktöründe çalışma ağladığı böylece verimli bir şekilde rüzgâr enerjiinin elektrik enerjiine dönüştürüldüğü ifade edilmektedir. Ancak yapılan çalışmada şebekeye gönderilen akım harmoniklerinin incelenmemei ve bu harmonik düzeylerinin belirizliği item veriminin tam olarak heaplanamadığını götermektedir [5]. Babu ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG nin rüzgâr türbin itemlerindeki performanı üzerine bir çalışma unulmaktadır. Bunun için, ÇBAG nin kararlı ve geçici durum modelleri analitik olarak geliştirilerek, ÇBAG nin Matlab-Simulink ortamında benzetimi yapılmaktadır. Bunun yanında, vektör denetim tekniği yardımıyla generatörün aktif ve reaktif güç denetimi gerçekleştirilerek ÇBAG nin geçici ve kararlı durum performanları incelenmektedir [6]. Fadaeinedjad ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, üç benzetim programı TurbSim, FAST ve Simulink kullanılarak bir rüzgâr türbini; rüzgâr, mekanikel ve elektrikel olarak modellenerek denetimi gerçekleştirilmiştir. Çalışmada, benzetim onuçlarına göre üç değişik parametrenin rüzgâr türbininin çalışmaını doğrudan etkilediği ileri ürülmüştür. Örnek olarak, elektrikel bir bozukluğun yükek rüzgâr hızlarında türbin kuleinde titreşimlere ebep olduğu belirtilmektedir. Yapılan çalışma yardımıyla elektrikel ve mekanikel modellemeler birlikte ele alınarak bunların rüzgâr türbini üzerindeki etkileri bütün olarak değerlendirilmektedir [7]. Shahnia ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG nin PSCAD/EMTDC tabanlı benzetimi vektör denetim tekniği kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Dinamik rüzgâr değişimleri ve ÇBAG nin şebeke bağlantıı için gerekli olan oft-tarter yapıının hazırlanan benzetim çalışmaına eklendiği görülmektedir. Çalışmada, dinamik rüzgâr değişimlerinde ÇBAG nin makimum güç noktaını takip ettiği ve şebekeye yumuşak bir bağlantı yapıldığı belirtilmektedir. Ayrıca hazırlanan denetim yapıı yardımıyla (1) harmoniklerin yok edilerek enerji kaliteinin iyileştirildiği, (2) güç faktörünün düzeltilerek reaktif güç denetiminin gerçekleştirildiği ifade edilmektedir. Ancak yapılan çalışma benzetim tabanlı olduğu için, önerilen denetim yönteminin başarıı gerçek bir itemde tet edilememiştir [8].

26 5 Soen ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG li rüzgâr türbin iteminin elektrikel ve mekanikel olarak kapamlı bir modeli çıkartılarak benzetimi gerçekleştirilmektedir. Yapılan çalışma onucunda elde edilen eşitlikler yardımıyla birçok programlama dilinde itemin benzetiminin gerçekleştirilmeinin mümkün olduğu ifade edilmektedir [9]. Wang ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG için ütel yaklaşım kuralları altında kayma-kipli değişken yapılı denetleyici unularak benzetimi gerçekleştirilmiştir. Sunulan yeni denetim tekniği PI denetleyici ile karşılaştırıldığında, ÇBAG nin dinamik performanının arttırıldığı ve yük momentindeki alınımların etkiinin azaltıldığı öylenmektedir. Ayrıca bait taarım üreci, unulan yeni denetim yapıının avantajı olarak ifade edilmektedir. Ancak yapılan çalışmanın benzetim tabanlı olmaı önerilen denetim yapıının uygulanabilirliği hakkında bilgi vermemektedir [10]. Johi ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, rüzgâr türbinlerinin şebekeye paralel bağlanmaı için yeni bir denetleyici yapıı unulmaktadır. Bu denetleyici yapıı yardımıyla, arıza akımları ınırlandırıldığı gibi gerilim dengeizliği de ortadan kaldırıldığı benzetim onuçlarında ifade edilmektedir. Sonuç olarak unulan bu yeni denetin yapıının ÇBAG veya incap kafeli aenkron generatörlerin şebekeye paralel bağlanmaı için kullanışlı bir yöntem olduğu belirtilmektedir. Deneyel çalışma onuçlarına yer verilmeyen bu çalışmada, önerilen denetim yapıı başarıının gerçek bir itemde tet edilememei bir ekiklik olarak görülmektedir [11]. Hughe ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG güç item dengeleyicii (GSD) olarak kullanılmaktadır. Bu GSD nin ÇBAG kullanılan rüzgâr tarlalarında şebeke önümlemeine önemli miktarda katkı ağladığı belirtilmektedir. Yapılan Eigen değer analizleri ve zaman-cevap benzetim çalışmaları onucunda geliştirilen GSD nin şebekenin dinamik ve geçici performanlarına önemli miktarda katkıı olduğu ifade edilmektedir [12]. Hokkanen ve diğerlerinin yaptığı kıa tarama çalışmaında, ÇBAG nin genel benzetim modeli verilerek, değişken hızlı rüzgâr türbinleri üzerindeki rüzgâr gücü ve

27 6 şebeke bağlantıının etkii incelenmektedir. Aynı zamanda, rüzgâr türbinleri için; atmoferik altyapı, akışkan dinamiği ve olaılıkal model gibi değerlendirmeler de bu çalışmada incelenmektedir [13]. Li ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, modern bir değişken hızlı rüzgâr enerji dönüşüm iteminde kullanılan ÇBAG nin geçici ve kararlı durum karakteritiği incelenmektedir. Geçici ve kararlı durum benzetim modeli PSpice yardımıyla gerçekleştirilerek, ÇBAG nin tork-hız ve aktif-reaktif güç-hız karakteritiği incelenmiştir [14]. Jeong ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, değişken rüzgâr türbin itemlerinde kullanılan ÇBAG için farklı denetleyici yapıları unulmaktadır. Aktif ve reaktif güçlerin denetlenmei için düzenlenmiş doğrudan güç denetimi ve kayma-kipli denetimle birlikte uzay vektör modülayonu kullanılarak yeni bir denetim modeli unulmaktadır. Kayma-kipli denetim modeli, düzenlenmiş doğrudan güç denetim modeli kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Böylece gelenekel alan yönlendirme denetim tekniğinde kullanılan düzlem dönüştürme ve akım denetleyicileri kullanılmadan bir güç denetleyicii elde edildiği belirtilmiştir [15]. Davijani ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG nin dinamik modeli unularak, uzay vektör darbe genişlik modülayon tekniği ile ürülen evirici yapıı ile birlikte benzetimi gerçekleştirilmiştir. Benzetim PSCAD/EMTDC programı yardımıyla hazırlanmıştır. ÇBAG nin şebekeye bağlantı anındaki dinamik tepkii ile normal olmayan durumlardaki (kıa devre) tepkii incelenerek unulmuştur [16]. Janen ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG kullanılan rüzgâr türbin itemlerinin aktif güç denetim teknikleri karşılaştırılmıştır. Literatürde çok ayıda aktif güç denetim tekniği bulunmaına karşın bu çalışmada yükek ve düşük rüzgâr hızlarında, kanat açıı kontrolü yardımıyla aktif gücün denetimi en iyi yöntem olarak önerilmiştir [17]. Ko ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG lerde gerilim ayarlamaı için yeni bir reaktif güç denetim tekniği unulmuştur. Ayrıca gerçekleştirilen denetim yapıı

28 7 yardımıyla uzak noktalardan iteme müdahale edilerek çalışma durumu ve ınır değerler değiştirilebilmiştir. Detaylı bir model unulmaı bu çalışmayı önemli kılmaktadır. Geliştirilen gerilim denetim yapıının yararlı ve diğer denetim yapıları ile karşılaştırıldığında maliyet veriminin yükek olduğu açıklanmaktadır [18]. Touraki ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG kullanılan rüzgâr enerji üretiminin enterkonnekte itemde alınım önümlemei üzerindeki etkii incelenmiştir. Çalışmada, ÇBAG için genel yaklaşımın alınım önümlemeini arttırdığı öne ürülmüş, fakat farklı denetim yapıları kullanılarak bu etkinin azaltılabildiği de ifade edilmiştir. Sonuç olarak bu çalışmada ÇBAG nin güç item dengeleyicii olarak etkii incelenerek avantaj ve dezavantajları belirtilmiştir [19]. Arbi ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, büyük çaplı şebekelerde yaşanan gerilim düşmei anında, değişken hızlı rüzgâr türbin itemlerinde kullanılan ÇBAG nin analizi gerçekleştirilerek çözüm önerileri unulmaktadır. Çalışmada arıza durumunda türbinin şebekeye bağlı kalmaı ağlanarak, şebekeye reaktif enerji gönderilerek yeni bir şebeke gerekinim kodu oluşturulmaya çalışılmıştır. Rüzgâr türbininin güç-hız karakteritiğinin dört farklı çalışma bölgeinde benzetim çalışmaları yapılmış ve çalışmada unulan çözüm öneriinin verimli olduğu ileri ürülmüştür [20]. Hofmann ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, kanat açıı denetimli ÇBAG tabanlı 600 kva gücündeki rüzgâr türbin itemi incelenmiştir. Yeni bir denetim yapıı ve bazı özel teknikler kullanılarak enerji kalitei iyileştirilmeye çalışılmıştır. Deneyel onuçlara göre, modern büyük güçlü bir rüzgâr türbin iteminin temel ihtiyaçları doğrultuunda yapılan iyileştirme çalışmaının başarılı olduğu belirtilmektedir [21]. Poitier ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, değişken rüzgâr türbin itemlerinde kullanılan ÇBAG incelenmiştir. d-q referan düzlemine göre ÇBAG nin matematikel modeli çıkartılarak benzetimi gerçekleştirilmiştir. ÇBAG nin tator devreinden şebekeye doğru olan güç akışının denetimi PI ve RST gibi iki farklı denetim yapıı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Her iki denetim tekniğinin performanları; referan güç değerini izleme, ani hız değişimlerine tepkii gibi karşılaştırmalar yapılarak gözlemlenmiştir. Sonuç olarak ani hız değişimlerinde RST

29 8 denetim yapıının daha verimli olduğu, generatör parametrelerinde yaşanan değişimlere de RST nin daha dayanaklı olduğu belirtilmektedir. Ancak önerilen denetim yapıının, gerçek bir itemde tet edilememiş olmaı uygulanabilirliği hakkında bilgi vermemektedir [22]. Michalke ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG tabanlı rüzgâr tarlalarının denetimi ele alınmıştır. Büyük çaplı ÇBAG tabanlı rüzgâr tarlalarının, şebeke arızaı durumundaki tepkileri ve şebekeyi dengeleyici yöndeki etkileri incelenmiştir. Benzetim çalışmaı DıgSILENT yazılımda hazırlanarak rüzgâr tarlaının, iletim hattının ve güç iteminin bütün halinde modellenmei ağlanmıştır. Sunulan denetim tekniği yardımıyla ÇBAG li rüzgâr tarlalarının arıza durumunda güç itemini dengeleyici yönde çalıştıkları ileri ürülmektedir [23]. Hughe ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG nin güç itemini deteklemei için yeni bir denetim tekniği unulmuştur. Bu denetim tekniği yardımıyla, ÇBAG li rüzgâr tarlalarının, gelenekel enerji itayonlarına çalışma ve denetim olarak uygun olduğu ileri ürülmektedir. Ayrıca gerçekleştirilen çalışmanın; şebeke detekleyici, güç item kararlı kılıcı ve şebeke keintilerinde kıa üreli frekan deteği gibi yeteneklere de ahip olduğu belirtilmektedir [24]. Saidani ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, değişken rüzgâr hızlarında kullanılan ÇBAG için yeni bir denetim yapıı unulmuştur. Hazırlanan denetim yapıında rüzgâr türbininden makimum güç elde edilmeye çalışılmıştır. Geliştirilen makimum rüzgâr gücü çıkarım algoritmaı, değişken rüzgâr hızlarında, makimum rüzgâr türbin gücünü araştırarak bulan ve buna göre eviricileri denetleyen akıllı bir yapı olarak unulmaktadır. Matlab/Simulink ortamında yapılan benzetim çalışmaları onucunda, unulan denetim modelinin verimli olduğu ileri ürülmektedir [25]. Rüzgâr enerji itemlerinin performanı ağırlıklı olarak akım bilgiinin doğru olarak algılanmaına bağlıdır. Arızalanan akım enörlerinden biri item performanının düşmeine neden olmaktadır. Ayrıca, arıza tepit edilemez ve kıa ürede düzeltilemez ie ÇBAG nin şebekeden kopmaına neden olur. Arızanın etkiini azaltmak ve programlanmamış şebeke kopmalarını engellemek için, gerçek zamanlı

30 9 arıza tepiti ve bu durumda yeni bir denetim modeli geliştirmek gereklidir. Rothenhagen ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, akım enöründeki arızayı tepit eden ve denetim döngüünü bu yeni duruma uyarlayan bir denetim tekniği unulmuştur. Arızaız durumda, ölçülen değerler yardımıyla ÇBAG vektör denetim tekniği ile denetlenmektedir. Senör arızaı oluştuğunda, arızalı ölçüm noktaı tanaımnmakta ve denetim yapıı gözlemci çıkışını kullanarak kendini yeni duruma uyarlamaktadır. Yapılan benzetim çalışmaları onucunda, önerilen denetim yönteminin enör arızaları durumunda başarılı bulunduğu ileri ürülmektedir. Ancak unulan yöntemin gerçek bir itemde tet edilmemiş olmaı bir ekiklik olarak görülmektedir [26]. Karimi ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, FPGA tabanlı şebeke tarafı dönüştürücüde yaşanabilecek akım enörü arızalarına karşı yeni bir denetim tekniği unulmuştur. Akım enörü arıza tepiti, tahmin edici model yardımıyla gerçekleştirilmektedir. Çalışmada şebeke tarafı dönüştürücünün giriş akım harmonikleri üzerine herhangi bir çalışma yapılmadığı görülmektedir. Arıza öncei ve arıza onraı akım harmonik düzeylerinin çalışmada unulmamaı bir ekiklik olarak görülmektedir [27]. Wang ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, rüzgâr türbin itemlerinde kullanılan ÇBAG nin rotor tarafı evirici yapıı için yeni bir akım denetim yöntemi geliştirilmiştir. Önerilen denetim yöntemi, oranal denetim (P) ve şebeke frekanını ayarlamak için harmonik rezonan (R) ayarlayıcıından meydana gelmektedir. Taarlanan ve optimizayonu gerçekleştirilen PR denetleyici ile 1.5 MW gücünde ÇBAG li bir rüzgar türbininin, dengeiz şebeke koşullarında bir benzetim çalışmaı gerçekleştirilmiştir. Benzetim çalışmaı onuçlarından, geliştirilen denetim yapıının, geçerli bir item olduğu ifade edilmektedir. Ancak deneyel çalışmalar yapılmadığı için geliştirilen itemin başarıı benzetim çalışmaları ile ınırlı kalmaktadır [28]. Lara ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG nin şebeke keintileri ve şebeke deteği ıraında kararlı kılıcı olarak çalışmaı incelenmiştir. Ayrıca şebeke alınımlarını iyileştirebilmei için yeni bir denetim tratejii unulmuştur. Senkron ve rüzgâr tarlaı üretimine dayalı üç adet generatör ve şebeke modeli geliştirilmiş ve dinamik performanları incelenmiştir. Benzetim onuçları verilerek, unulan ÇBAG denetleyiciinin dinamik ve geçici durumlardaki performanları tartışılmıştır [29].

31 10 Zhi ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, rüzgâr türbin itemlerinde kullanılan ÇBAG için yeni bir doğrudan güç denetim tekniği unulmuştur. İhtiyaç duyulan rotor gerilimi, her zaman periyodunca aktif ve reaktif güç hataları ihmal edilerek, doğrudan tator akıı, rotor konum bilgii, aktif ve reaktif güç ve bunların hataları heaplanarak bulunmaktadır. Sitemin güç veya akım döngüü gerektirmediği, yapıının bait ve geçici durum performanının artırıldığı ifade edilmektedir. 2 MW gücündeki ÇBAG li itemin değişik aktif ve reaktif güç, generatör parametreleri ve rüzgâr hızına göre benzetimi gerçekleştirilerek performanı gözlemlenmiştir. Benzetim çalışmalarında tator ve rotor akımda harmonik bozulumların varlığı görülmektedir. Ancak çalışmada, akımlarda bulunan harmonikbozulumların büyüklükleri tandartlarda belirtilen limitler ile karşılaştırılmamıştır. [30]. Mahi ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, değişken rüzgâr türbin itemlerinde kullanılan ÇBAG için doğrudan tork denetim modeli unulmuştur. Doğrual olmayan durum-geri beleme denetim yapıı kullanılarak referan tork belirlenmiş ve böylece ÇBAG tarafından üretilen elektrik enerjii izleme hataları azaltıldığı ifade edilmektedir. Benzetim çalışmaı onuçlarına göre, geliştirilen denetim yapıı başarılı olarak unulmaktadır. Bu çalışmanında benzetim tabalı unulmaı önerilen denetim yapıının başarıını gerçek bir itemle doğrulamamaktadır [31]. Melicio ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, rüzgâr türbin itemlerinde kullanılan ÇBAG nin kararlı ve geçici durum analizleri yapılmıştır. Benzetim çalışmaları onucunda rüzgâr enerji üretiminde ÇBAG nin avantaj ve dezavantajları verilerek tartışılmıştır. [32]. Gallardo ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG için aktif rotor korumaı bulunan ve şebeke-rotor araı bağlantıı gerilim belemeli evirici yapıı ile ağlanan bir tet düzeneği gerçekleştirilmiştir. Şebeke ve rotor tarafı eviricilerin denetimi için vektör denetim tekniği kullanılan çalışmada, denetim kartı DSP ve FPGA den meydana gelmektedir. Ayrıca gerçekleştirilen itemin bilgiayardan izlenebilmei için gerçek zamanlı bir izleme yazılımı hazırlanmıştır. Bu yazılım yardımıyla ÇBAG ye ait parametreler izlenebilmiştir [33].

32 11 Xu ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, dengeiz şebeke koşullarında ÇBAG nin analizi gerçekleştirilerek, dengeiz şebeke koşullarında çalışmaya uygun denetleyici modeli geliştirilmiştir. ÇBAG nin modeli pozitif ve negatif enkron referan düzlemine göre unulmuştur. Stator aktif-reaktif gücünde ve generatör torkunda yaşanan değişimler gerilim ve akımın negatif bileşenleri tarafından tanımlanmıştır. Hazırlanan denetim modeli PSCAD/EMTDC programı yardımıyla 2-MW gücündeki bir rüzgâr enerji itemine uygulanarak benzetim onuçları incelenmiştir. Sonuç olarak, unulan ÇBAG denetim modeli yardımıyla şebeke dengeizliği üreince tator akımındaki dengeizlik azaltılarak, tork ve güçte yaşanan dalgalanmaların minimize edilmei avantaj olarak unulmaktadır. Ancak denetim modelinin gerçek bir iteme uygulanmamaı ve gerçek bir itemdeki etkii incelenmemei bir ekiklik olarak görülmektedir [34]. Ekanayake ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, rüzgâr türbin itemlerinde kullanımı yaygınlaşan ÇBAG nin dinamik modeli unularak denetimi ve koruma devreleri incelenmiştir. Dinamik modeli üzerinden benzetimi gerçekleştirilen ÇBAG nin rüzgâr tarlalarındaki ve değişik şebeke bozuklukları altındaki davranışları gözlemlenmiştir [35]. Değişken hız, abit frekana ahip rüzgâr enerji üretim itemlerinde oldukça yaygın kullanılan ÇBAG için vektör denetim algoritmaı kullanılmaı makimum rüzgâr enerjii kullanımı açıından iyi performanlar vermektedir. Gelenekel vektör denetim yapıı şebeke normal koşullarında olduğu ürece çok iyi onuçlar vermektedir. Ancak, şebeke bozulmaları oluştuğunda (şebeke gerilimi düşmei veya yükelmei, vb.) bu denetim yapıının performanı düşmekte ve rotor devrei aşırı akım çekmektedir. Bing ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, şebeke bozulmaları ıraında vektör denetim yapıının ekikliklerini giderebilecek iki farklı denetim yapıı geliştirilerek benzetimleri gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen denetim yapılarında rotor akımı, iç model denetim yöntemi kullanılarak otomatik olarak denetlenmektedir. Yapılan çalışmada, benzetim onuçlarına göre unulan denetim yapılarının şebeke bozukluğu ıraında iyi onuç verdiği ileri ürülmektedir [36].

