Şebekeden Yalıtılmış Bir Yel Enerjisi Dönüşüm Sistemi için Özgün Bir Generatör Yapısı

Abstract

Günümüzde, fosil enerji kaynaklarının azalması, geleneksel enerji kaynaklarınınçevreye uyumsuzlugu nedeniyle yenilenebilir enerji kaynaklarına dayalı enerji üretimsistemlerine yönelim giderek artmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklı elektrik enerjisiüretiminde üretim yapılacak yerin konumu ve türbinler kadar önemli bir konu da uygungeneratör türü ve kontrol sistemi kullanımıdır. Özellikle geleneksel generatör sistemleriile elde edilemeyen olumlu sonuçları aramak için yeni generatör sistemi tasarımlarınagereksinim duyulmaktadır.Bu çalısmada sebekeden yalıtılmıs enerji üretim sistemlerinde kullanılabileceközgün bir generatör sistemi önerilmistir. ?Seri köprü dogrultuculu asenkron/senkrongeneratör? olarak adlandırılan generatör yapısı sargılı rotorlu bir asenkron generatörünrotor ve stator sargılarının bir köprü doğrultucu üzerinden seri baglanmasıyla eldeedilmektedir. Bu yapı ile sargılı rotorlu asenkron makina kullanarak senkron çalısan birgeneratör modeli elde edilmek istenmektedir. Senkron çalısma sayesinde sıgaç uyartımlıasenkron generatörlerde önemli bir sorun olan üretilen gerilimin sıklığının yüke baglıolarak degismesi konusuna çözüm getirilmektedir.Çalısmada önerilen özgün generatör yapısının basarım çözümlemesi için bir?Sonlu Elemanlar Yöntemi (SEY)? yazılımı ve güç elektronigi benzetim yazılımınınbirlikte kullanımını içeren bir benzetim modeli olusturulmustur. Olusturulan model ilebilgisayar destekli deneysel tasarıma temel olusturulmustur. Generatör başarımıdeneysel çalısmalar ve benzetim yazılımları ile ayrıntılı olarak incelenmis, sonuçlardeğerlendirilmistir. Generatör yapısının geleneksel asenkron generatör yapıları ile olanfarklılıkları vurgulanmıstır.Anahtar Kelimeler: Asenkron generatör, seri özuyartımlı senkron generatör,sebekeden yalıtılmıs generatör, yenilenebilir enerji, deneysel tasarım, Sonlu ElemanlarYöntemi (SEY), bilgisayar destekli benzetim/tasarım.

Nowadays, due to the decrease of fossil energy sources and their damage to theenvironment, interest in renewable energy based generator systems has increased. Inrenewable energy based systems, the issue of determining the suitable generator typeand its control system is as crucial as chosing the proper turbine location. That?s why,in the literature, there exist several studies on new generator system designs havingbetter characteristics with respect to conventional ones. Besides the grid-connectedsystems, stand-alone systems are important in remote applications as well.In this study, a new original generator system has been put forward for stand-alonerenewable energy systems. The proposed generator system can be designated as?series connected self-excited asynchronous/synchronous generator? and consists of awound rotor induction machine whose rotor windings are connected in series with thestator windings via a full-wave bridge rectifier. Owing to this system, a synchronousgenerator can be achieved by using a wound-rotor asynchronous machine. Similar to theisolated squirrel-cage induction generator applications, generator excitation is suppliedby the capacitors connected to the stator. Due to the synchronous operation,load/frequency dependency problem of the conventional self-excited asynchronousgenerators is overcomed.In the study, the transient and steady-state behaviour of the proposed generatorsystem have been analyzed by performing experimental studies and computer-aidedsimulations. For the simulation model, a Finite Element Method (FEM) based softwareand a power electronics circuit simulator have been used together. Thanks to thesimulation tools and performance analysis, some generator parameters and systemtopologies have been determined for experimental design.Keywords: Asynchronous generator, series-connected synchronous generator,renewable energy, self-excited generator, design of experiment (DOE), Finite ElementsMethod (FEM), computer aided simulation/design.