Brevet FR3076580A1 — publié le 20190712

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne l'exploitation et la maintenance de parcs de production éoliens, et, notamment celui de la détection d'une défaillance de la liaison mécanique entre le mât et la fondation d'une éolienne terrestre. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Une éolienne terrestre comprend, de manière connue en soi, un mât, des pales, une nacelle fixée sur le mât et sur laquelle les pales sont montées en rotation, et des moyens de conversion de l'énergie mécanique des pales en énergie électrique. Le mât de l'éolienne terrestre repose sur une assise à laquelle il est lié grâce aux fondations. Lors de l'exploitation de l'éolienne, l'ensemble de la structure est soumis à des vents très forts qui ont prise sur les pales. Au cours du temps, la pression exercée par le vent sur les pales en les actionnant est transmise à l'ensemble de l'éolienne et sollicite en fatigue la liaison encastrement entre le mât de l'éolienne et sa fondation. Cette sollicitation répétée entraine un affaiblissement de la liaison encastrement et donc l'apparition d'un jeu, avec des conséquences sur la sûreté de l'installation. Actuellement, la surveillance de ce jeu est réalisée à l'aide de capteurs de déplacement fixés au pied de l'éolienne et configurés pour mesurer le déplacement de l'éolienne par rapport aux fondations suivant deux directions comprises dans le plan horizontal. On notera toutefois que ces capteurs ne sont pas présents à l'origine sur l'éolienne, c'est donc à l'exploitant de mettre en place cette sur-instrumentation. RESUME DE L'INVENTION Un objectif de l'invention est donc de proposer une nouvelle méthode permettant de suivre de manière simple et robuste l'évolution du jeu entre une éolienne et ses fondations, qui puisse en outre être mise en oeuvre sans nécessairement requérir une instrumentation spécifique. 2 Pour cela, l'invention propose un procédé de suivi d'un jeu entre un mât et des fondations d'une éolienne comprenant les étapes suivantes : Si : acquérir, pour N intervalles de temps déterminés, N accélérations maximales du mât de l'éolienne, 5 S2: à chaque accélération maximale, associer un intervalle d'accélérations prédéfini, où chaque intervalle d'accélérations comprend une valeur minimale d'accélération et une valeur maximale d'accélération, l'accélération maximale étant comprise entre la valeur minimale et la valeur maximale de l'intervalle d'accélération associé, 10 S3: déterminer le nombre d'occurrences de chaque intervalle d'accélérations, sur les N intervalles de temps, S4: en déduire un mode pour les N intervalles de temps, un mode correspondant à une valeur de l'intervalle d'accélérations dont le nombre d'occurrences est le plus grand sur les N intervalles de temps, 15 S5: réitérer plusieurs fois les étapes Si à S4 de manière à obtenir plusieurs modes, S6: comparer les modes ainsi obtenus et en déduire une évolution du jeu. 20 Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives du procédé de suivi d'un jeu entre un mât et des fondations d'une éolienne décrit ci- dessus sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison : - l'étape S6 de comparaison comprend les sous-étapes suivantes : 25 S61 : définir, pour chaque mode obtenu aux étapes S4, un point dont des coordonnées ont pour abscisse une date associée aux intervalles de temps sur lesquels ledit mode a été déterminé en abscisse et pour ordonnée une valeur du mode, S62: déterminer une droite des moindres carrés à partir 30 des points ainsi définis, S63: déterminer une pente de la droite des moindres carrés, et 3 S64: comparer la pente à un seuil prédéterminé. - le procédé de suivi comprend en outre, suite à l'étape S6 de comparaison, une étape de génération d'une alerte lorsque l'évolution du jeu dépasse le seuil prédéterminé. 5 - les accélérations sont acquises au niveau de la nacelle de l'éolienne. Et/ou - la valeur de l'intervalle d'accélérations comprenant la valeur minimale de cet intervalle d'accélération, la valeur maximale de cet intervalle d'accélération ou une moyenne de la valeur minimale et de 10 la valeur maximale. Selon un deuxième aspect, l'invention propose également un programme d'ordinateur comprenant des instructions adaptées à la mise en oeuvre de chacune des étapes du procédé de suivi d'un jeu entre un mât et 15 des fondations d'une éolienne décrit ci-dessus lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. Selon un troisième aspect, l'invention propose un dispositif d'estimation d'un jeu entre un mât et des fondations d'une éolienne, 20 comprenant : - au moins un accéléromètre conçu pour acquérir une accélération maximale du mât de l'éolienne au cours d'un intervalle de temps de mesure; - au moins une horloge collaborant avec l'accéléromètre de sorte 25 à déclencher le début et la fin de l'intervalle de temps de mesure ; et - un outil d'analyse dynamique configuré pour suivre le jeu conformément à un procédé de suivi d'un jeu entre un mât et des fondations d'une éolienne comme décrit ci-dessus. 