This paper sets out to analyze the observed wake effect at Block Island Wind Farm. A comparison is made between several wake simulation methods and the observed data at Block Island using analytic and CFD (Computational Fluid Dynamics) modelling methods.  The observed wake results at Block Island show a similar trend evident in earlier papers- a large power deficit found between the first two Wind Turbine Generators (WTGs) in the row followed by a slight variation in power along the row for the remainder of the WTGs. A noticeable difference is seen between the last two WTGs in the row where an increase in power is found. This increase in power is thought to be due to the alignment of the wind farm. Nevertheless, when the observed data is compared with the modeled results, the observed data seem to underestimate the wake effect due to misalignment issue with the nacelle wind direction measurement. A sensitivity analysis is conducted on the Wake Decay Constant (WDC) and Turbulence Intensity (TI) values. The results show a maximum power variation of ≈30% between a WDC value of 0.07 and 0.04 and ≈18% for TI values between 8% and 14%. The findings show that a value in the higher range of the examined WDC (0.06 and 0.07) and TI (12% and 14%) values represent a better comparison to the observed data. Nevertheless, it is not recommended to alter these parameters to fit the observed data. Furthermore, due to high uncertainty in the data measurements, and hence observed results, a clear conclusion indicating which wake model best represents the wake effect at Block Island cannot be stated.

In the thesis we have shown that it is possible with current technology, to buildneighborhoods that are largely self-sufficient. We have obtained some information aboutongoing work in the field of energy efficient buildings and active house which we have usedto develop a model. The feasibility study for Ranagård we have e.g been forced tofollow laws on groundwater covered, resulting in the construction of basements for singlefamilyhome is not possible. The model that we have built up overtime has been the central part of the work. The model illustrates very well what an activehouse neighborhood means and potential of such an area. Important to note here is the resultwe finally arrived at only can be applied for Ranagård in Halmstad municipality as theconditions vary so much at the local/municipal level.

Submitted by Maria Beatriz Vieira (mbeatriz.vieira@gmail.com) on 2017-05-08T15:56:08Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) dissertacao_patricia_nunes_tuchtenhagen.pdf: 4953358 bytes, checksum: 7c840b0ed102c32fdb89c11af7167972 (MD5) / Approved for entry into archive by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2017-05-09T10:52:57Z (GMT) No. of bitstreams: 2 dissertacao_patricia_nunes_tuchtenhagen.pdf: 4953358 bytes, checksum: 7c840b0ed102c32fdb89c11af7167972 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-09T10:52:57Z (GMT). No. of bitstreams: 2 dissertacao_patricia_nunes_tuchtenhagen.pdf: 4953358 bytes, checksum: 7c840b0ed102c32fdb89c11af7167972 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2013-11-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / A crescente demanda e consumo de energia elétrica, tanto pela sociedade econômica como social; em adição à política mundial para a implementação de sistemas de geração empregando fontes renováveis, tem sido fator determinante na expansão de fazendas eólicas em diferentes países. Para a determinação do local para a instalação de fazendas eólicas é de importância fundamental proceder a estudos, realizar análises e avaliar a disponibilidade da fonte que permite gerar a energia, ou seja, do vento, em níveis de altura compatíveis com a dos geradores eólicos. Tendo em vista que, raramente se dispõe de dados de medições do vento necessários para consolidar os requisitos básicos e fundamentais, particularmente sobre o Brasil, é proposta, desenvolvida e aplicada uma metodologia que permite avaliar o potencial eólico sobre o país para um ano. Os dados necessários para elaborar o mapeamento e a avaliação do potencial eólico, durante o ano de 2011, foram produzidos, de hora em hora, com o processamento do modelo de mesoescala WRF (Weather Research and Forecasting). A avaliação dos resultados foi realizada em termos de médias diárias, número de horas sequenciais com ventos, vento médio acima de valores pré-estabelecidos de vento e período de rampa, análises sazonal e anual, frequência dos ventos e densidade da probabilidade de Weibull. Como conclusão geral da análise realizada, foram caracterizadas algumas regiões do país, localizadas próximas do litoral do Nordeste e Sul do país, que se apresentam como locais marcadamente favoráveis à instalação de fazendas eólicas. Entretanto, aponta-se, também, que há diversas outras áreas esparsas sobre o país que podem ser indicadas como locais com grande potencialidade energética. / The increasing demand and electric energy consumption, by both economic and social society, in addition to the worldwide politics for the implementation of generation systems employing renewable sources, has been determinant factors of the expansion of wind farms in different countries. To find out an installation local of wind power farms, it is of fundamental importance to proceed studies, perform analysis and evaluate the availability of the source to generate energy – that is, the wind at vertical levels which are consistent with the wind turbine height. Given that, scarcely the wind measurement data needed are available to consolidate the basic and fundamental requirements, particularly over Brazil, it is proposed, developed and a methodology is applied, for the assessment of wind energy potential over the country for a year. The required data for the mapping and assessment of wind energy potential, during the year 2011 were produced, for every hour, throughout the mesoscale model WRF (Weather Research and Forecasting) forecasting. The result evaluation has been performed in terms of daily mean wind average, number of sequential hours with wind, wind above pre-established values and ramp period, seasonal and annual analysis, wind frequency analysis and Weibull probability density. The general conclusion of the performed analysis has been the characterization of some region of the country, located nearby the shoreline of the Northeast and South of the county, as remarkable locals favorable for the installation of wind farms. However, it has been also pointed out that there are several other areas, scattered over the country, which can be suitable places with great energy potentiality.

