CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / With the rapid expansion of wind power during the beginning of 21st century in Brazil and worldwide, many wind turbines of different and innovative technologies began operations. Many of the environmental and operational consequences of this expansion are still being studied and evaluated. Among the environmental consequences, one can mention the noise produced by larger diameter wind turbines, whose frequencies are often not audible, although perceptible to the human brain. In this work were made measurements of the noise associated with wind turbines in the state of Ceara. It was initially made the characterization of wind turbine noise, identifying sources, frequencies, composition, intensity and impacts to health. Experimental measurements of sound in large wind generators were made in direct-drive wind turbine generators, in the city of Aracati, State of Ceara, in the light of the international standard IEC 61400-11, documenting the methodology applied in a manner that is easily replicated. The experimental results were processed and analyzed according to the standard. Filters were applied in order to identify the frequency and types of most significant noise in the experiment, comparing them with the literature. The procedures performed and documented may be applied commercially to perform noise measurements under international standard, and in future studies applied to predictive maintenance and environmental engineering. / Com a rÃpida expansÃo da Energia EÃlica ocorrida no inÃcio do SÃculo XXI no Brasil e no mundo, muitos aerogeradores de tecnologias distintas e inovadoras iniciaram suas operaÃÃes. Muitas das consequÃncias ambientais e operacionais dessa expansÃo ainda estÃo sendo estudadas e avaliadas. Entre as consequÃncias ambientais pode-se citar o ruÃdo provocado pelo funcionamento de aerogeradores de maior diÃmetro, cujas frequÃncias nÃo sÃo muitas vezes audÃveis, ainda que perceptÃveis ao cÃrebro humano. Neste trabalho foram feitas mediÃÃes do ruÃdo associado a aerogeradores no Estado do CearÃ. Foi feita inicialmente a caracterizaÃÃo do ruÃdo de aerogeradores, identificando fontes, frequÃncias, composiÃÃo, intensidades e impactos à saÃde. Foram realizadas mediÃÃes experimentais de som em Aerogeradores de grande porte do tipo direct-drive na cidade de Aracati, no Estado do CearÃ, à luz da norma internacional IEC 61400-11, documentando a metodologia aplicada de forma que seja facilmente replicada. Os resultados experimentais foram tratados e analisados conforme a norma. Filtros foram aplica- dos a fim de se identificar as frequÃncias e o tipos de ruÃdos mais relevantes no experimento, comparando-os com a literatura. Os procedimentos executados e documentados poderÃo ser aplicados comercialmente para a realizaÃÃo de mediÃÃes de ruÃdos à luz da norma internacional, e em estudos futuros aplicados à manutenÃÃo preditiva e à engenharia ambiental.

Submitted by João Arthur Martins (joao.arthur@ufpe.br) on 2015-03-09T14:11:45Z No. of bitstreams: 2 Dissertação_Eduardo_Rev14.pdf: 4205021 bytes, checksum: 33a4ef891471908a0056d506c346fdff (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-09T14:11:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação_Eduardo_Rev14.pdf: 4205021 bytes, checksum: 33a4ef891471908a0056d506c346fdff (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2012 / Esta Dissertação tem como objetivo identificar os principais parâmetros de Qualidade de Energia Elétrica em Turbinas Eólicas e os seus impactos quando agregados em grandes Centrais Eólicas. Adicionalmente, nesta Dissertação são apresentados impactos reais da Conexão de Centrais Eólicas sobre a Qualidade de Energia no Sistema Elétrico. Um dos objetivos da Dissertação é apresentar a metodologia para avaliação do impacto proposto pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico – ONS através da realização de Campanhas de Medição de Qualidade de Energia Elétrica, e comparar com os procedimentos propostos pela IEC 61400-21. A Dissertação apresenta recomendações para os procedimentos de medição assim como identificação de parâmetros agrupados para caracterização da Qualidade de Energia Elétrica em Centrais Eólicas com base nas normas atualmente em vigor.

