ŞEBEKE BAĞLANTILI VE DEĞİŞKEN HIZLI ASENKRON JENERATÖRÜN RÜZGAR ENERJİSİ DÖNÜŞÜM SİSTEMİNDE KONTROLÜ

Benzer belgeler
PWM Doğrultucular. AA/DA güç dönüşümü - mikroelektronik devrelerin güç kaynaklarında, - elektrikli ev aletlerinde,

A.Ü. GAMA MYO. Elektrik ve Enerji Bölümü GÜÇ ELEKTRONİĞİ 9. HAFTA

RÜZGAR ENERJİSİ DÖNÜŞÜM SİSTEMLERİNDE KULLANILAN BİLEZİKLİ ASENKRON MAKİNANIN KONTROLÜ VE HARMONİK ANALİZİ

EVK Enerji Verimliliği, Kalitesi Sempozyumu ve Sergisi Haziran 2015, Sakarya

ANAHTARLI RELÜKTANS MOTORUN SAYISAL HIZ KONTROLÜ

Güç elektroniği elektrik mühendisliğinde enerji ve elektronik bilim dalları arasında bir bilim dalıdır.

Tek Fazlı Tam Dalga Doğrultucularda Farklı Yük Durumlarındaki Harmoniklerin İncelenmesi

ŞEBEKE KESİNTİLERİNİN ASENKRON JENERATÖRLÜ RÜZGAR ENERJİSİ DÖNÜŞÜM SİSTEMİ ÜZERİNDE ETKİSİ

AC-DC Dönüştürücülerin Genel Özellikleri

Yükseltici DA Kıyıcılar, Gerilim beslemeli invertörler / 12. Hafta

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Power Electronic Circuits (Güç Elektroniği Devreleri)

ELEKTRİK ENERJİ SİSTEMLERİNDE OLUŞAN HARMONİKLERİN FİLTRELENMESİNİN BİLGİSAYAR DESTEKLİ MODELLENMESİ VE SİMÜLASYONU

Üç Fazlı Sincap Kafesli bir Asenkron Motorun Matlab/Simulink Ortamında Dolaylı Vektör Kontrol Benzetimi

ÜÇ-FAZLI TAM DALGA YARI KONTROLLÜ DOĞRULTUCU VE ÜÇ-FAZLI EVİRİCİ

YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI RÜZGAR ENERJİSİ SİSTEMLERİ Eğitim Merkezi Projesi

Anahtarlama Modlu DA-AA Evirici

Statik güç eviricilerinin temel görevi, bir DA güç kaynağı kullanarak çıkışta AA dalga şekli üretmektir.

Kıyıcı Beslemeli DA Motorun Oransal İntegral ve Bulanık Mantık Oransal İntegral Denetleyicilerle Hız Kontrolü Karşılaştırılması

Kaskat Bağlı Çok Seviyeli Eviriciden Beslenen Asenkron Motorun Kapalı Çevrim Hız Kontrolü

Akım Kontrollü Gerilim Kaynaklı Evirici İle Sürülen RL Yükü Üzerindeki Akım Harmoniklerinin İncelenmesi

Deney 3 5 Üç-Fazlı Tam Dalga Tam-Kontrollü Doğrultucu

SÜRÜCÜLÜ SİSTEMLERDE ENERJİ KALİTESİ PROBLEMLERİNİN İNCELENMESİ

KARAMANOĞLU MEHMETBEY ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

BÖLÜM X OSİLATÖRLER. e b Yükselteç. Be o Geri Besleme. Şekil 10.1 Yükselteçlerde geri besleme

Matris Çevirici ve Gerilim Beslemeli Evirici ile Beslenen Sürekli Mıknatıslı Senkron Motor Sürücülerinin Karşılaştırılması

BULANIK MANTIK DENETİMLİ SERİ AKTİF GÜÇ FİLTRESİ KULLANARAK HARMONİK GERİLİMLERİN BASTIRILMASI

Sürekli Mıknatıslı Senkron Motorun Sayısal İşaret İşlemcisi ile Histerezis Akım Denetleyicili Alan Yönlendirme Kontrolünün Gerçekleştirilmesi

ELEKTROLİZ YAPMAK İÇİN PI DENETİMLİ SENKRON DA-DA DÖNÜŞTÜRÜCÜ TASARIMI

TEK FAZLI VE ÜÇ FAZLI KONTROLSÜZ DOĞRULTUCULAR

DSP TABANLI GERİLİM KAYNAKLI ŞÖNT AKTİF GÜÇ FİLTRESİ UYGULAMASI

RÜZGAR TÜRBİNLERİNİN KANAT AÇILARININ YAPAY SİNİR AĞI TABANLI DENETİMİ

Alternatif Akım; Zaman içerisinde yönü ve şiddeti belli bir düzen içerisinde değişen akıma alternatif akım denir.