30 Dans une forme de réalisation, l'éolienne comprend en outre une nacelle, l'accéléromètre étant monté dans ladite nacelle. 4 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et au 5 regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : La figure 1 illustre schématiquement un exemple de réalisation d'une éolienne, La figure 2 est un organigramme montrant des étapes d'un exemple 10 de procédé de suivi d'un jeu entre un mât et des fondations d'une éolienne conforme à l'invention. La figure 3 est un organigramme montrant des sous-étapes de l'exemple de procédé de suivi d'un jeu entre un mât et des fondations d'une éolienne de la figure 2. 15 DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION Dans ce qui suit, un procédé de suivi d'un jeu 7 entre un mât 2 et des fondations d'une éolienne 1, notamment d'une éolienne 1 terrestre, va être décrit. 20 Ici, l'éolienne 1 comprend, de manière connue en soi, un mât 2, des pales, une nacelle 4 fixée sur le mât 2 et sur laquelle les pales sont montées en rotation, et des moyens de conversion de l'énergie mécanique 3 des pales en énergie électrique. Le mât 2 de l'éolienne 1 terrestre repose sur une assise 25 à laquelle il est lié grâce aux fondations. L'éolienne 1 comporte en outre un accéléromètre 10 qui est monté dans la nacelle 4. Cet accéléromètre 10 est habituellement utilisé pour surveiller les vibrations de la nacelle 4 et délivre et enregistre dans ce but des informations sur l'accélération de la nacelle 4 sur des intervalles de temps 30 prédéterminés. Ces informations sont stockées dans une base de données et comprennent un ensemble de données statistiques, pour un intervalle de temps donné (d'une durée de l'ordre de quelques minutes) et comprennent 5 par exemple : une accélération moyenne et son écart type sur l'intervalle de temps donné, des accélérations maximales et minimales sur l'intervalle de temps donné, etc. 5 L'invention propose de mettre à profit cet accéléromètre 10 et les données qu'il fournit et enregistre d'ores-et-déjà, afin de surveiller en plus le jeu 7 de l'éolienne 1 et l'état de santé de la liaison encastrement entre l'éolienne 1 et sa fondation. Bien entendu, l'invention s'applique mutatis mutandis en utilisant tout 10 autre accéléromètre 10, et notamment en rapportant un autre accéléromètre 10 sur l'éolienne 1 ou en utilisant un autre accéléromètre 10 déjà présent sur l'éolienne 1. Cet autre accéléromètre 10 pourra bien entendu être monté ou sur la nacelle 4, mais également dans ou sur le mât 2 de l'éolienne 1 ou au niveau de la liaison encastrement. 15 Afin de surveiller un jeu 7 entre un mât 2 et des fondations d'une éolienne 1, le procédé comprend les étapes suivantes : Si: Acquérir, pour N intervalles de temps déterminés, N accélérations maximales du mât 2 de l'éolienne 1, 20 S2: A chaque accélération maximale, associer un intervalle d'accélérations prédéfini, où chaque intervalle d'accélérations comprend une valeur minimale d'accélération et une valeur maximale d'accélération, l'accélération maximale étant comprise entre la valeur minimale et la valeur maximale, 25 S3: Déterminer le nombre d'occurrences de chaque intervalle d'accélérations, sur les N intervalles de temps, S4: En déduire un mode pour les N intervalles de temps, correspondant à une valeur de l'intervalle d'accélérations dont le nombre d'occurrences est le plus grand sur les N intervalles de temps, 30 S5: réitérer plusieurs fois les étapes Si à S4 de manière à obtenir plusieurs modes, 6 S6: comparer les modes ainsi obtenus et en déduire une évolution du jeu. Il s'agit donc de réaliser une fonction de densité de probabilité de 5 l'accélération maximale de l'éolienne 1, de préférence selon l'axe qui est situé face au vent (cela étant possible lorsque l'accéléromètre 10 est monté sur ou dans la nacelle 4). Cette fonction de densité de probabilité caractérise alors la distribution statistique des accélérations maximales mesurées par l'accéléromètre 10 sur une période de temps donnée. C'est ensuite