Rüzgâr türbini jeneratörlerinde eksantriklik ve elektriksel yük dengesizliği arızalarının anlık tespiti ve ayrıştırılması
Online detection and discrimination of eccentricity and electrical load unbalance faults in wind turbine generators
- Tez No: 1001350
- Danışmanlar: PROF. DR. MÜSLÜM ARKAN, PROF. DR. BÜLENT YANIKTEPE
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İnönü Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Rüzgâr enerjisi tabanlı sürekli mıknatıslı senkron jeneratörlerde (SMSJ), işletme güvenilirliği ve enerji üretim sürekliliğinin sürdürülebilirliği, sistem verimliliği ve işletme maliyetleri açısından kritik bir gereksinimdir. Bu jeneratörlerde sıklıkla karşılaşılan eksantriklik ve elektriksel yük dengesizliği (UnB) arızalarının tespiti genellikle stator akımı veya manyetik akı spektrumundaki karakteristik bileşenlerin analizine dayanmaktadır. Ancak, bu farklı arıza türleri benzer frekans bileşenlerini uyarmasından dolayı motor akım imza analizi (MCSA) ve tek nokta kaçak akı analizi (SFA) gibi yöntemler bu arızaların ayrıştırılmasında yetersiz kalmaktadır. Bu tez çalışmasında, söz konusu kısıtları gidermek ve arızaları ayrıştırmak amacıyla, jeneratörün fiziksel yapısına müdahale gerektirmeyen harici kaçak akıyı temel alan iki farklı arıza tespit yöntemi geliştirilmiştir. Geliştirilen ilk yöntem kapsamında; statik eksantriklik (SE) ve elektriksel yük dengesizliği arızalarını ayrıştırmak için, jeneratör gövdesi üzerine 120° elektriksel açı farkıyla yerleştirilen üç adet kaçak akı sensöründen elde edilen verilerle uzay vektör kaçak akı (SVSF) analizi gerçekleştirilmiştir. Analizler, +5fs harmonik bileşeninin genliğinin statik eksantriklik durumunda belirgin bir artış sergilerken, elektriksel yük dengesizliği durumunda bu değişimden etkilenmediğini ve sağlıklı durum referans seviyelerinde kaldığını ortaya koymuştur. Böylece +5fs bileşeni, bu asimetrileri birbirinden ayrıştıran özgün bir arıza göstergesi olarak tanımlanmıştır. İkinci yöntemde ise statik ve dinamik eksantriklik (DE) arızalarını ayrıştırmak için diferansiyel faz kayması ve yan bant genlik analizini birleştiren hibrit bir yaklaşım sunulmuştur. Bu yöntemde, sensörler arası diferansiyel faz farkı arızanın varlığına dair hassas bir gösterge sunarken; yan bant genliklerindeki belirgin değişimler arıza türünün ayrıştırılmasını sağlamaktadır. Önerilen yöntemlerin geçerliliği, sonlu elemanlar analizi (FEA) ve deneysel test düzeneği üzerinde doğrulanmış; algoritmaların sensör yerleşim hataları ve elektromanyetik girişim gibi pratik kısıtlar altında da dayanıklılıkla çalıştığı görülmüştür. Sonuç olarak bu tez, frekans spektrumundaki benzerliklerden kaynaklanan ayrıştırma problemlerini gidererek SMSJ'ler için güvenilir bir durum izleme yaklaşımı sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
In wind energy-based permanent magnet synchronous generators (PMSGs), ensuring operational reliability and power production continuity is a critical requirement for system efficiency and operating costs. Detection of eccentricity and electrical load unbalance (UnB) faults, which are frequently encountered in these generators, is generally based on the analysis of characteristic components in the stator current or magnetic flux spectrum. However, since these different fault types excite similar frequency components, methods such as motor current signature analysis (MCSA) and single-point stray flux analysis (SFA) remain insufficient in discerning these faults. In this thesis, two different non-invasive fault detection methods based on external stray flux have been developed to overcome the aforementioned constraints and to discriminate faults. Within the scope of the first developed method, space vector stray flux (SVSF) analysis has been performed with data obtained from a three stray flux sensors placed on the generator frame with a 120° electrical displacement to distinguish between static eccentricity (SE) and UnB faults. The analyses revealed that while the magnitude of the +5fs harmonic component exhibits a characteristic increase in the case of static eccentricity, it remains unaffected and stays at healthy state reference levels in the case of electrical load unbalance. Thus, the +5fs component is defined as a distinctive fault indicator that discriminates these asymmetries from each other. In the second method, a hybrid approach combining differential phase shift and sideband amplitude analysis is presented to discriminate between static and dynamic eccentricity (DE) faults. In this method, the differential phase shift between sensors provides a sensitive indicator of the fault presence, while the characteristic changes in sideband amplitudes enable the discrimination of the fault type. The validity of the proposed methods has been verified via finite element analysis (FEA) and an experimental test rig; the algorithms have been observed to operate with robustness under practical constraints such as sensor placement errors and electromagnetic interference. Consequently, this thesis offers a reliable condition monitoring approach for PMSGs by overcoming the discrimination challenges stemming from spectral overlap.
Benzer Tezler
- Rüzgar tahrikli pizoelektrik jeneratörler kullanarak enerji hasadı
Energy harvesting using wind driven piezoelectric generators
TAMARAH AYAD KAREEM KAREEM
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET ZEKİ BİLGİN
- Control technique for power quality improvement of isolated wind power generation system
Şebekeden bağımsız rüzgar enerji sistemlerinin güç kalitesinin iyileştirilmesi için kontrol yöntemleri
INAS FADHIL HUSSEIN HUSSEIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÇankırı Karatekin ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKSU GÖREL
- Theoretical simulation and optimization of the hybrid renewable energy systems
Hibrit enerji sistemlerinin teorik simülasyonu ve optimizasyonu
MOHAMMED ALBABA
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN CANBOLAT
DOÇ. DR. DEMİRAL AKBAR
- Designing a microgrid stabilizer using sliding mode controller
Kayan kipli denetleyici kullanarak mikro şebeke denetleyici tasarımı
HASAN MOUSAVİ SOMARİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VEYSEL MURAT İSTEMİHAN GENÇ
- Afet bölgelerinde kurulan yerleşim birimlerinin enerji ihtiyacının şebekeden bağımsız hibrit sistemlerle karşılanmasının tekno-ekonomik analizi
Techno-economic analysis of energy demand of settlements established in post-disaster areas with off-grid hybrid systems
ENDER YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT ÇAKAN