Estimation of Wind Speed and Shear on Wind Turbines

Mogensen, Jesper ; Wittendorff, Anders ; Kajgaard, Mikkel Urban

4. term

Control and Automation, Master

2013

2013-06-05

131 pages

Målet for dette projekt har været at udvikle en vindmøllemodel der beskriver bøjninger og forskydninger af de fysiske og mekaniske dele som funktion af den indfaldende vind for en 5 MW vindmølle. En estimator til at estimere vind i form af vindhastighed i navhøjde og vertikal gradient skulle også designes. En LPV model blev delvist udledt, i form af fastsættelse af principper for udledninger. Dog, blev ikke alle nødvendige udtryk til beskrivelse af modellens opførsel i form af system matricer for masse, stivhed og dæmpning udledt, grundet projektperiodens tidsbegrænsning. Modellen er istedet testet og valideret med system matricer fra en rotorvinkel-afhængig linearisering, udvundet fra NREL FAST værktøjet til MATLAB. Modellen er ligeledes valideret ved simuleringer med dette værktøj. Den udledte model viser potentiale når den simuleres mod den ulineære model i FAST, men afviger når styringssignalerne afviger fra arbejdspunkterne. En lineariseret Kalman estimator er blevet designet, der udsat for processstøj estimerer de to vindparametre, med en gennemsnitlig afvigelse på henholdsvis 1.22 % and 0.33 %

The goal for this project has been to develop a wind turbine model describing the deflections and displacements of the physical and mechanical parts as a function of incident wind for a 5 MW wind turbine. An estimator for estimating wind by terms of hub height wind speed and vertical shear should also be designed. An LPV model has been partly derived, in the means of stating the principles. However, not all of the terms necessary to express the model behaviour by means of system matrices describing mass, stiffness and damping, have been derived due to the time limitations of the project period. The model is instead tested and validated with system matrices from a rotor angle dependent linearisation, obtained from the NREL FAST toolbox for MATLAB. The model is validated against simulations using this toolbox as well. The derived model shows potential when simulated against the non-linear model from FAST, but deviates when the inputs deviates from the operating points. A linearised Kalman estimator has been designed, which estimates the two wind parameters subjected to process- and measurement noise with a mean deviation of respectively 1.22 % and 0.33 %.

wind ; turbine ; estimation ; shear ; kalman

Download
View record in AAU Student Projects