Contribution to the modeling and monitoring of complex electromechanical systems : Application to wind turbines

Contribution à la modélisation et la surveillance des systèmes électromécaniques complexes : Application aux éoliennes Suite à la forte demande d'énergie verte ayant un impact moindre sur l'environnement, de nouveaux concepts d'éoliennes offshore ont été développés récemment. Ils sont destinés à fonctionner dans des environnements aléatoires et du perturbations météorologiques telles que les vents turbulents et les vagues irrégulières. Comme leséoliennes sont composées de sous-systèmes de différents domaines physiques tels que les systèmes électriques, mécaniques et aérodynamiques, des défauts imprévus susceptibles d'entrainer des temps d'arrêt du système et d'énormes pertes économiques sont probables. Par rapport aux éoliennes onshore, les éoliennes offshore flottantes ont suscité un intérêt croissant en raison de leur production d'énergie optimale. Cependant, l'accessibilité limitée de ces systèmes stimule le développement des méthodes de diagnostic précoces et de contrôle actif tolérant aux défauts qui deviennent des problèmes cruciaux limitant les bonnes performances ainsi que la fiabilité. Dans ce contexte, ce travail porte sur le développement des méthodes de diagnostic des défautset le développement d'une commande active tolérante aux défauts pour un nouveau concept d'éolienne double offshore. Pour cela, une modélisation détaillée de ce concept ainsi que de ses parties électriques ”machines synchrones `a aimants permanents” et de ses parties mécaniques ”trains planétaires” est établie sans et en présence des défauts. L'un des objectifs c'est d'étudier le comportement du système de transmission mécaniqueen présence de défauts et d'étudier le comportement de l'éolienne double en introduisant de nouveaux scénarios.Le défaut de fissure est pris en compte dans cette étude et présente un impact sur l'engrenage planétaire. De plus, deux défauts électriques, un court-circuit entre spires et une démagnétisation, qui se produisent dans la machine électrique sont également considérés. Le court-circuit entre spires est l'un des défauts les plus fréquents qui affecte les machines électriques et casse la symétrie de ses phases. Ainsi, le comportement de l'éolienne double dans des conditions asymétriques est abordé. Bien que, l'undes avantages de ce concept d'éolienne double est le fait que son orientation face au vent est assurée sans avoir besoin d'un actionneur. Cette caractéristique nécessite uncontrôle adéquat et suffisant. Une méthode de contrôle basée sur un mode glissant d'ordre supérieur a été proposée en considérant des conditions de fonctionnementnormales. De plus, une étude sur les méthodes de diagnostic et les défauts possibles a été présentée. Une approche angulaire est proposée pour détecter le défautde fissure `a partir des signaux mesurés par les capteurs. L'approche proposée est reconnue comme un outil approprié pour le traitement des signaux dans des conditionsnon stationnaires. En outre, nous étudions le problème de l'invisibilité à gauche lorsque le nombre de défauts est égal au nombre de mesures. Pour traiter le cas où le nombre de défauts dépasse le nombre de mesures, une méthode de diagnostic des d´défauts basée sur le diagnostic par reconstruction parcimonieuse est proposée. Nous utilisons également un observateur à mode glissant du second ordre pour estimer les dérivées temporelles de la sortie afin d'éviter les erreurs potentielles graves dues au calculdes dérivées. Les estimations sont ensuite utilisées dans la commande active tolérante aux défauts basée sur le diagnostic par reconstruction parcimonieuse. L'objectif principal de cette commande est de compenser l'effet du défaut sur la vitesse de sortie de la machine et de maintenir l'orientation du système après la localisation du défaut.