Kapp, Stefan (2017) Lidar-based reconstruction of wind fields and application for wind turbine control. PhD, Universität Oldenburg.

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Abstract

In this thesis horizontal, upwind scanning lidar systems of the focused continuous-wave type are regarded for wind turbines. The theory of wind field reconstruction is extended to a five parameter model describing the inflow in non-uniform conditions more accurately. Sensor requirements are derived. A new approach to spherically scan the inflow area is studied experimentally. Expected inaccuracies of the averaged wind direction signal in a wind farm environment are quantified and spatial inhomogeneities are analysed. The use of inflow lidar measurements in feedforward blade pitch control is holistically modelled and simulated. As a supplement to individual feedback pitch control, lidar-based feedforward collective pitch control reduces damage equivalent loads, extreme loads, power output fluctuations and pitch activity significantly.

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Lidar-basierte Rekonstruktion von Windfeldern und Anwendung zur Regelung von Windenergieanlagen

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In dieser Arbeit werden horizontale, die Anströmung scannende Lidarsysteme mit fokussiertem Dauerstrichlaser für Windenergieanlagen betrachtet. Die Theorie der Windfeldrekonstruktion wird erweitert auf ein Fünf-Parameter-Modell, das die Anströmung bei inhomogenen Bedingungen genauer beschreibt. Anforderungen an das Sensorsystem werden abgeleitet. Ein neuer Ansatz basierend auf dem sphärischen Abscannen des Einströmungsbereichs wird experimentell untersucht. Die zu erwartende systematische Ungenauigkeit gemittelter Windrichtungssignale in einer Windparkumgebung wird damit quantifiziert und es werden räumliche Inhomogenitäten analysiert. Die Verwendung von Lidar-Messungen zur Vorsteuerung einer Blattwinkelregelung wird ganzheitlich modelliert und simuliert. In Ergänzung zur Einzelblattwinkelregelung ist die Lidar-basierte kollektive Blattwinkelvorsteuerung in der Lage, Ermüdungs- und Extremlasten, Abgabeleistungsschwankungen sowie die Blattwinkel-Verstellaktivität deutlich zu reduzieren.

Item Type:	Thesis (PhD)
Uncontrolled Keywords:	Lidar, Windfeldrekonstruktion, Fünf-Parameter-Modell, Vorsteuerung, Windkraftwerk
Subjects:	Science and mathematics > Physics
Divisions:	Faculty of Mathematics and Science > Institute of Physics (IfP)
Date Deposited:	10 Jul 2017 09:33
Last Modified:	11 Jul 2017 08:45
URI:	https://oops.uni-oldenburg.de/id/eprint/3210
URN:	urn:nbn:de:gbv:715-oops-32911
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