Rüzgar türbinlerinde mekanik dengesizlik arızalarının elektriksel ölçümlerden tespit edilmesi

KÜÇÜKER, Ahmet; NDUWAYEZU, Eric; Bayrak, Mehmet

Rüzgar türbinlerinde mekanik dengesizlik arızalarının elektriksel ölçümlerden tespit edilmesi

Mehmet BAYRAK, (Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü, Sakarya, Türkiye)

Eric NDUWAYEZU, (Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü, Sakarya, Türkiye)

Ahmet KÜÇÜKER (Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü, Sakarya, Türkiye)

Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi

5 2

Yıl: 2016 Cilt: 31 Sayı: 3 Sayfa Aralığı: 687 - 694 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 29-07-2022

Rüzgar türbinlerinde mekanik dengesizlik arızalarının elektriksel ölçümlerden tespit edilmesi

Öz:

Hava kirliliğine olan etkisinin yok denecek kadar az olması nedeniyle dünyada yeni elektrik enerjisi üretimi kaynaklarından rüzgar enerjisi en hızlı gelişen kaynak çeşidi olmuştur. Rüzgar türbinlerinin kapasitelerinin artması sonucunda işletme sırasında ortaya çıkan arızalardaki bakım maliyetlerini ve durma zamanlarını azaltmak, türbinlerin güvenilirliği ile performansını artırmak amacıyla bir izleme sisteminin kullanılması zorunlu hale gelmiştir. Arızanın giderilmesi ve ulaşım zorluğundan dolayı kıyıdan uzak türbinlerde bakım masrafları ile durma zamanları daha yüksek olmaktadır. Rüzgar türbinlerinin durum izleme sistemlerinde titreşim verileri ile yağ analizi verileri yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu sistemlerin kuruluş maliyetlerinin yüksek olmasının yanında, durum izleme sistemlerinde oluşan sorunlara bu yöntemler tam olarak çözüm sunamamaktadır. Ayrıca, geliştirilen bu arıza tespit sistemleri türbine bağlı generatörler ile şebekede oluşabilecek anormal çalışma durumları ve arızaları algılayamamaktadır. Rüzgar türbini izleme sistemlerindeki bu tür sorunları azaltmak için bu çalışmada elektriksel ölçümlere dayanan ve mekanik dengesizlik durumlarını algılayan yeni bir algoritma geliştirilmiştir. Geliştirilen durum izleme sistemi üç fazlı akım ve gerilim verilerini kullanarak generatör çıkış ani gücünü hesaplamaktadır. Mekanik dengesizlik durumunda generatörün kutup sayısına bağlı olarak çıkış ani gücünde ilave frekans bileşenleri ortaya çıkmakta olup, bu da geliştirilen algoritmanın temelini oluşturmaktadır

Anahtar Kelime:

Detection of mechanical unbalanced faults in wind turbines by using electrical measurements

Öz:

Wind power generation is the fastest growing energy source among the new power generation sources in the world because of less atmospheric pollution. The increasing production capacity needs online condition monitoring system to improve wind turbine reliability and performance and reduce wind turbine downtime, operating and maintenance costs. Maintenance cost and downtime period of offshore wind turbines is getting higher because of remote location and difficult to access for fault repair. Vibration measurement and lubrication oil analysis are used in wind turbine condition monitoring systems. However, initial cost of these systems are higher and they do not provide a complete solution to the wind turbine condition monitoring system problem. They also can not detect electrical faults and abnormal condition occuring in the wind turbine generator and electrical systems. To reduce wind turbine monitoring system problem, a new mechanical unbalance detection algorithm based on electrical parameter measurement has been introduced in this study. The proposed condition monitoring system measures three phase current and voltage measurement and calculates instantaneous generator output power. In the mechanical unbalanced condition additional frequence components, which is the basis of the proposed algorithm, according to the generator pole number appear in the instantaneous power.

Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

Ata R., Analysis by Ann of Electricity Generation at Different Height from Autonomous Wind Turbine, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 23 (3), 523-529, 2008.
Yıldırız E., Aydemir M.T., Analysis, Design and Implementation of an Axial Flux, Permanent Magnet Machine To Be Used In a Low Power Wind Generator, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 24 (3), 525-531, 2009.
Ribrant J. ve Bertling L., Survey of failures in wind power systems with focus on Swedish wind power plants during 1997-2005, IEEE Trans. on Energy Conversion, 22 (1), 167-173, 2007.
Ribrant J., Reliability performance and maintenance - A survey of failures in wind power systems, Yüksek Lisans Tezi, KTH School of Electrical Engineering, İsveç, 2006.
Nilsson J. ve Bertling L., Maintenance management of wind power systems using condition monitoring systems life cycle cost analysis for two case studies, IEEE Trans. on Energy Conversion, 22 (1), 223-229, 2007.
Tsai C.S., Hsieh C.T., Huang S.J., Enhancement of damage detection of wind turbine blades via CWT- based approaches, IEEE Trans. on Energy Conversion, 21 (3), 776-781, 2006.
Changzheng C., et al., Fault diagnosis for large scale wind turbine rolling bearing using stress wave and wavelet analysis, IEEE 8th International Conference on Electrical Machines and Systems, 2239-2244, 2005.
Bellini A. ve et al., Advanced in diagnostic techniques for induction machines, IEEE Trans. on Industrial Electronics, 55 (12), 4109-4126, 2008.
Yang W., Tavner P., Wilkinson M., Wind turbine condition monitoring and fault diagnosis using both mechanical International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, 1296-1301, 2008. signatures, IEEE
Bellini A. ve et al., High frequency resolution techniques for rotor fault detection of induction machine, IEEE Trans. on Industrial Electronics, 55 (12), 4200-4208, 2008.
Hedeyati S., Henao H., Capolino G.A., Torsional vibration asssessment using machine electromagnetic torque Electronics, 57 (1), 209-219, 2010. Trans. on Industrial
Eric N., Bayrak M., Wind turbine mass and aerodynamic imbalances determination, International Journal Technology, 4 (2), 224-233, 2015. Sciences & Research
Donth A. ve et al., Improving performance of wind turbines through blade angle optimization and rotor balancing, EWEA O/M strategies 350, 2011.
Hansen M., Aerodynamics of wind turbines, Earthscan, London, 2008.
Ramlau R., Niebsch J., Imbalance estimation without test masses for wind turbines, ASME J. Sol Energy Eng., 131 (1), 2009.
Gong X., Qioa W., Simulation investigation of wind turbine Conference on Power System Technology, 2010.
Redfern M.A., Usta Ö., Fielding G., Protection Against Loss Of Utility Grid Supply For A Dispersed Storage and Generation Unit, IEEE Trans. on Power Delivery, 8 (3), 946-954, 1993.
Usta Ö., Bayrak M., Redfern M.A., A new digital relay for generator protection against asymmetrical faults, IEEE Trans. on Power Delivery, 17 (1), 54-59, 2002.
Benboizid M.E., A review of induction motors signature analysis as a medium for faults detection, IEEE Trans. on Industrial Electronics, 47 (5), 984-993, 2000.
Kliman G.B., Stein J., Methods of motor current signature analysis, Elect. Mach. and Power System, 20 (5), 463-474, 1992.
Thomson, W.T., Fenger M., Current signature analysis to detect induction motor faults, IEEE Industrial Appl. Mag., 7 (4), 2634, 2001.
Blodt M., et al., Mechanical load fault detection in induction motors by stator current time-frequency analysis, IEEE Trans. on Industrial Appl., 42 (6), 1454- 1463, 2006.
Ian M.C., Wendell R., Using current signature analysis technology to reliably detect cage winding defects in squirrel cage induction motors, IEEE Trans. on Industrial Appl., 43 (2), 422-428, 2007.
Obaid R.R., Habetler T.G., Gritter D.J., A simplified technique for detecting mechanical faults using stator current in small induction motors, IEEE Industry Applications Conference, 479-483, 2000.
Kucuker A,. Bayrak M., Detection of mechanical imbalances of induction motors with instantaneous power signature analysis, Journal of Electr. Eng. Technol., 8 (5), 1116-1121, 2013.