Este trabalho apresenta um sistema de controle com o objetivo de atenuar as ondulações do torque eletromagnético considerando os harmônicos de quinta, sétima, décima primeira e décima terceira ordem da tensão do estator do Gerador de Indução Duplamente Alimentado (GIDA). Dessa maneira, propõe-se a utilização de controladores proporcional-integrativo vetoriais juntamente com um sistema de identificação dos componentes harmônicos da corrente do estator empregando a transformada discreta de Fourier. O trabalho aborda a influência dos harmônicos de quinta, sétima, décima primeira e décima terceira ordem da tensão do estator nos harmônicos da corrente do estator, nas ondulações do torque eletromagnético e nas potências ativa e reativa do estator. Resultados de simulação avaliam o controlador proposto em condições adversas: variações paramétricas e da frequência da rede, além da influência de atrasos na corrente do estator. Finalmente, resultados experimentais validam o sistema proposto. / This work presents a vector controller with the objective of reducing the electromagnetic torque and the active and reactive powers of the stator by means of control of the harmonics of the stator current in harmonic conditions of fifth, seventh, eleventh and thirteenth order of the stator voltage. The objective of the work is to propose a controller that uses two techniques already consolidated in the literature, proportional-integrative and discrete Fourier transform, besides being robust the main disadvantages of the existing harmonic controllers in the literature that are dependencies of the parameters of the machine and the Frequency of the network beyond the influence of the stator current delays on the harmonic controller. First, the influence of the fifth, seventh, eleventh, eleventh and thirteenth order harmonics of the stator voltage on the harmonics of the stator current and on the undulations of the electromagnetic torque and the active and reactive powers of the stator are studied. Next, simulation results evaluate the proposed controller under adverse conditions: parametric variations and the frequency of the network, besides the influence of stator current delays. Finally, experimental results validate the controller under conditions that the controller reference is nonzero.

Com o aumento da penetração da energia eólica nos sistemas de potência, critérios cada vez mais rigorosos vem sendo estabelecidos ao longo do tempo para a conexão e operação das plantas eólicas nas redes elétricas. A evolução das tecnologias empregadas em turbinas possibilitou o atendimento a esses critérios, passando do conceito dinamarquês de turbinas de velocidade fixa para turbinas de velocidade variável, que possibilitam melhor aproveitamento da energia disponível nos ventos e maior capacidade de controle das grandezas envolvidas. Neste trabalho, foram analisados diferentes tipos de controle de um gerador de indução duplamente alimentado (DFIG) e a influência dessa máquina nos níveis de tensão de uma rede de subtransmissão à qual está conectada. Os resultados mostram que os tipos de controles indicados para a operação da planta eólica podem variar sensivelmente de acordo com o carregamento e a velocidade do vento em um determinado momento. O crescimento de carga esperado da rede também pode influenciar na estratégia de controle da planta. / With the increased penetration of wind energy in electrical power systems, increasingly stringent grid codes have been stablished over time for the connection and operation of wind power plants. The evolution of the technologies applied in wind turbines allowed meeting these criteria, moving from the Danish concept of fixed-speed turbines to variable-speed wind turbines, which enable better use of the available wind power and greater control of the variables involved. This study analyzes different control strategies of a doubly-fed induction generation (DFIG) and the influence of this machine in the voltage profile of a subtransmission system to which it is connected. The results show that the types of control suitable for the operation of the wind power plant may vary considerably according to the load and the wind speed at a given time. The expected load growth of the network can also influence in power plant control strategy.