33 12 Xu nun yaptığı bu çalışmada, dengeiz şebeke koşulları altında ÇBAG tabanlı rüzgâr enerji üretim itemlerinin çalışmaı ve denetimi incelenmiştir. ÇBAG itemlerinin dengeiz şebeke gerilimi altında davranışı analiz edilmiş ve çeşitli denetim teknikleri unularak tartışılmıştır. Ana denetleyici içeriine yeni bir rotor akım denetim yapıı yerleştirilmiş ve böylece yardımcı bir denetleyici geliştirilmiştir. Geliştirilen denetleyicinin PCAD yazılımı kullanılarak benzetimi gerçekleştirilmiştir. Benzetim onuçları, geliştirilen denetleyici yapıının dengeiz şebeke koşulları altında başarılı olduğunu götermektedir [37]. Marque ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG nin rotor konum bilgiinin algılanmaı için bait bir poziyon enörüz çalışma unulmuştur. Bu çalışmanın ana konuu; rotor akımının güncel ve tahmin edilen büyüklüklerinin rotor referan düzlemine göre karşılaştırılmaı olarak açıklanmıştır. MRAS yöntemine benzeyen bu yöntemde PI yerine hiterii denetleyici kullanılmaktadır. Böylece, denetleyici için parametre belirlenmeine gerek kalmadığı ifade edilmektedir [38]. Schmidt ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG için alan yönlendirmeli akım vektör denetim yapıı unulmuştur. Şebeke tarafı evirici yapıı birim güç faktöründe ve inüoidal biçimli hat akımı ağlamaktadır. Rotor tarafı evirici yapıının denetimi onucunda tator akımı birim güç faktöründe olmakta ve inüoidal biçimli bir akım şebekeye enjekte edilmektedir. Böylece, enerji kaliteini bozmadan bir denetim ağlandığı bu denetim yapıı yardımıyla tator akımındaki dalgalanmaların azaltıldığı benzetim onuçları ile açıklanmaktadır [39]. Davijani ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG için bulanık mantık tabanlı bir denetleyici yapıı unulmuştur. Rotor tarafı evirici yapıı bulanık mantık denetleyici yapıı ile denetlenerek aktif güç denetimi ile birlikte rüzgâr türbininin gerilim regülayonu yapılmıştır. Benzetim çalışmaları PCAD/EMTDC ve Matlab programları kullanılarak hazırlanmıştır. Sitemin benzetimi PCAD yardımıyla hazırlanırken bulanık mantık denetleyici yapıı Matlab programında hazırlanmıştır. Benzetim onuçlarına göre geliştirilen denetleyici performanının yükek olduğu ifade edilmektedir [40].

34 13 Khalik ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG nin şebekeye paralel bağlanmaı için yeni bir enkronizayon algoritmaı PCAD/EMTDC yazılımı yardımıyla hazırlanarak unulmaktadır. ÇBAG nin değişken rüzgâr hızlarındaki denetimi tator akı yönlendirmeli vektör denetim tekniği kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Generatör uyartım akımının büyüklüğü denetlenerek tatorda üretilen gerilimin şebeke gerilimine eşitlenmei ağlanmaktadır. Şebeke ve generatör faz açılarının eşitliği için ie faz kilitli döngü kullanılmaktadır [41]. Chandraena ve diğerlerinin yaptığı bu çalışmada, ÇBAG nin şebeke tarafı evirici yapıı için yeni bir denetleyici yapıı unulmuştur. Geliştirilen denetleyicinin PCAD/EMTDC yazılımı yardımıyla benzetimi gerçekleştirilerek denetleyici performanı gözlenmiştir. Ancak şebeke tarafı güç elektroniği dönüştürücü yapıının denetimi ıraında şebekeden çekilen akım harmoniklerinin analizi gerçekleştirilmemei bir ekiklik olarak görülmektedir [42]. Tremblay ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG li rüzgâr türbin iteminin FACTS içeriindeki yeteneği unulmaktadır Benzetim modeli hazırlanan itemde, şebeke tarafı dönüştürücü yapıı paralel aktif filtre olarak kullanılmaktadır. Böylece şebeke tarafı dönüştürücü, güç katayıının düzeltilmei ve harmonik düzenleyici olarak çalışmaı ağlanmaktadır. Şebeke tarafı dönüştürücü yapıının denetimi için vektör denetim tekniği kullanılmaktadır. Benzetim onuçlarına göre, şebeke tarafı dönüştürücü yapıının aktif filtre olarak kullanılmaı ile harmonik bileşenlerin azaltıldığı ve güç katayıının birim değere yaklaştırıldığı ifade edilmektedir [43]. Hu ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, dengeiz şebeke koşullarında ÇBAG için yeni bir denetim yapıı unulmaktadır. Şebeke ve rotor tarafı evirici yapılarının denetimi dengeiz şebeke koşullarında düzenli olarak denetlenmiştir. Dengeiz beleme gerilimi altında rotor tarafı evirici yapıı denetlenerek torkta yaşanabilecek alınımlar önlenmiştir. Stator devreinden alınan aktif güçte yaşanabilecek dalgalanmalar ie şebeke tarafı evirici yapıının denetlenmeiyle engellenmiştir. Şebeke ve rotor tarafı evirici yapıının denetlenmeinde oranal integral denetim (PI) ve rezonan (R) denetim tekniği birlikte kullanılmıştır. Benzetim çalışmaı 1.5 MW gücündeki bir

35 14 ÇBAG itemi üzerinde tet edilirken deneyel çalışma 1.5 kw gücündeki bir ÇBAG üzerinde tet edilmektedir [44]. Francoi ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG li rüzgâr türbin itemlerinde düşük gerilim ve yükek rotor akımı ıraında evirici yapılarını korumak amacıyla rotor tarafı korumaı olarak bilinen Crowbar korumaı geliştirilmiştir. Ayrıca bait bir mıknatılanmayı giderici yöntem kullanılarak geçici akım dalgalanmaları azaltılmıştır. Geliştirilen Crowbar korumaı yardımıyla aşırı rotor akımında, rotor argıları kıa devre edilerek evirici yapıı rotordan ayrılmıştır. Bu ayede eviricilerin zarar görmei önlenmektedir [45]. Gagnon ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, rüzgâr türbini ile ürülen ÇBAG nin modeli ve gerçek zamanlı benzetimi gerçekleştirilerek unulmuştur. Benzetim Matlab/Simulink/SimPowerSytem yazılımı kullanılarak hazırlanmıştır. Simulink Real-Time Workhop yazılımı yardımıyla kodlar üretilerek Hyperim ayıal gerçekzamanlı imülatöre gönderilerek itemin gerçek zamanlı benzetimi yapılmıştır [46]. Babypriya ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG kullanılarak rüzgâr enerji dönüşüm iteminin kararlı durum analizi Matlab programı yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Benzetim analizleri çeşitli ÇBAG karakteritiklerine göre gerçekleştirilerek incelenmiştir [47]. Cardene ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, şebeke bağlantıız çalışan ÇBAG nin MRAS gözlemci kullanılarak enörüz denetimi gerçekleştirilmiştir. Deneyel olarak gerçekleştirilen vektör denetimli şebeke bağlantıız ÇBAG li item ile MRAS gözlemci analiz edilmiştir. Geliştirilen MRAS gözlemci tekniği burada adace şebeke bağlantıız uygulamaya yönelik ola da, ÇBAG li diğer itemlere de uygulanabilirliği belirtilmiştir. Geliştirilen enörüz denetim tekniği geçici ve kararlı durum altında deneyel olarak tet edilmiştir [48]. Salman ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, şebeke bağlantılı ÇBAG nin benzetim çalışmaı unulmuştur. Rotor ve şebeke tarafı eviricilerin ikii de inüoidal PWM tekniği ile ürülmüştür. Stator akı yönlendirmeli vektör denetim tekniği her iki

36 15 eviricinin denetiminde kullanılmıştır. Böylece bağımız olarak aktif ve reaktif güçler denetlenebilirken DA hat gerilimi abit tutulmuştur. Ayrıca vektör denetleyicilerin enkronizayonunu ayarlamak için denetim yapıına İç model denetim yaklaşımı eklenmiştir [49]. Shen ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG için faz kilitleme döngüü prenibinin eklendiği γ-δ düzlemini izleyici ayrıştırılmış P-Q denetim tabanlı yeni bir enörüz denetim modeli unulmuştur. Benzetim onuçları bu denetim modelinin ÇBAG li rüzgâr türbinlerine uygulanabilir olduğunu götermiştir [50]. Wegener ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, yaklaşık 30 kw gücündeki bir ÇBAG nin modifiye edilmemiş düşük maliyetli bir evirici ile naıl çalıştırılacağı unulmuştur. Generatörün tator argıları doğrudan şebekeye bağlanırken, rotor argıları iki adet tandart düşük maliyetli gerilim kaynaklı evirici yapııyla şebekeye bağlanmıştır. Tet laboratuvarında kurulan, deneyel düzenek itemin küçük güçlü rüzgâr türbin itemleri için düşük maliyetli bir çözüm olduğu ileri ürülmektedir [51]. Lara ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, şebeke arızaları durumunda ÇBAG rotor koruma devreinde yer alan dirençlerin taarımının değişik denetleyiciler altında en iyilenmei çalışmaı yapılmıştır. Rotor koruma devreinde yer alan dirençlerin değeri ÇBAG nin rotor akımını, reaktif çıkış gücünü ve elektrikel torkunu etkilediği görülmektedir. Burada benzetim çalışmaları gerçekleştirilerek en iyi rotor koruma direnç değeri eçimi gerçekleştirilmiştir [52]. Mouri ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, rüzgâr türbin itemlerinde kullanılan ÇBAG nin tator geriliminin izlenmei ve denetiminin en iyilenmei üzerine bir çalışma unulmuştur. Altı adet ÇBAG tabanlı rüzgâr türbin iteminin benzetimi gerçekleştirilerek kararlı durum ve ani yük değişimlerinde item performanı izlenmektedir. Benzetim onuçları, geliştirilen bu denetim yapıının STATCOM gibi FACTS cihazları üzerinde gerilim regülayonunu ve reaktif güç kompanzayonunu başarılı şekilde gerçekleştirdiği ileri ürülmektedir [53].

37 16 Iwanki ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, rotor tarafı güç elektroniği dönüştürücüünün denetimine faz kilitli döngü eklenerek ÇBAG nin şebekeye enkron olmaı ağlanmaktadır. ÇBAG. şebekeye paralel bağlanmadan önce, ÇBAG nin çıkış gerilimi otomatik olarak şebeke gerilimi ile enkron olacak şekilde enkron döner düzlemini takip etmektedir. Yapılan çalışmada enkron, enkron altı ve enkron ütü hız değerlerinde ÇBAG nin şebekeye paralel bağlanmaının mümkün olduğu ileri ürülmektedir. Ancak generatörün, şebeke ile paralel bağlanmaı anında akımda darbeler meydana geldiği yapılan uygulama onuçlarında görülmektedir [54]. Almeida ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG nin frekan ayarını ağlamaı için yeni bir denetim yapıı unulmuştur. Sunulan denetim yapıı, aktif güç denetim döngüüne, rotor akım denetleyici döngüü eklenmeiyle elde edilmiştir. Uygulama onuçlarına yer verilmeyen çalışmada benzetim onuçlarına göre geliştirilen denetim yapıının başarılı olduğu öne ürülmektedir [55]. Kayıkçı ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG için alternatif bir gerilim denetim tratejii unularak performanı karşılaştırılmıştır. Rotor ve şebeke tarafı güç elektroniği dönüştürücü yapılarının gerilim denetim yapıları incelenerek reaktif güç denetimi için farklı öneriler unulmuştur. Ayrıca DIgSILENT yazılımı kullanılarak itemin benzetimi gerçekleştirilmiş ve onuçlar verilmiştir. Bu çalışmada da uygulama onuçlarına yer verilmemei önerilen denetim tratejiinin uygulanabilirliği hakkında bilgi vermemektedir [56]. Morren ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG kullanılan rüzgâr türbin itemlerinde yaşanan şebeke keintileri ele alınmaktadır. Şebeke keintileri ıraında ÇBAG nin davranışları ele alınarak şebeke keintileri ıraında ortaya çıkan orunlar için çözüm önerileri unulmaktadır. Çözüm önerileri araında; aşırı rotor akımını ınırlayacak ve güç elektroniği dönüştürücü yapılarını koruyacak itemler yer almaktadır [57]. Mwinyiwiwa ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG nin P-Q denetiminin bağımız olarak yapılabilmei için, faz kilitli döngü kullanılmaktadır. ÇBAG nin P-Q

38 17 denetiminin gerçekleştirilebilmei için gerekli olan rotor konum bilgii, faz kilitli döngü yardımıyla elde edilerek rotor poziyonu ve hızı bulunmaktadır. Faz kilitli döngü, generatör parametrelerinden bağımız olduğu için geliştirilmeinin diğer denetim tekniklerine göre daha bait olduğu ileri ürülmektedir. Ancak yapılan benzetim ve uygulama onuçlarında unulan denetim tekniğinin güç kalitei üzerindeki etkii incelenmemiştir. Ayrıca üretilen aktif ve reaktif güç değerlerinde referan güç değerlerine göre alınım bulunmaktadır [58]. İkender ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, değişken hız (enkron altı ve enkron ütü şaft hızlarında), abit frekan ve abit gerilim altında çalışan rüzgâr türbini ile ürülen ÇBAG nin kararlı durum karakteritikleri incelenmiştir. Rüzgâr türbini ve ÇBAG nin matematikel modelleri zaman ekeninde ayrı ayrı elde edilmiştir. Sabit olmayan rüzgâr hızı ve item kııtlamaları düşünülerek, generatörden makimum toplam çıkış gücü elde etmek için bir bulanık mantık denetleyici taarlanmıştır. Ayrıca, benzetim çalışmaı onuçları ile laboratuvar ortamında hazırlanarak yapılan deneyel çalışma onuçları karşılaştırılmıştır. Çalışmanın onuçları, bulanık mantık denetim yöntemi kullanılarak rüzgâr türbinine bağlı bir ÇBAG den makimum çıkış gücü elde edilebileceği ileri ürülmüştür. Ancak gerçekleştirilen itemin güç elektroniği yapıında tritörlerin kullanılmaı ve rotor akımının harmonikli olmaı gerçekleştirilen itemin, güç kaliteini olumuz yönde etkilediği benzetim ve uygulama onuçlarında görülmektedir [59]. Yang ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG nin enörüz vektör denetimi için hız uyarlamalı akı gözlemci modeli unulmuştur. Gözlemci kazancı kararlılık analizine göre eçilmiştir ve doğruallaştırılmış kapalı döngü gözlemci modeli yardımıyla doğrulanmıştır. Uygulama onuçlarına yer verilmeyen çalışmada, benzetim onuçlarına göre, önerilen enörüz denetim yapıının kararlı ve geçici durum performanları gözlenmiş ve bu denetim yapıının kullanılabilirliği tet edilmiştir [60]. Shen ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, ÇBAG nin rotor konumu, faz kilitli döngü kullanılarak tepit edilmiştir. Böylece ÇBAG nin makimum güç noktaı takibi takometre, mutlak konum algılayıcıı veya anemometre kullanılmadan

39 18 gerçekleştirilmektedir. Faz kilitli döngünün, parametreden bağımız olmaı ve adece çalışma anındaki mıknatılanma endüktanının bilinmei gerekliliği itemin en büyük avantajı olarak unulmaktadır. Ancak yapılan benzetim ve uygulama onuçlarında unulan denetim tekniğinin güç kalitei üzerindeki etkii incelenmemiştir. Ayrıca üretilen aktif ve reaktif güç değerlerinde referan güç değerlerine göre alınım bulunmaktadır [61]. Margari ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, değişken rüzgâr türbin itemlerinde kullanılan ÇBAG nin temel çalışma karakteritiği Matlab/Simulink programı yardımıyla unulmaktadır. Ayrıca ÇBAG nin aerodinamik yapıının detaylı matematikel modeli çıkartılarak kararlı durum analizi de yapılmıştır [62]. Gaillard ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, değişken hızlı rüzgâr türbin itemlerinde kullanılan ÇBAG nin eşzamanlı olarak enerji üretimi ve harmonik düzenleyici olarak kullanılmaına yeni bir yaklaşım unulmaktadır. Yeni denetim yapıı yardımıyla ÇBAG nin aktif ve reaktif enerji üretmei ağlanmış ayrıca ÇBAG nin aktif filtre olarak kullanılmaı da çalışmada önerilmektedir [63]. Ling ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, gemi dizel motoru tarafından ürülen ÇBAG nin vektör denetim tekniği açıklanmıştır. Geliştirilen bu item yardımıyla şebeke bağlantıız yükler belenmektedir. Yük değişimlerine veya dizel motor hızındaki değişimlerden etkilenmeden çalışabilmei için tator akı yönlendirmeli vektör denetim yapıı kullanılmaktadır [64]. Tapia ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, rüzgârdan elde edilen gücün makimum elektrikel güce dönüştürülebilmei için ÇBAG li rüzgâr tarlalarında aktif güç regülayonu için iki denetim yapıı geliştirilmiştir. Benzetimi hazırlanan itemden elde edilen verilere göre geliştirilen denetim yapıı değişik bölgelerde çalışan gerçek rüzgâr türbinlerine uygulanarak etkinliği gözlemlenmiştir [65]. Babu ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, rüzgâr türbini ile ürülen ÇBAG nin şebekeden koptuğu andaki geçici durum davranışları incelenmektedir. Benzetim çalışmalarında generatör belirli bir hızda dönerken tator devrei şebekeden

40 19 ayrılmaktadır. Bu anda rotor devrei, rotor tarafı dönüştürücü yardımıyla kayma frekan gerilimi ile uyarılmış ve onuçlar gözlemlenmiştir [66]. Qiao ve diğerlerinin yaptığı çalışmada, değişken hızlı rüzgâr türbin itemlerinde kullanılan ÇBAG için makimum güç noktaını takip eden enörüz bir denetim modeli unulmaktadır. Bu denetim modelinde gau-radyal ağ fonkiyonu kullanılarak, rüzgâr hızının doğru şekilde tahmin edildiği öne ürülmektedir. Hazırlanan denetim modelinin benzetimi gerçekleştirilerek 3,6 MW gücündeki bir rüzgâr türbinine uygulanmaktadır. Benzetim çalışmalarında rüzgâr hızının, başarılı olarak tahmin edildiği görülmektedir. Ayrıca küçük ölçekli bir deneyel kurulum gerçekleştirilerek denetim modelinin etkiide gözlemlenmiştir. Benzetm çalışmalarının akine, deneyel çalışmalarda tahmin edilen hızda alınımlar meydana geldiği görülmektedir [67]. Literatür taramaı incelendiğinde, ÇBAG ile ilgili yapılan çalışmaların büyük çoğunluğunun benzetim tabanlı olduğu ve çalışmalarda önerilen denetim yapılarının uygulanabilirliğinin gerçek bir itemde tet edilmediği görülmektedir. Ayrıca ÇBAG nin denetimi için gerekli olan güç elektroniği yapılarının birlikte değil, ayrı ayrı ele alındığı yapılan literatür taramaında ortaya konulmuştur. Literatür taramaı onucunda konu ile ilgili görülen ekiklikler aşağıda unulmuştur. Literatürde şebeke tarafı güç elektroniği dönüştürücü yapıının denetimi ıraında şebekeden çekilen akım harmoniklerinin dikkate alınmadığı görülmüştür. Oya şebekeden çekilen akım harmoniklerinin ilgili tandartları (IEC , IEEE 1547) karşılama zorunluluğu bulunmaktadır. Yapılan çalışmalar incelendiğinde enkron altı hız değerlerinde şebeke tarafı güç elektroniği dönüştürücüü yerine kontrolüz doğrultucu kullanıldığı görülmektedir. Bunun onucu olarak şebeke tarafı dönüştürücünün şebekeden çekeceği akım harmonikleri tandartları karşılayamayacağı için enerji kaliteini olumuz yönde etkileyecektir. Bu durum literatürde tepit edilen ekikliklerden biridir. ÇBAG nin şebekeye enerji gönderebilmei için şebekeye paralel bağlanmaı gerekmektedir. Yapılan çalışmalar incelendiğinde paralel bağlanma işleminin

41 20 kullanıcılar tarafından manuel olarak yapıldığı ve paralel bağlanma ıraında akımda dalgalanmaların meydana geldiği görülmektedir. Ayrıca şebeke ile paralel bağlanmayı otomatik olarak gerçekleştirecek bir itemin literatürde yer almamaı bir başka ekiklik olarak görülmektedir. Rotor tarafı dönüştürücünün denetimi için literatürde unulan denetim yapılarının büyük çoğunluğu ÇBAG nin matematikel modeline bağlı olarak taarlanan ve abit kazançlı denetleyicilerden oluşmaktadır. Bunun onucu olarak abit kazançlı bir denetleyicinin farklı hız ve şebeke koşullarında aynı tepkiyi vermei beklenmemektedir. Sabit kazançlı denetleyici ile kontrol edilen itemler daha önceden belirlenen çalışma noktaında çalıştığında kabul edilebilir bir performan elde edilmektedir. Ancak item parametrelerinin değişimi nedeniyle farklı çalışma noktaları araında geçişler öz konuu olduğunda, elde edilen geçici durum performanı için aynı şeyleri öylemek mümkün değildir. Özellikle rüzgâr türbinlerinin dolayııyla bu türbinleri denetleyen güç elektroniği yapılarının çalışma noktaları, rüzgâr hızı gibi doğal nedenlere bağlı olarak ürekli değişmektedir. Dolayııyla rotor tarafı dönüştürücünün denetimi için abit kazançlı denetleyici yerine değişen şartlara göre uyarlanabilen denetleyici kullanılmaı daha uygun olacaktır. Literatür taramaı onucu yukarıda özetlenen ekikliklere çözüm getirebilmek amacıyla yapılan bu tez çalışmaında aşağıdaki öneriler unulmuştur. Rotor tarafı dönüştürücünün ihtiyacı olan DA bara gerilimi, şebeke tarafı dönüştürücü yardımıyla ağlanmaktadır. Uygulamada şebeke tarafı dönüştürücünün şebekeden çektiği akım harmoniklerinin THD değerinin tandartlar içeriinde tutulmaı en büyük orun olarak görülmektedir. Yapılan bu çalışmada, literatürde yer alan çalışmalardan farklı olarak, enkron altı hız değerlerinde şebeke tarafı dönüştürücü üç fazlı PWM li kontrollü doğrultucu olarak çalıştırılmıştır. Böylece doğru akım bara geriliminin abit tutulmaının yanında, şebekeden çekilen akım harmoniklerinin tandartlarda belirtilen ınırlar içeriinde kalmaı ağlanmıştır. Ayrıca şebeke tarafı dönüştürücünün birim güç faktöründe çalışmaı ağlanarak, şebekeden reaktif güç çekilmemiştir.