Asenkron Motorun Klasik Denetimli PWM İnverter İle Mikroişlemci Tabanlı Hız Kontrolü

İÇİNDEKİLER. ÖNSÖZ...iii İÇİNDEKİLER...v 1. GÜÇ ELEKTRONİĞİNE GENEL BİR BAKIŞ YARI İLETKEN GÜÇ ELEMANLARI...13

L3 Otomasyon Laboratuvarı

Eleco 2014 Elektrik Elektronik Bilgisayar ve Biyomedikal Mühendisliği Sempozyumu, Kasım 2014, Bursa

DENEY 7 DALGALI GERİLİM ÖLÇÜMLERİ - OSİLOSKOP

Alçak Gerilimde Aktif Filtre ile Akım Harmoniklerinin Etkisinin Azaltılması

Şekil-1. Doğru ve Alternatif Akım dalga şekilleri

Üç-faz Tam Dalga (Köprü) Doğrultucu

ASENKRON MOTORLARIN DARBE GENİŞLİK MODÜLASYONLU (DGM) İNVERTER ÜZERİNDEN BİLGİSAYAR DESTEKLİ HIZ DENETİMİNİN DENEYSEL YAKLAŞIMI

300 W İNVERTER DEVRESİ TASARIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ DESIGN AND IMPLEMENTATION OF 300 W INVERTER

Alçaltıcı DA-DA Çevirici Analiz ve Tasarımı

Gerilim beslemeli invertörler, akım beslemeli invertörler / 13. Hafta. Sekil-7.7 de endüktif yükte çalışan PWM invertör görülmektedir.

ÜÇ FAZLI ALTI SEVİYELİ PWM İNVERTER İLE BESLENEN ASENKRON MOTORUN MATLAB/SİMULİNK UYGULAMASI. Hüseyin GÜZELCİK 1,

ALTERNATİF AKIMIN TEMEL ESASLARI

Bölüm 1 Güç Elektroniği Sistemleri

2. Bölüm: Rüzgar Enerjisi Dönüşüm Sistemleri ve Yapıları

5. Elektriksel Büyüklüklerin Ölçülebilen Değerleri

DA-DA BUCK, BOOST VE BUCK-BOOST KONVERTER DENEY SETĐ TASARIMI VE UYGULAMASI

ELEKTRİKSEL EYLEYİCİLER

Y-0035 GÜÇ ELEKTRONİĞİ EĞİTİM SETİ

EET-202 DEVRE ANALİZİ-II DENEY FÖYÜ OSİLOSKOP İLE PERİYOT, FREKANS VE GERİLİM ÖLÇME

Fatih Üniversitesi Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü EEM 316 Haberleşme I LAB SINAVI DARBE GENLİK MODÜLASYONU (PWM)

ÜÇ-FAZ SENKRON MAKİNANIN SENKRONİZASYON İŞLEMİ VE MOTOR OLARAK ÇALIŞTIRILMASI DENEY

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ YAYINLARI NO: BASKI

ÜÇ SEVİYELİ UZAY VEKTÖR DARBE GENİŞLİK MODÜLASYONLU İNVERTER İLE SABİT MIKNATISLI SENKRON MOTORUN ALAN YÖNLENDİRMELİ KONTROLÜ

ÜÇ-FAZ SENKRON JENERATÖRÜN AÇIK DEVRE VE KISA DEVRE KARAKTERİSTİKLERİ DENEY

ELEKTRİK MOTOR SÜRÜCÜLERİ: PWM AC KIYICILAR

EEME210 ELEKTRONİK LABORATUARI

TEK BÖLGELİ GÜÇ SİSTEMLERİNDE BULANIK MANTIK İLE YÜK FREKANS KONTRÜLÜ

KESİNTİSİZ GÜÇ KAYNAKLARI (KGK)

TEK FAZLI DOĞRULTUCULAR

Arttıran tip DC kıyıcı çalışması (rezistif yükte);

TEK FAZLI VE ÜÇ FAZLI KONTROLLÜ DOĞRULTUCULAR

BİR FAZLI ASENKRON MOTORLARIN V/f KONTROLLÜ ÇALIŞTIRILMASI İÇİN SÜRÜCÜ TASARIMI

DENEY-2 ANİ DEĞER, ORTALAMA DEĞER VE ETKİN DEĞER

Ders İçerik Bilgisi. Dr. Hakan TERZİOĞLU Dr. Hakan TERZİOĞLU 1

1 ALTERNATİF AKIMIN TANIMI

U.Ü. Mühendislik Mimarlık Fakültesi Elektronik Mühendisliği Bölümü ELN3102 OTOMATİK KONTROL Bahar Dönemi Yıliçi Sınavı Cevap Anahtarı

Robotik AKTUATÖRLER Motorlar: Çalışma prensibi

BÖLÜM VI DENGELENMİŞ ÜÇ FAZLI DEVRELER (3 )

BULANIK MANTIK ile KONTROL

PSpice Simülasyonu. Hazırlayan : Arş. Gör. Cenk DİNÇBAKIR

Eleco 2014 Elektrik Elektronik Bilgisayar ve Biyomedikal Mühendisliği Sempozyumu, Kasım 2014, Bursa

