Impact of wind observers on wind farm power production

Accurate wind data is critical for efficient wind turbine control. Better data not only improves the performance of individual wind turbines, but also optimizes the performance of the entire wind farm when turbines are clustered together. Traditional methods of measuring wind characteristics, such as vanes, may not be accurate enough, while more accurate methods, such as LiDAR systems, can be costly. This thesis investigates two low-cost, non-traditional observers from the literature, one for wind speed magnitude and the other for yaw misalignment. These observers use simple, readily available data from common wind turbines to make an estimate of the desired quantities. The main focus of this study is the application of these non-traditional observers in wind farms. A comparison is made between a baseline wind farm without wind farm flow control (WFFC), a wind farm with a wake control strategy using traditional measurement meth- ods, and a wind farm with a wake control strategy using the two non-traditional wind characteristic observers. This research was conducted using OpenFAST, an open-source software that simu- lates the behavior of individual wind turbines, and FLORIS, an open-source wind farm optimization tool, both developed by the National Renewable Energy Laboratory (NREL). The NREL 5 MW wind turbine was used for these simulations. The results of this study can potentially contribute to cost-effective and efficient wind farm control strategies.

L’accuratezza dei dati sul vento è fondamentale per un controllo efficiente delle turbine eoliche. Dati migliori non solo migliorano le prestazioni delle singole turbine eoliche, ma ottimizzano anche le prestazioni dell’intero parco eolico quando le turbine sono raggrup- pate. I metodi tradizionali di misurazione delle caratteristiche del vento, come le ban- deruole, possono non essere sufficientemente accurati, mentre metodi più precisi, come i sistemi LiDAR, possono essere costosi. Questa tesi analizza due osservatori non tradizionali e a basso costo presenti in let- teratura, uno per la magnitudo della velocità del vento e l’altro per il disallineamento dell’imbardata. Questi osservatori utilizzano dati semplici e facilmente reperibili da tur- bine eoliche comuni per effettuare una stima delle quantità desiderate. L’obiettivo prin- cipale di questo studio è l’applicazione di questi osservatori non tradizionali nei parchi eolici. Verrà effettuato un confronto tra un parco eolico di base senza strategia di controllo del flusso del parco eolico (WFFC), un parco eolico con una strategia di controllo della scia che utilizza metodi di misurazione tradizionali e un parco eolico con una strategia di controllo della scia che utilizza i due osservatori non tradizionali delle caratteristiche del vento. Questa ricerca è stata condotta utilizzando OpenFAST, un software open-source che simula il comportamento di singole turbine eoliche, e FLORIS, uno strumento open-source per l’ottimizzazione dei parchi eolici, entrambi sviluppati dal National Renewable Energy Laboratory (NREL). Per queste simulazioni è stata utilizzata una turbina eolica NREL da 5 MW. I risultati di questo studio possono potenzialmente contribuire a strategie di controllo dei parchi eolici efficienti ed economicamente vantaggiose.