Sensoriamento virtual do fluxo de vento em turbinas eólicas

Abstract

O campo de vento incidente no rotor aerodinâmico deixa sua marca na resposta temporal da turbina eólica. Esse fato pode ser explorado utilizando a turbina eólica como sensor; medindo a resposta da turbina em termos de cargas mecânicas do topo da torre, rotação do gerador, potência elétrica e ângulo de passo das pás, pode-se inferir as características do vento. Este relatório descreve um observador do estado do vento que estima três parâmetros do vento a partir das medições acima citadas: velocidade efetiva do vento, perfil vertical de velocidade de vento e direção do vento. O observador resultante fornece características de fluxo de vento no rotor que podem ser exploradas para controle de turbinas eólicas e parques eólicos. A formulação proposta é avaliada através de simulações numéricas, via MATLAB em condições de vento turbulento e não turbulento, usando um modelo aeroservoelástico de alta fidelidade de uma turbina eólica multi-MW

The incident wind field in the aerodynamic rotor leaves its mark on the temporal response of the wind turbine. This fact can be explored using the wind turbine as a sensor: by measuring the turbine response in terms of mechanical loads from the top of the tower, generator rotation, electrical power, and pitch angle of the blades, one can infer the characteristics of the wind. This report describes a wind state observer who estimates three wind parameters from the measurements mentioned above: effective wind speed, vertical wind speed profile, and wind direction. The resulting observer provides wind flow characteristics in the rotor that can be exploited to control wind turbines and wind farms. The proposed formulation is evaluated through numerical simulations, via MATLAB in turbulent and non-turbulent wind conditions using a high fidelity aeroservoelastic model of a multi MW wind turbine.