SERİ AKTİF GÜÇ FİLTRESİ için GELİŞTİRİLEN KASKAT BAĞLI ÇOK SEVİYELİ EVİRİCİ ve KONTROL ALGORİTMASI

DC DC DÖNÜŞTÜRÜCÜLER

ASENKRON MOTOR ASENKRON (İNDÜKSİYON) MOTOR. Genel

CHF100A KOLAY DEVREYE ALMA KİTAPÇIĞI

FRENIC MULTİ ÖZET KULLANIM KLAVUZU

Şekil 1. Bir güç kaynağının blok diyagramı

DENEY FÖYÜ 7: Seri ve Paralel Rezonans Devreleri

dirençli Gerekli Donanım: AC güç kaynağı Osiloskop

Şekil 7.1. (a) Sinüs dalga giriş sinyali, (b) yarım dalga doğrultmaç çıkışı, (c) tam dalga doğrultmaç çıkışı

GELENEKSEL GÜÇ KATSAYISI DÜZELTME DEVRELERİ İLE KÖPRÜSÜZ GÜÇ KATSAYISI DÜZELTME DEVRELERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI

ÜÇ FAZLI KONTROLLÜ DOĞRULTUCU VE DİMMER DEVRE UYGULAMASI

3 Fazlı Motorların Güçlerinin PLC ile Kontrolü. Doç. Dr. Ramazan BAYINDIR

6. DİJİTAL / ANALOG VE ANALOG /DİJİTAL ÇEVİRİCİLER 1

RÜZGAR ENERJİSİ. Anahtar sözcükler: Rüzgar Enerjisi, Rüzgar Türbini, Elektriksel Dönüşüm Sistemleri, Jeneratör.

DENGESİZ GÜÇ AKIŞI ANALİZLERİ İÇİN SABİT HIZLI ASENKRON GENERATÖRLÜ RÜZGAR TÜRBİNİ MODELİ BÖLÜM 1: GENERATÖR MODELİ BÖLÜM 2: YÜK AKIŞI UYGULAMALARI

5kW, Trafolu Tek Faz Kısa Devre Korumalı İnverter Tasarımı 5kW, Short Circuit Protected Single Phase Inverter Design With Transformer

EEM 202 DENEY 9 Ad&Soyad: No: RC DEVRELERİ-II DEĞİŞKEN BİR FREKANSTA RC DEVRELERİ (FİLTRELER)

ELEKTRİK TESİSLERİNDE HARMONİKLERİN PASİF FİLTRE KULLANILARAK AZALTILMASI VE SİMÜLASYONU. Sabir RÜSTEMLİ

ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİNE GİRİŞ

FIRÇASIZ DA MOTORUN KONTROLÜNDE PWM VE HİSTERİSİZ BANT TEKNİĞİNİN KARŞILAŞTIRILMASI

EEM220 Temel Yarıiletken Elemanlar Çözümlü Örnek Sorular

DENEY 3 HAVALI KONUM KONTROL SİSTEMİ DENEY FÖYÜ

Karadeniz Teknik Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Elektronik Laboratuvarı I İŞLEMSEL YÜKSELTECİN TEMEL ÖZELLİKLERİ VE UYGULAMALARI

Bilgisayar Arayüzlü DsPIC Kontrollü Fırçasız Doğru Akım Motoru Sürücü Sistemi

Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

Transkript:

ŞEBEKE BAĞLANTILI VE DEĞİŞKEN HIZLI ASENKRON JENERATÖRÜN RÜZGAR ENERJİSİ DÖNÜŞÜM SİSTEMİNDE KONTROLÜ Tolga Sürgevil Eyüp Akpınar Dokuz Eylül Üniversitesi Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü Kaynaklar Yerleşkesi, 35160 Buca / İzmir e-posta: tolga.surgevil@eee.deu.edu.tr, eyup.akpinar@eee.deu.edu.tr Özet 5 kw gücünde, şebeke bağlantılı olarak çalışan rüzgar enerjisi dönüşüm sistemi TÜBİTAK desteği ile tasarlanarak uygulaması gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada çift kafesli asenkron makina, PWM doğrultucu, PWM inverter, sayısal kontrol ünitesi kullanılmıştır. Kanatlar ve mekanik sistemin tümü yerli koşullarda ürettirilmiştir. Rüzgar türbininin genel görünüşü Şekil 1 de verilmiştir. Şekil 1. Rüzgar türbini genel görünüşü Rüzgar türbini tarafından sürülen çift kafes asenkron makina (DCIM) ile bu makinanın hız kontrolünde kullanılan çevirici devrelerinden oluşan sistemin genel blok şeması Şekil 2 de verilmektedir. Bu şemadan da görülebileceği gibi, güç elektroniği devrelerinin kontrolü TMS320F240 sayısal işaret işlemci (DSP) üzerinde geliştirilen yazılımla sağlanmaktadır. Geliştirilen yazılım, bu sistem için belirlenen kontrol yönteminin uygulanması sonucu IGBT anahtarlama elemanlarının, uygun

