Abstract
Nacelle anemometers are mounted on wind-turbine nacelles behind blade roots to measure the free-stream wind speed projected onto the wind turbine for control purposes. However, nacelle anemometers measure the transformed wind speed that is due to the wake effect caused by the blades' rotation and the nacelle geometry, etc. In this paper, we derive the Nacelle Transfer Function (NTF) to calibrate the nacelle wind speed to the free-stream wind speed, as required to carry out the performance test of wind turbines according to the IEC 61400-12-2 Wind-Turbine Standard. For the reference free-stream wind data, we use the Light Detection And Ranging (LiDAR) measurement at the Shinan wind power plant located on the Bigeumdo Island shoreline. To improve the simple linear regression NTF, we derive the multiple nonlinear regression NTF. The standard error of the wind speed was found to have decreased by a factor of 9.4, whereas the mean of the power-output residual distribution decreased by 6.5 when the 2-parameter NTF was used instead of the 1-parameter NTF.
풍력터빈 블레이드의 후단, 나셀 상부에 설치되는 나셀 풍속계는 블레이드 회전에 따른 후류효과 및 나셀형상 등으로 인하여 풍력터빈에 입사되는 자연풍속과는 다른 왜곡된 풍속을 측정한다. 풍력터빈 출력성능의 신뢰성 확보를 위해서는 나셀풍속을 자연풍속으로 보정하는 나셀전달함수를 유도하여 성능곡선을 보정하여야 한다. 본 연구에서는 전라남도 비금도 북부 해안에 건설된 신안풍력발전소에서 지상기반 원격탐사 장비인 라이다(LiDAR)를 설치하여 나셀 풍속계와 동일 높이에서의 자연풍속을 측정하였다. 나셀풍속을 자연풍속으로 보정하는 기존의 단순회귀분석에 의한 선형 나셀전달함수를 개선하기 위하여 다중회귀분석에 의한 비선형 나셀전달함수를 유도하였다. 나셀전달함수로 계산한 보정풍속을 풍력터빈 출력곡선에 대입하여 산출한 이론 발전량과 실제 발전량의 잔차를 비교하여 개선효과를 검증하였다. 다중회귀분석 나셀전달함수는 단순회귀분석에 비해 풍속의 표준오차는 9.4% 감소하였으며, 발전량 잔차 분포의 평균은 6.5% 감소하여 개선효과가 있음을 확인하였다.