Modellıng and sımulatıon of a doubly fed ınductıon generator-based wındturbıne under symmetrıcal voltage fault

Abstract

When wind turbines, which convert wind energy, one of the renewable energy sources, into electrical energy, are connected to the electrical grid, it is of great importance to maintain grid stability. However, the variable nature of wind can pose certain challenges to system stability in wind turbine grid integration. Regulations in different countries require wind turbines to continue contributing to the grid in the event of a fault. In this thesis, the process of converting wind energy into electrical energy through a specific generator is described, and the behaviour of the turbine is simulated in the event of a symmetrical voltage fault. This thesis aims to develop a simulation model for a variable-speed doubly fed asynchronous generator-based (Dfig) wind turbine with a partially scaled frequency converter control using the field-oriented vector control method and to investigate its grid contribution ability under different conditions. The aim was to ensure torque control on the generator side and grid-side control. After the completion of the control system, the turbine's grid contribution ability was examined under short-term faults, and it has been shown that the system continues to contribute to the grid after the voltage drop. The modelling was performed using the Matlab / Simulink program, and the results were shared. In the last part of the thesis, the effect of a symmetrical fault on the rotor current is analysed by the Monte Carlo method.

Dünya genelinde artan enerji penetrasyonu ile rüzgâr enerjisi fosil yakıtlara, yüksek elektrik üretim kapasitesi ile güçlü bir alternatif oluşturmaktadır. Rüzgârdan sağlanan enerjinin mekaniksel ve elektriksel bileşenler aracılığıyla elektrik enerjisine dönüştürüldüğü sistemler olan rüzgâr türbinleri, şebekeye bağlandığında şebeke sistemi kararlılığının korunması önem arz etmektedir. Rüzgârın değişken yapısı, türbinlerin şebeke bağlantısında sistem kararlılığı bakımından bazı problemlere neden olabilmektedir. Ülkeler özelinde yönetmeliklerde, rüzgâr türbinlerinin olası bir arıza anında sisteme katkı sağlamaya devam etmesi zorunluluğu mevcuttur. Bu tez çalışmasında, modellenen jeneratör ile olası bir simetrik voltaj arızası anında, türbinin davranışı simüle edilmiştir. Değişken hızlı, Çift Beslemeli Asenkron Jeneratörlü bir rüzgâr türbini için kısmi ölçekli frekans dönüştürücü kontrolünün alan yönlendirmeli vektör kontrol yöntemi ile simülasyon modelinin oluşturulması ve farklı koşullar altında şebeke sistemine katkı yeteneğinin incelenmesi amaçlanmıştır. Tez çalışmasının amacı doğrultusunda, çift beslemeli asenkron jeneratörlü bir rüzgâr türbininin matematiksel modellemesi yapılmıştır. Dönüştürücünün jeneratör tarafı ile tork kontrolünün sağlanması ve şebeke tarafı ile DC bağlantısının kontrol altında tutulması amaçlanmıştır. Kontrol sistemi tamamlandıktan sonra şebekede oluşturulan kısa süreli arıza ile türbinin arıza sonrası şebeke sistemine katkı yeteneği incelenmiş ve voltaj düşüşü sonrasında sistemin şebekeye katkı sağlamaya devam ettiği gösterilmiştir. Modelleme, Matlab / Simulink programı ile yapılmış ve sonuçları paylaşılmıştır. Tezin son bölümünde asimetrik arızanın rotor akımı üzerindeki etkisini incelemek amacıyla simülasyonda farklı gerilim düşüşleri oluşturulmuş ve Monte Carlo yöntemi ile analiz edilmiştir.