kontrol işaretleri ile denetlenmesini kapsamaktadır. Sistem üzerinde yer alan diğer yardımcı devreler (gerilim ve akım sinyallerinin algılanmasında kullanılan devreler, kapı sürücü devreleri gibi) bu şema üzerinde gösterilmemektedir ve ilerleyen kısımlarda detaylı olarak verilecektir. Sistem şebeke ve makine tarafında bulunan 2 çevirici ile kontrol edilmektedir. Çeviriciler köprü tipi, 3 faz olup, IGBT ve diyot elemanlarından oluşmaktadır. İki çevirici arasında bulunan DC kondansatör, DC link gerilimin filtrelenmesi ve enerji depolama amaçlı olarak kullanılmaktadır. AC şebeke tarafında bulunan endüktans ise şebeke akımların filtrelenmesi işlevini yerine getirir. Şekil 2. Sistemin genel blok şeması I. Şebeke Tarafı PWM AC-DC Çevirici Şebekeye bağlı olan PWM AC-DC çevirici devresi güç akışını iki yönlü denetleyebilmektedir; hem doğrultucu hem de inverter olarak çalışabilmektedir. Bu devrenin temel işlevi AC şebeke gerilimlerini belirli bir DC gerilime çevirmek ve şebeke akımlarını sinüs dalga formunda tutmaktır. Bu devrede giriş güç faktörü ayarlanabilmektedir ve sistemin çalışmasında güç faktörü 1 de tutulmaktadır. Literatürde PWM AC-DC çevirici devreleri için bir çok yöntem önerilmiştir [1-5]. Bunlar içerisinde hysteresis akım kontrolü (HCC) yöntemi oldukça uygulama açısından basit ve devre parametrelerine bağlılık göstermeyen bir yöntemdir. HCC yönteminde, PWM ac-dc çevirici devresinin çekmesi istenen komut akımı şekilleri ( ic 1, ic2, ic3 ) oluşturulur ve devrenin gerçekte çekmiş olduğu akımların (i 1, i2, i3 ) komut akımlarını izlemeye zorlayacak şekilde anahtarlama işaretleri üretilir. Komut akımları ile gerçek akımlar arasındaki fark bir hysteresis bandı içerisinde tutulur ve bu bandın genişliği akımların toplam harmonik bozulmasını (THD) ve IGBT lerin anahtarlama frekansını belirler. Bandın genişliği azaldıkça THD azalmakta, anahtarlama frekansı da artmaktadır.

PWM ac-dc çevirici devresinin güç faktörü 1 de ve sinüs biçiminde akımlar çekmesi istendiği için faz gerilimleri ve komut akımları şu formda olacaktır: 2π ek = Em sin[ ωt ( k 1) ] 3 k=1,2,3 (1) 2π ick = I cm sin[ ωt ( k 1) ] 3 k=1,2,3 (2) Burada I cm komut akımları genliği olup işaretinin pozitif veya negatif olması PWM ac-dc çevirici devresinin çalışma koşulunu (güç akış yönünü) belirler. Eğer I cm pozitif ise devre doğrultucu olarak (güç akışı şebekeden dc hatta doğru), negatif ise devre regeneratif olarak (güç akışı dc hattan şebekeye doğru) çalışacaktır. Buna göre, komut akımları üretildikten sonra bunların anlık değerleri ilgili fazın akımlarıyla karşılaştırılacak ve aradaki farka göre her faza ait IGBT ler şu şekilde tetiklenecektir: i ' > ε d k 0, d = 1 ck i k h = k i ' < ε d k 1, d = 0 ck i k h = k ε i i ε anahtarlar önceki pozisyonlarında bırakılır. h ck k h Burada d k değişkeni IGBT yarı iletkeninin açık veya kapalı konumunu gösteren mantıksal değişkendir. Sistemin açık çevrim çalıştırılması için yalnızca I cm değerinin belirlenmiş olması yeterlidir ve komut akımları yukarıda belirtilen formda üretildiğinde çevirici devresi şebekeden sinüs dalgasına yakın akımlar çekecektir. Çıkış dc gerilimi ( ) ise giriş-çıkış güç eşitliğini sağlayacak değere oturacaktır. u dc Kapalı çevrim kontrolü olarak tasarlanan sistemin şeması Şekil 3 de verilmektedir. Buna göre HCC için gerekli komut akımları genliği, dc link geriliminin referans ( ) değeriyle gerçek değeri arasındaki hatadan elde edilmektedir. Bu hata sinyali u dc _ ref gerilim denetleyicisi yardımıyla komut akımları genliğine dönüştürülmektedir. Burada kullanılacak denetleyici PI veya bulanık mantık denetleyici (FLC) olabilir. ADC yardımıyla örneklenen sinyallerden hata sinyali (E) ve hatanın değişimi (CE) sinyalleri elde edilir. Bunlar kapalı çevrim kontrol algoritması içinde değerlendirilerek komut akımları genliği için bir çıkış elde edilir. Bu çıkış komut akımlarının bir önceki değerine eklenir. Böylece hata ve hata değişim oranlarına bağlı olarak komut akımları genliği artırılıp veya azaltılarak dc link geriliminin istenen değere ulaşması sağlanır. Gerçekleştirilen sistemde, dc link gerilimi sabit bir değerde tutularak güç akışının her iki yönde denetlenmesi amaçlanmaktadır. Bu durumda PWM doğrultucu devresi ideal bir dc güç kaynağı gibi davranacaktır. Böylece rüzgar türbinine bağlı asenkron makine tarafından üretilecek enerji makine tarafındaki PWM çevirici aracılığı ile dc linke ve buradan da şebekeye aktarılabilir.