Nesta tese apresenta-se o desenvolvimento de diversos modelos computacionais de turbinas eólicas equipadas com diferentes tipos de geradores elétricos, com ênfase no gerador de indução duplamente alimentado. Tais modelos foram desenvolvidos para investigar o desempenho de diferentes estratégias de controle, bem como diferentes estratégias do uso do sistema de proteção do conversor AC/DC/AC. Desenvolveu-se adicionalmente um método analítico para investigar a estabilidade de geradores de indução duplamente alimentados durante grandes perturbações na rede elétrica. Tal método foi validado por meio de comparações entre os resultados da aplicação das fórmulas propostas e de simulações, utilizando uma simplificação dos modelos dinâmicos desenvolvidos. Considerando os modelos dinâmicos, os resultados obtidos por simulações mostram que as escolhas adequadas da estratégia de controle e do sistema de proteção permitem maior injeção de potência reativa durante curto-circuitos na rede elétrica. O método analítico proposto apresentou resultados suficientemente precisos para análise da estabilidade frente a grandes perturbações, reduzindo o esforço necessário para realização de simulações dinâmicas sem a necessidade de compra de licenças de programas específicos. / The development of computational models of wind turbines equipped with different electrical machines is presented in this thesis, emphasizing the doubly fed induction generator. Such models were developed to investigate the performance of different control strategies as well as different protection system of the back-to-back converters. Additionally, this thesis present an original analytic method to investigate the stability of doubly fed induction generators during large disturbance on the electric system. The methodology is validated by comparing results from the developed dynamic models to the results from the analytical equations. For the dynamic models, the obtained results by simulations show that the chosen of the appropriate control strategies and the protection system can permit more reactive power injection during short circuits in the network. The proposed analytic method is sufficiently precise to analyze large disturbance stability reducing the necessary effort spending on dynamic simulation without the need of buying a specific license to run the software.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:34:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Anne Cristine Silva Cabral.pdf: 1697802 bytes, checksum: 5559643df73eb2b96fe1e53438aff013 (MD5) Previous issue date: 2013-08-30 / This work has tried to develop the idea that wind power is a hypothesis for the concretization of the constitutional project of overcoming underdevelopment; however, in order to guarantee that constitutional rule has optimum effect, adjustments to the wind power legal regime are deemed necessary. These adjustments are related to the effort to respond to the constitutional interests of technological sovereignty and autonomy. Thus, adjustments concerning the following aspects have been diagnosed: i) exercising the public property of the State over wind; ii) fostering national innovation; and iii) creating a funding system based on the principles of expansion, economic stability, and reasonable fees. In order to address the debate on the adjustments to the legal regime aiming at the concretization of more aspects of the constitutional project for the overcoming of underdevelopment, we have discussed said constitutional project, identified it in the constitutional text, and debated it theoretically with the aid of center-periphery theory. After this debate was consolidated, an attempt was made to contrast it with the exploration of wind potential in Brazil with the purpose of fitting the wind power sector within the hypothesis of the concretization of constitutional rule. Still aiming at furthering knowledge on industrial and funding policies, the international experiences of China, the United States, and Denmark concerning wind power have been studied. Thus, within this scope it was possible to justify the need for adjustments in the Brazilian wind power legal regime, a situation that calls for a regulatory milestone. / Este trabalho procurou desenvolver a ideia de que a energia eólica é uma hipótese de concretização do projeto constitucional de superação do subdesenvolvimento; porém, para se garantir efeito ótimo ao comando constitucional são necessários ajustes no regime jurídico da energia eólica. Esses ajustes situam-se no esforço de responder aos interesses constitucionais da soberania e da autonomia tecnológica. Assim, diagnosticam-se ajustes no tocante: i) ao exercício do domínio público do Estado sobre o vento; ii) ao fomento à inovação nacional; e iii) à criação de um sistema de financiamento baseado nos princípios da expansão, da estabilidade econômica e da modicidade tarifária. Para alcançar o debate dos ajustes no regime jurídico com o objetivo de concretizar mais aspectos do projeto constitucional de superação do subdesenvolvimento, percorreu-se o caminho de primeiramente discorrer sobre o projeto constitucional de superação do subdesenvolvimento, identificá-lo no texto constitucional e debatê-lo teoricamente, o que só foi possível por meio da adoção teoria centro-periferia como norte. Consolidado o debate sobre o projeto constitucional de superação do subdesenvolvimento, buscou-se contrastá-lo com a exploração do potencial eólico no Brasil com objetivo de enquadrar o setor da energia eólica como hipótese de concretização do comando constitucional. Ainda, com vistas a enriquecer o conhecimento sobre política industrial e de financiamento, estudaram-se experiências internacionais relevantes no que diz respeito à energia eólica: China, Estados Unidos e Dinamarca. Assim, dentro desse arcabouço, foi possível justificar a necessidade dos ajustes no regime jurídico da energia eólica brasileiro, situação que enseja um marco regulatório próprio da energia eólica no Brasil.