42 21 ÇBAG nin şebekeye enerji gönderebilmei için paralel bağlanma gerçekleştirilmelidir. Bu çalışmada, ÇBAG tator geriliminin, şebeke gerilimi ile enkronizayonu için faz kilitli döngü (PLL) kullanılmıştır. Böylece farklı hız değerlerinde şebekeye paralel bağlanma başarılı şekilde gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, ÇBAG nin hızı tandartlarda belirlenen hız değerinin altına düştüğünde, paralel bağlanma otomatik olarak onlandırılarak item güvenliği artırılmıştır. Buna ek olarak, paralel bağlanma işlemi LabVIEW programında hazırlanan arayüz programı tarafından otomatik olarak gerçekleştirilmektedir. Böylece kullanıcı hatalarından kaynaklanan yanlış paralel bağlanmaların önüne geçilerek literatürde yer alan çalışmalardan daha güvenli bir item elde edilmiştir. Sabit kazançlı denetleyici ile kontrol edilen itemler daha önceden belirlenen çalışma noktaında çalıştığında kabul edilebilir bir performan elde edilmektedir. Ancak item parametrelerinin değişimi nedeniyle farklı çalışma noktaları araında geçişler öz konuu olduğunda elde edilen geçici durum performanı için aynı şeyleri öylemek mümkün değildir. Özellikle rüzgâr türbinlerinin dolayııyla bu türbinleri denetleyen güç elektroniği yapılarının çalışma noktaları, rüzgâr hızı gibi doğal nedenlere bağlı olarak ürekli değişmektedir. Bu nedenle bu tez çalışmaında, ÇBAG nin aktif güç denetimi için abit kazançlı bir denetleyici yerine değişen şartlara göre adaptif yapıda bir denetleyici unulmuştur. Yapılan tez çalışmaı yedi bölümden oluşmaktadır. Tezin ikinci bölümünde rüzgâr enerjii ve rüzgâr türbin teknolojileri hakkında bilgiler verilmiştir. Rüzgâr türbinlerinde kullanılan generatörler ve şebeke arayüzleri üzerinde durulmuş ve bu yapılar incelenmiştir. Üçüncü bölümde Çift Belemeli Aenkron Generatör (ÇBAG) detaylı olarak ele alınmıştır. Bu bölümde ÇBAG nin matematikel modeli çıkarılarak çalışma durumları ile birlikte aktif ve reaktif güç karakteritiği farklı kayma durumları için incelenmiştir. Dördüncü bölümde, Bulanık Mantık denetleyiciler ayrıntılı olarak ele alınmıştır. Bulanık mantığın yapıı, üyelik fonkiyonları, vb. özellikleri açıklanmıştır.

43 22 Beşinci bölümde ie deneyel çalışmalar için gerçekleştirilen itemin taarımı anlatılmıştır. Burada; çift yönlü evirici yapıı, akım ve gerilim ölçme kartları, ayıal işaret işleyiciler (DSP), veri toplama kartı ve hazırlanan bilgiayar arayüz programı hakkında detaylı bir inceleme yapılmıştır. Altıncı bölümde gerçekleştirilen benzetim ve deneyel çalışmalar ıraı ile verilerek benzetim ve deneyel çalışma onuçları karşılaştırılmıştır. Yedinci bölüm olan onuç ve öneriler bölümünde ie gerçekleştirilen itemden elde edilen onuçlar açıklanmış ve bu onuçlara göre öneriler unulmuştur.

44 23 2. RÜZGÂR TÜRBİN SİSTEMLERİ Rüzgâr türbin itemleri, rüzgâr enerjiini elektrik enerjiine dönüştüren itemlerdir. Bu itemlerde; rüzgârın ahip olduğu kinetik enerji kanatlar yardımıyla mekanik enerjiye dönüştürülmekte, mekanik enerji ie kanatların döndürdüğü generatörler yardımıyla elektrik enerjiine dönüştürülmektedir. Bu bölümde rüzgârın kinetik enerji denkleminden yola çıkarak rüzgâr türbinin makimum verim değeri heaplanmıştır. Ayrıca rüzgâr türbin itemlerinde kullanılan generatör yapıları ayrıntılı olarak incelenmiş ve çift belemeli aenkron generatör diğer generatör türleri ile karşılaştırılmıştır Rüzgâr Enerjii Diğer akışkanlarda olduğu gibi havanın da bir kinetik enerjii bulunmaktadır. V r hızı ile hareket eden m kütleine ahip havanın kinetik enerjii; 1 2 Ek mv r [Nm] (2.1) 2 eşitliği ile ifade edilmektedir. Hareketli hava kütlei, kanat üpürme alanı A olan bir rüzgâr türbininin pervaneine dikey yönde çarptığında, hava kütleinde bulunan kinetik enerjinin bir kımı frenlenir ve frenlenen enerji türbin kanatlarının çalıştırılmaında kullanılır. Türbin kanatlarına V r hızı ile çarpan ρ h yoğunluğundaki havanın kütleel debii; m V A [kg/] (2.2) h r şeklinde ifade edilir. Güç birim zamanda yapılan iş olarak tanımlandığından, rüzgârın iş yapabilme yeteneği; P r 1 mv 2 2 r t [Nm/] (2.3)

45 24 bağıntıı ile göterilmektedir. dm/dt=m şeklinde ifade edilip, m yerine (2.2) numaralı eşitlik yazılıra, rüzgârdan elde edilebilecek teorik güç aşağıdaki şekilde yazılabilir. P r 1 3 h AVr [W] (2.4) 2 Tüm itemlerde olduğu gibi, rüzgâr dönüşüm itemlerinde de bu teorik gücün tamamının kullanılmaı, teknik olarak mümkün değildir. Bir rüzgâr enerjii dönüşüm iteminde, toplam verim; Türbin verimi Dişli mekanizmaının verimi Mekanik kavrama iteminin verimi Generatör verimi değerlerine bağlıdır. Bunlardan en önemlii C p ile ifade edilen türbin verimidir. Bununla birlikte bir rüzgâr türbininden elde edilebilecek verimin %59,26 yı aşamayacağı Betz tarafından ortaya konmuştur [68]. Betz teoremi ile ilgili olarak, rüzgâr pervaneinden geçen havanın akışı Şekil 2.1 de verilmiştir. Şekil 2.1. Rüzgâr türbini pervaneinden geçen havanın akışı Burada rüzgâr türbini pervaneinden geçen havanın enerji dengei; E E E [Nm] (2.5) k k( giriş ) k( çııkı)

46 25 şeklinde tanımlanabilir. Kinetik enerji tanımından yola çıkarak, hareket halindeki rüzgârın taşıdığı kinetik enerjiyi ifade etmek için kullanılan Eş. 2.5 aşağıdaki gibi yazılabilir. E k m Vr Vr 2 [Nm] (2.6) 2 Güç, birim zamanda yapılan iş olduğuna göre, türbinden elde edilen güç; P t Ek 1 dm 2 2 Vr Vr 2 [Nm/] (2.7) t 2 dt şeklinde yazılabilir. Burada dm/dt, m ile ifade edilire, türbinden elde edilecek güç; P t m Vr Vr2 [W] (2.8) 2 şeklini alır. Rüzgârın türbin kanatlarında yapacağı iş, aynı zamanda rüzgâr tarafından uygulanan birim zamandaki baınca bağlıdır. Pt SV r1 [W] (2.9) Rüzgârın türbin kanatlarında yapacağı baınç ie; S m V r V r2 [kgm/ 2 ] (2.10) şeklinde ifade edilebilir. (2.8) ve (2.9) numaralı eşitlikler birbirine eşitlenip, (2.10) eşitliğinde yerine yazılıra; mv r V V mv V r r2 r r2 (2.11) 2 elde edilir. Buradan; V r1 1 V r Vr 2 [m/] (2.12) 2

47 26 şeklinde bir onuç elde edilir. Bu durumda, türbine gelen rüzgâr hızının, kanatların önündeki havanın ve arkaındaki rüzgâr hızlarının ortalamaı olduğu onucu ortaya çıkmaktadır. Eş. 2.2 kullanılarak, türbinden geçen havanın kütleel debii (m), Eş. 2.8 de yerine yazılıra; P t h AVr1 Vr Vr2 [W] (2.13) 2 elde edilir. Eş. 2.12, Eş de yerine yazılıra; P t 2 2 V V V 1 h A Vr r2 r r2 [W] (2.14) 4 ifadei elde edilir. P t ve P r değerleri birbirine oranlandığında; Pt P 1 Vr 1 2 Vr 2 Vr Vr 2 CP 1 2 r (2.15) türbin verimi olan C p elde edilir. Vr V r 2 n (2.16) ile tanımlanıra; C p 1 n n (2.17) şeklinde verim katayıı fonkiyonu elde edilir. Fonkiyonun türevi alınıp ıfıra eşitlendiğinde, C p yi makimum yapan n değeri 1/3 olarak bulunur. Bunun anlamı, C p nin makimum olmaı için kanatların, rüzgârın türbin giriş hızı, türbinden çıkış hızının üç katı olacak şekilde taarlanmaı gerektiğini götermektedir. Bu durumda

48 27 türbinden elde edilecek makimum verim, % 59,26 olacaktır. Pratikte ie verim yaklaşık % 45 olmaktadır [68] Rüzgâr Türbin Sitemlerinin Çeşitleri Son yıllarda yenilenebilir enerji kaynaklarına verilen önem ve yenilenebilir enerji ile çalışan enerji üretim antrallerinin ayıı giderek artmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynakları içeriinde rüzgâr enerjii oldukça fazla ilgi görmekte ve bu alana yapılan yatırımlar hızla artmaktadır. Rüzgârın ahip olduğu kinetik enerjinin önce mekanik enerjiye daha onra elektrik enerjiine dönüştürülerek şebekeye aktarılabilmei için rüzgâr türbin itemleri kullanılmaktadır. Şekil 2.2 de genel bir rüzgâr türbin iteminin blok diyagramı verilmiştir [69]. Şekil 2.2. Rüzgâr türbin iteminin blok diyagramı Rüzgârın ahip olduğu kinetik enerji kanatlar yardımıyla mekanik enerjiye dönüştürülmektedir. Kanatlar yardımıyla elde edilen mekanik enerji, generatörün miline dişli kutuu yardımıyla veya generatörün çok kutuplu olmaı durumunda doğrudan da uygulanabilmektedir. Generatör, miline uygulanan mekanikel enerjiyi elektrik enerjiine dönüştürmektedir. Generatörde üretilen elektrik enerjii, şebekeye doğrudan aktarılabileceği gibi bir güç elektroniği dönüştürücüü yardımıyla da şebekeye aktarılabilmektedir. Günümüzde rüzgâr türbin itemlerinin çoğunda güç elektroniği dönüştürücüleri kullanılmaktadır. Böylece, üretilen elektrik enerjiinin ululararaı tandartlarda olmaı ve belirlenen denetim yapıı yardımıyla rüzgârdan makimum enerji elde edilmei ağlanmaktadır. Rüzgâr türbin itemleri, rüzgâr hızı ea alındığında, çalışma prenibine göre iki ayrı grupta incelenmektedir. Bunlar;

49 28 1. Sabit hızlı rüzgâr türbin itemleri 2. Değişken hızlı rüzgâr türbin itemleri Sabit hızlı rüzgâr türbin itemleri 1990 lı yılların ortalarına kadar dünyada kurulu rüzgâr türbinlerinin büyük çoğunluğu incap kafeli aenkron generatörlerden (SKAG) oluşmaktaydı. Bu generatörler doğrudan veya yumuşak yol verme teknikleri ile şebekeye bağlanmakta ve rüzgâr hızının ürekli olarak belirli aralıkta (±% 1) olduğu yerler için uygun olmaktaydı. Şekil 2.3 de abit hızlı bir rüzgâr türbin iteminin blok diyagramı verilmiştir. Burada SKAG nin enerji üretmei için gerekli olan reaktif enerji, türbin yakınlarında kurulan bir kompanzayon üniteinden ağlanmaktadır. Şekil 2.3. Sabit hızlı rüzgâr türbin iteminin blok diyagramı Değişken hızlı rüzgâr türbin itemleri Günümüzde ie kurulu rüzgâr türbinlerinin büyük çoğunluğunda çift belemeli aenkron generatörler, alan argılı enkron generatörler ve daimi mıknatılı enkron generatörler kullanılmaktadır. Bu generatörlerin ortak özelliği değişken hızlarda çalışabilmeleri ve şebekeye bağlanmaları için şebeke arayüzüne ihtiyaç duymalarıdır. Böylece değişken rüzgâr hızlarında abit frekan ve genlikte çıkış gerilimi elde edilebilmektedir. Şekil 2.4 te örnek bir değişken hızlı rüzgâr türbin iteminin blok diyagramı verilmiştir.

50 29 Şekil 2.4. Değişken hızlı rüzgâr türbin iteminin blok diyagramı Değişken hızlı rüzgâr türbin itemlerinin, abit hızlı itemlere göre bazı önemli avantajları aşağıda verilmiştir. Türbin hızı, çıkış gücünü en üt düzeye çıkarmak için rüzgâr hızının bir fonkiyonu olarak ayarlanabildiği için yıllık enerji üretimi artar. Türbin aerodinamiğine ve rüzgâr rejimine bağlı olarak, yıllık enerjiye ortalama %10 oranında bir katkı ağlanır. Kullanılan item, gücün en uygun şekilde düzenlenmeine imkan ağladığı için mekanikel bakılar azalır. Rüzgâr ve mekanikel itemlerden kaynaklanan ve çıkış gücünde değişime ebep olan anlık durumlar önemli ölçüde azalır. Enerji kalitei, güçteki dalgalanmalar azaltılarak iyileştirilebilir. Güçteki dalgalanmaların azalmaı, gerilimin nominal değerinden uzaklaşmaını da önleyecektir. Bu da rüzgâr gücünün şebekedeki etkiini artıracaktır. Generatör ve şebeke araındaki bağlantı için gerekli güç elektroniği dönüştürücüünün karmaşıklığı ve maliyetinin yükek olmaı önceleri değişken hızlı itemlerin dezavantajı olarak görülmekteydi. Fakat on yıllarda gerek güç elektroniğinde kaydedilen ilerlemeler, gereke yarı iletken teknolojiinin maliyetinin her geçen gün azalmaı, rüzgâr türbin itemlerinde bu yapının kullanımını oldukça cazip hale getirmiştir [70].

51 Değişken Hızlı Rüzgâr Türbin Sitemlerinde Kullanılan Generatörler Değişken hızlı rüzgâr türbin itemlerinin yapılarını gruplayabilmek için Şekil 2.5 de verilen diyagram kullanılabilir [71]. Gruplamada görüldüğü gibi değişken hızlı rüzgâr türbinlerinde genel olarak iki farklı generatör tipi kullanılmaktadır. Bunlar: 1. Senkron generatörler 2. Aenkron generatörler Şekil 2.5. Değişken hızlı rüzgâr türbin itemlerinin gruplanmaı Senkron generatörler Senkron generatörler, gelenekel ve çok kutuplu olmak üzere iki ayrı grupta incelenmektedir. Çok kutuplu enkron generatör mekanikel enerjiyi doğrudan kanatlardan alırken, gelenekel enkron generatör mekanikel enerjiyi dişli kutuu üzerinden almaktadır. Bu fark dışında her iki generatörde aynı özellikleri taşımaktadır. Her iki enkron generatör de üç fazlı tator argılarından ve manyetik alanı oluşturan bir uyartım devreinden meydana gelmektedir. Uyartım devrei daimi mıknatılardan meydana gelebileceği gibi alan argılarından da meydana

52 31 gelebilmektedir. Uyartım devreinin yapıına göre enkron generatörler; alan argılı veya daimi mıknatılı olmak üzere iki grupta incelenmektedir. Alan argılı enkron generatör: Alan Sargılı Senkron Generatörün (ASSG) tator argıı, çift yönlü akım akışının olduğu gerilim kaynaklı iki eviricinin arka arkaya bağlanmaından meydana gelmiş tam ölçekli güç dönüştürücüü üzerinden şebekeye bağlanmaktadır. Alan argıı ie kontrollü bir doğrultucu ile belenmektedir. Şekil 2.6 da gelenekel ASSG li bir rüzgâr türbin iteminin blok diyagramı verilmiştir. Şekil 2.6. Alan argılı enkron generatörlü rüzgâr türbin itemi Stator tarafındaki evirici elektromanyetik torku, şebeke tarafındaki evirici ie bu itemin oluşturduğu aktif ve reaktif gücü denetlemektedir. Rotor yapıında argı bulunmaı ve bu argıların belenmei için ilave bir güç elektroniği dönüştürücüü kullanılmaı bu itemin bir dezavantajıdır. Ayrıca üretilen aktif ve reaktif gücü denetlemek için, generatör gücüne eşdeğer yani tam ölçekli güç elektroniği dönüştürücüü kullanılmaı bu itemin en büyük dezavantajı olarak görülmektedir. Daimi mıknatılı enkron generatör: Şekil 2.7 de Daimi Mıknatılı Senkron Generatörlü (DMSG) bir rüzgâr türbin iteminin blok diyagramı verilmiştir. ASSG le karşılaştırıldığında alan argıının olmamaı bir avantaj olarak görülmeine karşın üretilen aktif ve reaktif gücü denetlemek için, tam ölçekli güç elektroniği dönüştürücüü kullanılma zorunluluğu

53 32 bu itemin de en büyük dezavantajı olarak görülmektedir. Ayrıca DMSG de kullanılan mıknatı maliyetleri generatör maliyetini artırmaktadır. Şekil 2.7. Daimi mıknatılı enkron generatörlü rüzgâr türbin itemi Aenkron generatörler Aenkron generatörler önceleri abit hızlı rüzgâr türbin itemlerinde kullanılmaına rağmen on yıllarda güç elektroniği alanında yaşanan gelişmelere paralel olarak değişken hızlı rüzgâr türbin itemlerinde de kullanılmaya başlanmıştır. Bu generatörlerin emniyetli ve maliyetlerinin düşük olmaı tercih edilmelerinin en önemli ebebidir. Sincap kafeli aenkron generatör: Değişken hızlı rüzgâr türbinlerinde kullanılan Sincap Kafeli Aenkron Generatör (SKAG) tam ölçekli bir güç elektroniği dönüştürücüü üzerinden şebekeye bağlanmaktadır. Şekil 2.8 de verilen SKAG li rüzgâr türbin iteminde tator tarafındaki dönüştürücü, generatörün elektromanyetik torkunu denetlemekte ve generatörün enerji üretebilmei için ihtiyaç duyduğu reaktif enerjiyi ağlamaktadır. Şebeke tarafındaki dönüştürücü ie itemden şebekeye aktarılan aktif ve reaktif gücü denetlemekte ve aynı zamanda DA bara gerilimini abit tutmaktadır. Şekil 2.8. Sincap kafeli aenkron generatörlü rüzgâr türbin itemi

54 33 Stator tarafındaki dönüştürücünün, generatörün ihtiyaç duyduğu reaktif enerjiyi ağlamaı için nominal güce göre %30-%50 oranında daha büyük ölçeklerde yapılmaı gerekmektedir. Bu da itemin en büyük dezavantajı olarak görülmektedir. Rotoru argılı aenkron generatör: Şekil 2.9 da Rotoru Sargılı Aenkron Generatörlü (RSAG) rüzgâr türbin itemi verilmiştir. Bu türbin itemi rotor devrei gücünün denetlenmei eaına göre çalışmaktadır. Rotor devre enerjii harici bir direnç üzerinde harcanarak tator devre gücü denetlenmektedir. Generatörün manyetik alan üretebilmei için gerekli olan reaktif enerji, reaktif güç kompanzayonu yapılarak karşılanmaktadır. Şekil 2.9. Rotoru argılı aenkron generatörlü rüzgâr türbin itemi Çift belemeli aenkron generatör: Şekil 2.10 da Çift Belemeli Aenkron Generatörün (ÇBAG) kullanıldığı bir rüzgâr türbin itemi verilmiştir. Bu itemde, tator argıları şebekeye doğrudan bağlanırken rotor argıları darbe genişlik modülayon (DGM) tekniğine göre anahtarlama yapabilen, çift yönlü akım akışının olabildiği gerilim kaynaklı iki eviriciden meydana gelmiş güç elektroniği dönüştürücüü üzerinden şebekeye bağlanmaktadır. Rotor tarafındaki dönüştürücü, elektromanyetik torku ayarlamakta ve generatörün ihtiyacı olan reaktif gücü ağlamaktadır. Şebeke tarafındaki dönüştürücü ie, DA bara gerilimini abit tutmaktadır. Diğer generatörlerle karşılaştırıldığında, ÇBAG nin aşağıda belirtilen avantajları vardır.

55 34 Sadece rotorun kayma gücünü kontrol etmeye yarayan güç elektroniği dönüştürücüüne ahip olduğu için, toplam item gücünün yaklaşık %30 u oranında bir güç elektroniği dönüştürücüü kullanılmaktadır. Bu da item maliyetini önemli ölçüde azaltmaktadır. Sitemde kullanılan filtreler toplam item gücünün 0.25 p.u. lik kımını kapamaktadır. Bu nedenle kullanılan filtrelerin boyutu azalmakta ve maliyeti düşmektedir. Şekil Çift belemeli aenkron generatörlü rüzgâr türbin itemi 2.4. Değişken Hızlı Rüzgâr Türbin Sitemlerinde Kullanılan Generatörlerin Karşılaştırılmaı Rüzgâr türbin itemlerinde kullanılan generatörlerin çeşitli parametrelere göre karşılaştırılmaı Çizelge 2.1 de verilmiştir. Çizelge incelendiğinde ÇBAG nin diğer generatör yapılarına oranla önemli ütünlükleri olduğu görülmektedir [70]. Bu ütünlüklerin başında; ÇBAG nin denetimi için tam ölçekli güç elektroniği dönüştürücüü yerine ÇBAG nin %30 gücünde bir dönüştürücü gücüne ihtiyaç duyulmaı gelmektedir. Böylece rüzgâr türbin iteminin toplam maliyeti önemli ölçüde azalmaktadır. Aynı zamanda ÇBAG nin reaktif güç denetiminin mümkün olmaı ve ada modunda çalışma durumunu ürdürebilir olmaı bu generatör türünün on yıllarda rüzgâr türbin itemlerindeki kullanımını yaygınlaştırmıştır.