Şekil 3 PWM ac-dc çevirici kapalı çevrim kontrol şeması II. Makina Tarafı PWM DC-AC Çevirici Gerçekleştirilen rüzgar enerjisi dönüşüm sisteminde DCIM nın hız kontrolü PWM dc-ac çevirici devresi yardımıyla gerçekleştirilmektir. Sinüs dalga tabanlı PWM tekniğiyle çevirici anahtarlama elemanları tetiklenerek DCIM nın istenen hız değerinde jeneratör olarak çalışması sağlanmaktadır. Şekil 4 de tasarlanan PWM dcac çevirici kontrollü DCIM sürücü sisteminin blok şeması verilmektedir. DCIM hız kontrol yöntemi olarak slip regulation [6-7] yönteminden faydalanılmaktadır. Bu yöntemde DCIM için belirlenen referans hız değeri ile gerçek hız değeri arasındaki hatadan makine için gerekli kayma faktörü bilgisi elde edilir. Bu kayma faktörü bilgisi gerçek hızla toplandığında makinanın çalışma frekansı belirlenmiş olur. Dolayısıyla makinanın gerilim-frekans ilişkisinden aynı zamanda çalışma gerilimi bilgisi de üretilir. Böylece DCIM nın değişken gerilim değişken frekans kontrolü sağlanmış olur. Kapalı çevrim kontrol şemasında kayma bilgisinin elde edilmesi için yine PI veya FLC dan yararlanılabilir. Denetleyici çıkışı yine adım bir çıkış olup bu değer bir önceki kayma değerine eklenir. Böylece hızdaki hata ve hata değişimi oranlarına bağlı olarak kayma değeri artırılır veya azaltılır. Rüzgar enerjisi sisteminde DCIM referans hız bilgisi türbinden çekilebilecek maksimum güç noktası belirlenerek üretilmektedir.

Şekil 4 PWM dc-ac çevirici kontrollü DCIM sürücü devresi blok şeması III. DC Gerilim Denetleyici DC gerilim seviyesinin ayarlanabilmesi için kapalı çevrim kontrollünde bulanık mantık PI denetleyici kullanılmıştır. Bulanık mantık PI algoritmasının blok şeması Şekil 5 de verilmektedir. Gerilim sensörü (VT) ve TMS320F240 DSP üzerindeki 10- bit ADC yardımıyla DC link gerilim değeri (u ) programın her turunda ölçülüp DC link gerilim referans değeriyle (u dc _ ref ) ile karşılaştırılmaktadır. Buradan ek ( ) hata ve ce( k) hatanın değişimi hesaplanıp bulanık mantık denetleyicisine (FLC) girilmektedir. FLC programın her turunda komut akımları genliğinin ( Icm ) ne kadar değiştirileceği hesaplanıp sonuç olarak elde edilen bu genlik akımı hysteresis akım denetleyicisi (HCC) tarafından değerlendirilerek uygun ateşleme işaretleri üretilmektedir. dc Şekil 5 Bulanık mantık PI kontrollü PWM VSC blok şeması Bulanıklaştırma işleminde, Şekil 6 da gösterildiği gibi [-512, 511] aralığında tanımlanmış 7 adet bulanık üyelik fonksiyonu ile hata ve hatanın değişimi

sinyallerinin dilsel forma çevrilmektedir. Üyelik fonksiyonları üçgen formda olup üyelik dereceleri [0 1023] arasında değişmektedir. Buna göre hata ve hata değişiminin gerçek değerleri dilsel değişkenlerin üyelik dereceleri cinsinden ifade edilmektedir. Hata ve hata değişiminin üyelik dereceleri hesaplanırken tablo olarak hazırlanmış üyelik fonksiyonlarından yararlanılmaktadır. Değişken uzayı 8 parçaya bölünmüş ve buna göre değişkenlerin hangi bölgeye düştüğü belirlenerek üyelik derecelerinin hesaplanması yoluna gidilmiştir. Bir bölgede en fazla 2 fonksiyonun üyelik derecesi sıfırdan farklı ve diğer fonksiyonların üyelik dereceleri de sıfır olacaktır. Bu şekilde DSP nin işlem süresi kısaltılmıştır. Şekil 6 Hata ek ( ) ve hata değişimi ce( k) üyelik fonksiyonları Üyelik dereceleri hesaplanan bulanık değişkenler karar verme işleminde kullanılmaktadır. Her bir değişken 7 adet üyelik fonksiyonuyla ifade edildiği için toplam 49 kural Tablo I de gösterildiği gibi tanımlanmıştır. Bu kural tablosu yardımıyla Mamdani Metodu kullanılarak hata ve hata değişimi sinyallerinin ateşlemiş olduğu kurallar ve bu kuralların oluşturmuş olduğu çıkış şu şekilde belirlenir: u i = WC i i (3) burada C komut akımı genliğinde artış miktarı ( I ) ve i { i e e } W = min µ ( e), µ ( ce) (4) Mamdani Implication metoduyla belirlenir. Ateşlenen bu kurallar sayısal değerlere çevrilerek durulaştırma (defuzzification) işleminde kullanılmaktadır. Bunun için weighted average yönteminden yararlanılmaktadır. Bu yöntem simetrik çıkış üyelik fonksiyonları için geçerli olup bunlar Şekil 7 de gösterilmektedir. Buna göre hesaplanan çıkış değişiminin sayısal değeri şu şekilde hesaplanmaktadır: cm u i Icm = Wi (5)

