The International Electrotechnical Commission (IEC) standard 61400-1 for the design of wind turbines does not explicitly address site-specific conditions associated with anomalous atmospheric events or conditions. Examples of such off-standard atmospheric conditions include thunderstorm downbursts, hurricanes, tornadoes, low-level jets, etc. This study is focused on the simulation of thunderstorm downbursts using a deterministic-stochastic hybrid model and the prediction of wind turbine loads resulting from these simulated downburst wind fields. The wind velocity field model for thunderstorm downburst simulation is first discussed; in this model, downburst winds are generated separately from non-turbulent and turbulent parts. The non-turbulent part is based on an available analytical model (with some modifications), while the turbulent part is simulated as a stochastic process using standard turbulence power spectral density functions and coherence functions. Tower and rotor loads are generated using simulation of the aeroelastic response for models of utility-scale wind turbines. The main objective is to improve our understanding from the point of view of design so that we may begin to address transient events such as thunderstorm downbursts based on the simulations carried out in this research study. The study discusses as well the role of control systems (for blade pitch and turbine yaw), of models for representing transient turbulence characteristics, and of correlated demand and loads on multiple units in turbine arrays during thunderstorm downbursts. / text

As forças devido aos efeitos do vento são, em geral, as solicitações predominantes em projeto de estruturas de linhas de transmissão. Apesar de ventos convectivos de alta intensidade serem frequentemente relacionados a falhas estruturais, as recomendações normativas mais utilizadas contemplam apenas ventos sinóticos, sem fazer considerações a carregamentos devido a ventos convectivos. É importante ressaltar que, devido às grandes dimensões lineares das linhas de transmissão, estes projetos são mais suscetíveis a danos causados por ventos de efeito localizado do que estruturas com localização pontual. Para complementar estudos anteriores a respeito do efeito de tormentas locais em linhas de transmissão, este trabalho tem como objetivo analisar as forças induzidas em cabos ocasionadas por uma combinação de tormentas descendentes e ventos sinóticos. Através de uma rotina computacional na plataforma MATLAB, os eventos a serem analisados foram simulados. Foram considerados diversos comprimentos de vãos, combinações e orientações de ventos nas simulações. Dos resultados obtidos, pode-se concluir que, para a mesma velocidade de vento a uma altura de 10 m acima do solo, um evento sinótico induz carregamentos mais severos nos cabos, quando sua direção é perpendicular aos cabos. Em outros casos analisados, observa-se que, pelo caráter axissimétrico do campo de velocidades de vento gerado, o caso composto por uma tormenta descendente poder ser o que induz carregamentos mais severos. / The forces due to wind effects cause, in general, the most severe loading in the design of overhead transmission lines structures. Although high intensity winds are often related to structural failure, the most widely used standard recommendations include only synoptic winds, without regards to loadings due to convective winds. It is noteworthy that, due to the large linear dimensions of transmission lines, they are more susceptible to damages from localized winds than punctual structures. In order to complemente previous studies on the effect of localized high intensity localized winds on transmission lines, this research seeks to analyse cable tensions induced by a combination of both synoptic and high intensity localized winds.Through a computational routine in MATLAB, the events to be analysed were simulated. Several span lenghts, orientations and combinations of winds were considered on the simulations.From the results obtained, it is possible to conclude that, from the same wind speed at a height of 10 m above the ground, a synoptic event with its direction perpendicular to the cables induced more severe loads. In other cases analysed, it was observed that due to the axisymmetric wind field generated, the more severe load case may be composed by a localized wind event.

