Standart Santrifüj Pompaların Şebekeden Bağımsız Jeneratör Olarak Kullanımı ve Performans İncelemesi

Usage of Standard Centrifugal Pumps as an Off-Grid Generator and Performance Analysis

Özet

Şebekeden uzak alanlarda ve mikro ölçekte hidrolik kaynağa sahip projelerde sahaya özel tasarım türbin-jeneratör ekipmanı kullanmak yatırım maliyetini yükselterek, erişilebilirliği azaltmaktadır. Sınırlı finansal kaynak ile kullanılabilir performansa sahip elektrik üretilmesi istenilen projeler için bir diğer alternatif de standart santrifüj pompa-motor setinin türbin-jeneratör olarak kullanılmasıdır. Bu çalışma standart santrifüj pompa-motor setinin şebekeden bağımsız türbin-jeneratör olarak ve tek fazlı yükleri beslerken, değişken yük durumlarındaki enerji kalite bozulmasını istenilen sınırlarda tutabilecek ve aynı zamanda düşük maliyet ile kurulabilecek yük kontrol sisteminin tasarlanmasını amaçlamıştır. Çalışmada kolay ikazlanan ve kararlı çalışma avantajı bulunan üç fazlı kendinden ikazlı indüksiyon jeneratörün tek fazlı olarak kullanımını üzerinde yoğunlaşılmıştır, böylece yük kontrol sistemindeki eleman sayısı ve maliyet düşürülmüştür. Yük kontrol sistemi parçası balast yükün hesaplanan güçte kararlı şekilde çalışmasını sağlamak için PID algoritması oluşturulmuştur. Ortaya çıkan tasarımın bilgisayar ortamında testi için MATLAB SIMULINK kullanılmıştır. Daha sonra deney seti ortamında kurulan sistemin fiziksel performans testleri de gerçekleştirilmiştir. Yapılan ölçüm sonuçları, tasarlanan yük kontrol kartının yük değişimleri esnasında jeneratör çıkış gerilimi frekansındaki değişiminin %16 mertebesinden %1’e, % 34 olan gerilim değişimini %3 mertebesine düşürdüğü, jeneratörün istenilen çıkış voltajı ve frekansında tuttuğunu göstermiştir. Yük atma ve yük alma esnasında yük kontrol kartının tepki süresinin 40 ila 150 ms arasında olduğu tespit edilmiştir.

Abstract

Using field-specific design turbine-generator equipment in rural areas and projects with hydraulic resources at micro scale reduces accessibility by increasing investment costs. Another alternative for projects that want to generate electricity with usable performance with limited financial resources is to use the standard centrifugal pump-motor set as a turbine-generator. This study aimed to design a load control system that can keep the energy quality deterioration in variable load situations within the desired limits and at the same time be installed with low cost, while the standard centrifugal pump-motor set is independent from the grid as a turbine-generator and feeding single-phase loads. It is focused on the use of a three-phase self-excited induction generator to feed one-phase loads, which has the advantage of easy excitation and stable operation, thus reducing the number and cost of the elements in the load control system. PID algorithm has been created to enable the ballast load of the load control system to a stabile operation at the calculated power. MATLAB SIMULINK program was used to test the design in computer environment. Then, the physical performance tests of the system, which was established in the experimental set environment, were also performed. The results of the measurements showed that the designed load control card keeps the generator output voltage and frequency at the desired output voltage and frequency, which reduces the change in the generator output voltage frequency from 16% to 1% and the voltage change from 34% to 3% during load changes. It has been determined that the response time of the load control card is between 40 and 150 ms during load shedding and unloading.