TABLO I. Bulanık PI denetleyici kural tablosu e/ce NB NM NS Z PS PM PB NB NB NB NB NB NM NS Z NM NB NB NB NM NS Z PS NS NB NB NM NS Z PS PM Z NB NM NS Z PS PM PB PS NM NS Z PS PM PB PB PM NS Z PS PM PB PB PB PB Z PS PM PB PB PB PB Bu çıkış komut akımı genliğinin programın her turunda ne kadar değiştirileceğini ( I cm ) belirtir ve böylece istenen çalışma noktası için komut akımı genliği değeri FLC tarafından hesaplanır [8-9]. Şekil 7 Bulanık mantık PI denetleyici çıkış üyelik fonksiyonları IV. Sabit V/Hz ve PWM Yöntemi ile Asenkron Makina Hız Kontrolü Asenkron makina hız kontrolü için TMS320F240 üzerinde bulunan event manager (EV) modülü içerisindeki full compare unit kullanılmıştır. Bu modül 6 adet programlanabilir yönlendirmede PWM çıkış (PWMy) içermektedir. Sinüs dalga tabanlı PWM tetikleme sinyallerini üretebilmek için 3 adet compare register (CMPRx) ve iki adet zamanlayıcıdan (T1CNT, T2CNT) dan yararlanılmaktadır. Zamanlayıcılardan biri PWM frekansını ayarlamada diğeri ise PWM kayıtçılarını güncellemede kullanılmıştır. Değişken gerilim ve frekansta sinüs dalga üretebilmek için program başlangıcında yaratılan bir sinüs tablosundan yararlanılmaktadır. Buna

göre girilen komut frekansı bilgisine bağlı olarak sinüs tablosu üzerinde atılacak adım sayısı hesaplanır. Her bir faz için hesaplanan açının sinüs değeri oluşturulan tablo yardımıyla bulunmaktadır. Ayrıca genlik kontrolü için hız referansı değerinden belirlenen V/f oranı yardımıyla modulation index (m a ) hesaplanmaktadır ve her PWM periyodunun sonunda compare register lar bir sonraki sinüs değeriyle güncellenir. Tasarlanan sistemde PWM anahtarlama frekansı 2kHz olarak seçilmiştir. V. Doğrultucu-Inverter Sisteminin PI Denetleyicilerle Uygulanması Şebeke tarafı doğrultucu devresinin kapalı çevrim kontrolü ile çift kafesli asenkron makinanın hız kontrolü sırasıyla Şekil 8 ve Şekil 9 da verilmektedir. Tüm sistemin kontrolü tek bir DSP kartı ile sağlanmaktadır. Kapalı çevrim kontrollerinde bulanık mantık kullanıldığında programın 1 çevrim süresi yaklaşık 0.75ms iken bu süre PI denetleyici kullanıldığında yaklaşık 0.25ms ye düşmektedir. Bulanık mantık denetleyici de bir çevrimdeki işlem süresinin uzun olması nedeniyle PI denetleyiciler tercih edilmiştir. Şekil 8 Şebeke tarafı doğrultucu kapalı çevrim kontrolü Tüm sistemin kontrolü için geliştirilen programın akış şeması Şekil 10 da verilmektedir. Buna göre program başlangıçta kontrol için gerekli düzenlemeleri yapar (sinüs tablosu oluşturma, kayıtçıların ilk değerlerini atama gibi). Ana program içerisinde geri besleme sinyallerinin ADC den okunması işlemleri yapılmaktadır. Akım ve gerilim sinyallerinin algılanmasında hall-effect transducers kullanılmış ve bu algılayıcıların çıkışı DSP ADC girişlerine uygun gerilim seviyelerine (0-5V) getirilmiştir. Gerilim ve akım algılayıcı devreleri Şekil 11 ve Şekil 12 de verilmektedir.

Şekil 9 Inverter beslemeli çift kafes asenkron makinanın kapalı çevrim hız kontrolü Şekil 10 DSP programı akış şeması

Şekil 11 Gerilim geri besleme devresi Şekil 12 Akım geri besleme devresi I/O port anahtarlarının konumuna (DS1 ve DS2) bağlı olarak, program ilgili alt programı çağırarak, şebeke tarafı doğrultucu ve inverter devrelerinin kontrol sinyallerini üretir. İnverter devresinin kontrolünde sinüs tabanlı PWM tekniğinden faydalanılmaktadır. Programda PWM frekansı 2 khz olarak belirlenmiştir ve her PWM periyodunun sonunda üretilen kesme ile PWM kayıtçı ünitelerine yeni sinüs değerleri yüklenmektedir. Ayrıca her kesmede bir sonraki çevrim için yüklenecek sinüs değeri hesaplanmaktadır. Sistemde güç katı anahtarlama elemanı olarak 6MBP75RA120 FUJI IGBT IPM kullanılmıştır. Bu modüller köprü bağlı 6 adet IGBT ile bunların kapı sürücü ve koruma devrelerini içermektedir. Ayrıca her iki güç modülü HCPL4504 opto-izolatör elemanıyla kontrol devrelerinden izole edilmiştir. Kapı sürücü devreleri Şekil 13 de verilmektedir. Şekil 13 Kapı sürücü opto-izolatör devresi

