Asenkron generatörlü rüzgar türbinlerinin dengesiz gerilim altında dağıtım sistemlerinde yük akışı için modellenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, şebekeye doğrudan bağlı asenkron generatörlü rüzgâr türbinlerinin, dengesiz dağıtım sistemlerinin yük akışı analizleri için hassas ve hesap verimli şekilde modellenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, pozitif ve negatif sıra gerilim bileşenlerinin genliği, makine empedans parametreleri ve mekanik giriş gücü cinsinden analitik temelli kapalı ifadeye sahip bir model önerilmiştir. Önerilen modelde, mekanik giriş gücünün pozitif ve negatif sıra devrelerine etkiyen parçaları iteratif bir çözümle bulunmuştur. Önerilen modelin yenilikçi yönünün gösterilmesi için literatürdeki mevcut modellerle karşılaştırmalı analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizlerin ilk aşamasında, çeşitli dengesiz gerilim durumlarında, 160 kW gücündeki bir asenkron generatör için Matlab/Simulink yazılım ortamında elde edilen d-q model sonuçları referans alınarak modellerin hassasiyetleri değerlendirilmiştir. Analizlerin ikinci aşamasında, laboratuvar ortamında kurulan küçük bir sistemde, yine çeşitli gerilim dengesizliği ve mekanik giriş gücü durumlarında, 1.5 kW ve 7.5 kW gücündeki iki asenkron generatör için elde edilen ölçüm verileri referans alınarak modellerin hassasiyetleri incelenmiştir. Analizlerin son aşamasında ise; önerilen model ve literatürdeki mevcut modeller kullanılarak, 4 baralı bir test sistemi ile IEEE 34 bara ve IEEE 123 bara test sistemlerinde dengesiz yük akışı analizleri gerçekleştirilmiştir. Yük akışı analizlerinin sonuçları, hassasiyet, iterasyon sayısı ve temel işlem sayıları (toplama, çıkarma, çarpma, bölme, karekök) göz önüne alınarak yorumlanmıştır. Gerçekleştirilen analiz çalışmalarından, önerilen modelin rüzgar türbinlerinin dağıtım sistemlerinde yük akışı için kullanılabilir olduğu, ayrıca hassasiyet ve hesap verimliliği kriterleri birlikte değerlendirildiğinde diğer modellere göre ön plana çıktığı sonuçlarına ulaşılmıştır.

In this study, it is aimed to propose a sensitive and computational efficient model of the wind turbine with asynchronous generator directly connected to the network for the load flow analysis of the unbalanced distribution systems. For this purpose, a model with analytical based expressions is proposed in terms of amplitude of positive and negative sequence voltage components, machine impedance parameters and mechanical input power. In the proposed model, parts of the mechanical input power related with the positive and negative sequence circuits are calculated by an iterative algorithm. In order to show the novelty of the proposed model, its comparative analysis with the models existed in the literature were conducted. In the first stage of the analysis, the sensitivities of the models were evaluated by the d-q model results obtained in the Matlab / Simulink software environment for an asynchronous generator with 160 kW rating under various unbalanced voltage conditions. In the second stage of the analysis, the sensitivities of the models were examined by the measurement data obtained for two asynchronous generators with 1,5 kW and 7,5 kW ratings under various voltage unbalance and mechanical input power cases in a small system established in the laboratory environment. In the last stage of the analysis, using the proposed model and existing models in the literature, unbalanced load flow analysis was performed in 4 bus test system, IEEE 34 bus and IEEE 123 bus test systems. The results of the load flow analysis were interpreted by considering the sensitivity, iteration number and basic number of operations (addition, subtraction, multiplication, division, square root). From the conducted analysis studies, it has been concluded that the proposed model can be used for load flow in the distribution systems of wind turbines, and it stands out compared to other models when their sensitivity and computational efficiency criteria are evaluated together.