Wind turbine control via power measurements in complex terrain

Abstract

This work presents an approach to the assessment of wind farm yaw control to utilize wake steering in complex terrain based on power measurements. Aerodynamic interactions between closely spaced wind turbines reduce the power output significantly. The standard wind turbine control strategy currently focuses on optimizing the wind turbines individually. However, there is growing evidence that these wake losses can be improved by optimizing for aerodynamic interactions between the turbines. In a case study, an assessment of wake steering gain and optimum yaw offset angles for each wind turbine are simulated for an operational wind farm. Wake losses are simulated for the wind farm and are validated using historical power measurements. Data analysis procedures for implementing operational wind farm data for the wake steering approach are described. Optimum yaw offset angles are calculated in simulations using operational data. A lookup table is generated for the optimum yaw angles required for each wind direction and speed bin. Using 5-year-long operational data, an average of 0.48% wake losses are calculated for the site. FLORIS simulations suggest 9.6% possible power improvement in wake losses using the optimum yaw offset angles. Using SCADA measurements for potential wake steering assessment allows rapid assessment and implementation without requiring expensive and year-long LIDAR or meteorological mast tower measurements.

Bu çalışma, rüzgar enerjisi santrallerinde yaw açısı kontrolü ile rüzgar izi rotasını kaydırmak için kompleks azilerde yapılan bir araştırmayı sumar. Birbirine yakın yerleşen rüzgar türbinlerinde aerodinamik etkileşimler sonucu önemli üretim kayıplar gerçekleşmektedir. Güncel rüzgar türbini kontrol stratejisi her bir türbinin kendi enerjisini maksimize edecek şekildedir. Modern literatürde rüzgar türbinlerinin kollektif kontrolünün, aerodinamik etkileşimler sonucu oluşan üretimi kayıplarını iyileştirebileceğine dair kanıtlar birikmektedir. Çalışma, operasyonel bir rüzgar enerjisi santralinde en elverişli yaw açısı sapmalarını bularak rüzgar izi rotasını kontrol etmeyi amaçlar. Rüzgar izi kayıpları simülasyonlar yardımı ile hesaplanmış ve operasyonel veriler ile teyit edilmiştir. Operasyonel veriler rüzgar izi rotasını saptırmak amacı ile analiz edilmiştir. Farklı atmosferik koşullarda, optimal güç üretimi için uygulanabilecek en iyi yaw açıları bulunmuştur. 5 yıllık operasyonel veri ile rüzgar izi kaynaklı yıllık ortalama %0.48 kayıp tespit edilmiştir. FLORIS simülasyonları ile optimum yaw açıları ile rüzgar izine bağlı kayıplarda teorik olarak %9.6 oranında bir iyileşmenin mümkün olduğu görülmüştür. SCADA ile kayıtlı ölçümlerin potensiyel rüzgar izi rotasını kaydırmak için maliyeti yüksek meteorolojik kule kurulumu ya da LIDAR ölçümlerine ihtiyaç duymadan hızlı bir şekilde değerlendirilebileceği gösterilmiş ve yöntemlerdeki belirsizlikleri azaltmak için öneriler sunulmuştur.