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Three-phase signals analysis for condition monitoring of electromechanical systems. Application to wind turbine condition monitoring.

 

Directeur de thèse :     Christophe BERENGUER

Co-encadrant :     Pierre GRANJON

École doctorale : Electronique, electrotechnique, automatique, traitement du signal (eeats)

Spécialité : Signal, image, parole, télécoms

Structure de rattachement : Grenoble-INP

Établissement d'origine :

Financement(s) : Contrat doctoral ; contrat à durée déterminée

 

Date d'entrée en thèse : 01/10/2013

Date de soutenance : 15/12/2016

 

Composition du jury :
Mme Marie CHABERT Professeur, Université de Toulouse – IRIT, Rapporteur
M Mohamed EL-BADAOUI Professeur, Université de Saint-Etienne – LASPI, Rapporteur
M Jérôme ANTONI Professeur, Université de Lyon - LVA, Examinateur
M Vincent CHOQUEUSE Maître de Conférences, Université de Bretagne Occidentale – LBMS, Examinateur
Mme Nadine MARTIN Directrice de Recherche, CNRS – GIPSA-Lab, Examinatrice
M Christophe BERENGUER Professeur, Grenoble-INP – GIPSA-Lab, Directeur de thèse
M Pierre GRANJON Maître de Conférences, Grenoble-INP – GIPSA-Lab, Encadrant de thèse

 

Résumé : This thesis proposes a three-phase electrical signals analysis method for condition monitoring of electromechanical systems. The proposed method relies on the use of instantaneous symmetrical components (ISCs) transform and simple signal processing tools to detect both electrical and mechanical faults in such systems. The advantages of using this three-phase approach for condition monitoring instead of single-phase ones are thoroughly detailed. Firstly, for electrical faults the use of the three-phase transform separates the balanced and unbalanced components thus making electrical unbalance detection easier. Secondly, for mechanical faults the ISCs approach has better signal-to-noise ratio (SNR). Indeed, by applying the same processing to both single-phase and ISCs, some mechanical faults are only detectable using the positive-sequence ISC. The complete methodology and algorithms to compute fault indicators for both electrical and mechanical faults are given and the results are validated using synthetic and experimental signals. In terms of application, the focus was on condition monitoring of wind turbine components. However, the proposed method can be applied on electromechanical systems in general and can easily be extended to poly-phase systems. Cette thèse propose une méthode d'analyse des signaux triphasés pour la surveillance d'état des systèmes électromécaniques. La méthode proposée repose sur l'utilisation de la transformée en composantes symétriques instantanées et d'outils simples de traitement du signal pour détecter les défauts électriques et mécaniques dans de tels systèmes. Les avantages de cette approche triphasée par rapport à une approche monophasée pour la surveillance d'état sont étudiés en détail. Tout d'abord, pour les défauts électriques, l'utilisation de la transformée triphasée permet de séparer les composantes symétriques et asymétriques, et facilite ainsi la détection d'un déséquilibre électrique. Ensuite, pour les défauts mécaniques, l'approche par transformée en composantes symétriques permet de travailler dans des espaces avec un meilleur rapport signal à bruit. En effet, en appliquant le même traitement à la fois en monophasé et en triphasé sur les composantes symétriques, on observe que certains défauts mécaniques ne sont détectables qu'en utilisant la séquence positive des composantes symétriques. La méthodologie complète et les algorithmes pour calculer les indicateurs de défaut pour les défauts électriques et mécaniques sont donnés et les résultats sont validés sur signaux synthétiques et expérimentaux. En termes d'application, l'accent est mis sur la surveillance d'état des composants de turbines éoliennes. Toutefois, le procédé proposé peut être appliqué à des systèmes électromécaniques en général et peut facilement être étendu à des systèmes polyphasés.


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