A participação da energia eólica na geração de energia elétrica tem apresentado incremento importante nos últimos anos e a tendência é de representar 11,6% da capacidade instalada brasileira em 2024, segundo a Empresa de Pesquisa Energética (EPE). Hoje, nos modelos de otimização para o despacho das usinas no atendimento da carga de energia do sistema, a energia eólica, assim como as pequenas centrais hidrelétricas e a energia a biomassa, são abatidas da carga de forma determinística, não representando a incerteza na produção dessas usinas. Dada a variabilidade na geração de energia eólica, devido às variações nas velocidades dos ventos e considerando o aumento da participação eólica na matriz de eletricidade brasileira, fato que realça a relevância da fonte, este trabalho desenvolve uma representação estocástica da geração eólica a partir de dados históricos reconstruídos de velocidades de vento de 16 coordenadas do Brasil, em especial das regiões Nordeste e Sul. Os valores de velocidade de vento são transformados em energia eólica através de curvas de potência de turbinas e as usinas eólicas são representadas como se fossem usinas hidráulicas a fio d água no modelo de otimização Newave. A representação do histórico de geração eólica é feita através de vazões nos rios, considerando-se também a expansão no horizonte até 2020. O trabalho tem como base os dados do Newave oficial de agosto de 2016. Com a simulação do modelo considerando-se as séries históricas e sintéticas, o trabalho simula o despacho das usinas, o comportamento dos custos marginais, verificando-se as diferenças no comportamento dessas variáveis quando se utiliza uma representação estocástica para a energia eólica, em comparação com a modelagem determinística utilizada hoje. / Wind power has an increasing share of the Brazilian energy market and has the potential to represent 11.6% of the total capacity by 2024, according to Energy Research Company (EPE). The current optimization models, that dispatch power plants to meet demand, only optimize the demand using hydroelectric and thermal power plants. The remaining sources of generation including wind power, small hydroelectric plants and biomass plants, are not part of the optimization model and are included deterministically. There is variability in wind power generation because of wind speeds variations and considering the increase of the wind power share in the Brazilian electricity matrix, which stresses its importance, this work evaluates a stochastic representation for wind power generation through historical wind speed data of 16 coordinates from the Northeast and South of Brazil. It proposes to introduce wind power plants into the optimization model called Newave by proxy of run-of-river hydropower plants and their inflow. This study also considers wind power expansion in Brazil up to 2020 and the database is the official Newave as of August 2016. This work aims to verify the dispatches of the power plants and the marginal costs, considering the differences between the model used today and the stochastic model presented in the study.

