Wind Turbine Power Curve Exponential Model with Differentiable Cut-in and Cut-out Parts

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorRomanuke, V. V.
dc.contributor.authorРоманюк, Вадим Васильович
dc.date.accessioned2018-09-13T13:00:44Z
dc.date.available2018-09-13T13:00:44Z
dc.date.issued2018
dc.description.abstractenBackground. The main characteristic of a wind turbine is its power curve. Getting measurement data off powerful wind turbines is a way harder than measuring characteristics of wind turbines for individual/home use. A yet significant gap is that all wind turbines have a few similarities in their power curves but they do not have a formalized description, which could help in selecting better turbines fitting specific areas (without precise measurements in a vicinity of cut-in and cut-out speeds). Objective. As there is a straight lack of mathematical description of wind turbine power curves, the goal is to obtain a model of such curves. Methods. A power curve is of seven parts. Factual power curves remotely remind trapezia with curvilinear flanks. Because of inertia, the curvilinearity is severer for those wind turbines whose output power is greater. As blades of industrial wind turbines are too massive, their inertia makes those lag effects, that could be modeled by using natural smoothness of power curves. For describing that smoothness along with the curvilinearity, we use two increasing and two decreasing exponential functions for the flanks. Results. A wind turbine power output function consists of two zero parts, one rated-out part, and the suggested four exponential parts. The cut-in parts are described with two increasing exponential functions whose exponential growth factors are equal. The cut-out parts are described with two decreasing exponential functions whose exponential decrease factors are equal also. Such equal factors ensure strong differentiability of the power curve within those parts. Conclusions. The exponential model is for a general description of the wind turbine power curve. Having differentiable cut-in and cut-out parts, it suggests the “natural smoothing” that happens in reality due to highly-inertial wind turbine blades. The model is not necessarily to be used to fit some experimental data, but rather for patterning power curves.uk
dc.description.abstractruПроблематика. Основной характеристикой ветровой турбины является кривая мощности. Сбор данных измерений с мощных ветровых турбин является намного более сложным, чем измерение характеристик ветровых турбин для индивидуального/домашнего использования. Еще одним значительным недостатком является то, что все ветровые турбины имеют несколько сходств в своих кривых мощности, но у них нет формализованного описания, которое могло бы помочь в выборе лучших турбин, соответствующих конкретным участкам (без точных измерений в окрестности скоростей режимов включения и выключения). Цель исследования. Поскольку ощутимо не хватает математического описания кривых мощности ветровых турбин, целью работы является получение модели таких кривых. Методика реализации. Кривая мощности состоит из семи частей. Фактические кривые мощности отдаленно напоминают трапеции с криволинейными флангами. Из-за инерции их криволинейность хуже для тех ветровых турбин, мощность которых выше. Поскольку лопасти промышленных ветровых турбин слишком массивны, их инерция создает эффекты запаздывания, что могло бы быть смоделировано с использованием естественной гладкости кривых мощности. Для описания этой гладкости наряду с криволинейностью для флангов мы используем две возрастающие и две убывающие экспоненциальные функции. Результаты исследования. Функция мощности ветровой турбины состоит из двух нулевых частей, одной части с номинальной мощностью и предложенных четырех экспоненциальных частей. Части режима включения описываются двумя возрастающими экспоненциальными функциями, коэффициенты экспоненциального роста которых равны. Части режима выключения описываются двумя убывающими экспоненциальными функциями, коэффициенты экспоненциального убывания которых также равны. Такие равные коэффициенты обеспечивают сильную дифференцируемость кривой мощности в пределах этих частей. Выводы. Экспоненциальная модель предназначена для общего описания кривой мощности ветровой турбины. Имея дифференцируемые части на режимах включения и выключения, она предлагает именно то “естественное сглаживание”, которое происходит в действительности благодаря высокоинерционным лопастям ветровых турбин. Такая модель может использоваться не обязательно для подгонки некоторых экспериментальных данных, но и для образцового моделирования кривых мощности.uk
