Rüzgar Türbinlerinin Endirek olarak Şebekeye Bağlanması

Rüzgar enerjisi dönüşüm sistemlerinde etkin olarak güç elektroniği devreleri kullanılmaktadır. Bu tür devreler üretilen enerjinin istenen forma çevrilmesinde ve amaçlanan kontrol mantığının gerçekleştirilmesinde önemli bir yer tutmaktadır.Rüzgar enerjisi dönüşüm sistemleri, türbin hızı ve üretilen gerilimin frekansı esas alındığında çalışma prensiplerine göre üç gruba ayrılabilir.

   - Sabit hız, sabit frekans dönüşüm sistemleri

   - Değişken hız, sabit frekans dönüşüm sistemleri

   - Değişken hız, değişken frekans dönüşüm sistemleri

  -Sabit Hız Sabit Frekans Dönüşüm Sistemi (SHSF)

Bu tür sistemlerde rüzgar türbininin mili generatöre, generatör stator terminalleri ise enterkonnekte sisteme doğrudan bağlanmaktadır. Generatör olarak senkron generatör veya asenkron generatör kullanılmaktadır. Senkron generatör kullanıldığı zaman ikaz akımı güç elektroniği devreleri ile kontrol edilerek güç faktörü ayarlanabilir. Asenkron generatör kullanılması durumunda rotor hızını senkron hızın üzerinde tutabilmek için türbin ile rotor arasında hız dönüşüm redüktörü kullanılmalıdır.

  -Değişken Hız Sabit Frekans Dönüşüm Sistemi (DHSF)

Bir rüzgar türbininden elde edilebilecek güç denklem gibi ifade edilebilir.

W= C_p*1/2 ρ A ₁V₀³                                                                                    

Burada Cp rüzgar türbinin güç katsayısı olup q ve l parametrelerine bağlı olarak değişir.l parametresi uç-hız oranıdır ve şu şekilde ifade edilir:

 l = w1 r / v                                                                                                

w1  türbin milinin açısal dönüş hızı, r türbin yarıçapı, q ise türbin kanat açısıdır.

Rüzgar hızının değiştiği durumlarda uç – hız oranı optimum bir değerde tutulmak suretiyle rüzgardan elde edilecek gücün maksimum transferi sağlanabilir. Rüzgar türbininden maksimum güç elde etmek için uç – hız oranı, kanat aralık açısı değiştirilmek suretiyle optimum değerde tutulabilir.Burada generatör çıkışı değişken gerilim ve frekansta olacağından enterkonnekte şebekeye direkt bağlanamaz. Generatör çıkışlarını şebeke gerilim ve frekansı ile uyumlandırmak için,Şekildeki gibi, bir AC – DC – AC çevirici yardımıyla üretilen enerji önce DC daha sonra da AC forma çevrilebilir

  -Değişken Frekansta alternatif Akım Üretme

Burada rüzgar türbin generatörü küçük bir AC şebeke ile çalışmaktadır. Bu elektrik şebekesi elektronik olarak inverter kullanmak suretiyle kontrol edilmektedir. Generetörün stator kısmında üretilen alternatif akımın frekansı değişkendir. Çünkü türbin pervaneleri değişik hızlarda çalışmaktadır. Generatörden önce devir sayısını dişliler yardımıyla arttıran bir dişli kutusu bulunmaktadır.

  -DC Akıma Dönüştürme

Değişken frekanslı alternatif akım şehir şebekesinde kullanılmamaktadır. Bu yüzden önce tristörler veya büyük üçlü transistörler kullanılarak doğru akıma çevrilir.

  -Sabit Frekanslı Alternatif Akıma Dönüştürme

Değişken frekanslı alternatif akımdan elde edilen doğru akım, eviriciler vasıtasıyla şehir şebekesiyle aynı frekansta olacak şekilde alternatif akıma dönüştürülür. Eviricilerle yapılan bu işlem ayrıca transistör ve tristör aracılığıyla da yapılabilir.Eviricilerin yardımıyla elde edilen alternatif akım düzgün bir sinüs eğrisi şeklinde seyretmez. Gerilim ve akımda ani sıçramalar görülür.

  -Alternatif Akımın Filtrelenmesi

Uygun endüktans ve kapasitanslar kullanılarak, elde edilen alternatif akım daha düzgün bir hale getirilir yani filtre edilir(AC filtre mekanizması). İğne uçlu gerilim yükselmeleri böylece ortadan kaldırılır.

Değişken hız uygulaması bilezikli asenkron generatörün de rotor dirençleri değiştirilerek sağlanmaktadır. Bu sistemde asenkron generatörü çıkışlar bir çeviriciye gereksinim olmadan doğrudan enterkonnekte şebekeye bağlanabilmektedir.Rotor dirençleri değiştirilmek suretiyle asenkron generatörün tork – hız eğrisi değiştirilerek güç akışı kontrol edilmektedir. Buradaki sistemde makinenin rotor dirençlerinde kaybolabilecek enerji (rotor terminalleri kısa devre edildiğinde veya dirençle sonlandırıldığında), bir AC– DC – AC çevirici yardımıyla kaynağa geri gönderilmektedir. Rotor direnci değiştirilerek asenkron generatörü sabit hız uygulamasından değişken hız uygulamasına geçer ve türbin verimi optimum değerinde tutulmuş olur. Değişken hız uygulaması eğer asenkron generatör kullanılıyorsa PWM çeviricilerle sağlanır. Bu sistemde asenkron generatörlerinin reaktif güç gereksinimi PWM çeviriciler, tarafından sağlanmaktadır.

Buradaki sistemde kullanılan PWM çeviriciler yardımıyla asenkron generatörünün kontrol sargıları frekansı ayarlanarak generatör mil hızı kontrol edilmekte ve değişken hız uygulaması sağlanmaktadır.

  - Değişken Hız Değişken Frekans Dönüşüm Sistemleri

Üretilen enerjinin enterkonnekte şebekeye bağlanması zorunluluğu olmayan otonom sistemlerde kullanılır. Bu tür sistemlerde genel olarak kapasitör yardımıyla kendinden uyarımlı asenkron generatörler, alan sargılı senkron generatörler veya sabit mıknatıslı alternatörler kullanılır. Generatör çıkışları bir kontrollü AC-DC doğrultucu yardımıyla doğru akıma çevrilip batarya şarjında kullanılabilir. Kontrol edilmesi gereken parametreler çıkış voltaj seviyesi olup değişen rüzgar hızı koşullarına göre uyarımı sağlayan asenkron generatörün mıknatıslanma akımını sağlayan kapasitörlerin değerinin denetlenmesi gerekir.Alan sargılı senkron generatörler de hem ikaz akımı hem de kontrollü AC/DC doğrultucu yardımıyla çıkış gerilimi denetlenebilir.Rüzgar hızının aşırı yükseldiği durumlarda türbini korumak amacıyla kanat ar