Swedish EPA (Naturvårdsverket) noise level guide-lines suggest that equivalent A-weighted sound pressure levels (SPL) must not exceed 40 dBA at residents. Thus, in the planning of new wind farms and their location it is crucial to estimate the disturbance it may cause to nearby residents. Wind turbine noise emission levels are guaranteed by the wind turbine manufacturer only under ice-free conditions. Thus, ice accretion on wind turbine may lead to increased wind turbine noise resulting in noise levels at nearby residents to exceed 40 dBA SPL. The purpose of the project is to evaluate the effect on wind turbine noise emission due to ice accretion. This, by trying to quantify the ice accretion on rotor blades and correlate it to any change in noise emission. A literature study shows that the rotor blades are to be considered the primary noise source. Hence, ice accretion on rotor blades are assumed to be the main influence on noise character. A field study is performed in two parts; as a long term measurement based on the method out-lined by IEC 61400-11 and as a short term measurement in strict accordance with IEC 61400-11. These aim to obtain noise emission levels for the case of icing conditions and ice-free conditions (reference conditions) as well as background noise levels. An analysis is performed, which sets out to correlate ice measurements with wind turbine performance and noise emission. Data reduction procedures are performed according to IEC 61400-11.The apparent sound power levels are evaluated. This is performed for the case of icing conditions as well as for the case of ice-free onditions. A statistical evaluation of icing event is carried out. The results show that ice accretion on wind turbine (rotor blades) may lead to drastically higher noise emission levels. The sound power levels show an average increase of 10.6 dB at 8 m/s. However, this can occur at all wind speeds from 6 m/s to 10 m/s. Higher levels of noise, (55 to 65 dBA SPL) may be caused by very small amounts of ice accretion. Occurrences of higher levels of noise, in the range of 50 to 65 dBA SPL, are not common. Noise levels exceeding 50 dBA SPL are to expected 10.3 % of the time during the winter or 3 % of the time during one year. Correlation between measured ice accumulation and noise level is weak apart from large amounts of ice. This due to statistical noise. Taking into account the noise level guide-lines of 40 dBA SPL at residents, as is recommended by Swedish EPA (Naturvårdsverket), the increased levels of windturbine noise under icing conditions may force the power production to a halt.

The goal of this project is to develop a system of supervision, communication and control, implemented in a free supervisory software the SCADABR for installed wind farms and/or to be installed in Brazil, from the considerations and recommendations of IEC 61400 - 25. The construction of complete wind farms with full automation, has led entrepreneurs to focus their efforts not only on profit and productivity, but also in: human capital, concerned with the management system, technological mastery and communication at all levels. Information processing with communication, opened borders with new forms of relationship and growing trend in the industrial automation field, which favors different devices to communicate with others in a cooperative way. However, the largest manufacturers of wind generation plants still offer proprietary solutions "black boxes" for the networks field, which results in a variety of protocols of systems, causing the client the full dependence on these suppliers. Aiming interoperability and flexibility of operation, groups of researchers advocate standards of open model, as the solution of networks and protocols for all, leaving customers free. In this struggle, the best-known organization in the field of wind energy is IEC 61400-25, specifically for the monitoring system and free communication among different equipment vendors, nevertheless internal communication of the components of wind power plant is not within the standard. The application range of the standard covers the operation of this kind of wind farm, including wind turbine, meteorological measurement system, electrical system and management system, but does not include the relevant line of the substation feeding and information. Hence, the interaction with the supervisory system SCADABR developed in "open-source" model of free license. It is proposed the application of a multi-platform Java-based, from an application server, like Apache Tomcat the standard choice. Considering the requirements of the present communication model in IEC 61400-25-2 it is defined a model of information for monitoring and control of wind power plants, to this end, part-data simulator MatrikonOPC through customer / OPC DA server interaction (Object Linking and Embedding for Process Control Data Access), with ScadaBR software. / O objetivo da pesquisa é desenvolver um sistema de supervisão, comunicação e controle, implementado em um software de supervisão livre o ScadaBR, para parques eólicos instalados e/ou a serem instalados no Brasil, a partir das considerações e recomendações da norma IEC 61400-25. A construção de parques eólicos completos, com automação total, tem levado os empreendedores a focalizar seus esforços não só no lucro e produtividade, mas também no: capital humano, preocupando-se com o sistema de gestão, domínio tecnológico e comunicação em todos os níveis. O processamento da informação com a comunicação, abriu fronteiras com as novas formas de relacionamento e a crescente tendência na área de automação industrial, favorece que diferentes dispositivos comuniquem-se com outros de uma maneira cooperativa. No entanto, os maiores fabricantes de usinas de geração eólica ainda oferecem soluções proprietárias caixas pretas para as redes de campo, o que resulta numa diversidade de protocolos de sistemas, levando dependência desses fornecedores. Visando a interoperabilidade e flexibilidade de operação, grupos de pesquisadores defendem normas de padrão aberto, como a solução de redes e protocolos para todos, deixando os clientes livres. Nesta luta, a organização mais conhecida na área de energia eólica é a norma IEC 61400-25, especificamente para o sistema de monitoramento e comunicação livre entre diferentes fornecedores de equipamentos, porém a comunicação interna dos componentes da usina de energia eólica não está no âmbito desta norma. A faixa de aplicação da norma abrange parte da operação desse tipo de usina, incluindo turbina de vento, sistema de medição meteorológica, sistema elétrico e sistema de gestão, mas não inclui a linha relevante de alimentação e informação da subestação. Daí a interação com o sistema supervisório ScadaBR, desenvolvido em modelo open-source de licença gratuita. Propõe-se a aplicação de uma multi-plataforma baseada em Java, a partir de um servidor de aplicações, com o Apache Tomcat a escolha padrão. Considerando as exigências do modelo de comunicação presentes na Norma IEC 61400-25-2, define-se um modelo de informação para monitoramento e controle de usinas eólicas, para tal, parte-se do simulador de dados MatrikonOPC, por meio da interação cliente / servidor OPC DA (Object Linkingand Embedding for Process Control Data Access), com o software ScadaBR.