dc.description.abstractukПроблематика. Головною характеристикою вітрової турбіни є її крива потужності. Збирання даних вимірювань з потужних вітрових турбін є набагато складнішим, ніж вимірювання характеристик вітрових турбін для індивідуального/домашнього використання. Ще один значний недолік полягає у тому, що всі вітрові турбіни мають кілька подібностей у своїх кривих потужності, але у них немає формалізованого опису, який міг би допомогти у виборі кращих турбін, пристосованих до певних ділянок (без точних вимірювань в околі швидкостей режимів включення і виключення). Мета дослідження. Оскільки відчутно не вистачає математичного опису кривих потужності вітрових турбін, метою роботи є отримання моделі таких кривих. Методика реалізації. Крива потужності складається із семи частин. Фактичні криві потужності віддалено нагадують трапеції з криволінійними флангами. Через інерцію їх криволінійність гірша для тих вітрових турбін, потужність яких вища. Оскільки лопаті промислових вітрових турбін занадто масивні, їх інерція призводить до ефектів відставання, що можна було б змоделювати з використанням природної гладкості кривих потужності. Для опису цієї гладкості разом зі згаданою криволінійністю для флангів ми використовуємо дві зростаючі та дві спадаючі експоненціальні функції. Результати дослідження. Функція потужності вітрової турбіни складається з двох нульових частин, однієї частини з номінальною потужністю та чотирьох запропонованих експоненціальних частин. Частини режиму включення описуються двома зростаючими експоненціальними функціями, коефіцієнти експоненціального росту яких рівні. Частини режиму виключення описуються двома спадаючими експоненціальними функціями, коефіцієнти експоненціального спаду яких також рівні. Такі рівні коефіцієнти забезпечують сильну диференційованість кривої потужності в межах цих частин. Висновки. Експоненціальна модель призначена для загального опису кривої потужності вітрової турбіни. Маючи диференційовані частини на режимах включення і виключення, вона пропонує саме те “природне згладжування”, що відбувається в дійсності завдяки високоінерційним лопатям вітрових турбін. Така модель може використовуватися не обов’язково для підлаштування деяких експериментальних даних, але й для зразкового моделювання кривих потужності.uk
dc.format.pagerangePp. 33-43uk
dc.identifier.citationRomanuke, V. V. Wind Turbine Power Curve Exponential Model with Differentiable Cut-in and Cut-out Parts / V. V. Romanuke // Наукові вісті КПІ : міжнародний науково-технічний журнал. – 2018. – № 2(118). – С. 33–43. – Бібліогр.: 14 назв.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/1810-0546.2018.2.121504
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/24461
dc.language.isoenuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.sourceНаукові вісті КПІ : міжнародний науково-технічний журнал, 2018, № 2(118)uk
dc.subjectwind turbineuk
dc.subjectpower curveuk
dc.subjectcut-in speeduk
dc.subjectcut-out speeduk
dc.subjectnatural smoothnessuk
dc.subjectexponential curveuk
dc.subjectвітрова турбінаuk
dc.subjectкрива потужностіuk
dc.subjectшвидкість на режимі включенняuk
dc.subjectшвидкість на режимі виключенняuk
dc.subjectприродна гладкістьuk
dc.subjectекспоненціальна криваuk
dc.subjectветровая турбинаuk
dc.subjectкривая мощностиuk
dc.subjectскорость на режиме включенияuk
dc.subjectскорость на режиме выключенияuk
dc.subjectестественная гладкостьuk
dc.subjectэкспоненциальная криваяuk
dc.subject.udc620.91:517.18
dc.titleWind Turbine Power Curve Exponential Model with Differentiable Cut-in and Cut-out Partsuk
dc.title.alternativeЕкспоненціальна модель кривої потужності вітрової турбіни з диференційованими частинами на режимах включення і виключенняuk
dc.title.alternativeЭкспоненциальная модель кривой мощности ветровой турбины с дифференцируемыми частями на режимах включения и выключенияuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
NVKPI2018-2_04.pdf
Розмір:
315.59 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
7.74 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Наукові вісті КПІ: міжнародний науково-технічний журнал, № 2(118)