As forças devido aos efeitos do vento são, em geral, as solicitações predominantes em projeto de estruturas de linhas de transmissão. Apesar de ventos convectivos de alta intensidade serem frequentemente relacionados a falhas estruturais, as recomendações normativas mais utilizadas contemplam apenas ventos sinóticos, sem fazer considerações a carregamentos devido a ventos convectivos. É importante ressaltar que, devido às grandes dimensões lineares das linhas de transmissão, estes projetos são mais suscetíveis a danos causados por ventos de efeito localizado do que estruturas com localização pontual. Para complementar estudos anteriores a respeito do efeito de tormentas locais em linhas de transmissão, este trabalho tem como objetivo analisar as forças induzidas em cabos ocasionadas por uma combinação de tormentas descendentes e ventos sinóticos. Através de uma rotina computacional na plataforma MATLAB, os eventos a serem analisados foram simulados. Foram considerados diversos comprimentos de vãos, combinações e orientações de ventos nas simulações. Dos resultados obtidos, pode-se concluir que, para a mesma velocidade de vento a uma altura de 10 m acima do solo, um evento sinótico induz carregamentos mais severos nos cabos, quando sua direção é perpendicular aos cabos. Em outros casos analisados, observa-se que, pelo caráter axissimétrico do campo de velocidades de vento gerado, o caso composto por uma tormenta descendente poder ser o que induz carregamentos mais severos. / The forces due to wind effects cause, in general, the most severe loading in the design of overhead transmission lines structures. Although high intensity winds are often related to structural failure, the most widely used standard recommendations include only synoptic winds, without regards to loadings due to convective winds. It is noteworthy that, due to the large linear dimensions of transmission lines, they are more susceptible to damages from localized winds than punctual structures. In order to complemente previous studies on the effect of localized high intensity localized winds on transmission lines, this research seeks to analyse cable tensions induced by a combination of both synoptic and high intensity localized winds.Through a computational routine in MATLAB, the events to be analysed were simulated. Several span lenghts, orientations and combinations of winds were considered on the simulations.From the results obtained, it is possible to conclude that, from the same wind speed at a height of 10 m above the ground, a synoptic event with its direction perpendicular to the cables induced more severe loads. In other cases analysed, it was observed that due to the axisymmetric wind field generated, the more severe load case may be composed by a localized wind event.

As forças devido aos efeitos do vento são, em geral, as solicitações predominantes em projeto de estruturas de linhas de transmissão. Apesar de ventos convectivos de alta intensidade serem frequentemente relacionados a falhas estruturais, as recomendações normativas mais utilizadas contemplam apenas ventos sinóticos, sem fazer considerações a carregamentos devido a ventos convectivos. É importante ressaltar que, devido às grandes dimensões lineares das linhas de transmissão, estes projetos são mais suscetíveis a danos causados por ventos de efeito localizado do que estruturas com localização pontual. Para complementar estudos anteriores a respeito do efeito de tormentas locais em linhas de transmissão, este trabalho tem como objetivo analisar as forças induzidas em cabos ocasionadas por uma combinação de tormentas descendentes e ventos sinóticos. Através de uma rotina computacional na plataforma MATLAB, os eventos a serem analisados foram simulados. Foram considerados diversos comprimentos de vãos, combinações e orientações de ventos nas simulações. Dos resultados obtidos, pode-se concluir que, para a mesma velocidade de vento a uma altura de 10 m acima do solo, um evento sinótico induz carregamentos mais severos nos cabos, quando sua direção é perpendicular aos cabos. Em outros casos analisados, observa-se que, pelo caráter axissimétrico do campo de velocidades de vento gerado, o caso composto por uma tormenta descendente poder ser o que induz carregamentos mais severos. / The forces due to wind effects cause, in general, the most severe loading in the design of overhead transmission lines structures. Although high intensity winds are often related to structural failure, the most widely used standard recommendations include only synoptic winds, without regards to loadings due to convective winds. It is noteworthy that, due to the large linear dimensions of transmission lines, they are more susceptible to damages from localized winds than punctual structures. In order to complemente previous studies on the effect of localized high intensity localized winds on transmission lines, this research seeks to analyse cable tensions induced by a combination of both synoptic and high intensity localized winds.Through a computational routine in MATLAB, the events to be analysed were simulated. Several span lenghts, orientations and combinations of winds were considered on the simulations.From the results obtained, it is possible to conclude that, from the same wind speed at a height of 10 m above the ground, a synoptic event with its direction perpendicular to the cables induced more severe loads. In other cases analysed, it was observed that due to the axisymmetric wind field generated, the more severe load case may be composed by a localized wind event.