Submitted by Cátia Araújo (catia.araujo@unipampa.edu.br) on 2017-01-24T11:43:12Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) A influência da resolução espacial em modelos de previsão em mesoescala na programação de despacho da produção de usinas eólicas.pdf: 2764488 bytes, checksum: 81db7c3fde344866addede3ebc92a198 (MD5) / Approved for entry into archive by Cátia Araújo (catia.araujo@unipampa.edu.br) on 2017-01-24T11:44:33Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) A influência da resolução espacial em modelos de previsão em mesoescala na programação de despacho da produção de usinas eólicas.pdf: 2764488 bytes, checksum: 81db7c3fde344866addede3ebc92a198 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-24T11:44:33Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) A influência da resolução espacial em modelos de previsão em mesoescala na programação de despacho da produção de usinas eólicas.pdf: 2764488 bytes, checksum: 81db7c3fde344866addede3ebc92a198 (MD5) Previous issue date: 2014-07-01 / O uso da energia eólica para produção de eletricidade tem crescido em todo o mundo. De acordo com o PDE 2023 (Plano Decenal de Expansão Energia) disponibilizado pela EPE (Empresa de Pesquisa Energética) a capacidade instalada provinda de energia eólica em 2013 foi de 2,2 GW, cerca de 1,8% da matriz energética brasileira. A perspectiva de aumento para 22,4 GW, que em 2023 representará cerca de 11,8% da matriz energética brasileira. Com isso, a necessidade de se ter uma programação da disponibilidade de energia de parques eólicos se torna extremamente importante na operação do sistema elétrico brasileiro. Usando os dados de velocidade de vento gerados pelo modelo WRF com resoluções espaciais de 15 km e 5 km a 100 m de altura fez-se a estimativa de geração de energia para os complexos eólicos de Cerro Chato e Osório no período de 9 de agosto de 2014 a 29 de agosto de 2014. Então comparou-se com os dados de programação diária de produção de energia feitos pelas usinas, pelo modelo ETA e com os de geração real, do mesmo período, fornecidos pelo Operador Nacional do Sistema em seus boletins semanais. No período de estudo deste trabalho os erros médios percentuais absolutos da previsão de geração no complexo eólico de Cerro Chato foram de 18,42% do PDP da Usina, 15,97% do modelo ETA, 20,96% e 20,30% do modelo WRF com resolução espacial de 15 km desconsiderando e considerando a influência da variação da temperatura, respectivamente, e de 7,55% e 6,89% do modelo WRF com resolução espacial de 5 km desconsiderando e considerando a influência da variação da temperatura, respectivamente. Os erros médios percentuais absolutos das programações de geração de energia do complexo eólico de Osório foram de 16,29% do PDP da usina, 19,19% do modelo ETA, 9,38% e 8,78% do modelo WRF com resolução espacial de 15 km desconsiderando e considerando a influência da variação da temperatura, respectivamente, e de 5,94% e 5,09% do modelo WRF com resolução espacial de 5 km desconsiderando e considerando a influência da variação da temperatura, respectivamente. / The use of wind energy for electricity production has increased worldwide. According to the PDE 2022 (Ten Year Plan for Energy Expansion) provided by EPE (Energy Research Company) installed capacity of wind power stemmed in 2013 was 2,2 GW, about 1.8% of the Brazilian. The energy matrix, with perspective increase to 22.4 GW, which in 2023 represent about 11.8% of the Brazilian energy matrix. Thus the need to have a schedule of availability of power wind farms is extremely important in the operation of the Brazilian electrical system. Using the wind speed data generated by the WRF model with spatial resolution of 15 km and 5 km 100 m long made up an estimated power generation for wind complex of Cerro Chato and Osorio from 9 August 2014 to 29 August 2014. Then compared with the daily schedule of data for energy production made by plants, by ETA model and the actual generation of the same period, provided by the National System Operator in its weekly newsletters. During the study period of this study, the absolute percentage mean errors of prediction in wind generation complex of Cerro Chato were 18.42% of the Plant PDP, 15.97% of the ETA model, 20.96% and 20.30% of the WRF model with spatial resolution of 15 km disregarding and considering the influence of temperature variation, respectively, and 7.55% and 6.89% of the WRF model with spatial resolution of 5 km disregarding and considering the influence of temperature variation, respectively. The absolute percentage mean errors schedules of the wind farm of Osório power generation were 16.29% of the plant's PDP, 19.19% of the ETA model, 9.38% and 8.78% of the WRF model with spatial resolution 15 km disregarding and considering the influence of temperature variation, respectively, and 5.94% and 5.09% of the WRF model with spatial resolution of 5 km disregarding and considering the influence of temperature variation, respectively.

Successful wind power projects start with a realistic representation of the surface, more specifically the surface roughness of the site. This thesis investigates the use of airborne laser scans to model the surface roughness around a new wind farm. Estimations are made to find out how forest management and tree growth affects roughness length and displacement height. Data from scans two years apart for a specific site is provided by the Swedish governmental land registration authority. Next, tree height and plant area index methods are applied and analyzed using MATLAB. The results shows a difference of roughness length between 10.34% and 36.21% during an eight year period. WindPRO/WAsP is used to import roughness lengths for four specific cases. Height contour lines and meteorological data is taken from a long term corrected MESO data set. The results indicate a reduction in uncertainty in annual energy production between 0.79% and 2.89% across four different cases. This effect becomes significantly larger (12.76%) when comparing with classical land cover maps. Further on, effects of turbulence intensity are simulated.Finally, the results of a survey, sent to three large forest land owners in Sweden, show there is an interest in adapting forest management plans in favor of wind energy production if benefits can be shared.