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Construction of nacelle power-curve following Markov's theory

Poulin, Jonathan (2007). Construction of nacelle power-curve following Markov's theory. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

The standard procedure to constuct a power curve is the lEC standard. However, this model contains some flaws. In fact, by averaging the power inside a bin speed the power obtained isn't precise, since the power is directly affected by the turbulence intensity of the wind speed. Moreover, it requires long time to evaluate the influence of different settings with this method. The solution proposed in this thesis is to implement a novel method to construct a power curve, which is by following the Markov's theory. This method calculates the stationary power with a stochastic approach, which is more precise and should take less time than the standard procedure. Nonetheless, the construction of a power curve with the meteorological-mast (MM) anemometer isn't always feasible. In addition, the distance between the MM and the turbine can reduce the correlation of the wind speed read at the MM anemometer and the one which hit the blades of the turbine. Thus, to correct that, the construction of the power curve should be implemented on the nacelle anemometer.

The final objective of this master thesis is to implement a Markov power-curve program, which will calculate the stationary power with the nacelle anemometer at each speed bin. Furthermore, this thesis will evaluate and optimise the parameters to obtain the best power curve following this novel method. Finally, the evaluation of the measurement time required to construct this type of power curve will be executed.

Albeit the power curves obtained following this new method aren't stable, this thesis proposes the median to calculate the conditional moment, since the results are less affected by the turbulence intensity. Besides, it also proposes to average the wind speed over a period of two minutes, when using the nacelle anemometer, to eliminate the fast fluctuations of the wind speed due to the blade passage. Moreover, the utilisation of the data averaged over different periods of time doesn't change the result of the power curve. However, the time required to construct a Markov power-curve isn't affected by the averaging time of the data. Nevertheless, this novel method is a little bit faster than the lEC procedure.

Further improvement should be done in the power-curve program. The software amelioration should make the results more stable and more accurate. In addition, the required time to construct a Markov power-curve might decrease again. The first recommendation is to verify with more data sets the rotor-position filter effect, when using the nacelle anemometer to construct a Markov power-curve. The second recommendation could be to correct the second minimum problem when calculating the stationary power with the minimal potential. A method to correct that will be to optimize the relaxation-time interval to determine the drift.

Résumé traduit

La procedure standard pour construire une courbe de puissance est la norme lEC. Toutefois, ce modele contient quelques faiblesses. Une de ses faiblesses est le fait de moyenner les puissances, ce qui engendre des erreurs puisque les puissances obtenues, sur la courbe de puissance, sont grandement influencees par I'intensite de turbulence de la vitesse du vent. De plus, cette norme pent demander beaucoup de temps pour evaluer 1'influence de divers parametres sur une eolienne. La solution proposee dans ce memoire est d'implementer une nouvelle methode, en suivant la theorie de Markov, pour calculer les courbes de puissance. Cette methode calcule la puissance stationnaire avec une approche stochastique, laquelle est plus precise et s'effectue en un plus court laps de temps. Il arrive aussi que le calcul d'une courbe de puissance puisse etre impossible a effectuer avec I'anemometre a la tour meteorologique, il faut done creer une fonction de transfert pour I'implementer a
I'anemometre a la nacelle de I'eolienne.

L'objectif final de ce memoire est de creer un programme qui va constmire une courbe de puissance, avec I'anemometre a la nacelle, en suivant la theorie de Markov, tout en évaluant et opfimisant I'influence de divers parametres. Finalement, un autre objectif est I'analyse du temps minimum requis avec ce nouveau modele pour constmire une courbe de puissance.

Bien que les resultats obtenus ne soient pas stables, ni parfait, ce memoire propose la mediane pour calculer le moment conditionnel, puisque les resultats sont moins affectes par l'intensité de turbulence. Par la suite, il propose aussi de moyenner les vitesses du vent sur une periode de deux minutes, lorsque la vitesse du vent est lue sur l'anemometre a la nacelle, afin d'eliminer les fluctuations rapide du vent causees par le passage des pales de l'eolierme. Cependant, le temps necessaire a la construction d'une courbe de puissance en suivant la theorie de Markov n'est pas affectee par les donnees moyennces a differents intervalles de temps. Par contre, cette nouvelle methode pent constmire une courbe de puissance en un temps plus rapide que la norme lEC.

De plus amples ameliorations doivent etre effectue dans le programme qui constmit la courbe de puissance avec Markov. En fait, I'amelioration du programme permettrait d'obtenir des resultats plus stables, et done plus precis. Par le fait meme, cette amelioration pourrait faire en sorte d'effectuer une courbe de puissance en un temps plus court. La premiere recommandation est de verifier I'impact du filtrage pour la posifion du rotor, avec un plus grand nombre d'eoliennes. La deuxieme recommandation est de corriger I'apparition du deuxieme minimum. Une methode pour le corriger est d'optimiser I'intervalle du temps de relaxation.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements for the degree of master of mechanical engineering" Bibliogr : f. [105]-106.
Mots-clés libres: Anémomètres. Opérateurs de Markov. Turbulence atmosphérique. Éoliennes. Rotors. courbe, iec, nacelle, norme, puissance
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Masson, Christian
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Honhoff, Saskia
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 03 août 2010 14:39
Dernière modification: 06 déc. 2016 22:48
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/248

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