56 35 Çizelge 2.1. Değişken hızlı rüzgâr türbin itemlerinde kullanılan generatörlerin karşılaştırılmaı Aktif Güç Denetimi Reaktif Güç Denetimi Tam Ölçekli Güç Dönüştürücüü Ada Modu Çalışma Reaktif Kompanzayon İlave Güç Elektroniği Rüzgâr Türbin Sitemi ASSG DMSG SKAG RSAG ÇBAG Var Var Var Var Var Var Var Var Var Var Var Var Var Var Var Var Var Var Var

57 36 3. ÇİFT BESLEMELİ ASENKRON GENERATÖRÜN MODELLENMESİ Bu bölümde tezde kullanılan Çift Belemeli Aenkron Generatör (ÇBAG) ayrıntılı olarak ele alınmıştır. Şebeke bağlantı diyagramı verilen ÇBAG nin matematikel modeli elde edilerek enkron altı ve enkron ütü çalışma durumları incelenmiştir. Ayrıca şebeke bağlantılı ÇBAG nin benzetimi Matlab&Simulink programında hazırlanarak aktif ve reaktif güç karakteritiği elde edilmiştir. Bu karakteritikler üzerinden ÇBAG nin enkron altı ve enkron ütü çalışma bölgeleri analiz edilerek çalışmaı yorumlanmıştır Çift Belemeli Aenkron Generatör Çift Belemeli Aenkron Generatör (ÇBAG) tator ve rotor devreinde üç faz argılar bulunduran bir generatör türüdür. Bu özelliği ayeinde motor veya generatör çalışma durumuna bağlı olarak ÇBAG nin tator ve rotor argılarından elektrik enerjii alınabilir veya bu argılara elektrik enerjii uygulanabilir. ÇBAG nin tator argılarına doğrudan enerji uygulanırken rotor argılarına çift yönlü akım akışına izin veren bir güç elektroniği dönüştürücüü üzerinden enerji uygulanmakta veya enerji alınmaktadır. Şekil 3.1 de ÇBAG nin bağlantı diyagramı verilmiştir [70]. Şekil 3.1. Çift belemeli aenkron generatörün bağlantı diyagramı

58 37 Generatör çalışma durumunda ÇBAG nin tator argılarından abit genlik (V ) ve abit frekan (f ) değerinde enerji alınırken, rotor argılarına tatik dönüştürücü yardımıyla değişken genlik (V r ) ve değişken frekan (f r ) değerine ahip enerji uygulanmakta veya enerji alınmaktadır. Stator ve rotor kutup ayıları aynı olduğu için mekanikel hızın frekan değeri karşılığı; m 1 2 (3.1) şeklinde göterilebilir. Burada ω 1 tator döner alan frekanını, ω 2 rotor döner alan frekanını temil etmektedir. Rotor faz ıraı tatorun faz ıraı ile aynı olduğu zaman Eş. 3.1 de işaret pozitif (+) ve ω m <ω 1 olmaktadır. Bu durumda ÇBAG enkron hızın altında çalışmaktadır. Rotor faz ıraı tatorun faz ıraı ile aynı olmadığı zaman Eş. 3.1 de işaret negatif (-) ve ω m >ω 1 olmaktadır. Bu durumda ÇBAG enkron hızın üzerinde çalışmaktadır. Senkron altı ve enkron ütü çalışma durumları Şekil 3.2 de göterilmiştir [74]. (a) Şekil 3.2. Çift belemeli aenkron generatörün çalışma bölgelerine göre enerji akış diyagramları a)senkron altı çalışma b) Senkron ütü çalışma Senkron altı çalışma durumu için rotora uygulanan gerilimin frekanı (f 2 ) ve genliği (V 2 ) hıza bağlı olarak değişmektedir. Böylece, ÇBAG'nin tator argılarında endüklenen gerilimin genliği ve frekanı farklı hız değerlerinde abit tutulabilmektedir. Senkron altı hız değerlerinde rotor devrei kayma frekanında (ω 2 = ω 1 -ω m ) üç faz AA ile uyarıldığında gelenekel enkron generatör gibi çalışabilmektedir. Gelenekel enkron makinadan farklı olarak ÇBAG de, ω 1 ω m olduğunda, tator devrei, rotor devreinde bir gerilim endüklemektedir. (b)

59 38 ÇBAG genellikle rotor frekanının ıfır olmadığı (ω 2 0) başka bir ifade ile kaymanın ıfırdan farklı ( 0) olduğu durumlarda çalıştırılmaktadır. Bu durumda ÇBAG klaik aenkron motorun karakteritiğini taşımaktadır. ÇBAG de aktif güç tator tarafından ağlanmaına karşılık, enkron ütü çalışma bölgeinde tatorun yanında rotor tarafından da aktif güç alınabilmektedir [72]. Şebekeye aktarılan makimum aktif güç; P max P P P P (3.2) r max max şeklinde ifade edilir. Uygulamalarda makimum kayma değeri ( max ) genel olarak ±0.25 olarak eçilmektedir ÇBAG Kararlı Durum Eşitlikleri Rotor argıları açık devre iken, ıraıyla tator ve rotor argılarında endüklenen elektromotor kuvvet (emk); E ; KW1 Kd1. K y1 (3.3) 1 2 f1n1kw1 10 E ; KW 2 Kd 2. K y2 (3.4) 2 2f1N2KW 210 şeklinde ifade edilebilir. Stator ve rotor argılarında endüklenen emk araındaki oran aşağıdaki eşitlikte verilmiştir. E E N K. Kr (3.5) N K 2 2 W W1 Stator ve rotor kararlı durum eşitlikleri karmaşık ayılar kullanılarak aşağıdaki gibi yazılıra; ω 1 frekanında (3.6) R j 1Ll I V E1 ω 2 frekanında (3.7) r r r r Rr j 1Lrl I r Vr E2

60 39 elde edilir. Eş. 3.7, 1/K r ile çarpılarak rotor devrei parametreleri tator tarafına aktarılabilir, E ; E2 E1K r 2 Rr j 1Lrl I r Vr Kr R r r r rl Rr ; 2 rl 2 Kr Kr r V r r ; r I r Ir. Kr Kr V L L (3.8) Elde edilen eşitlik, kayma () değerine bölünüre, R Vr E j 1Lrl Ir (3.9) r 1 elde edilir. Son olarak tator (I ) ve rotor (I r ) akımları tarafından tatorda endüklenen emk (E 1 ) aşağıdaki şekilde yazılabilir. E (3.10) I I r j 1LlmI m 1 j1llm ÇBAG nin bir faz için kararlı durum eşdeğer devre modeli Eş. 3.6, 3.10 yardımıyla elde edilmiş ve Şekil 3.3 de verilmiştir [74]. Şekil 3.3. ÇBAG nin bir faz için kararlı durum eşdeğer devre modeli

61 ÇBAG nin Güç Analizi ÇBAG kararlı durum denklemleri kullanılarak tator gerilim eşitliği; V E R j L (3.11) 1 1 l I şeklinde tanımlanabilir. Bu eşitlik için Şekil 3.4 te verilen eşdeğer devre modeli çizilebilir. Bu eşdeğer devre modeli enkron generatörün eşdeğer devre modelini de temil etmektedir [73]. Şekil 3.4. ÇBAG nin bir faz için tator eşdeğer devrei ÇBAG nin tator aktif ve reaktif gücü aşağıda verilen eşitlik yardımıyla bulunabilir. * 3V I P jq (3.12) Şekil 3.4 deki eşdeğer devrede argı direnci ihmal edilerek tator akımı; I E V 1 (3.13) jx olarak bulunur. Bu eşitlik, 3.12 nolu eşitlikte yerine yazılarak aktif ve reaktif güç; 1 P 3 E1V Sin (3.14) X

62 41 Q 2 1 V 3 E1V Co 3 (3.15) X X şeklinde yazılabilir. Aktif ve reaktif güç denklemlerindeki V ve E 1 ıraı ile tator gerilim vektörü ile tator emk vektörünün etkin (rm) değerleridir. δ açıı ie bu iki vektör araındaki açıdır. Şekil 3.5 te tator vektör diyagramı verilmiştir [73]. Şekil 3.5. ÇBAG nin tator vektör diyagramı ÇBAG nin rotor aktif ve reaktif gücü ie aşağıda verilen eşitlik yardımıyla bulunur. * 3Vr I r P jq (3.16) r r 3.7 nolu rotor gerilim eşitliği ile birlikte 3.10, 3.12 ve 3.13 nolu eşitlikler kullanılarak: * P jq 3 R I jx I j E1 V E1 (3.17) r r r r r r X elde edilir. Elde edilen bu eşitlikte rotor bakır kayıpları ihmal edilerek aktif ve reaktif güç: 1 Pr 3 EVSin (3.18) X

63 42 Q r E1 3X r I r 3 E1V Co 3 (3.19) X X şeklinde ifade edilebilir. Eş. 3.14,,3.19 kullanılarak ÇBAG nin rotor ve tator gücü araında: P (3.20) r P bağıntıı elde edilir. Bu eşitlik yardımıyla makine generatör çalışma bölgeinde çalışırken; Kaymanın pozitif durumu için rotor gücü negatiftir. Bu durumda generatör enkron altı hızda çalışmaktadır ve rotor gücü şebeke tarafından karşılanmaktadır. Kaymanın negatif durumu için rotor gücü pozitiftir. Bu durumda generatör enkron ütü hızda çalışmaktadır ve rotor gücü şebekeye aktarılmaktadır. Kaymanın ıfır olduğu durum için rotor devrei gücü ıfırdır, ancak bu kayma değerinde rotor DA kaynak yardımıyla uyarıldığında generatör enkron generatör olarak çalışmaktadır. Yukarıda açıklanan üç çalışma durumunun güç akış diyagramı Şekil 3.6 da verilmiştir. Şekil 3.6. ÇBAG nin enkron altı, enkron ütü ve enkron çalışma durumları ÇBAG tarafından şebekeye aktarılan toplam aktif güç; P P P (3.21) T r

64 ve 3.21 nolu eşitlikler yardımıyla tator ve rotor aktif güç eşitlikleri: 1 P 1 P T (3.22) Pr P T (3.23) 1 şeklinde bulunur. Örnek olarak; kaymanın =-1/3 olduğu durumda ÇBAG nin şebekeye aktardığı toplam gücün 3/4 ü tator tarafından 1/4 ü rotor tarafından karşılanmaktadır. Bu örnekten açıkça görülüyor ki ÇBAG nin denetiminde kullanılan evirici yapıının gücü toplam generatör gücünün 1/4 ü olmaktadır. Bu tam ölçekli bir evirici yapıı ile denetlenen diğer generatör türlerine göre daha az kayıp ve daha düşük maliyetli evirici anlamına gelmektedir. Bu özellik ÇBAG nin en büyük avantajı olarak görülmektedir. Aktif gücün akine şebekeye aktarılan toplam reaktif güç tator ve rotor reaktif güçleri toplamına eşit değildir. Çünkü rotor reaktif enerjii evirici yapıı üzerinden şebekeye aktarılamamaktadır. Ticari ürünlerin genelinde şebeke tarafı evirici yapıı birim güç faktöründe çalıştırılmaktadır. Bu nedenle şebekeye aktarılan reaktif gücün toplamı tator reaktif gücüne eşittir [73] ÇBAG Fazör Diyagramları ÇBAG nin fazör diyagramlarını daha iyi anlayabilmek için kararlı durum eşitliklerini incelememiz gerekmektedir. Generatörün mıknatılanma akı vektörü (ψ m ), tator akı vektörü (ψ ), ve rotor akı vektörü (ψ r ) ıraıyla aşağıdaki şekilde ifade edilmektedir. L m lmim ; I m I I r m l I ; L I LlmI r L r m rl I r ; r Lr I r LlmI L ; L Ll Llm (3.24) ; Lr Lrl Llm

65 44 Yukarıdaki eşitlikler tator düzlemine aktarıldıktan onra elde edilen yeni eşitlikler; Eş. 3.6, Eş. 3.9 ve Eş da yerine koyulura, I R V j ; 1 I R r r V r j E (3.25) ' 1 r r eşitlikleri elde edilir. Bu eşitlikler yardımıyla ÇBAG nin fazör diyagramları çizilebilir. Fazör diyagramın çizimi için, kaymanın () değeri ve işareti, rotor gerilim vektörü (V r ) ile rotor akım vektörü (I r ) araındaki faz açıı (φ r ) ve generatör parametreleri bilinmelidir. Fazör diyagramın çizimi iki durum için yapılacaktır. Bunlar düşük uyartım durumu ve aşırı uyartım durumudur. Düşük uyartım durumu için rotorun birim güç faktöründe (φ r =0) olduğu kabul edilmektedir. Bu durumda mıknatılanma tator tarafından ağlanmaktadır. Düşük uyartım durumu için geçerli olan fazör diyagram Şekil 3.7.a'da verilirken aşırı uyartım durumu için geçerli olan fazör diyagram Şekil 3.7.b de verilmiştir. Fazör diyagramlar incelendiğinde düşük uyartım durumunda ψ r < ψ (I r < I ) olurken aşırı uyartım durumunda ψ r > ψ (I r > I ) olmaktadır. Bunun ebebi düşük uyartım durumunda generatör mıknatılanma akımının ana kaynağının tator, aşırı uyartım durumunda ie generatör mıknatılanma akımının ana kaynağının rotor olmaıdır [74]. jω 1 ψ (a) Şekil 3.7. ÇBAG fazör diyagramları a) Düşük uyartım durumu b) Aşırı uyartım durumu (b)

66 ÇBAG nin Güç Siteminde Davranışı ÇBAG nin güç itemine paralel olarak bağlanmaı ve güç itemine enerji aktarmaı enkron generatöre (SG) benzemektedir. Ancak, ÇBAG ve SG araında bazı önemli farklılıklar vardır. Bunlar; ÇBAG nin güç itemi ile enkronizayonu enkron altı veya enkron ütü hız değerlerinde gerçekleşebilmektedir. ÇBAG nin tator gerilimi, frekanı ve şebeke gerilimi ile araındaki faz açıı rotor tarafı güç elektroniği dönüştürücüü yardımıyla denetlenebilmektedir. ÇBAG nin şebekeye paralel bağlanmaından onra, abit genlik ve frekan değerinde fakat değişken hızlarda aktif ve reaktif güç karakteritiğini anlamak önemlidir. Bu bölümde güç itemine paralel bağlanan ÇBAG nin aktif ve reaktif güç karakteritiğini açıklamak için, tator aktif gücü (P ) ve rotor aktif gücüne (P r ) karşı güç katayıı (δ), verilen hız (kayma) ve rotor gerilimi için incelenecektir. Stator ve rotor aktif güç karakteritiklerini baitleştirmek için tator direnci ihmal edilmiştir. Güç katayıı, tator gerilim vektörü (V ) ile rotor gerilim vektörü (V r ) araındaki açı olarak tanımlanmaktadır [74]. Stator gücüne karşı güç katayıı: Kararlı durum eşdeğer devre modelinde I ve I r akımları tator direnci ihmal edilerek aşağıdaki şekilde yeniden yazılabilir; V j L I L I (3.26) 1 lm r V r R I r r j L I L I V co in 1 r r lm r j (3.27) Eş da, tator akım vektörü (I ) yok edilerek; R r j 1 L r L L 2 lm I r V r co j in V L L lm (3.28)

67 46 elde edilir. Bu denklemde generatör kıa-devre endüktan (L c ) değeri yaklaşık olarak, L c L r L L 2 lm (3.29) şeklinde ifade edilebilir. Kıa devre endüktan değeri Eş de yerine konularak rotor akımı aşağıdaki şekilde yeniden yazılabilir. I r L lm Vr co V jvr in Rr j1lc L (3.30) 2 R ( L ) 2 r 1 c Stator aktif ve reaktif güçleri Eş. 3.26'dan P jq jv 3 L 1 2 3V V r I * 3L lm V L co V jv 1L L L lm 2 r R lm I * r jvr in R 2 2 L 1 2 c r j L 1 c L.3 L lm V (3.31) şeklinde yazılabilir. Buradan aktif ve reaktif güç eşitlikleri; P 2 r 2 k 2 L lm R 3V 2 2 L L 2 Rr 1Lc Llm in 3V Vr (3.32) L R 1 c enkron aktif güç (P ) aenkron aktif güç (P a ) Q k L V 1Llm Lc Llm co 1 3V V (3.33) r L R 1 L R r Lc L r 1 c rotor kıa devre durumunda çekilen reaktif güç (Q a ) enkron reaktif güç (Q )

68 47 şeklinde ifade edilebilir. Bu göterim ilindirik kutuplu enkron makinaya benzemektedir. Ancak, aktif gücün (P ) ikinci bileşeni aenkron olarak üretilir ve pozitif kayma değeri için pozitif (motor), negatif kayma değeri için negatif (generatör) olarak üretilir. Reaktif gücün (Q ) ilk bileşeni ie makine reaktanları tarafından çekilen reaktif gücü temil etmektedir. Açı değeri (δ k ) ağırlıklı olarak kayma () ve rotor direncine (R r ) bağlıdır: 0 için 1L c Rr k k için =0 2 0 k için >0 2 k 2 için <0 Stator aktif (P ) ve reaktif (Q ) gücünü daha fazla genelleyebilmek için bu büyüklükler açı bilgii ile ilişkilendirilmelidir. Şekil 3.8'de tator aktif (P ) ve reaktif (Q ) gücü, güç katayıının (δ k + δ k ()) bir fonkiyonu olarak göterilmiştir [74]. Şekil 3.8. Stator aktif (P ) ve reaktif (Q ) gücüne karşı güç açıı (δ k + δ k ()) eğrileri

69 48 Stator aktif (P ) ve reaktif (Q ) gücünü iki bileşene ayırırak; P P P a (3.34) Q Q Q a (3.35) şeklinde ifade edebiliriz. Senkron aktif (P ) ve reaktif (Q ) güçler güç katayıına bağlı iken aenkron aktif (P a ) ve reaktif (Q a ) güçler adece kaymaya bağlıdır. Kayma işaretinin tator reaktif enerjii üzerinde bir etkii yoktur, ama yinede δ k () kaymaya bağlıdır. Stator koşullarında ıfır reaktif güç üretmek için rotor gerilim oranı (V r /V ) artırılmalıdır. Kaymanın ıfırdan büyük olduğu değer (enkron altı) için motor çalışma bölgeinde aktif güç daha büyük iken kaymanın ıfırdan küçük olduğu değer (enkron ütü) için generatör çalışma bölgeinde aktif güç daha büyüktür [74]. Rotor gücüne karşı güç katayıı: Rotor aktif (P r ) ve reaktif (Q r ) güçleri; P r r jq (3.36) r r * 3V rir şeklinde ifade edilebilir. Eş ve 3.30 kullanılarak aktif ve reaktif güçler; P r r R 2 r 3V 2 r R 1 r L c 2 3V V r Llm L in R 2 r k. L 2 1 c tator kıa devre iken rotor bakır kayıpları enkron rotor gücü (3.37) Q r r 2 r k. L 2 2 3V r 1Lc Llm co 3V 2 2 rv (3.38) Rr 1Lc L R 1 c tator kıa devre iken çekilen reaktif güç enkron reaktif rotor gücü

70 49 şeklinde ifade edilebilir. Sıfır kayma durumunda çalışma: Sıfır kayma durumunda, güç ve rotor akım denklemleri; Lm P 3V Vr in (3.39) R L 2 r 2 3V VV rlm Q 3 co (3.40) L R L 2 1 r Vr Ir R r (3.41) şeklinde yazılabilir. Burada rotor gerilimi tator düzleminde kabul edilmiştir. Güç açıı ( / 2 ) tandart enkron generatör ile aynıdır, ve bu açı rotorda endüklenen gerilim ile faz gerilimi araındaki açıyı temil etmektedir. Sıfır kayma durumunda ÇBAG nin rotor devrei DA kaynak ile belendiği durumda enkron generatörün tüm karakteritiklerini korur. ÇBAG'nin bu çalışma durumu çok büyük reaktif güç gönderiminde veya alımında çalıştırılmaı için kullanılabilir [74] ÇBAG nin d-q Referan Düzleminde Kararlı Durum Modeli ve Aktif- Reaktif Güç Karakteritiği Modern ÇBAG li rüzgâr türbinlerinde rotor ve şebeke tarafı iki dönüştürücü birbirinden bağımız olarak, ayrıştırılmış d-q vektör denetim yaklaşımı kullanılarak denetlenmektedir. Böylece her iki dönüştürücüde de, akımın d ve q eken bileşenleri farklı parametreleri (aktif, reaktif güç, vb.) denetleyebilmektedir [75]. Rotor tarafı dönüştürücünün denetiminde, reaktif güç denetleyicii ve aktif güç denetleyicii olmak üzere iki eviyeli bir denetleyici kullanılmaktadır. Şekil 3.9 da aktif ve reaktif gücün denetimine ilişkin temel denetim blok diyagramı verilmiştir. Şekil 3.9 da görüldüğü gibi rotor akımının q eken bileşeni aktif güç denetiminde

71 50 kullanılırken, d eken bileşeni reaktif güç denetiminde kullanılmaktadır. Sonuç olarak ÇBAG için etkin bir denetleyici taarlamak ve gerçekleştirmek için rotor akımının d ve q eken bileşenlerinin ÇBAG nin aktif ve reaktif güç karakteritiği üzerindeki etkilerini anlamak önemlidir. Bu bölümde ÇBAG nin kararlı durum modeli d-q referan düzleminde elde edilmiştir. Daha onra bu model üzerinde benzetim çalışmaları gerçekleştirilerek ÇBAG nin aktif ve reaktif güç karakteritikleri elde edilmiştir. Şekil 3.9. Rotor tarafı dönüştürücü temel denetim blok diyagramı ÇBAG nin tator ve rotor gerilim eşitlikleri ile akı eşitlikleri uzay vektör teorii kullanılarak aşağıdaki gibi yazılabilir. v v d q i R i d q d dt d 0 q 1 1 d 0 q (3.42) v v rd rq R r i i rd rq d dt d q 0 r 1 1d 0 q (3.43) d Ll L q 0 rd L lm rq 0 lm L l L L 0 0 lm lm L rl L lm 0 L 0 lm L rl 0 L m 0 L lm i i i i d q rd rq (3.44)

