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Benchmarking Machine Learning and Physics Based Models for Wind Turbine Power Prediction

Florez Cortes, Diego und Beyrodt, Julian und Behrends, Holger (2026) Benchmarking Machine Learning and Physics Based Models for Wind Turbine Power Prediction. Energy Science and Engineering. Wiley. ISSN 2050-0505. (eingereichter Beitrag)

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Kurzfassung

A key challenge of renewable energy is its inherent variability, which impacts grid stability. This variability creates a critical need for accurate power prediction tools, especially for applications such as developing digital twin models based only on measurement data without relying on detailed physical descriptions. This paper proposes a method for wind turbine power prediction aimed at enabling a data-driven digital twin. The approach is validated using real measurement data from the OPUS 1 wind turbine located in the Wivaldi wind farm in Krummendeich, Germany. Two fundamentally different methodologies are ssinvestigated and compared. The first approach is a data-based machine learning (ML) framework that evaluates several models and selects the most accurate ones based on their stable accuracy across training and testing datasets. The second approach is a Betz-based aerodynamic model derived from fundamental wind energy equations and turbine power coefficient Cp mapping, with adjustments to improve accuracy. The results demonstrate that the Gated Recurrent Unit (GRU) model achieved lower prediction errors (e.g., Root Mean Square Error and Mean Absolute Error) when input features are strongly correlated with the target variable.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/227944/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Benchmarking Machine Learning and Physics Based Models for Wind Turbine Power Prediction
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Florez Cortes, Diegodiego.florezcortes (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Beyrodt, JulianJulian.Beyrodt (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Behrends, HolgerHolger.Behrends (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2026
Erschienen in:Energy Science and Engineering
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Verlag:Wiley
Name der Reihe:Modelling and Analysis
ISSN:2050-0505
Status:eingereichter Beitrag
Stichwörter:Wind Power, Digital twin, Machine learning, Betz limit, Power predicition
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Energiesystemdesign
HGF - Programmthema:Digitalisierung und Systemtechnologie
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SY - Energiesystemtechnologie und -analyse
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Energiesystemtechnologie
Standort: Oldenburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Vernetzte Energiesysteme > Energiesystemtechnologie
Hinterlegt von: Beyrodt, Julian
Hinterlegt am:15 Okt 2026 16:36
Letzte Änderung:22 Okt 2026 13:34

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