Contribution à la surveillance et maintenance prédictive des éoliennes
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AmiensDisciplines:
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Abstract EN:
The main existing monitoring systems are using vibrations as indexes to detect fault in the global system. In this way, several vibration sensors should be installed on the generator, the gearbox, and the bearing. The main problem with existing condition monitoring systems is that numerous sensors are installed in the turbine which makes the monitoring system complex and expensive. It is shown that the high rate of missed fault detection (about 40%) of gearbox fault exist in the wind turbines equipped with vibration based condition monitoring systems even with employing so many vibration sensors. This shows that vibration based condition monitoring systems are not reliable enough and a new or complementary condition monitoring system are needed. In this work, a potential approach for detecting drive-train mechanical faults using generator electrical signals has been introduced. Since the generator provides electromechanical coupling, the monitoring of its output power could lead to electrical and mechanical fault detection. In this regard, we studied the effect of the gearbox on the electrical signature of the generator for a variable speed wind turbine generator with a wound rotor and partial power converter (known as type -3). For which, we have developed the wind turbine simulator using MATLAB / Simulink. The dynamic of the planetary gearbox in hardly ever considered in the wind turbine model in the literature. Therefore, generic dynamic model of planetary gearbox for condition monitoring and diagnostic purposes is presented in this work. The model of gearbox is using minimum number of parameters, which includes essential non-linearities such as time varying mesh stiffness, transmission error and damping force. The proposed gearbox model is a generic model and is adapted for all possible power flow configuration of single stage planetary gearbox with any number of planet gears and could also be used in other applications than wind turbine
Abstract FR:
Les systèmes de surveillance existants utilisent des vibrations comme des indices pour détecter les défauts dans les éoliennes. De cette façon, plusieurs capteurs de vibration doivent être installés sur le générateur, la boîte de vitesses et le roulement principal. Actuellement, le problème majeur des systèmes de surveillance est le fait que de nombreux capteurs sont installés dans la turbine, ce qui rend le système de surveillance complexe et coûteux. Le but de ce projet est de mettre en place des techniques fiables pour surveiller les principaux composants de l'éolienne afin de pouvoir détecter les défauts depuis leur origine et avant que leurs effets ne deviennent irréversibles ou qu'ils ne nécessitent de lourdes interventions. Ainsi, nous avons proposé l'utilisation de capteurs électriques (courant, tension, flux de dispersion) pour complémenter les capteurs mécaniques classiques (accéléromètres). Cependant, il est plus pratique à mettre en place cette mise en œuvre que la méthode classique. A cet égard, nous avons étudié l'effet de la boîte de vitesses sur le signal électrique du générateur pour une éolienne à vitesse variable avec un générateur à rotor bobiné (connu comme le type-3). Différents concepts d'éolienne ont été industrialisés parmi lesquels type-3, qui a dominé le marché des éoliennes. Dans le cadre de ce projet, on a développé le simulateur d'éolienne type-3 sous MATLAB/Simulink. Pour cela, on a proposé le modèle dynamique de l'engrenage planétaire. Afin de simuler le multiplicateur planétaire, nous considérons un modèle dynamique à deux degrés de liberté dans le plan de rotation. Le modèle proposé du multiplicateur est le modèle générique qui utilise un nombre minimum de paramètres (y compris les non-linéarités essentielles). Ce modèle peut aussi s'adapter à d'autre application qu'éolienne