Diagnóstico de desequilíbrio de massa para rotores de aerogeradores utilizando máquina de vetores de suporte
| Ano de defesa: | 2021 |
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| Orientador(a): | |
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| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
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| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal de Santa Maria
Brasil Engenharia Elétrica UFSM Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica Centro de Tecnologia |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/22638 |
Resumo: | Condition monitoring systems (CMS) are essential to reduce costs in the wind energy sector. This paper proposes a method based on Support Vector Machine (SVM) to detect rotor mass imbalance for a multi-class problem, using the estimated speed as an input variable, obtained through a combination of electrical quantities (currents and voltages). In addition, with the aid of statistical tools, the proposed method allows the estimation of imbalance levels different from the classes proposed to the SVM. The angular position of the mass imbalance can also be obtained by analyzing the angular speed signal and the azimuth position of the wind turbine. A model of 1.5 MW wind turbine, three blades and with permanent magnet synchronous generator was considered, and a database was built numerically using the software Turbsim, FAST, and Simulink. From the database, the Power Spectral Density (PSD) technique was used to transform the input data from the time to the frequency domain. Then, the SVM algorithm and statistical analysis were used to classify the magnitude and the angular position of the imbalance. Different scenarios of mass imbalance were tested under different wind speeds and turbulence intensities. The results demonstrate the satisfactory performance of the proposed method. |
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Diagnóstico de desequilíbrio de massa para rotores de aerogeradores utilizando máquina de vetores de suporteDiagnosis of mass imbalance for wind turbine rotors using support vector machineSistema de monitoramento de condiçõesDesequilíbrio em rotores de aerogeradoresMáquina de vetores de suporteGerador síncrono de imãs permanentesCondition monitoring systemsWind turbines rotor imbalanceSupport vector machinePermanent magnet synchronous generatorCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICACondition monitoring systems (CMS) are essential to reduce costs in the wind energy sector. This paper proposes a method based on Support Vector Machine (SVM) to detect rotor mass imbalance for a multi-class problem, using the estimated speed as an input variable, obtained through a combination of electrical quantities (currents and voltages). In addition, with the aid of statistical tools, the proposed method allows the estimation of imbalance levels different from the classes proposed to the SVM. The angular position of the mass imbalance can also be obtained by analyzing the angular speed signal and the azimuth position of the wind turbine. A model of 1.5 MW wind turbine, three blades and with permanent magnet synchronous generator was considered, and a database was built numerically using the software Turbsim, FAST, and Simulink. From the database, the Power Spectral Density (PSD) technique was used to transform the input data from the time to the frequency domain. Then, the SVM algorithm and statistical analysis were used to classify the magnitude and the angular position of the imbalance. Different scenarios of mass imbalance were tested under different wind speeds and turbulence intensities. The results demonstrate the satisfactory performance of the proposed method.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESOs sistemas de monitoramento de condição (CMS inglês Condition Monitoring Systems) são essenciais para reduzir custos de geração de energia eólica. Este trabalho propõe um método baseado em máquina de vetores de suporte (SVM do inglês Support Vector Machine) para detectar o desequilíbrio da massa do rotor para um problema multi-classe, utilizando a velocidade estimada como uma variável de entrada, obtida através de uma combinação de grandezas elétricas (correntes e tensões). Além disso, com o auxílio de ferramentas estatísticas, o método proposto permite estimar níveis de desequilíbrios diferentes das classes propostas ao SVM. A posição angular do desequilíbrio de massa também pode ser obtida através da análise do sinal de velocidade angular e a posição azimutal do aerogerador. Um modelo de turbina eólica de 1,5 MW, três pás e com gerador síncrono de ímã permanente foi considerado, e um banco de dados foi construído numericamente usando os softwares Turbsim, FAST (Fatigue, Aerodynamics, Structures and Turbulence) e Simulink. A partir do banco de dados, a técnica Densidade espectral de potência (PSD do inglês Power Spectrum Density) foi utilizada para transformar os dados de entrada do tempo para o domínio da frequência. Em seguida, o algoritmo SVM e a análise estatística foram usados para classificar a magnitude e a posição angular do desequilíbrio. Diferentes cenários de desequilíbrio de massa foram testados sob diferentes velocidades de vento e intensidades de turbulência. Os resultados demonstram o desempenho satisfatório do método proposto.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia ElétricaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaCentro de TecnologiaPinheiro, Humbertohttp://lattes.cnpq.br/5900576762082210Franchi, Claiton MoroDias, João PauloHübner, Guilherme Ricardo2021-10-27T19:41:43Z2021-10-27T19:41:43Z2021-02-26info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/22638ark:/26339/001300000hcm0porAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2024-09-10T14:58:18Zoai:repositorio.ufsm.br:1/22638Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2024-09-10T14:58:18Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false |
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Condition monitoring systems (CMS) are essential to reduce costs in the wind energy sector. This paper proposes a method based on Support Vector Machine (SVM) to detect rotor mass imbalance for a multi-class problem, using the estimated speed as an input variable, obtained through a combination of electrical quantities (currents and voltages). In addition, with the aid of statistical tools, the proposed method allows the estimation of imbalance levels different from the classes proposed to the SVM. The angular position of the mass imbalance can also be obtained by analyzing the angular speed signal and the azimuth position of the wind turbine. A model of 1.5 MW wind turbine, three blades and with permanent magnet synchronous generator was considered, and a database was built numerically using the software Turbsim, FAST, and Simulink. From the database, the Power Spectral Density (PSD) technique was used to transform the input data from the time to the frequency domain. Then, the SVM algorithm and statistical analysis were used to classify the magnitude and the angular position of the imbalance. Different scenarios of mass imbalance were tested under different wind speeds and turbulence intensities. The results demonstrate the satisfactory performance of the proposed method. |
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