VI. Deneysel Sonuçlar 5 kw gücünde rüzgar dönüşüm sistemi olarak tasarlanan güç akış devresi üzerinde testler Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği laboratuarında yapılmıştır. Rüzgar türbininin aktardığı güç laboratuar koşullarında Ward-Leonard Sistemi üzerinde benzeşim sağlanarak uygulanmıştır. Kullanılan bu sistem ile çift kafes asenkron makinanın yükleme testleri gerçekleştirilmiştir. Sisteme ilk enerji verildiğinde DC link geriliminin diyot doğrultucular yardımıyla kaynak geriliminin tepe değerine ulaşması sağlanmaktadır. Daha sonra şebeke tarafı doğrultucu devreye alınarak bu gerilim 500V a çıkarılmaktadır. DC link gerilimi stabilize olduktan sonra inverter devreye sokularak makinanın hız kontrolü yapılmaktadır. Şekil 14 de asenkron makinanın yüksüz kalkış esnasındaki rotor hızı ve DC link gerilimi görülmektedir. Rotor hızı yaklaşık 1.5 s de referans değerine ulaşmakta ve bu geçiş süresi boyunca DC link gerilimi maksimum ±%10 salınmaktadır. Şekil 15 ve Şekil 16 da sırasıyla asenkron makinanın fazlar arası gerilimi ve faz akımı ile şebeke tarafı doğrultucunun faz gerilimi ve akımı verilmektedir. Bu sonuçlar asenkron makinanın motor çalışma koşulu için alınmış olup bu durumda şebeke tarafındaki çevirgeç doğrultucu olarak çalışmaktadır. Doğrultucu akımları şekli sinüs dalga biçimine yakın ve güç faktörü 1 dir. Şekil 17 ve Şekil 18 de ise yine sırasıyla asenkron makinanın fazlar arası gerilimi ve faz akımı ile şebeke tarafı doğrultucunun faz gerilimi ve akımı verilmektedir. Bu sonuçlar ise makinanın jeneratör çalışma koşulunda alınmıştır. Şekil 19 ve 20 de sırasıyla motor ve jeneratör çalışma koşullarında makine miline uygulana tork kaldırılmış ve sistemin geçici davranışı incelenmiştir. Her iki çalışma bölgesinde (motor ve jeneratör) da mil torku atıldıktan sonra makinanın rotor hızı yaklaşık 1 s de tekrar referans değerine dönmekte ve bu süre içerisinde DC link gerilimi maksimum ±%10 salınmaktadır.

Şekil 14 Deneysel sonuç: motorun yüksüz başlatılması (üst kayıt: dc hat gerilimi-160v/cm, alt kayıt rotor hızı-375rpm/cm) Şekil 15 Deneysel çalışma: motorun yük altında kararlı çalışması (üst kayıt: motor fazlar arası gerilimi-320v/cm, alt kayıt: DCIM faz akımı: 5A/cm)

Şekil 16 Deneysel ölçüm: doğrultucu girişinde motor çalışma koşulunda ölçüm (üst kayıt: faz gerilimi-110v/cm, alt kayıt: faz akımı-4a/cm) Şekil 17 Deneysel sonuç: yük altında jeneratör testi (üst kayıt: DCIM fazlar arası gerilim-320v/cm, alt kayıt DCIM faz akımı: 2A/cm)

Şekil 18 Deneysel sonuç: Jeneratör çalışma koşullarında şebekeye gönderilen akım ve şebeke gerilimi (üst kayıt: DCIM faz gerilimi-110v/cm, alt kayıt:dcim faz akımı-4a/cm) Şekil 19 Deneysel sonuç: Motor olarak çalışırken yükte değişim (üst kayıt: dc link gerilimi-160v/cm, alt kayıt: rotor hızı-375rpm/cm)