72 51 Burada; R, R r tator ve rotor argı direnci (Ohm) L l, L rl tator ve rotor kaçak endüktanı (Henry) L lm tator ve rotor araındaki ortak endüktan (Henry) v d, v q tator geriliminin d-q bileşenleri, (Volt) v rd, v rq rotor geriliminin d-q bileşenleri, (Volt) i d, i q tator akımın d-q bileşenleri, (Amper) i rd, i rq rotor akımın d-q bileşenleri, (Amper) λ d, λ q tator akıının d-q bileşenleri, (Wb-tur) λ rd, λ rq rotor akıının d-q bileşenleri, (Wb-tur) ω, ω r tator ve rotor döner alan hızları, (rad/) şeklinde tanımlanmaktadır. (3.42) ve (3.43) nolu eşitliklerde verilen tator ve rotor gerilim eşitlikleri yeniden düzenlenerek vektörel formda aşağıdaki şekilde göterilebilir. v _ dq d Ri _ dq _ dq j _ dq (3.45) dt v r _ dq d Rrir _ dq r _ dq jrr _ dq (3.46) dt Kararlı durum koşulları altında ve ω r =.ω olduğu göz önünde bulundurularak Eş. 44, 45, 46 yeniden düzenlenire Eş ve 3.48 elde edilir. v _ dq R I _ dq j L I j L I I ) (3.47) l _ dq lm ( _ dq r _ dq

73 52 v r _ dq Rr I r _ dq j L I j L I I ) (3.48) rl r _ dq lm ( _ dq r _ dq Şekil 3.10 da bu eşitlikler kullanılarak elde edilen ÇBAG nin kararlı durum eşdeğer devre modeli verilmiştir [75]. Şekil ÇBAG d-q referan düzleminde kararlı durum modeli Bu eşdeğer devre yardımıyla üretilen tork, tator aktif ve reaktif güçleri aşağıdaki şekilde yazılabilir. T em i i p i p (3.49) d q q d d q P v i v i (3.50) d d q q Q v i v i (3.51) q d d q Eşdeğer devrede yer alan tator argı empedanı genellikle ihmal edilmektedir. Bu nedenle tator geriliminin d ekeni bileşeni ıfır olurken tator akıının d ekeni bileşeni ile tator geriliminin q ekeni bileşeni abit olmaktadır. Bu kabullenmeler doğrultuunda tork ve aktif güç i q ile orantılı iken reaktif güç i d ile orantılı olmaktadır. Gelenekel abit hızlı aenkron generatörlerin, aktif güç üretebilmei adece enkron ütü hız değerlerinde mümkün olurken, generatör veya motor çalışma durumunda enkron altı ve enkron ütü tüm hız değerlerinde şebekeden reaktif güç

74 53 çekmektedirler. Bu özellikler ÇBAG için farklıdır. ÇBAG'nin tator tarafından, aktif ve/veya reaktif güç enkron altı veya enkron ütü hız değerlerinde şebekeye aktarılabilmektedir. ÇBAG nin tatoruna abit genlik ve frekan değerinde bir gerilim uygulanmaı durumunda rotor gerilim bileşenleri V rd ve V rq değişiminin tator aktif gücü üzerindeki etkii farklı kayma değerleri için Şekil 3.11 de verilmiştir. V rd ve V rq nin pozitif olmaı rotora gerilim uygulandığını negatif olmaı ie rotordan gerilim alındığını ifade etmektedir. Bu karakteritik eğrilerden görüldüğü gibi, gelenekel abit hızlı aenkron makinanın akine çok ayıda karakteritik eğri elde edilmiştir. Rotor gerilim bileşenlerinin (V rd ve V rq ) büyüklükleri ve generatör hızı değiştirildikçe karakteritik eğride değişmektedir. ÇBAG enkron hızın altında veya ütünde elektrik enerjii üretebilmektedir. Stator aktif gücü rotor gerilim bileşenlerinin (V rd ve V rq ) değişimi ile denetlenebilmektedir. Ancak aktif gücün denetiminde karakteritik eğrilerden görüldüğü üzere (V rd ) bileşeni (V rq ) bileşenine göre daha kararlı bir denetim ağlamaktadır [47, 75]. Stator Aktif Gücü (p.u.) (a) (b) Şekil Stator aktif güç karakteritiği a)v rd =0 pu b) V rq =0 pu ÇBAG'nin tatoruna abit genlik ve frekan değerinde bir gerilim uygulanmaı durumunda rotor gerilim bileşenleri V rd ve V rq değişiminin tator reaktif gücü üzerindeki etkii farklı kayma değerleri için Şekil 3.12 de verilmiştir. Rotor gerilim bileşenlerinden (V rd ) aktif gücün denetiminde daha uygun ve kararlı olmaına karşı özellikle enkron altı hız değerlerinde aşırı reaktif güç üretilmeine neden olmaktadır. Rotor gerilim bileşenlerinden (V rd ), (V rq ) ile birlikte kullanıldığında,

75 54 reaktif güç üretimi ıfır yapılabilmektedir. Böylece generatör nominal güç ınırları içinde daha fazla aktif güç üretebilmektedir. Sonuç olarak ÇBAG'nin aktif güç denetiminde (V rq ) bileşeni, reaktif güç denetiminde ie (V rd ) bileşeni denetlenerek daha kararlı bir çalışma ağlanabilmektedir [47, 75]. (a) (b) Şekil Stator reaktif güç karakteritiği a)v rd =0 pu b) V rq =0 pu

76 55 4. BULANIK MANTIK DENETLEYİCİLER Bu bölümde bulanık mantık denetleyiciler ayrıntılı olarak ele alınmıştır. Bulanık mantığın yapıı, bulanık küme kavramı, üyelik fonkiyonları, vb. özellikleri incelenerek, bulanık mantığın avantaj ve dezavantajları verilmiştir Giriş Bulanık mantık kavramı ilk kez 1965 de California Berkeley Üniveritei nden Lotfi Aker Zadeh tarafından ortaya koyulmuş, gelenekel matematikel yaklaşımın yeterli olamadığı durumlar için hemen hemen bütün bilim dallarında kendiine uygulama alanı bulmuş bir kavramdır. Özellikle klaik item yaklaşımının gerektirdiği katı tanımlama zorunluluğuna bir alternatif olarak, değişkenlerin bir inanın anladığı şekilde enek bir yöntemle ifade edilebilmei, itemlerin modellenmei ve denetimi konuunda büyük bir değişimin başlangıcı olmuştur. Günlük hayatta karşılaştığımız durumların bilinen kein matematikel tanımlamalarla ifade edilememei böyle bir yaklaşımı doğurmuş, bu yaklaşım paralelinde günlük olaylar ve durumların ınıflandırılmaı matematikel anlamda çok daha enek bir yapıya kavuşmuştur. Özellikle doğal yaşamda ık karşılaşılan fakat matematikel yöntemlerle izah edilemeyen belirizlik durumlarını tanımlayabilme avantajı, bulanık mantık kavramını bilim dünyaında ayrı bir konuma taşımış ve çoğu bilim dalında özellikle doğrual olmayan itemlerin çözümünde kendiine uygulama alanı bulabilmiştir. Uygulama alanlarına örnek olarak; çamaşır makineleri, fotoğraf makineleri, klimalar, haberleşme araçları gibi birçok cihaz göterilebilir. Ayrıca on yıllarda A.B.D. de akeri alanda, havacılık ve uzay çalışmalarında uygulama örnekleri de mevcuttur. Bir inan için ıradan bir kavramın, item taarımı ve modelleme açıından klaik yöntemlerle tanımlanamadığı durumlara bir çözüm getiren bulanık mantık kavramı gelecek yıllarda uygulama alanını hızla artıracak görünmektedir [76] Bulanık Mantık ve Bulanık Küme Kavramı Bulanık mantık, inanların yaptığına benzer şekilde itemleri analiz etmekte kullanılan matematikel bir yöntemdir. Bu yöntem yardımıyla beliriz, muğlak

77 56 özellik taşıyan durumlardan bir onuç çıkarabilme klaik yöntemlere göre daha kolay yapılabilmektedir. Ayrıca bir problemi çözmek için klaik karmaşık matematikel modellemeler yerine yaklaşık olarak onuçlandırma amacını taşımaktadır. Gelenekel matematikel ınıflandırma yöntemi ınırları kein değerlerle çizilmiş durum ve kavramları ele almaktadır. İkili mantık olarak da adlandırılan bu yöntemde bir bildirim doğru ya da yanlış değerlerinden ancak birini alabilmektedir. Bunların dışında bir alternatif öz konuu olmamaktadır. Başka bir ifade ile gelenekel matematikel ınıflandırma yönteminde kein ve net tanımlamalar öz konuudur. Bulanık mantık yönteminde ie durum ve kavramlar birden fazla kümeye ait olabilmektedir. Kümelere ait olma durumları üyelik dereceleri ile ifade edilmektedir ve bu üyelik dereceleri elemanın o kümeye ne oranda dahil olduğunun götergeidir. Şekil 4.1 de, klaik mantık ve bulanık mantık yaklaşımlarına göre kişilerin boy uzunluklarının farklı küme üyeliklerine karar vermeye ilişkin nitelemelerin naıl yapıldığı göterilmektedir [77]. (a) (b) Şekil 4.1. Klaik ve bulanık küme kavramlarının grafikel göterimi a) Klaik mantık b) Bulanık mantık Şekil 4.1.a da klaik mantık kurallarına göre boy uzunluğu kümei iki farklı üyelik derecei almaktadır. Bunlar uzun boylu olanlar (μ=1) ve kıa boylu olanlar (μ=0). Bulanık mantık kurallarına göre boy uzunluğu kümei ie Şekil 4.1.b de verilmiştir. Burada ie boy uzunluğu kümei onuz ayıda üyelik dereceine ahiptir. Yani üyelik derecei (μ) 0-1 araında üreklidir. Üyelik derecei μ=1 e yaklaştıkça kişinin uzun boylu kümeye olan üyeliği artmakta, teri durumda yani üyelik derecei μ=0 a yaklaştıkça kişinin kıa boylu kümeye olan üyeliği artmaktadır [77].

78 57 Bir X uzayında tanımlı bulanık A kümei, [0,1] aralığında değerler alan μ(x) üyelik fonkiyonuyla ifade edilmekte ve Ā imgeiyle göterilmektedir. x A x, x X (4.1) Bulanık kümeler, X uzayının elemanları (x) ile üyelik fonkiyonu olarak adlandırılan μ(x) in oluşturduğu düzenlenmiş çiftler kümeinden oluşmaktadır. Üyelik fonkiyonu X in her bir elemanını [0, 1] aralığındaki bir üyelik dereceine karşılık gelmektedir. Ayrıca bulanık kümeler ayrık olarak tanımlanabileceği gibi ürekli formda da tanımlanabilir Üyelik Fonkiyonları Bulanık mantıkta kullanılan üyelik fonkiyonları tek bir şekle ahip değildir. İhtiyaç duyulan iteme bağlı olarak kullanıcı tarafından en uygun şekil eçilebilir. Hangi tür üyelik fonkiyonunun kullanılacağı ve kullanılacak üyelik fonkiyonu ayıı tamamen kullanıcıya bağlı olup daha fazla ayıda üyelik fonkiyonunun kullanılmaı çözümün haaiyetini artırmaktadır. Kullanılan üyelik fonkiyonları değişik türlerde olmakla birlikte ençok kullanılanlar üçgen, yamuk, gauian ve çan tipinde olanlardır. Şekil 4.2 de bu tür üyelik fonkiyonlar için örnekler görülmektedir. Genel olarak itemde haaiyet önemli ie üçgen üyelik fonkiyonu kullanılırken, değişimin çok hızlı olmaı itenilen yerlerde yamuk üyelik fonkiyonu kullanılmaktadır. Şekil 4.2. Bulanık mantık üyelik fonkiyonu çeşitleri

79 58 Pratikte üyelik fonkiyonları denetlenecek itemin durumuna göre uygulayıcı tarafından yamuk, üçgen, çan eğrii gibi çok değişik şekillerde eçilebilir. Üyelik fonkiyonları genelde küçük, orta, büyük olarak 3; küçük, orta küçük, orta, orta büyük, büyük olarak 5; veya çok küçük, küçük, az küçük, ıfır, az büyük, büyük, çok büyük olarak 7 etiketle tek ayı olarak tanımlanmaktadır. Şekil 4.3 de 7 etiketli üçgen üyelik fonkiyonları verilmiştir. Burada ölçeklendirme katayıı 1/4 şeklinde alınmıştır. Bu değer 1/4, 1/8 gibi denetim tratejiine uygun herhangi bir değer olabilir. Şekil 4.3. Yedi etiketli üyelik fonkiyonu ve ölçeklendirme katayıı Sonuç olarak bir bulanık küme, o kümenin elemanları ve elemanların üyelik dereceleri ile oluşturulabilir. A' bir bulanık küme olmak üzere; A u / A ( u) Iu U (4.2) şeklinde tanımlanabilir. Burada u, A' kümeinin bir elemanı, μ A (u) üyelik fonkiyonu, U ie A' kümeinin tanımlandığı evrendir. Üyelik fonkiyonu bir kümenin elemanlarının o kümeye hangi üyelik derecei ile ait olduğunu göteren ve [0, 1] aralığında değer alabilen bir fonkiyon olduğuna göre; 0,1 ; ( ) : [0,1] ( u) : U u (4.3) A A Burada A bulanık küme, U ie A' kümeinin üzerinde tanımlandığı evren, μ A (u) ie üyelik fonkiyonudur [78].

80 Bulanık Mantık Denetleyici Karmaşık itemlerin modellenmei çok zor bir iştir. Bu nedenle karmaşık bir itemde, hatalı modellemeler kararız itemlere ya da kararız item performanlarına yol açabilmektedir. Bulanık mantık denetleyici, modellenmei zor olan itemler için etkili alternatif bir yaklaşımdır. Bulanık mantık denetleyiciler, denetim algoritmaını oluşturmak için inanın karar verme işleminin nitel durumunu kullanmaktadır [80]. Şekil 4.4 de bulanık mantık denetleyicinin temel yapıının blok diyagramı görülmektedir. Burada; item değişkenleri, denetlenen itemden ölçülen giriş değişkeni ve itemin denetimi için kullanılan çıkış değişkeni olmak üzere iki çeşittir. Bulandırma birimi en on ölçülen verinin uygun dilel değerlere dönüştürülmeini ağlamaktadır. Bulanık bilgi tabanı bilginin iki ana tipini kapamaktadır. Veri tabanı, her bir item değişkeninin değerleri gibi kullanılan bulanık kümelerin üyelik işlevlerini tanımlarken, kural tabanı ie giriş bulanık değerlerin, çıkış bulanık değerlerine tam olarak eşlenmeini temil etmektedir. Karar verme birimi bulanık mantık denetleyicinin özüdür ve arzu edilen denetim tratejiine erişmek için, yaklaşık çıkarım ağlamaı ile inan gibi karar verme yeteneğine ahiptir. Durulama birimi ie karar verme biriminden gelen bulanık bilgileri, gerçek değerlere dönüştürerek, itemin tanıyabileceği denetim hareketi haline gelmeini ağlar [79]. Şekil 4.4. Bulanık mantık denetleyicinin temel yapıı

81 Bulandırma arayüzü Bulandırma, itemden alınan giriş bilgilerini dilel niteleyiciler olan embolik değerlere dönüştürme işlemi olarak tanımlanmaktadır. Üyelik fonkiyonundan faydalanılarak giriş bilgilerinin ait olduğu bulanık kümeyi/kümeleri ve üyelik dereceini tepit edip, girilen ayıal değere küçük, en küçük, gibi dilel değişken değerler atamaktadır. Sitemin verimli çalışmaını ağlamak amacıyla değişik şekillerde (üçgen, yamuk, çan eğrii,..vb) eçilebilir [78] Bilgi tabanı Bilgi tabanı uygulama alanı hedeflerinin bilgiini içermektedir. Ayrıca kural ve üyelik fonkiyonlarını tanımlamaktadır. Bilgi tabanı; veri tabanı ve kural tabanından meydana gelmektedir. Veritabanı denetim kuralları ve veri işlemede kullanılan gerekli tanımları içermektedir. Kural tabanı ie tratejiyi ve kuralları özel ifadeler aracılığı ile tanımlamaktadır. Kural tabanı, özel olarak ilgili itemin modellenmiş hali olarak düşünülebilir [79]. Veri tabanı: Denetimi yapılan itemle ilgili; bulandırma, bulanık çıkarım, durulama işlemleri ıraında gerek duyulan üyelik fonkiyonu ve kural tablou bilgileri veri tabanından kullanıma unulmaktadır. Kural tabanı: Kural tabanı, denetim amaçlarını karakterize eder. Denetim topluluğu, dilel denetim kurallarının bir kümei aracılığı ile bilinir. Bulanık bir item, uzman bilgiine dayanan dilel deyimlerin oluşturduğu bir küme ile karakterize edilebilir. Uzman bilgii, bulanık mantıkta bulanık koşul deyimleri ile kolayca gerçeklenebilen genellikle EĞER-O HALDE kuralları formundadır. Bulanık denetim kuralları, bulanık mantık denetleyiciinin kural kümei veya kural tabanlı bulanık koşul deyimleri olarak tanımlanabilir.

82 61 Temel olarak, dilel denetleyici EĞER-O HALDE şeklindeki kurallara ahiptir, ancak bu kurallar farklı şekillerde göterilebilir. Bir çok itemde, kurallar şu şekilde verilir: 1. Eğer (hata) Neg ve (hatanın değişimi) Neg O halde (çıkış) NB 2. Eğer (hata) Neg ve (hatanın değişimi) Sıfır O halde (çıkış) NO 3. Eğer (hata) Neg ve (hatanın değişimi) Poz O halde (çıkış) SIFIR 4. Eğer (hata) Sıfır ve (hatanın değişimi) Neg O halde (çıkış) NO 5. Eğer (hata) Sıfır ve (hatanın değişimi) Sıfır O halde (çıkış) SIFIR 6. Eğer (hata) Sıfır ve (hatanın değişimi) Poz O halde (çıkış) PO 7. Eğer (hata) Poz ve (hatanın değişimi) Neg O halde (çıkış) SIFIR 8. Eğer (hata) Poz ve (hatanın değişimi) Sıfır O halde (çıkış) PO 9. Eğer (hata) Poz ve (hatanın değişimi) Poz O halde (çıkış) PB Sıfır, Neg (Negatif), Poz (Pozitif), NB (Negatif Büyük), NO (Negatif Orta), PO (Pozitif Orta) ve PB (Pozitif Büyük) bulanık kümenin etiketleridir. Yukarıda verilen kural tabanının çizelge olarak göterilmei Çizelge 4.1 de verilmiştir. Çizelge 4.1. Kuralların çizelge halinde yazılmaı Δe e Neg Sıfır Poz Neg NB NO Sıfır Sıfır NO Sıfır PO Poz Sıfır PO PB Burada, giriş değişkenleri ekenlerde ve çıkış değişkenleri ie çizelgenin içinde verilmiştir. Çizelgenin boş bir hücreinin olmaı durumunda bu, bir kuralın ekik olduğunun götergeidir ve bu yapı tamamlılığı kontrol etmek için kullanışlıdır Çıkarım motoru Çıkarım motoru bulanık mantık denetleyicinin çekirdeği olarak kabul edilmektedir. Çıkarım motoru, bulanık mantıktaki çıkarım kurallarını ve bulanık gerçeklemeyi kullanarak denetim etkiini elde etme ve ayrıca bulanık mantıktaki inanın karar vermeine benzer benzetimleri yapma özelliğine ahiptir. Çıkarım motoru yardımıyla

83 62 birçok bulanık gerçekleme yapılmaktadır. Yani inan beyninin bir benzetimi çıkarım motorunda yapılmaya çalışılmaktadır [78] Durulama arayüzü Bulanık çıkarımın onucu, bulanık bir kümedir. Bu onucun iteme tekrar uygulanmaı için giriş değeri gibi ayıal değere dönüştürülmei gerekmektedir. Bu işlem durulama olarak adlandırılmaktadır. Durulama birimi karar verme biriminden gelen bulanık bir bilgiden bulanık olmayan ve uygulamada kullanılacak gerçek değerlerin elde edilmeini ağlamaktadır [78-80]. Durulama işleminde değişik yöntemler kullanılmaktadır. Önce her kural için üyelik derecelerinden oluşan değer ve onuç kuralı tepit edilmektedir. Daha onra, en uygun yöntem eçilerek durulama yapılmaktadır. En çok kullanılan durulama yöntemleri şu şekilde ıralanabilir; 1. Makimum üyelik yöntemi, 2. Ağırlık merkezi yöntemi, 3. Mean-Max üyelik yöntemi. 1. Makimum üyelik yöntemi: Yükeklik yöntemi olarak da adlandırılmaktadır. Bütün üyelik dereceleri içinde en büyük olana eşittir. Çıkış değerinin elde edilişi Şekil 4.5 de görülmektedir. Şekil 4.5. Makimum üyelik yöntemi

84 63 2. Ağırlık merkezi yöntemi: Ağırlık merkezi veya alan merkezi olarak da bilinen bu yöntem en yaygın kullanılan durulama yöntemidir. Çıkış değerinin elde edilişi Şekil 4.6 da görülmektedir. Şekil 4.6. Ağırlık merkezi yöntemi 3. Mean-Max üyelik yöntemi: Makimum üyelik fonkiyonu yöntemiyle ilişkilidir. Bu fonkiyon makimum üyelik derecei tek bir nokta olmayan, düz olabilen itemler için tercih edilmektedir. Bu yöntem yardımıyla çıkış değerinin elde edilişi Şekil 4.7 de verilmiştir. Şekil 4.7. Mean-max üyelik yöntemi Bulanık mantık denetleyicinin ütünlükleri Bulanık mantığın inan düşünüş tarzına uygun olmaı önemli bir ütünlüktür. Bulanık mantığın bu özelliği ebebiyle denetim işlemlerinin bir çoğu dilel niteleyicilerle yapılabilmektedir.

