Radial diagrams for the visual analysis of wind energy production data

Abstract

Die Produktion von elektrischer Energie aus Windenergie ist ein rasch wachsender Sektor auf dem Gebiet der erneuerbaren Energien. Im Prozess der Energiegewinnung werden jedes Jahr immer größere Datenmengen aufgezeichnet. Die große Menge an gesammelten Daten ist jedoch wertlos ohne weitere Untersuchung, Analyse und Präsentation. Ziel ist es, Datenanalysten Werkzeuge zur Verfügung zu stellen, mit denen sie übliche Aufgaben im Bereich derWindenergieerzeugung effizienter durchführen können. Da die Daten häufig Richtungsinformationen von Winden und Böen enthalten, müssen die Analysetechniken die zirkuläre Natur solcher Daten berücksichtigen. Die Arbeit beschreibt eine Reihe von Visualisierungsund Interaktionstechniken für zirkuläre Daten auf Basis von radialen Diagrammen. Die Diagramme arbeiten im Polarkoordinatensystem und sind daher gut geeignet, um die Probleme von zirkulären Daten - das Beibehalten natürlicher Zusammenhänge und des zirkulären Schlusses - zu lösen. Die Arbeit diskutiert wichtige Designentscheidungen und gibt praktische Hinweise, wie neue Funktionen in ein bestehendes Softwaresystem implementiert werden können. Implementierungsdetails, welche die Skalierbarkeit bei großen Datenmengen gewährleisten, werden vorgestellt. Die Arbeit evaluiert das Design und die Implementierung anhand einer Fallstudie mit realen Daten. Die Fallstudie wird von einem Experten auf dem Gebiet der Windenergieproduktion durchgeführt. Die Ergebnisse weisen auf einen verbesserten Arbeitsablauf bei üblichen Aufgaben und auf eine erfolgreiche Systemintegration hin. Der berichtete Einsatz der vorgestellten Lösung bei einem nationalen Stromnetzbetreiber verdeutlicht die Akzeptanz und Bedeutung des Systems für die Benutzer. Die Arbeit reflektiert außerdem über den iterativen Entwurfsprozess und die darin gesammelten Expertenrückmeldungen und Erkenntnisse.

Wind energy production is a fast growing sector in the field of renewable energy production. In the process of energy production, more and more data is produced and recorded every year. This data is usually worthless without further exploration, analysis, and presentation. This thesis presents a design study of the visual analysis of wind energy production data. The goal is to provide data analysts with tools to carry out common tasks in the field of wind energy production more efficiently. As the data commonly contains directional information of winds and gusts, analysis techniques need to take the circular nature of such data into account. This work proposes a set of techniques for the visualization and interaction with circular data in radial diagrams. The diagrams operate in the polar coordinate system and thus are well suited to solve the problems of maintaining the natural coherence and circular closure of circular data. The thesis discusses important design decisions and gives practical guidance how to implement novel features into an existing software system. Implementation details on how to ensure large data scalability are presented. The work evaluates the results in a case study with real data carried out by an expert in the field of wind energy production. The results indicate an improved work flow of common tasks and a successful system integration. The reported deployment at a national power grid operator further demonstrates the systems user acceptance and importance. The thesis also reflects on the iterative design process and the within collected expert feedback.