APA	Bayrak M, NDUWAYEZU E, KÜÇÜKER A (2016). Rüzgar türbinlerinde mekanik dengesizlik arızalarının elektriksel ölçümlerden tespit edilmesi. , 687 - 694.
Chicago	Bayrak Mehmet,NDUWAYEZU Eric,KÜÇÜKER Ahmet Rüzgar türbinlerinde mekanik dengesizlik arızalarının elektriksel ölçümlerden tespit edilmesi. (2016): 687 - 694.
MLA	Bayrak Mehmet,NDUWAYEZU Eric,KÜÇÜKER Ahmet Rüzgar türbinlerinde mekanik dengesizlik arızalarının elektriksel ölçümlerden tespit edilmesi. , 2016, ss.687 - 694.
AMA	Bayrak M,NDUWAYEZU E,KÜÇÜKER A Rüzgar türbinlerinde mekanik dengesizlik arızalarının elektriksel ölçümlerden tespit edilmesi. . 2016; 687 - 694.
Vancouver	Bayrak M,NDUWAYEZU E,KÜÇÜKER A Rüzgar türbinlerinde mekanik dengesizlik arızalarının elektriksel ölçümlerden tespit edilmesi. . 2016; 687 - 694.
IEEE	Bayrak M,NDUWAYEZU E,KÜÇÜKER A "Rüzgar türbinlerinde mekanik dengesizlik arızalarının elektriksel ölçümlerden tespit edilmesi." , ss.687 - 694, 2016.
ISNAD	Bayrak, Mehmet vd. "Rüzgar türbinlerinde mekanik dengesizlik arızalarının elektriksel ölçümlerden tespit edilmesi". (2016), 687-694.

APA	Bayrak M, NDUWAYEZU E, KÜÇÜKER A (2016). Rüzgar türbinlerinde mekanik dengesizlik arızalarının elektriksel ölçümlerden tespit edilmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 31(3), 687 - 694.
Chicago	Bayrak Mehmet,NDUWAYEZU Eric,KÜÇÜKER Ahmet Rüzgar türbinlerinde mekanik dengesizlik arızalarının elektriksel ölçümlerden tespit edilmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 31, no.3 (2016): 687 - 694.
MLA	Bayrak Mehmet,NDUWAYEZU Eric,KÜÇÜKER Ahmet Rüzgar türbinlerinde mekanik dengesizlik arızalarının elektriksel ölçümlerden tespit edilmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.31, no.3, 2016, ss.687 - 694.
AMA	Bayrak M,NDUWAYEZU E,KÜÇÜKER A Rüzgar türbinlerinde mekanik dengesizlik arızalarının elektriksel ölçümlerden tespit edilmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2016; 31(3): 687 - 694.
Vancouver	Bayrak M,NDUWAYEZU E,KÜÇÜKER A Rüzgar türbinlerinde mekanik dengesizlik arızalarının elektriksel ölçümlerden tespit edilmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2016; 31(3): 687 - 694.
IEEE	Bayrak M,NDUWAYEZU E,KÜÇÜKER A "Rüzgar türbinlerinde mekanik dengesizlik arızalarının elektriksel ölçümlerden tespit edilmesi." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 31, ss.687 - 694, 2016.
ISNAD	Bayrak, Mehmet vd. "Rüzgar türbinlerinde mekanik dengesizlik arızalarının elektriksel ölçümlerden tespit edilmesi". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 31/3 (2016), 687-694.