85 64 Bulanık mantıkta itemin matematikel modeline ihtiyaç duyulmadığı için matematikel modeli iyi tanımlanmamış, zamanla değişen ve doğrual olmayan itemler en iyi uygulama alanlarıdır. Bulanık mantıkta, işaretlerin bir ön işlemeye tabi tutulmaları ve geniş bir alana yayılmış değerlerin az ayıda üyelik işlevlerine indirgenmeleri, uygulamaların daha hızlı bir şekilde onuca ulaşmaını ağlamaktadır [80] Bulanık mantık denetleyicinin akıncaları Bulanık mantık denetleyicilerin otomatik denetim itemlerindeki deneyim ve inanın uzman bilgiini birleştiren araçları ağlamaına karşın, önemli akıncaları vardır. Bulanık mantık uygulamalarında mutlaka kuralların uzman deneyimlerine dayanarak tanımlanmaı gerekmektedir. Üyelik fonkiyonlarını ve bulanık mantık kurallarını tanımlamak her zaman kolay değildir. Bulanık mantık denetleyiciyi ayarlama, henüz bilinen bir analitik tekniği olmayan açık bir orundur. Bu nedenle, ayarlama deneme yanılma yoluyla yapılmak zorundadır. Bu da uzun zaman alabilmektedir. Sitemlerin kararlılık, gözlemlenebilirlik ve denetlenebilirlik analizlerinin yapılmaında ipatlanmış kein bir yöntemin olmayışı bulanık mantığın temel orunudur. Bulanık mantık denetim iteminin kararlılığını ağlayabilecek model geliştirmek zordur. Bu problemin çözümlerinden biri, kararlılığı keinleştirmek için gelenekel denetim itemlerini bulanık itemlerle birlikte kullanmaktır [80].

86 65 5. GERÇEKLEŞTİRİLEN DENEYSEL KURULUM Bu bölümde deneyel çalışmalar ıraında kullanılan deney düzeneğinin taarım aşamaları ayrıntııyla ele alınmıştır. Ayrıca kullanıcıların itemi uzaktan izleyebilmei ve denetleyebilmei için hazırlanan arayüz programı da bu bölümde açıklanmıştır Giriş Gerçekleştirilen deneyel kuruluma ait blok diyagram Şekil 5.1 de verilirken deneyel kurulumun genel görünümü Reim 5.1 de verilmiştir. Deneyel kurulum, mekanikel yapı, güç elektroniği dönüştürücüü, ölçme kartı, denetim kartları, tritörlü enkronizayon anahtarı, veri toplama kartı ve bilgiayar arayüz yazılımından meydana gelmektedir. Deneyel kurulumun baamakları aşağıda ayrıntılı olarak ele alınmıştır. Şebeke Şekil 5.1. Gerçekleştirilen deneyel kuruluma ait blok diyagram

87 66 Reim 5.1. Deneyel kurulumun genel görünümü 5.2. Taarlanan Mekanikel Yapı ÇBAG nin ihtiyaç duyduğu mekanikel enerji miline akuple bağlı bir aenkron motor (ASM) tarafından ağlanmaktadır. Deneyel çalışmalarda kullanılan ÇBAG ve ASM nin etiket değerleri Çizelge 5.1 de verilmiştir. ASM nin enkron altı ve enkron ütü farklı hız değerlerinde döndürülmei amacıyla değişken hızlı bir ASM ürücü kullanılmıştır. Ayrıca aynı mil üzerine poziyon enörü akuple edilerek ÇBAG nin rotor poziyon bilgii okunarak DSP'ye aktarılmıştır. Gerçekleştirilen mekanikel yapının görünümü Reim 5.2 de verilmiştir. Çizelge 5.1. Deneyel çalışmalarda kullanılan ÇBAG ve ASM nin etiket değerleri ÇBAG Stator 220/380 V Δ/Y 50 Hz 17.1/9.9 A Δ/Y 4 kw Coφ= rpm Rotor 130 V / 21 A ASM 220/400 V Δ/Y 50 Hz 14.3/8.2 A Δ/Y 4 kw Coφ= rpm

88 67 Reim 5.2. Oluşturulan mekanikel yapının görünümü 5.3. Taarlanan Güç Elektroniği Dönüştürücü Yapıı ÇBAG nin rotor devre enerjiinin denetimi için çift yönlü akım akışının olabildiği gerilim kaynaklı iki eviriciden meydana gelmiş güç elektroniği dönüştürücüü taarlanmıştır. Şekil 5.2 de güç elektroniği dönüştürücü yapıının blok diyagramı verilmiştir. Şekil 5.2. Güç elektroniği dönüştürücü yapıının blok diyagramı Güç elektroniği dönüştürücüü, üç fazlı tranformatör, üç fazlı şok bobinleri, şebeke tarafı dönüştürücü, doğru akım hat kondanatörü, rotor tarafı dönüştürücü ve LC filtreden meydana gelmektedir. Şebeke ve rotor tarafı dönüştürücü yapılarının oluşturulmaında güç anahtarı olarak IGBT kullanılmıştır. IGBT eçiminde deneyel çalışmalarda kullanılan ÇBAG nin rotor argı akımı dikkate alınarak, FUJI firmaı tarafından üretilen 2MBI100U4A-120 modülü kullanılmıştır [81]. Her bir modül kendi içeriinde yarım köprü bağlantı oluşturacak şekilde iki adet IGBT güç

89 68 anahtarından oluşmaktadır. Kullanılan modüldeki anahtarların her biri 100 A akım taşıma ve 600 V gerilim tutma kapaiteine ahiptir. 2MBI100U4A-120 IGBT ikili blok yapıı ve dönüştürücü bağlantıı Şekil 5.3 de verilmiştir. IGBT anahtarların keime gitmei durumunda uçlarında oluşacak yükek gerilimden korunmaı amacıyla her modül için 1μF/1200 V değerinde nubber kondanatörler kullanılmıştır. Generatör ve tranformatör endüktanları yeterli olduğu için ayrıca iletimde öndürme devrei taarlanmamıştır. Şekil MBI100U4A-120 IGBT ikili blok yapıı ve dönüştürücü bağlantıı Rotor ve şebeke tarafı güç elektroniği dönüştürücüleri araına 4 adet 4700μF/450 V kondanatör yerleştirilmiştir. Bu kondanatörler DA gerilimde yaşanacak alınımları önlemekle beraber ÇBAG nin enkron altı ve enkron ütü hızlara geçişlerde kıa üreli enerjinin depolanmaı amacıyla da kullanılmaktadır. Güç elektroniği dönüştürücü yapıında kullanılan IGBT güç anahtarlarının DSP tarafından ürülebilmei için bir ürme devreine ihtiyaç vardır. Çünkü DSP tarafından üretilen PWM inyallerinin genliği 3.3 V tur ve bu değer IGBT güç anahtarlarının ürülebilmei için yeterli değildir. Ayrıca her güç anahtarının yalıtılmış DA güç kaynağından belenme zorunluluğu ürücü devrenin kullanılmaını gerekli kılmıştır. Uygulamada Fuji firmaı tarafından üretilen EXB- 840 IGBT ürücüü kullanılırken her IGBT ürücüü için yalıtılmış DA güç kaynağı

90 69 taarlanmıştır. Şekil 5.4 de uygulamada tek anahtar için kullanılan ürücü devre şemaı verilmiştir [82,83]. 3.3 V 0 V Giriş Sinyali D C 1 R 1 3 EXB840 Çıkış inyali 15 V -5 V R 2 Kıvrımlı IGBT 14 1 C 2 Kontrol Devrei Şae V Yalıtılmış Güç Kaynağı 0 V Şekil 5.4. Taarlanan IGBT ürücü devre şemaı Şebeke tarafındaki güç elektroniği dönüştürücüünün şebekeye bağlantıı üç fazlı bir tranformatör yardımı ile gerçekleştirilmiştir. Bu ayede hem galvanik izolayon ağlanmış, hem de dönüştürücü çıkış geriliminin şebekeye uygunlaştırılmaı kolaylaştırılmıştır. Tranformatör eçiminde dönüştürücü çıkış gerilimi ile şebeke gerilimi araındaki dönüştürme oranı ve dönüştürücü gücü dikkate alınmıştır. Deneyel çalışmalar için eçilen üç fazlı tranformatör 4 KVA gücünde ve 55/380 V dönüştürme oranına ahiptir. Üç fazlı tranformatör ile şebeke tarafındaki dönüştürücü araına üç fazlı şok bobin bağlanmıştır. Bu bobin şebeke tarafındaki dönüştürücünün enkron altı hızlarda PWM doğrultucu olarak (boot konverter) çalışmaı için gereklidir. Ayrıca şok bobin yardımıyla şebekeden çekilen akım harmonikleri azaltılarak toplam harmonik bozulum (THD) değeri küçültülmüştür. Üç fazlı şok bobinin eçiminde anahtarlama frekanı, şebeke frekanı ve yük dikkate alınarak L=1 mh olarak eçilmiştir [84]. Ayrıca rotor tarafı güç elektroniği dönüştürücü çıkış akımındaki yükek frekanlı harmonik bileşenlerin üzülmei için LC filtre kullanılmıştır. LC filtredeki eleman değerleri; anahtarlama frekanı, rotora uygulanan gerilimin frekanı ve dönüştürücü gücü dikkate alınarak L f = 1.4 mh, ve C f =20 μf olarak eçilmiştir [84]. Deneyel çalışmalarda kullanılan LC filtre ile üç fazlı şok bobinin görünümü Reim 5.3 te verilmiştir.

91 70 Reim 5.3. Taarlanan LC filtre ve şok bobini 5.4. Ölçme Kartı Şebeke gerilimleri, akımları, ÇBAG tator gerilimleri, akımları ile ÇBAG rotor akımlarını DSP nin analog girişlerine uygun hale getirmek amacıyla bir ölçme kartı taarlanmıştır. Taarlanan ölçme kartında, LEM firmaı tarafından üretilen LA100-P akım enörü, LV25-P gerilim enörü ve 250/13.5 dönüştürme oranına ahip gerilim tranformatörleri kullanılmıştır. Akım ve gerilim algılayıcılarından elde edilen inyaller pozitif ve negatif değerlere ahip olduklarından doğrudan DSP ye uygulanamamaktadır. Bunun nedeni DSP nin analog giriş kanallarının 0-3 V aralığındaki inyalleri ayıal değere dönüştürebilmeidir. Bu nedenle akım ve gerilim algılayıcılarından alınan inyallerin negatif değerlerinin de DSP de işlenebilmei için +1.5 Volt DA bindirme devrei taarlanmıştır. Şekil 5.5 de bir faz için taarlanan devre yapıı verilmiştir [85]. Taarlanan gerilim ve akım ölçme kartlarının görünümü Reim 5.4 te verilmiştir.

92 71 Şekil 5.5. Ölçme kartının bir faz için devre yapıı Reim 5.4. Taarlanan gerilim ve akım ölçme kartlarının görünümü 5.5. TMS320F2812 DSP Denetim Kartı Son yıllarda güç elektroniği yapılarının denetiminde daha karmaşık yöntemler geliştirilmiş ve uygulama alanında da buna uyumlu ve hızlı mikroişlemciler üretilmiştir. Çalışma frekanının yükek ve analog bilgiyi ayıal bilgiye çevirme zamanının kıa olmaı ebebiyle gerçekleştirilen bu çalışmada Texa Intrument firmaı tarafından üretilen TMS320F2812 ayıal inyal işlemcii (DSP) tercih edilmiştir. TMS320F2812 DSP, abit noktalı işlem yapan 32-bit 150 MHz bir işlemci olup, 16 kanal 6.67 n çözünürlüklü ölü zaman ayarlı programlanabilir PWM çıkışı, 16 kanal 12-bit 80 n dönüşüm zamanlı A/D çevirici, 4 adet ayıal yakalama girişi ve 4 adet kare dalga kodlayıcı girişe ve C/C++ programlama deteğine ahiptir. İşlemci abit noktalı aritmetik işlem yapmaına rağmen IQmath kütüphane deteği ile kayan noktalı aritmetik işlem kolaylığında ve ona yakın doğrulukta işlem yapabilmektedir [86].

93 Tritörlü Statik Senkronizayon Anahtarı ÇBAG nin şebeke ile paralel bağlanmaı amacıyla üç fazlı tritörlü tatik anahtar taarlanmıştır. Böylece mekanikel anahtarların hantallığı ortadan kaldırılarak şebeke ile paralel bağlanmada yaşanan arklar önlenmiştir. Senkronizayon şartlarının ağlanmaından onra denetim kartından gelen inyalle tatik anahtar iletime okulmaktadır. Böylece paralel bağlanma otomatik olarak denetim kartı yardımıyla yapılmaktadır. Şekil 5.6 da bir faz için tritör ürme devreinin şemaı verilmiştir. Her faz için tritör modülü olarak IXYS firmaı tarafından üretilen MCC modülü kullanılmıştır. Kullanılan modüldeki tritörlerin her biri 130 A akım taşıma ve 600 V gerilim tutma kapaiteine ahiptir. Reim 5.5 te üç fazlı tritör ürme devreinin gerçekleştirilen devrei görülmektedir. Şekil 5.6. Bir faz için tritör ürme devrei

94 73 Reim 5.5. Üç faz için tritör ürme devreinin görünümü 5.7. Uzaktan Denetim ve İzleme Yazılımı Veri toplama kartından verilerin alınmaı ve alınan bu verilerin analiz edilerek kullanıcıya unulmaı, değerlendirilmei ve kullanıcı tarafından verilen komutların iteme iletilmei LabVIEW programında hazırlanan yazılım yardımı ile yapılmaktadır. LabVIEW; verilerin toplanmaı, analizi ve unumunda kullanılan, grafik tabanlı program geliştirme ortamıdır. Metin tabanlı programlama dillerine oranla daha güçlü programlama yeteneği ve enekliğine ahip olan LabVIEW tet ve ölçme işlemlerinde, veri toplama ve kontrolünde, bilimel araştırma çalışmalarında, işlem takibinde, fabrika otomayonlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Yazılımın hazırlanmaında ihtiyaç duyulabilecek hemen hemen her tip fonkiyon LabVIEW programında hazır olarak kullanıcıya unulduğu için yazılım geliştirmek için harcanan zaman, diğer metin tabanlı programlara oranla önemli ölçüde azaltılmıştır [87]. Hazırlanan uzaktan görüntüleme ve denetim yazılımının blok diyagramı Şekil 5.7 de verilmiştir. Ölçme kartı yardımıyla okunan akım ve gerilim inyalleri veri toplama kartı aracılığıyla bilgiayara aktarılmaktadır. Alternatif akım inyallerinin faz analizi gibi girdiler araındaki zaman ilişkiinin önemli olduğu uygulamalarda eşzamanlı

95 74 örneklemeye ihtiyaç duyulduğundan kullanılan veri toplama kartı eşzamanlı örnekleme özelliğine ahip olacak şekilde eçilmiştir. Veri toplama kartı olarak United Electronic firmaına ait PowerDNA model bir veri toplama küpü ve bu küp üzerinde bulunan üç adet eşzamanlı örnekleme özelliğine ahip analog giriş katmanı kullanılmıştır. Bu analog giriş katmanları birbirinden bağımız 18 bit çözünürlükte ADC giriş katmanına ahip olmakla beraber makimum 100 khz/kanal örnekleme hızına ahiptir [88]. Veri toplama küpü üzerinde bulunan ethernet girişi yardımıyla veriler bilgiayara ethernet haberleşmei üzerinden aktarılmaktadır. Bu ayede ölçüm yapılan item ile kullanıcı bilgiayarı aynı noktada olmaı gerekmediğinden daha enek bir denetleme ve görüntüleme itemi elde edilmiştir [87]. Şekil 5.7. Hazırlanan yazılımın blok diyagramı Şekil 5.8 de gerçekleştirilen arayüz yazılımının akış diyagramı verilmiştir. Arayüz programı başlangıçta önceden girilen ve tatik olan veri toplama kartının IP numaraı üzerinden iteme bağlanmaya çalışmaktadır. Bağlantının ağlanmaı durumunda yazılım tarafından otomatik olarak veri toplama kartının ayarları (analog okuma hızı, vb.) gerçekleştirilmektedir. Ayarlar gerçekleştirildikten onra ölçme kartından akım ve gerilim inyalleri okunarak bu inyallerin analizleri gerçekleştirilmektedir. Analizleri gerçekleştirilen inyaller görel olarak kullanıcı ekranına çizdirilmektedir. Generatör ve şebeke gerilim inyalleri değerlendirilerek enkronizayon şartları kontrol edilmektedir. Senkronizayon şartlarının ağlanmaı durumunda yazılım veri toplama kartı aracılığı ile DSP 1 e enkronizayon komutunu göndermektedir. Generatörün şebekeye paralel bağlanmaı onraı eğer kullanıcı, arayüz programında yer alan YÜK AL butonunu aktif edere yazılım veri toplama kartı aracılığıyla DSP 1 e yük al komutunu göndermektedir. Bu andan itibaren DSP 1 içeriinde gömülü

96 75 olan yazılıma bağlı olarak generatör üzerine yük almaktadır. Generatör tarafından şebekeye aktarılan güç değerleri ürekli heaplanarak ınırlar içinde olup olmadığı denetlenmektedir. Şekil 5.8. Gerçekleştirilen arayüz yazılımının akış diyagramı

97 76 Güç ınırlar dışında ie yazılım DSP 1 e şebekeden ayrılmaı için komut göndermektedir. Ayrıca kullanıcı, arayüz programında bulunan YÜK AL butonunun aktifliğini onlandırıra DSP 1 e bilgi gönderilerek generatörün üzerine aldığı yükü bırakmaı ağlanmaktadır. Son olarak kullanıcı itediği anda şebeke ile generatörün paralel bağlanmaını onlandırabilmektedir. Hazırlanan yazılımın ekran görüntüü Şekil 5.9 da verilmiştir. Kullanıcı bu ekran yardımıyla şebeke ve generatör gerilimlerinin dalga şekilleri ile birlikte generatör tator ve rotor akımlarının dalga şekillerini görebilmekte, şebekeye aktarılan aktif gücün değişimini zamana göre izleyebilmektedir. Ayrıca kullanıcı paralel bağlanma işlemini görel olarak bu arayüz üzerinden takip edebilmekte ve ilgili butonlar yardımıyla itemide kontrol edebilmektedir. Şekil 5.9. Hazırlanan yazılımın ekran görünümü

98 6. YAPILAN ÇALIŞMALAR Bu bölümde gerçekleştirilen benzetim ve deneyel çalışmalar anlatılarak elde edilen onuçlar verilmiştir Şebeke Tarafı Dönüştürücünün Denetimi Rotor tarafı dönüştürücünün ihtiyacı olan DA bara gerilimi, şebeke tarafı dönüştürücü yardımıyla ağlanmaktadır. Uygulamada şebeke tarafı dönüştürücünün şebekeden çektiği akım harmoniklerinin THD değerinin tandartlar içeriinde tutulmaı en büyük orun olarak görülmektedir [89, 90]. Bu çalışmada, şebeke tarafı dönüştürücünün denetim algoritmaı geliştirilerek DA bara geriliminin abit tutulmaının yanında şebekeden çekilen akım hormoniklerinin THD değerinin tandartlarda belirtilen ınırlar içeriinde kalmaı ağlanmıştır. Şekil 6.1 de hazırlanan denetim algoritmaının blok diyagramı verilmiştir. DA bara gerilimi, referan bara gerilim değeri ile karşılaştırılarak PI denetleyiciye uygulanmaktadır. PI denetleyici için gerekli olan k p ve k i değerleri için çok ayıda deney tekrarlanmış ve onuç olarak k p =12, k i =0,8 değerlerinde en iyi yükelme ve yerleşme zamanı elde edilmiştir. PI denetleyicinin çıkışından alınan inyal referan akım inyalinin d bileşenini (i dref ) oluşturmaktadır. Şebeke tarafı dönüştürücünün üç faz giriş akımları (i a, i b, i c ) Clarke dönüşümü yardımıyla iki boyutlu (i α, i β ) akım vektörlerine dönüştürülmüştür. Daha onra elde edilen bu iki boyutlu akım vektörleri Park dönüşümü yardımıyla d ve q abit eken düzleminde, abit genlikli ve abit açıal hızla dönen vektörlere dönüştürülmüştür (i d, i q ). Park dönüşümü için gerekli olan poziyon bilgii (θ ş ) PLL bloğundan elde edilmiştir. Referan akım inyalinin q bileşeni (i qref ) ie yazılımda ıfır olarak girilmiştir. Referan akım inyallerinin d ve q bileşenleri dönüştürücü aktif ve reaktif güçlerinin bağımız olarak denetimini ağlamaktadır. Dönüştürücü aktif ve reaktif güç ifadeleri Eş. 6.1 ve 6.2 de verilmiştir [91].

