Plot power curves for all 25 turbines

import itertools

import matplotlib.pyplot as plt
import pandas as pd

# configure plot styles
plt.style.use("seaborn-colorblind")
plt.rcParams["font.family"] = "Source Sans Pro"
plt.rcParams["figure.dpi"] = 96
plt.rcParams["axes.grid"] = False
plt.rcParams["figure.titleweight"] = "semibold"
plt.rcParams["axes.titleweight"] = "semibold"
plt.rcParams["figure.titlesize"] = "13"
plt.rcParams["axes.titlesize"] = "12"
plt.rcParams["axes.labelsize"] = "10"

# create dataframe from CSV
data = pd.read_csv(
    "data/processed/SCADA_timeseries.csv", skip_blank_lines=True
)

# create pivot table (new dataframe)
power = pd.pivot_table(
    data, index=["ws_av"], columns=["turbine"], values=["ap_av"]
)

# removing pivot table values name from heading
power.columns = power.columns.droplevel(0)

# rename index (x-axis title)
power.index.name = "Wind speed (m/s)"

power

turbine	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	...	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
Wind speed (m/s)
0.000000	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.050226	0.0	0.0	0.0	0.0	...	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0
0.000007	0.0	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	...	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN
0.000007	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	0.000000	NaN	NaN	NaN	NaN	...	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN
0.000007	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	0.000000	NaN	NaN	NaN	NaN	...	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN
0.000007	0.0	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	...	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN
...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...
36.467920	NaN	NaN	NaN	NaN	0.0	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	...	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN
36.558680	NaN	NaN	NaN	NaN	0.0	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	...	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN
37.271650	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	...	NaN	0.0	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN
37.332910	NaN	NaN	NaN	NaN	0.0	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	...	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN
37.413030	NaN	NaN	0.0	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	...	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN	NaN

2641616 rows × 25 columns

# get coordinates of each subplot
layout = list(range(0, 5))
coord = list(itertools.product(layout, layout))

# list of column headers (i.e. turbines 1 to 25)
cols = list(power)

Standard power curves

# plotting all columns (i.e. turbines 1 to 25) in the same figure
fig, axs = plt.subplots(ncols=5, nrows=5, figsize=(50, 30))

for (x, y), col in zip(coord, cols):
    axs[x, y].scatter(x=power.index, y=power[col], marker=".", c="C" + str(y))
    axs[x, y].set_title("Power curve for turbine " + str(col))
    axs[x, y].set_xlabel("Wind speed (m/s)")
    axs[x, y].set_ylabel("Average active power (kW)")

fig.tight_layout()
plt.show()

Normalised power curves

# normalise using feature scaling (all values in the range [0, 1])
power_norm = (power - power.min()) / (power.max() - power.min())
power_norm.index = (power.index - power.index.min()) / (
    power.index.max() - power.index.min()
)

# rename index
power_norm.index.name = "Wind speed"

fig, axs = plt.subplots(ncols=5, nrows=5, figsize=(50, 30))

for (x, y), col in zip(coord, cols):
    axs[x, y].scatter(
        x=power_norm.index, y=power_norm[col], marker=".", c="C" + str(y)
    )
    axs[x, y].set_title("Normalised power curve for turbine " + str(col))
    axs[x, y].set_xlabel("Wind speed")
    axs[x, y].set_ylabel("Average active power")

fig.tight_layout()
plt.show()

Rotor speed vs power

# create pivot table (new dataframe)
power = pd.pivot_table(
    data, index=["rs_av"], columns=["turbine"], values=["ap_av"]
)

# removing pivot table values name from heading
power.columns = power.columns.droplevel(0)

# rename index
power.index.name = "Rotor speed (rpm)"

# plotting all columns (i.e. turbines 1 to 25) in the same figure
fig, axs = plt.subplots(ncols=5, nrows=5, figsize=(50, 30))

for (x, y), col in zip(coord, cols):
    axs[x, y].scatter(x=power.index, y=power[col], marker=".", c="C" + str(y))
    axs[x, y].set_title(
        "Average active power vs rotor speed for turbine " + str(col)
    )
    axs[x, y].set_xlabel("Rotor speed (rpm)")
    axs[x, y].set_ylabel("Average active power (kW)")

fig.tight_layout()
plt.show()

Power vs pitch angle

# create pivot table (new dataframe)
power = pd.pivot_table(
    data, index=["ap_av"], columns=["turbine"], values=["pitch"]
)

# removing pivot table values name from heading
power.columns = power.columns.droplevel(0)

# rename index
power.index.name = "Average active power (kW)"

# plotting all columns (i.e. turbines 1 to 25) in the same figure
fig, axs = plt.subplots(ncols=5, nrows=5, figsize=(50, 30))

for (x, y), col in zip(coord, cols):
    axs[x, y].scatter(x=power.index, y=power[col], marker=".", c="C" + str(y))
    axs[x, y].set_title(
        "Pitch angle vs average active power for turbine " + str(col)
    )
    axs[x, y].set_xlabel("Average active power (kW)")
    axs[x, y].set_ylabel("Pitch angle (deg)")

fig.tight_layout()
plt.show()