Şekil 20 Deneysel sonuç:jeneratör olarak çalışırken yükte değişim (üst kayıt: dc link gerilimi-160v/cm, alt kayıt: rotor hızı-375rpm/cm) VII. Maksimum Güç Aktarımı Rüzgar türbininden maksimum gücü alabilmek için DSP üzerinde bir tarama algoritması gerçekleştirilmiştir. Buna göre maksimum güç aktarımı (MPPT) işlemi * başlamadan önce asenkron makinanın güç aktarımını belirli bir rotor hızında ( ω r ) gerçekleştirdiği varsayılmıştır. MPPT algoritması çalıştırılmaya başlandığında * referans hız değeri küçük değişikliklerle ( ω r ) bozulur ve elektriksel güçteki değişime bakılır. DC linkten ölçülen anlık elektriksel güç şu şekildedir: P = u dc i dc dc Şekil 21 de hız değişimine karşılık elektriksel gücün değişimi verilmektedir. Buradaki güç değişimi ayrık uyartımlı bir DC makinanın güç-hız karakteristiğidir ve belli bir hız değerinde güç maksimuma ulaşır. Gerçek rüzgar türbini kullanıldığında bu karakteristik biraz değişiklik göstermekle beraber amaç maksimum güç noktasını bulmak olduğu için deneylerde mil sürücüsü olarak DC makine kullanılmıştır. Buna göre maksimum güç noktasının üzerindeki hızlarda (1 ve 2), hız değişimi ile elektriksel güç değişimi aynı yöndedir. Tersi olarak, maksimum güç noktasının altındaki hızlarda ise (3 ve 4) bu değişim ters yöndedir. Maksimum güç noktasını yakalamak için algoritma 1 ve 2 noktalarının içinde olduğu bölgede hız değişikliğini * ( ω r ) küçük negatif bir değere, 3 ve 4 noktalarının içinde olduğu bölgede ise küçük pozitif bir değere ayarlar. Böylece DSP her 1 saniyede hız referansını değiştirerek maksimum güç noktasına ulaşmaya çalışır.

Şekil 21 Rotor hızına karşılık elektriksel güç değişimi Şekil 22 de MPPT algoritması çalıştırıldığında deneysel olarak elde edilen dc hat gerilimi ile rotor hızının değişimleri gösterilmektedir. Başlangıçta DCIM 820 devir/dakika rotor hızında boşta dönmektedir. Motor sürücü ünitesi tarafından rotor hızı bu referans değerde tutulmaktadır. MPPT algoritması başlatıldığında sistemin maksimum güç noktasını 477 rpm de bulduğu gözlenmiştir. Şekil 22 MPPT deneysel sonuçları (üst kayıt: dc hat gerilimi-160v/cm, alt kayıt: rotor hızı- 375 devir/dakika/cm)

VIII. Sonuç Rüzgar enerjisi dönüşüm sisteminde güç akışını kontrol edecek olan PWM çeviricilerin tasarımı tek bir sayısal işaret işlemci (DSP) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sayısal PI denetleyiciler kullanılarak gerçekleştirilen kapalı çevrim kontrolünde DSP nin her program çevriminde ortalama işlem süresi 250ms dir ve bu süre tüm sistemin kontrolü için yeterli olmaktadır. Sistemde güç akışı her iki yönde de olabileceği için testler hem motor hem de jeneratör çalışma koşullarında yapılmıştır. Kapalı çevrim denetleyicileri her iki çalışma koşulunda da sistemin kararlı olarak çalışmasını sağlamaktadır. Rüzgar türbininden maksimum gücü almayı sağlayacak algoritma yine DSP üzerinde gerçekleştirilmiştir ve algoritma mil sürücüsü olarak kullanılan bir DC makine yardımıyla test edilmiştir. Tasarlanan elektrik ve elektronik devresinin görünümü Şekil 23 de verilmiştir. Şekil 23 Elektronik kontrol panosu Teşekkür 101E004 no lu araştırma projesi olarak DEÜ Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümünde tarafımızdan yapılmak üzere desteklediği için TÜBİTAK a teşekkür ederiz.

Kaynakça [1] B.T. Ooi, J.C. Salmon, J.W. Dixon, A three-phase controlled current PWM converter with leading power factor, IEEE Trans. on Industry Applications, vol. IA- 23, no.1, January/February 1987, pp. 78-84 [2] S.B. Dewan, R. Wu, A microprocessor based dual PWM converter fed four quadrant ac drive system, IEEE IAS Annual Meeting 1987, pp. 755-759. [3] J.W. Dixon, B.T. Ooi, Indirect current control of a unity power factor sinusoidal current boost type three-phase rectifier, IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol.35, no.4, November 1988, pp. 508-515. [4] R. Wu, S.B. Dewan, G.R. Slemon, Analysis of a PWM ac to dc voltage source converter under the predicted current control with a fixed switching frequency, IEEE Trans. on Industry Applications, vol.27, no.4, July/August 1991, pp. 756-764. [5] R. Wu, S.B. Dewan, G.R. Slemon, Analysis of an ac-to-dc voltage source converter using PWM with phase amplitude control, IEEE Trans. on Industry Applications, vol.27, no.2, March/April 1991, pp. 355-364. [6] G.K. Dubey, Power Semiconductor Controlled Drives, Prentice-Hall, 1989. [7] A.M. Trzynadlowski, The Field Orientation Principle in Control of Induction Motors, Kluwer Academic Publishers, 1994. [8] S. Pravadalıoğlu, E. Akpınar, Implementation of fuzzy controller for dc-servo drive using a low cost microcontroller, 10th International Power Electronics and Motion Control Conference, Crotia, 2002. [9] Ross, T.J., Fuzzy Logic with Enginnering Applications, McGraw-Hill, 1995 [10] M.G. Simoes, B.K. Bose, R.J. Spiegel, Design and Performance Evaluation of a Fuzzy-Logic-Based Variable-Speed Wind Generation System, IEEE Trans. on Industry Applications, vol.33, no.4, July/August 1997, pp 956-965.