99 78 3 P Vid 2 (6.1) 3 Q Vi q 2 (6.2) vcref Cda vc L idref vdref d,q vαref LSC iqref PI PI PI vqref α,β vβref SV PWM + - θş id d,q iα α,β ia ib iq iβ α,β a,b,c ic Üç fazlı tranformatör Şekil 6.1. Şebeke tarafı dönüştürücünün denetim blok diyagramı

100 79 Elde edilen akım referan inyalleri (i dref, i qref ), dönüştürücü giriş akım inyallerinin abit genlikli ve abit açıal hızla dönen vektörleri (i d, i q ) ile karşılaştırılarak PI denetleyicilere uygulanmıştır. PI denetleyiciler için gerekli olan k p ve k i değerleri için çok ayıda deney tekrarlanmış ve onuç olarak k p =0,04, k i =0,02 değerlerinde en iyi yükelme ve yerleşme zamanı elde edilmiştir. PI denetleyici çıkışlarından elde edilen referan gerilim değerleri (v qref, v dref ) Ter Park dönüşümü yardımıyla iki boyutlu abit inyaller 90 faz farkı bulunan iki boyutlu inüoidal inyallere (v α, v β ) dönüştürülmüştür. Elde edilen bu inüoidal inyaller kullanılarak şebeke tarafı dönüştürücü yapıının denetimi için gerekli olan anahtarlama inyalleri elde edilmektedir. Darbe Genişlik Modülayon (DGM) yöntemi olarak Uzay Vektör DGM (UVDGM) yöntemi tercih edilmiştir [91] Benzetim çalışmaları Benzetim çalışmalarında şebeke tarafı dönüştürücünün giriş gerilimi faz-faz 55 V olacak şekilde eçilmiştir. Benzetim çalışmalarının ilkinde referan DA bara gerilim değeri değiştirilerek denetim yapıının tepkii gözlemlenmiştir. Şekil 6.2 de DA bara gerilim değerinin farklı referan gerilim değerlerine abitlenmei göterilmiştir. Dönüştürücü giriş gerilimi faz-faz 55 V olmaına rağmen dönüştürücü çıkış gerilimi ıraıyla 100 V, 200 V, 300 V ve 400 V değerlerini başarılı şekilde takip edebilmiştir. Burada şebeke tarafı dönüştürücünün yükelten (boot) dönüştürücü olarak kullanıldığı giriş ve çıkış gerilim değerlerlerinden anlaşılmaktadır Genlik (V) Zaman (n) Şekil 6.2. Farklı DA bara gerilim değerlerinde denetim yapıının tepkii

101 80 Benzetim çalışmalarının bir diğerinde ie denetim algoritmaı çalıştırılmadan önce şebeke tarafı dönüştürücünün bir faz için akım eğrii ile birlikte harmonik analiz onuçları, Şekil 6.3a da verilmiştir. Burada görüldüğü gibi akım dalga şekli inüoidal formdan uzak ve THD değeri %22,49 olarak ölçülmüştür. Şekil 6.3b de ie denetim algoritmaı çalıştırıldıktan onra şebeke tarafı dönüştürücünün bir faz için akım eğrii ile birlikte harmonik analiz onuçları verilmiştir. Burada akım eğrii inüoidal formda ve THD değeri %2,00 olarak ölçülmüştür. Benzetim onuçlarına göre unulan denetim yapıı yardımıyla şebeke tarafı dönüştürücünün giriş akım harmonik düzeyi %22,49 dan %2,00 düzeyine düşürülmüştür. Böylece şebeke tarafı dönüştürücünün giriş akım harmonik düzeyi tandartlarda belirtilen harmonik ınırları içeriinde tutulmuştur. 2 FFT window: 5 of 25 cycle of elected ignal 5 FFT window: 5 of 25 cycle of elected ignal Time () Time () Fundamental (50Hz) = 2.27, THD= 22.45% 0.8 Fundamental (50Hz) = 5.507, THD= 2.00% Mag (% of Fundamental) Mag (% of Fundamental) Frequency (Hz) Frequency (Hz) (a) (b) Şekil 6.3. Şebeke tarafı dönüştürücünün bir faz giriş akım eğrii ve harmonik analizi a) Denetim algoritmaı çalıştırılmadan önce b) Denetim algoritmaı çalıştırıldıktan onra Deneyel çalışmalar Deneyel çalışmalarda şebeke tarafı dönüştürücünün giriş gerilimi faz-faz 55 V, filtre bobininin endüktan değeri 1 mh, DA bara kondanatörünün değeri μf ve referan DA bara gerilim değeri 100 V olarak eçilmiştir. Deneyel çalışmalar ıraındaki ölçümler için FLUKE 43B enerji analizörü kullanılmıştır.

102 81 Şekil 6.4 de denetim algoritmaı çalıştırılmadan, yani IGBT lere anahtarlama inyalleri uygulanmadan önce şebeke tarafı dönüştürücü yapıının şemaı verilmiştir. Burada şebeke tarafı dönüştürücünün üç faz kontrolüz doğrultucu yapıında çalıştığı görülmektedir [91]. Şekil 6.4. Denetim algoritmaı çalıştırılmadan önce güç elektroniği yapıı Denetim algoritmaı çalıştırılmadan önce; DA hat gerilimi, tek faz için şebeke tarafı dönüştürücünün şebekeden çektiği akım dalga şekli ve akım dalga şeklinin THD grafiği Şekil 6.5 de verilmiştir. Kontrolüz doğrultucunun şebekeden çektiği akım dalga şekli incelenire inüten oldukça uzak bir dalga formunda ve THD değerinin %32,3 gibi tandartlarda belirtilen ınırların dışında olduğu görülebilir. Şekil 6.5. Denetim algoritmaı çalıştırılmadan önce DA hat gerilimi, tek faz için akım dalga şekli ve akımın THD grafiği

103 82 Denetim algoritmaı çalıştırıldıktan onra şebeke tarafı güç elektroniği dönüştürücü yapıı her yarım periyot için yükeltici (boot) dönüştürücü yapıında çalışmaktadır. Şekil 6.6 da denetim algoritmaı çalıştırıldıktan onra, güç elektroniği yapıı yarım periyot için devre şamaı verilmiştir [91]. Şekil 6.6. Denetim algoritmaı çalıştırıldıktan onra güç elektroniği yapıı Şekil 6.7 de ie denetim algoritmaı çalıştırıldıktan onra; DA hat gerilimi, şebeke tarafı dönüştürücünün tek faz için şebekeden çektiği akım dalga şekli ve akım dalga şeklinin THD grafiği verilmiştir. Şebeke tarafı dönüştürücünün şebekeden çektiği akım dalga şekli incelenire inü formuna yakın ve THD değerinin %2,2 olduğu görülebilir. Ayrıca DA bara gerilim değeri referan gerilim (100 V) değerini takip etmektedir. Şekil 6.7. Denetim algoritmaı çalıştırıldıktan onra DA hat gerilimi, tek faz için akım dalga şekli ve akımın THD grafiği

104 ÇBAG Stator Geriliminin Şebeke Gerilimi ile Senkronizayonu Yapılan çalışmada ÇBAG tator geriliminin, şebeke gerilimi ile enkronizayonu için faz kilitli döngü (PLL) kullanılmıştır. Böylece farklı hız değerlerinde şebekeye paralel bağlanma başarılı şekilde gerçekleştirilmiştir. LabVIEW programı kullanılarak hazırlanan arayüz yazılımı ÇBAG nin şebekeye paralel bağlanma işlemini otomatik olarak gerçekleştirmektedir. Böylece kullanıcı hatalarından kaynaklanan yanlış paralel bağlanmaların önüne geçilerek literatüre katkı ağlayacak daha güvenli bir paralel bağlanma itemi elde edilmiştir. Ayrıca, ÇBAG nin hızı tandartlarda (IEC , IEEE 1547) belirlenen hız değerinin altına düştüğünde paralel bağlanma otomatik olarak onlandırılarak item güvenliği artırılmıştır Faz kilitli döngü (PLL) tekniği Faz kilitli döngü (PLL- phae locked loop) geri beleme işaretinin frekan ve fazının, giriş işaretinin fazına ve frekanına kilitlenme ilkeine dayanan bir itemdir. Giriş işaretinin dalga şekline ilişkin bir ınırlama bulunmamaktadır. PLL in ilk uygulamaı, 1932 yılında radyo işaretlerinin aranmaı amacıyla kullanım alanı bulmuştur larda ie, NASA uydu programları için faz kilitleme döngüü tekniğinden yararlanmıştır. Tüm devre teknolojiinin hızlandığı ve büyük gelişme göterdiği 1960 lı yıllara kadar, PLL itemlerinin gerçekleştirilmei hem pahalı hem de karmaşık olmaktaydı. Tüm devre teknolojiinin gelişmeinin getirdiği ekonomik avantaj, PLL tekniğini özellikle endütriyel elektronik ve tüketici elektroniği alanlarında çok büyük uygulama çeşitliliği ile karşı karşıya getirmiştir [92]. Temel PLL Çalışmaı: Şekil 6.8 de blok diyagramı verilen PLL tekniği genel olarak; bir faz algılayıcıı, bir alçak geçiren filtre, bir kazanç katı ve gerilim kontrollü oilatörden (VCO) meydana gelmektedir.

105 84 Giriş inyali v i f i Faz Algılayıcıı v e Alçak geçiren K Çıkış f i +f o filtre f i -f o inyali f o v o VCO v d Şekil 6.8. PLL blok diyagramı Giriş inyal frekanı ile VCO dan karşılaştırma devreine gelen frekan aynı olduğu zaman, çıkış olarak alınan V d gerilimi, VCO yu giriş inyali ile kilitli tutmak için gereken değerdir. Ardından VCO, giriş frekanında abit genlikli kare dalga inyali üretir. En iyi çalışma, VCO merkez frekanının (f o ), kendi doğrual çalışma aralığının ortaındaki DA ön gerilim noktaına ayarlanmaıyla elde edilmektedir. Yükelteç, filtre devreinin çıkışı olarak elde edilen DA geriliminin ayarlanmaını mümkün kılar. Döngü kilitli olduğu zaman, karşılaştırıcıya uygulanan iki inyal, aynı fazda olmaa da aynı frekantadır. Karşılaştırıcıya uygulanan iki inyal araındaki abit faz farkı, VCO için abit bir DA gerilimi oluşturmaktadır. Bu durumda giriş inyali frekanındaki değişmeler, VCO ya uygulanan DA geriliminin değişmeine neden olur. Yakalama ve kilitleme frekan aralığında DA gerilimi, VCO frekanını ürerek giriş frekanıyla eşitlenmeini ağlamaktadır. Döngü kilitlenme durumuna geçmeye çalışırken, faz karşılaştırıcının çıkışı, karşılaştırılan inyallerin toplam ve fark inyal bileşenlerini içermektedir. Alçak geçiren filtre, döngünün, giriş ile VCO inyalleri araında kilitleme ağlayabilmei için inyalin adece alçak frekan bileşenlerini geçirmektedir. VCO nun ınırlı çalışma aralığı ve PLL devreinin geri beleme bağlantıından dolayı, PLL için belirlenen iki önemli frekan bandı vardır. PLL nin yakalama aralığı, döngünün giriş inyaliyle kilitleme ağlayabildiği VCO erbet çalışma frekanı f o civarında merkezlenen frekan aralığıdır. PLL yakalamayı

106 85 gerçekleştirdikten onra, kilitleme aralığı olarak adlandırılan biraz daha geniş bir frekan aralığında giriş inyaliyle kilitlenmeyi ürdürmektedir [93]. Üç faz PLL yapıı: Üç faz PLL yapıının blok diyagramı Şekil 6.9 da verilmiştir [94]. Üç faz şebeke gerilim vektörleri aşağıdaki gibi göterilebilir. 3 2 co 3 2 co co m c b a V v v v (6.3) Şebeke gerilimlerinin dengeli olduğu varayımıyla şebeke gerilim vektörleri Clarke dönüşümü yardımıyla abit eken düzlemine aktarılır. Clarke dönüşümü Eş. 6.4 yardımıyla gerçekleştirilir. Şekil 6.9. Üç faz PLL yapıının blok diyagramı

107 86 Clarke dönüşümü onucunda aralarında 120 faz farkı bulunan üç fazlı inüoidal gerilim inyalleri aralarında 90 faz farkı bulunan iki fazlı inüoidal gerilim inyallerine (v α, v β ) dönüştürülmüştür. v v v 2 v 3 v 2 a b c (6.4) Daha onra elde edilen bu iki boyutlu şebeke gerilim inyalleri Park dönüşümü yardımıyla enkron referan düzlemine aktarılmaktadır. Park dönüşümü için gerekli poziyon bilgii (θ') PLL yapıının çıkışından elde edilmektedir. Bu dönüşüm onucunda aralarında 90 faz farkı bulunan iki boyutlu inüoidal inyaller d ve q enkron referan düzleminde, abit genlikli ve abit açıal hızla dönen iki gerilim vektörüne dönüştürülür (v d, v q ). v v d q ı Co ı Sin ı Sin v ı Co v (6.5) Elde edilen iki gerilim vektöründen d eken bileşeni (v d ) trigonometrik dönüşümler kullanılarak aşağıdaki şekilde ifade edilebilir. v d E m in e (6.6) Burada E m =-V m ve δ=θ-θ' şeklindedir. PLL yapıının açıal frekanı ie aşağıdaki şekilde yazılabilir. ı d ı dt K f. e (6.7) Burada K f filtre kazanç katayııdır. Faz açıı farkı δ çok küçük olduğu durumlarda hata; e E m (6.8)

108 87 şeklinde doğruallaştırılabilir. Sonuç olarak, uygun taarlanmış döngü filtrei yardımıyla PLL açıal frekanı (ω') ve faz açıı (θ'), şebeke açıal frekanı (ω) ile faz açıını (θ) mükemmel şekilde takip edebilmektedir. İkinci mertebe kapalı döngü item taarımı: Üç faz PLL yapıının doğruallaştırılmış modeli Şekil 6.10 da verilmiştir. Bu model yardımıyla kapalı döngü itemin tranfer fonkiyonu yazılıra, G ( ) c ( ) ( ) K ı f m (6.9) K ( ) E f ( ) E m Burada Θ(), Θ'() ve Δ() ıraıyla θ, θ' ve δ nın Laplace tranformayonu onucu - domenindeki karşılıklarıdır. Döngü filtreinin taarımı için çeşitli yöntemler vardır. İkinci mertebe döngü taarımı, filtre performanını iyileştirmek ve item kararlılığını ağlamak amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadır [94]. İkinci mertebe döngü için oranal integral (PI) tipi filtre, K f 1 ( ) K p. (6.10) şeklinde ifade edilmektedir. Burada K p ve τ PI filtrenin kazanç katayılarını belirleyen parametrelerdir. Şekil Üç faz PLL yapıının doğruallaştırılmış modeli

109 88 Kapalı döngü itemin tranfer fonkiyonu, ikinci mertebe bir itemin genel ifade şeklinde yeniden yazılıra, 2 2 n n Gc ( ) (6.11) 2 2 n 2 n elde edilir. Burada; n K p E m (6.12) K. p E K m p Em (6.13) 2 2 n şeklinde ifade edilmektedir [94]. Elde edilen tranfer fonkiyonu kullanılarak, Şekil 6.11 de farklı önüm katayıları ve farklı doğal frekan değerleri için PLL çıkış tepkileri verilmiştir. Benzetim çalışmalarında; önüm katayıı ζ= 3,535, doğal frekan değeri ie ω n =1570 rad/n olarak eçilmiştir.

110 Açial Poziyon (rad) Zaman (m) (a) Açial Poziyon (rad) Zaman (m) (b) Açial Poziyon (rad) Zaman (m) (c) Şekil Üç faz PLL yapıının farklı önüm katayıı ve doğal frekan değerleri için açıal poziyon benzetim onuçları a) ζ= 0,707, ω n =628 rad/n b) ζ= 1,870, ω n =1570 rad/n c) ζ= 3,535, ω n =1570 rad/n

111 Hazırlanan denetim algoritmaı Bu çalışmada, ÇBAG nin tator gerilimi ile şebeke geriliminin enkronizayonu faz kilitli döngü (PLL) tekniği kullanılarak ağlanmıştır. Şekil 6.12 de hazırlanan denetim algoritmaının blok diyagramı verilmiştir [95]. Şekil Senkronizayon için hazırlanan denetim algoritmaının blok diyagramı

112 91 Şebeke ve generatör tator terminallerinden alınan gerilim inyalleri Clarke dönüşümüne tabi tutulmuşlardır. Clarke dönüşümü için gerekli olan matematikel ifade Eş de verilmiştir. v v v 2 v 3 v 2 a b c (6.14) Bu eşitlik yardımıyla 120 faz farkı bulunan üç fazlı inüoidal gerilim inyalleri 90 faz farkı bulunan iki fazlı inüoidal gerilim inyallerine dönüştürülmektedir. Şekil 6.13 de bu inyaller ve vektörel büyüklükleri verilmiştir Genlik (V) Zaman (m) Genlik (V) Zaman (m) Şekil Üç fazlı ve iki fazlı gerilim inyalleri ve vektörel büyüklükleri

113 92 Clarke dönüşümü onucu alınan iki boyutlu şebeke ve generatör gerilim inyalleri (v şα, v şβ, v gα, v gβ ) Eş de verilen Park dönüşümüne uygulanır. Bu dönüşüm onucunda aralarında 90 faz farkı bulunan iki boyutlu inüoidal inyaller d ve q abit eken düzleminde, abit genlikli ve abit açıal hızla dönen iki inyale dönüştürülür. Böylece üç fazlı inüoidal gerilim inyalleri iki boyutlu abit inyaller ile temil edilebilmektedir. Şebeke ve generatör gerilim inyallerinin Park dönüşümlerinde kullanılan poziyon bilgii ie PLL bloğundan elde edilmektedir. Şekil 6.14 de 90 faz farkı bulunan iki boyutlu inüoidal gerilim inyalleri ile Park dönüşümü onucu elde edilen abit inyaller ve vektör diyagramları verilmiştir. v v d q Co ş Sin ş Sin ş v Co şv (6.15) Genlik (V) Zaman (m) Genlik (V) Zaman (m) Şekil İki fazlı inüoidal ve abit genlikli gerilim inyalleri ve vektörleri

114 93 Park dönüşümü onucu elde edilen şebeke gerilim inyalleri (v şd, v şq ) ile generatör gerilim inyalleri (v gd, v gq ) karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma onucu elde edilen inyaller d ve q ekenlerindeki hataları vermektedir (e vd, e vq ). Elde edilen bu hatalar PI denetleyiciye uygulanarak rotor akımının referan değerleri elde edilmektedir (i qref, i dref ). PI denetleyici için gerekli olan k p ve k i değerleri için çok ayıda deney tekrarlanmış ve onuç olarak k p =1,5, k i =0,56 değerlerinde en iyi onuç elde edilmiştir. Rotor faz akım inyalleri aynı şekilde Clarke ve Park dönüşümüne tabi tutulmuşlardır. Park dönüşümü için gerekli olan poziyon bilgii: lip ş r (6.16) eşitliği yardımıyla elde edilmiştir. Burada θ ş, PLL bloğundan alınan şebeke geriliminin poziyonu, θ r ie rotor miline bağlı encoder yardımıyla okunan rotor poziyonudur. θ lip ie kayma poziyonu olarak tanımlanmıştır. Park dönüşümü onucu elde edilen iki boyutlu rotor akım inyalleri (i rq, i rd ), referan akım inyalleri (i qref, i dref ) ile karşılaştırılmaktadır. Bu karşılaştırma onucunda elde edilen elde edilen inyaller d ve q ekenlerindeki hataları vermektedir (e id, e iq ). Elde edilen bu hatalar PI denetleyiciye uygulanarak referan gerilim değerleri elde edilmektedir (v qref, v dref ). PI denetleyici için gerekli olan k p ve k i değerleri için çok ayıda deney tekrarlanmış ve onuç olarak k p =0,38, k i =0,025 değerlerinde en iyi onuç elde edilmiştir. PI denetleyici çıkışından elde edilen referan gerilim değerleri (v qref, v dref ) ter Park dönüşümüne aşağıda verilen eşitlik yardımıyla tabi tutulmaktadır. v v Co Sin lip lip Sin Co lip lip v v d q (6.17) Bu dönüşüm onucunda iki boyutlu abit inyaller 90 faz farkı bulunan iki boyutlu inüoidal inyallere dönüştürülmüştür. Elde edilen bu inüoidal inyaller kullanılarak rotor tarafı evirici yapıının denetimi için gerekli olan anahtarlama inyalleri elde edilmektedir.

115 Benzetim çalışmaları Yapılan benzetim çalışmaında rüzgâr türbinlerinde oldukça yaygın kullanılan ÇBAG tator geriliminin şebeke gerilimi ile enkronizayonu Matlab&Simulink programı yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Hazırlanan benzetim yazılımına ait blok diyagram görünümü Şekil 6.15 de verilmiştir. Şekil Denetim itemi yazılımının blok diyagramı Benzetim ıraında ÇBAG nin tator uçları ile şebeke araına bir anahtar yapıı yerleştirilerek enkronizayon onraı paralel bağlanma işlemi gerçekleştirilmektedir. Şebeke ve generatör gerilimlerinin d-q bileşenleri Şekil 6.16 da verilmiştir. Şebeke ve generatör gerilimlerinin d-q bileşenlerinin, 3 n de eşitlendiği görülmektedir.