The goal of this project is to develop a system of supervision, communication and control, implemented in a free supervisory software the SCADABR for installed wind farms and/or to be installed in Brazil, from the considerations and recommendations of IEC 61400 - 25. The construction of complete wind farms with full automation, has led entrepreneurs to focus their efforts not only on profit and productivity, but also in: human capital, concerned with the management system, technological mastery and communication at all levels. Information processing with communication, opened borders with new forms of relationship and growing trend in the industrial automation field, which favors different devices to communicate with others in a cooperative way. However, the largest manufacturers of wind generation plants still offer proprietary solutions "black boxes" for the networks field, which results in a variety of protocols of systems, causing the client the full dependence on these suppliers. Aiming interoperability and flexibility of operation, groups of researchers advocate standards of open model, as the solution of networks and protocols for all, leaving customers free. In this struggle, the best-known organization in the field of wind energy is IEC 61400-25, specifically for the monitoring system and free communication among different equipment vendors, nevertheless internal communication of the components of wind power plant is not within the standard. The application range of the standard covers the operation of this kind of wind farm, including wind turbine, meteorological measurement system, electrical system and management system, but does not include the relevant line of the substation feeding and information. Hence, the interaction with the supervisory system SCADABR developed in "open-source" model of free license. It is proposed the application of a multi-platform Java-based, from an application server, like Apache Tomcat the standard choice. Considering the requirements of the present communication model in IEC 61400-25-2 it is defined a model of information for monitoring and control of wind power plants, to this end, part-data simulator MatrikonOPC through customer / OPC DA server interaction (Object Linking and Embedding for Process Control Data Access), with ScadaBR software. / O objetivo da pesquisa é desenvolver um sistema de supervisão, comunicação e controle, implementado em um software de supervisão livre o ScadaBR, para parques eólicos instalados e/ou a serem instalados no Brasil, a partir das considerações e recomendações da norma IEC 61400-25. A construção de parques eólicos completos, com automação total, tem levado os empreendedores a focalizar seus esforços não só no lucro e produtividade, mas também no: capital humano, preocupando-se com o sistema de gestão, domínio tecnológico e comunicação em todos os níveis. O processamento da informação com a comunicação, abriu fronteiras com as novas formas de relacionamento e a crescente tendência na área de automação industrial, favorece que diferentes dispositivos comuniquem-se com outros de uma maneira cooperativa. No entanto, os maiores fabricantes de usinas de geração eólica ainda oferecem soluções proprietárias caixas pretas para as redes de campo, o que resulta numa diversidade de protocolos de sistemas, levando dependência desses fornecedores. Visando a interoperabilidade e flexibilidade de operação, grupos de pesquisadores defendem normas de padrão aberto, como a solução de redes e protocolos para todos, deixando os clientes livres. Nesta luta, a organização mais conhecida na área de energia eólica é a norma IEC 61400-25, especificamente para o sistema de monitoramento e comunicação livre entre diferentes fornecedores de equipamentos, porém a comunicação interna dos componentes da usina de energia eólica não está no âmbito desta norma. A faixa de aplicação da norma abrange parte da operação desse tipo de usina, incluindo turbina de vento, sistema de medição meteorológica, sistema elétrico e sistema de gestão, mas não inclui a linha relevante de alimentação e informação da subestação. Daí a interação com o sistema supervisório ScadaBR, desenvolvido em modelo open-source de licença gratuita. Propõe-se a aplicação de uma multi-plataforma baseada em Java, a partir de um servidor de aplicações, com o Apache Tomcat a escolha padrão. Considerando as exigências do modelo de comunicação presentes na Norma IEC 61400-25-2, define-se um modelo de informação para monitoramento e controle de usinas eólicas, para tal, parte-se do simulador de dados MatrikonOPC, por meio da interação cliente / servidor OPC DA (Object Linkingand Embedding for Process Control Data Access), com o software ScadaBR.

In the following Master’s degree research main information and communication aspects in wind power plant farm analyzed and demonstrated by constructing basic prototype. The wind energy market in Europe is growing and needs have arisen to develop standard-based information systems to support future expansion of wind energy in Lithuania. Introduction and first chapter overview the background for modeling such system. Requirements for data structures representing main measurements and information exchange inside and outside of the system are defined on the base of IEC 61400-25 standard “Wind Turbine Generator Systems - Part 25: Communications for monitoring and control of wind power plants”. Models, comprising such system are described and possible communication topologies enumerated. From several existing communication profiles, defined in above mentioned standard, SOAP / XML based web services for communication architecture are chosen and prototype built. Article based on this work was written together with coauthor professor A. Nemura and presented in international KTU conference “Automation and Control technologies – 2005���� and LEI conference “Application of information and management technologies in electricity energetics“. The purpose of article is to form and refine the wind farm information system problem introducing IEC 61400-25 standard.