116 95 Genlik (V) V q(şebeke) V d(şebeke) V q(generatör) V d(generatör) Zaman () Şekil Senkronizayon üreince şebeke ve generatör gerilimlerinin d-q bileşenlerinin değişimi Senkronizayon üreince şebeke ve generatör bir faz inüoidal gerilim inyalleri ie Şekil 6.17 de verilmiştir. Burada şebeke ve generatör gerilimlerinin yaklaşık 3 n de enkon oldukları görülmektedir. Paralel bağlanma ie

117 96 Genlik (V) Genlik (V) Genlik (V) Genlik (V) ,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Zaman (n) ,05 2,10 2,15 2,20 2,25 Zaman (n) ,30 2,35 2,40 2,45 2,50 2,55 Zaman (n) ,60 2,65 2,70 2,75 2,80 2,85 Zaman (n) Şekil Senkronizayon üreince şebeke ve generatör bir faz gerilim eğrileri

118 Deneyel çalışmalar Gerçekleştirilen deneyel çalışmalarda şebeke gerilimi ile ÇBAG tator geriliminin enkronizayonu incelenmiştir. Şekil 6.18 de enkronizayon üreince şebeke ve generatör bir faz gerilim eğrileri ile bir faz için generatör rotor akım eğrii verilmiştir. Burada şebeke ve generatör gerilimlerinin frekanı 50 Hz, rotor akımının frekanı ie 15 Hz olarak ölçülmüştür. Senkronizayonun meydana geldiği hız değeri; n r 1050 d / d olarak eçilmiştir. Bu değer ÇBAG nin tandartlara uygun gerilim üretebilmei için gerekli olan minumum hız değeridir. Çünkü ÇBAG nin tandartlara uygun gerilim üretebilmei için gerekli şart enkron hızın ±%30 oranında hız değerine ahip olmaıdır. ÇBAG yi döndürmek için gerekli mekanikel enerji değişken hızlı motor ürücüü yardımıyla döndürülen bir aenkron motordan ağlanmıştır. Senkronizayon üreci önceki bölümde anlatıldığı şekilde gerçekleşmiştir. Sonuç olarak Şekil 6.18 incelenire ÇBAG tator geriliminin yaklaşık 10 periyot onunda şebeke gerilimi ile enkron olduğu görülmektedir [95]. Şekil 6.19 da ie farklı rüzgâr hızlarında rotor akımı, şebeke gerilimi ve generatör gerilim eğrileri verilmiştir. Bu deneyel çalışma ÇBAG nin rotor hız değeri 1050 d/d ile 1350 d/d araında gerçekleştirilmiştir. Bu aralıktaki hız değerlerinde şebeke gerilimi ile ÇBAG tator geriliminin ürekli olarak enkron kaldığı görülmektedir. Farklı hız değerlerinde rotor akımı frekan değerinin kayma frekan değerinde olduğuna dikkat edilmelidir. ÇBAG tator geriliminin frekan değeri, f f f (6.18) r m şeklinde olmaktadır. Böylece ÇBAG tator geriliminin frekanı ürekli olarak 50 Hz de abit tutulmaktadır.

119 Şekil Senkronizayon üreince şebeke ve generatör bir faz gerilim eğrileri ile bir faz için rotor akımı

120 99 V şebeke V generatör I rotor (a) V şebeke V generatör I rotor (b) (c) Şekil Farklı rüzgâr hızlarında şebeke gerilimi, generatör gerilimi ve rotor akımı a) n r =1050 d/d, f r =15 Hz b) n r =1200 d/d, f r =10 Hz c) n r =1350 d/d, f r =5 Hz

121 PI Denetleyici ile ÇBAG nin Aktif ve Reaktif Güç Denetimi Bu çalışmada, ÇBAG nin şebeke ile paralel bağlanmaı ağlanarak, generatörün aktif ve reaktif güç denetimi gerçekleştirilmiştir. ÇBAG nin tator gerilimi ile şebeke geriliminin enkronizayonu önceki bölümde anlatıldığı gibi faz kilitli döngü (PLL) tekniği kullanılarak ağlanmıştır Hazırlanan denetim algoritmaı Şebeke ve generatör gerilimleri enkron olduğunda kullanıcı arayüz programı tarafından DSP ve enkronizayon anahtarına inyal gönderilerek generatörün şebekeye paralel bağlanmaı ağlanmaktadır. Bu andan itibaren generatör şebekeye paralel bağlanarak kullanıcı arayüz programı tarafından gönderilecek YÜK AL komutunu beklemektedir. Kullanıcı arayüz programı tarafından YÜK AL komutu DSP ye gönderilerek DSP de farklı bir denetim algoritmaının çalışmaı ağlanmaktadır. ÇBAG nin aktif ve reaktif güç denetimi için hazırlanan denetim algoritmaının blok diyagramı Şekil 6.20 de verilmiştir. Denetim algoritmaında generatörün ürettiği aktif ve reaktif güç d-q dönüşümü kullanılarak heaplanmıştır. Bu dönüşümlere göre aktif ve reaktif güçler aşağıdaki eşitlikler yardımıyla heaplanmaktadır. P g v i v i (6.19) gd gd gq gq Q g v i v i (6.20) gq gd gd gq Heaplanan bu değerler, referan aktif ve reaktif güç değerleri ile karşılaştırıldıktan onra hata inyalleri PI denetleyicilere uygulanmaktadır. PI denetleyicilerin çıkışları ie rotor akımlarının referan değerlerini belirlemektedir. Rotor akım inyalleri (i rq, i rd ), referan akım inyalleri (i qref, i dref ) ile karşılaştırılarak, elde edilen hatalar PI denetleyiciye uygulanarak referan gerilim değerleri elde edilmektedir (v qref, v dref ). Elde edilen referan gerilim değerleri (v qref, v dref ) Ter Park dönüşümü yardımıyla iki

122 101 boyutlu inüoidal inyallere dönüştürülmektedir. Elde edilen bu inüoidal inyaller kullanılarak rotor tarafı evirici yapıının denetimi için gerekli olan anahtarlama inyalleri elde edilmektedir. Böylece generatörün ürettiği aktif ve reaktif güç denetlenmektedir. Qref Pref + - ird + - irq PI PI P Q idref iqref + - ird PI + - irq PI Aktif-Reaktif Gücün Heaplanmaı vgd vgq igd igq vαref vβref d,q d,q d,q θş d,q α,β α,β α,β α,β vαref vβref irα irβ + vgα vgβ igα igβ θlip SV PWM α,β ira irb a,b,c irc Poziyon enörü - θş θş θr α,β vga vgb a,b,c vgc α,β iga igb a,b,c igc vşa PLL vşb vşc ÇBAG Şebeke Şekil PI denetleyici kullanılarak ÇBAG nin aktif-reaktif güç denetimi için hazırlanan algoritmanın blok diyagramı

123 Benzetim çalışmaları Yapılan bu benzetim çalışmaında rüzgâr türbinlerinde oldukça yaygın kullanılan ÇBAG nin tator geriliminin şebeke gerilimi ile enkronizayonu ağlandıktan onra aktif ve reaktif güç denetimi yapılmıştır. Güç denetimi için PI denetim tekniği kullanılmıştır. Benzetim çalışmaları Matlab&Simulink programı yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Hazırlanan benzetim yazılımına ait blok diyagram görünümü Şekil 6.21 de verilmiştir. Şekil Hazırlanan yazılımın blok diyagramı Şekil 6.22 de referan ve üretilen aktif güç eğrileri verilmiştir. Eğrilerden görüldüğü gibi denetim algoritmaı yardımıyla generatörün ürettiği aktif güç, referan aktif gücü takip edebilmektedir. Şekil 6.23 de ie referan ve üretilen reaktif güç eğrileri verilmiştir. Aynı şekilde eğrilerden görüldüğü gibi denetim algoritmaı yardımıyla generatörün ürettiği reaktif güç, referan reaktif gücü takip edebilmektedir. Bunun yanında PI denetim tekniği kullanımının onucu olarak hem aktif hem de reaktif güçte aşımlar meydana gelmektedir. Bu aşım değerleri referan güç değerlerine göre de farklılık götermektedir.

124 103 Şekil PI denetleyici kullanılarak gerçekleştirilen referan ve üretilen aktif güç eğrileri Reaktif Güç (VAR) Qref Q Zaman (n) Şekil PI denetleyici kullanılarak gerçekleştirilen referan ve üretilen reaktif güç eğrileri Deneyel çalışmalar Deneyel çalışmalarda şebeke gerilimi ile ÇBAG uç geriliminin enkronizayonu ağlandıktan onra ÇBAG, şebekeye paralel bağlanmıştır. Daha onra ÇBAG nin ürettiği aktif ve reaktif güçler denetlenmiştir. Deneyel çalışmalar ıraında ÇBAG nin şebekeye aktardığı güçler Fluke-43B ve Fluke-434 enerji analizörleri yardımıyla gözlenmiştir. Şekil 6.24 te ÇBAG nin bir faz gerilim ve akım eğrileri ile birlikte şebekeye aktardıkları bir faz için aktif ve reaktif güç değerlerini göteren

125 104 ekran görüntüleri verilmiştir. Şekil 6.24a da generatörün endüktif karakterli çalıştırıldığı, Şekil 6.24b de ie generatörün kapaitif karakterli çalıştırıldığı görülmektedir. Böylece ÇBAG nin şebekeyi endüktif veya kapaitif karakterli reaktif güç bakımından da detekleyici olarak çalıştırılabileceği görülmüştür. Şekil ÇBAG nin bir faz gerilim ve akım eğrileri ile birlikte şebekeye aktardıkları bir faz için aktif ve reaktif güç değerlerini göteren ekran görüntüleri Şekil 6.25 de ie farklı hız değerlerinde şebekeye aktarılan zamana bağlı aktif güç eğriini göteren ekran görüntüü verilmiştir. Generatör hızındaki artış veya azalmaya bağlı olarak PI denetleyicinin tepkii benzetim çalışmalarında olduğu gibi hızlı olmaktadır. Ancak özellikle generatörün şebekeye enerji aktarmaya başladığı anlarda aktif güç, referan güç değerinin %20 i kadar bir aşım eviyeine ulaşmaktadır. Bu güç değeri deneyel çalışmalar ıraında kullanılan generatörün gücü dikkate alındığında önemiz bir güç değeri gibi görüne de ticari ürünlerde bu kadar fazla aşımın yaşanmaı ciddi orunlar meydana getirebilmektedir. Ayrıca farklı güç değerlerinde farklı aşım eviyelerinin meydana geldiğine dikkat edilmelidir.

126 105 Şekil ÇBAG nin farklı hız değerlerinde şebekeye aktarılan zamana bağlı aktif güç eğrii Şekil 6.26 da ie aynı çalışma durumu için referan reaktif gücün ıfır değerine ayarlanmaı onucu ÇBAG nin şebekeye aktardığı reaktif güç eğrii ile birlikte güç katayıının zamana göre değişim eğrileri verilmiştir. Bu eğrilerden görüldüğü gibi ÇBAG şebekeden reaktif güç çekmediği gibi reaktif güçte göndermemektedir. Aynı zamanda çalışma ürei boyunca ÇBAG şebekeye adece aktif güç aktarmakta ve güç faktörü birim değerde kalmaktadır. Şekil ÇBAG nin farklı hız değerlerinde reaktif güç ve güç katayıının zamana göre değişimi

127 Bulanık Mantık Denetleyici ve Çıkış Ölçeklendirme Katayıı Kendinden Ayarlamalı Bulanık Mantık Denetleyici ile ÇBAG nin Aktif Güç Denetimi Klaik PI veya PID denetleyiciler diğer güç elektroniği dönüştürücülerin denetiminde olduğu gibi bu çalışmada taarlanan rotor tarafı dönüştürücünün denetiminde de kullanılabilmektedir. Bu denetleyicilerin kazançları tepit edilirken itemin matematikel modeli ve Ziegler-Nichol tarafından önerilen değerler kullanılmaktadır [96]. Sabit kazançlı PI veya PID denetleyici ile kontrol edilen itemler daha önceden belirlenen çalışma noktaında çalıştığında kabul edilebilir bir performan elde edilmektedir. Ancak item parametrelerinin değişimi nedeniyle farklı çalışma noktaları araında geçişler öz konuu olduğunda elde edilen geçici durum performanı için aynı şeyleri öylemek mümkün değildir. Özellikle rüzgâr türbinlerinin dolayııyla bu türbinleri denetleyen güç elektroniği yapılarının çalışma noktaları, rüzgâr hızı gibi doğal nedenlere bağlı olarak ürekli değişmektedir. Buna ek olarak şebeke parametreleri de generatörün çalışmaı ıraında değişebilmektedir. Bu nedenle ÇBAG nin rotor tarafı güç elektroniği dönüştürücüünün denetiminde abit kazançlı bir denetleyici yerine değişen şartlara göre uyarlanabilen yapıda bir denetleyici kullanılmalıdır. [97] Bulanık mantık denetim (BMD) teorii belirizlik ve değişkenlik üzerine kurulmuş matematikel bir diiplindir. Kein kurallara bağlı olmayan ve tam tanımlanmamış kavramların kullanılmaına izin vermektedir. BMD, doğrual olmayan ve uyarlanabilir yapıı ayeinde yük bozukluklarının ve parametre değişimlerinin bulunduğu uygulamalarda güçlü performan götermektedir. BMD nin klaik denetleyicilerden en büyük ütünlüğü genel olarak bilindiği gibi itemin matematik modeline olan bağlılığının çok ınırlı olmaıdır [97]. BMD nin uyarlanabilir yapıı dikkate alınarak ÇBAG nin aktif güç denetimi için bu çalışmada BMD tabanlı bir denetleyici yapıı kullanılmıştır. Klaik BMD nin performanını iyileştirebilmek amacıyla ayrıca çıkış ölçeklendirme katayının kendinden ayarlanmaı için ikinci bir BMD kullanılmıştır.

128 Hazırlanan denetim algoritmaı Şekil 6.27 de bulanık mantık denetleyiciinin (BMD) blok diyagramı verilmiştir. Burada e(k) k nıncı örnekteki hatayı temil etmektedir. Hatayı aşağıdaki şekilde ifade edebiliriz. e( k) r y (6.21) Burada r referan değeri, y ie çıkış değerini temil etmektedir. Hatanın değişimi ie hatanın k nıncı örnekteki değerinden (k-1) nıncı örnekteki değerinin çıkarılmaı ile elde edilmektedir. Hatanın değişimi de aşağıdaki şekilde ifade edilebilir. e ( k) e( k) e( k 1) (6.22) Hata (e) ve hatanın değişimi (Δ e ), ıraıyla (G e ) ve (G Δe ) katayıları ile çarpılarak normalize edilmektedir. Normalize edilen bu büyüklükler bulanık mantık denetleyiciinin (BMD) girişlerini oluşturmaktadır. Giriş değişkenleri bulanıklaştırıldıktan onra, bulanıklaştırılan girişler bulanık çıkarım katına uygulanmaktadır. Bulanık çıkarım katında kural tabanı yardımıyla değerlendirilen veriler daha onra durulaştırma katmanına uygulanmaktadır [98]. Şekil Bulanık mantık denetleyici blok diyagramı Çalışmada kullanılan hata ve hatanın değişimine ait üyelik fonkiyonları Şekil 6.28 de verilmiştir. Şekilden de görüldüğü gibi giriş bilgileri Negatif Büyük (NB), Negatif Orta (NM), Negatif Küçük (NK), Sıfır (ZE), Pozitif Küçük (PS), Pozitif Orta (PM), Pozitif Büyük (PB) gibi dilel etiketler ile temil edilmektedir. Hem giriş, hem de çıkış bulanık değişkenleri için (-1, +1) birime

129 108 indirgenmiş değer değişim aralığı kullanılmıştır. Taarlanan bulanık mantık denetleyici çıkışının (Δu) tepiti için kullanılan kural tabanı Çizelge 6.1 de verilmiştir. Şekil Hata (e), hatanın değişimi (Δe) ve çıkış (Δu) için üyelik fonkiyonları

130 109 Çizelge 6.1. Δu için kural tablou Δe e NB NM NS ZE PS PM PB NB NB NB NB NM NS NS ZE NM NB NM NM NS NS ZE PS NS NB NM NM ZE ZE PS PM ZE NM NM NS ZE PS PM PB PS NM NS ZE PS PS PM PB PM NS ZE PS PM PM PM PB PB ZE PS PS PM PM PB PB Şekil 6.27 de verilen Bulanık mantık denetim modelinde çıkış kazanç değeri abit olduğu için farklı giriş büyüklüklerine göre kalıcı durum hataı oluşabilmektedir. Bu durumu engelleyebilmek için çıkış kazancının giriş bilgilerine göre ürekli olarak otomatik olarak ayarlanmaı gerekmektedir. Bu nedenle önerilen denetim modelinde çıkış kazancının değerinin belirlenmeinde ikinci bir BMD kullanılmıştır [98]. Böylece klaik bulanık mantık denetleyicinin çıkış ölçeklendirme katayıı ürekli değiştirilerek, çıkış ölçeklendirme katayıı kendinden ayarlamalı bulanık mantık denetleyici modeli elde edilmiştir. Şekil 6.29 da çıkış ölçeklendirme katayıı kendinden ayarlamalı bulanık mantık denetleyicinin modeli verilmiştir. Bu denetim modeli bulanık mantık denetim modeline benzemekle birlikte, çıkış kazanç değerinin ayarlanmaı için ikinci bir BMD kullanılmıştır. Denetim modelindeki ikinci BMD nin girişleri birinci BMD girişlerinin aynııdır. İkinci BMD nin çıkış üyelik fonkiyonları Şekil 6.30 da verilmiştir. Çıkış bulanık değişkenleri için (0, +1) birime indirgenmiş değer değişim aralığı kullanılmıştır. Taarlanan ikinci BMD çıkışının (Δα) tepiti için kullanılan kural tabanı ie Çizelge 6.2 de verilmiştir.

131 110 Şekil Çıkış ölçeklendirme katayıı kendinden ayarlamalı bulanık mantık denetleyici blok diyagramı Şekil α değeri için üyelik fonkiyonları Çizelge 6.2. α için kural tablou Δe e NB NM NS ZE PS PM PB NB VB VB VB B SB S ZE NM VB VB B B MB S VS NS VB MB B VB VS S VS ZE S SB MB ZE MB SB S PS VS S VS VB B MB VB PM VS S MB B B VB VB PB ZE S SB B VB VB VB

132 Benzetim çalışmaları Benzetim çalışmaları için hazırlanan denetim algoritmaı önceki bölümde verilen algoritmadan aktif güç denetimi noktaında ayrılmaktadır. Burada aktif gücün denetimi için ıraıyla bulanık mantık denetleyici ve çıkış ölçeklendirme katayıı kendinden ayarlamalı bulanık mantık denetleyici yapıları kullanılmıştır. Hazırlanan yazılım blok diyagram görünümü Şekil 6.31 de verilmiştir. Şekil Hazırlanan yazılımın blok diyagramı Şekil 6.32 de bulanık mantık denetleyici kullanılarak gerçekleştirilen benzetim çalışmaının onucu verilmiştir. Burada üretilen aktif gücün referan aktif gücü takibi gözlemlenmiştir. Eğrilerden görüldüğü gibi referan değer ile üretilen değer araında farklı güç değerleri için farklı kalıcı durum hataları meydana gelmektedir. Bunun nedeni çıkış kazanç değerinin tüm çalışma durumları için abit olmaıdır.

133 112 Şekil 6.32.Bulanık mantık denetleyici kullanılarak gerçekleştirilen referan ve üretilen aktif güç eğrileri (benzetim) Şekil 6.33 de ie çıkış ölçeklendirme katayıı kendinden ayarlamalı bulanık mantık denetleyici kullanılarak gerçekleştirilen benzetim çalışmaı onucu verilmiştir. Burada üretilen aktif gücün referan aktif gücü takibi gözlemlenmiştir. Eğrilerden görüldüğü gibi çıkış ölçeklendirme katayıı kendinden ayarlamalı bulanık mantık denetleyici kullanılarak hazırlanan denetim algoritmaı yardımıyla generatörün ürettiği aktif güç, referan aktif gücü başarılı şekilde takip edebilmektedir. Ancak PI denetleyici ile karşılaştırıldığında itemin tepki ürei uzamıştır. Buna karşın aktif güçte aşım meydana gelmemiştir. Şekil 6.33.Çıkış ölçeklendirme katayıı kendinden ayarlamalı bulanık mantık denetleyici kullanılarak gerçekleştirilen referan ve üretilen aktif güç eğrileri (benzetim)

134 Deneyel çalışmalar Şekil 6.34 de bulanık mantık denetleyici kullanılarak gerçekleştirilen deneyel çalışma onucu, Fluke-434 enerji analizöründen alınan ekran görüntüü verilmiştir. Burada farklı hız değerlerinde şebekeye aktarılan aktif gücün referan aktif gücü takip etme tepkii gözlemlenmiştir. Benzetim çalışmalarında olduğu gibi bulanık mantık denetleyici ile gerçekleştirilen deneyel çalışma onucunda da aktif güç ile referan aktif güç araında farklı güç değerlerinde farklı kalıcı durum hataları meydana gelmektedir. Şekil Bulanık mantık denetleyici kullanılarak gerçekleştirilen referan ve üretilen aktif güç eğrileri (deneyel) Çıkış ölçeklendirme katayıı kendinden ayarlamalı bulanık mantık denetleyici kullanılarak gerçekleştirilen deneyel çalışma onucu ie, Fluke-434 enerji analizöründen alınan ekran görüntüü Şekil 6.35 de verilmiştir. Burada üretilen aktif gücün referan aktif gücü takibi gözlemlenmiştir. PI ve bulanık mantık denetleyicinin tepkiiyle karşılaştırma yapabilmek için referan güç değerleri deneyel çalışma ıraında abit tutulmuştur. Eğrilerden görüldüğü gibi çıkış ölçeklendirme katayıı kendinden ayarlamalı bulanık mantık denetleyici kullanılarak hazırlanan denetim algoritmaı yardımıyla generatörün ürettiği aktif güç, referan aktif gücü başarılı şekilde takip edebilmektedir. Ancak PI ve bulanık mantık denetleyici ile karşılaştırıldığında itemin tepki ürei uzamıştır. Buna karşın aktif güçte aşım

135 114 meydana gelmemiştir. Yapılan deneyel çalışma onuçları benzetim onuçları ile örtüşmektedir. Şekil 6.35.Çıkış ölçeklendirme katayıı kendinden ayarlamalı bulanık mantık denetleyici kullanılarak gerçekleştirilen referan ve üretilen aktif güç eğrileri (deneyel)