l'évolution 10 temporelle des modes qui permettra de suivre l'évolution du jeu. En effet, le maximum de l'accélération maximale de la nacelle 4 est affecté par la présence d'un jeu 7 au niveau de la fondation qui modifié l'ensemble formé par la fondation et le mât 2 en termes de déplacement horizontal de l'extrémité du mât 2 et de la raideur du mât 2. En effet, pour 15 atteindre son maximum de déplacement horizontal, l'extrémité libre de l'éolienne 1 va mettre davantage de temps du fait de l'augmentation de la distance à parcourir pour une vitesse fixée (imposée, par la vitesse du vent). De ce fait, l'accélération étant un rapport entre une vitesse et un temps, celle-ci va diminuer avec la création d'un jeu 7 en pied d'éolienne 1, au niveau de 20 la liaison encastrement. C'est donc ce phénomène que l'invention propose de suivre grâce aux étapes mentionnées plus haut. De préférence, les étapes Si à S4 sont réitérées pendant un intervalle de temps fixe I, multiple d'une année afin de prendre en considération les 25 effets saisonniers. En d'autres termes, il est préférable de disposer d'un historique de données d'accélérations d'une durée supérieure ou égale à cet intervalle de temps fixe I. Pour cela, au cours de la première étape Si, pour N intervalles de 30 temps déterminés, N accélérations maximales du mât 2 de l'éolienne 1 sont acquises. Cette acquisition peut notamment être réalisées dans le cadre des 7 acquisitions habituelles de l'accéléromètre 10, en relevant les accélérations maximales enregistrées sur N intervalles de temps. Au cours de la deuxième étape S2, on associe à chacune des N 5 accélérations maximales ainsi acquises un intervalle d'accélération prédéfini. Les intervalles d'accélération comprennent chacun une valeur d'accélération minimale et une valeur d'accélération maximale, et l'accélération maximale est associée à l'intervalle d'accélération dont la valeur d'accélération minimale est inférieure et la valeur d'accélération maximale est supérieure. 10 De préférence, les intervalles d'accélération sont disjoints et couvrent ensemble toutes les valeurs d'accélérations maximales possibles. La longueur des intervalles d'accélération est en outre identique. Par exemple, pour une longueur d'intervalle d'accélération égale à 1 mm/s2, les intervalles d'accélérations peuvent être définis comme suit : [0 ; 1] mm/s2 ; ]1 ; 2] mm/s2 ; 15 ]2 ; 3] mm/s2 ; [...] ; ]amax +1 ; Au cours de l'étape S3, le nombre d'occurrences de chaque intervalle d'accélération est déterminé, pour les N intervalles de temps. Par exemple, la densité de probabilité des intervalles d'accélérations associées aux N 20 accélérations maximales acquises pendant les N intervalles de temps peut être tracée. On en déduit ensuite le mode pour ces N intervalles de temps, ce mode correspondant à la valeur de l'intervalle d'accélérations dont le nombre d'occurrences est le plus grand sur les N intervalles de temps. L'intervalle 25 d'accélérations comprenant une infinité de valeurs d'accélérations, on peut par exemple choisir la valeur minimale, la valeur maximale ou la moyenne de l'intervalle d'accélérations dont le nombre d'occurrences est le plus grand comme valeur du mode. Ceci n'est cependant pas limitatif, toute autre valeur de l'intervalle d'accélérations en question pouvant être sélectionnée. 30 Les étapes Si à S4 sont alors réitérées sur N intervalles de temps supplémentaires, jusqu'à la date de fin de l'intervalle de temps fixe I (étape 8 S5). On obtient ainsi p modes pendant cet intervalle de temps fixe I. De préférence, les étapes Si à S4 sont répétés à une fréquence donnée fixe. Le nombre de modes obtenu peut être ajusté en modifiant la fréquence donnée fixe, le nombre N d'intervalles de temps et la durée desdits intervalles de 5 temps. Au cours de l'étape S6, les p modes ainsi obtenus sont alors comparés afin d'en déduire l'évolution du jeu. Pour cela, il est par exemple possible de définir, pour chacun des p 10 modes obtenus, un point dont des coordonnées ont pour abscisse une date associée aux intervalles de temps sur lesquels ledit mode a été déterminé en abscisse et pour ordonnée une valeur du mode (étape S61). Puis, on détermine une droite des moindres carrés (étape S62) à partir des points ainsi définis ainsi que la pente de cette droite (étape S63). Enfin, 15 on compare la pente à un seuil prédéterminé (étape S64). Si la pente atteint ou dépasse le seuil prédéterminé, on considère que le jeu 7 de l'éolienne 1 est important. Le cas échéant, une alarme peut être déclenchée (étape S7). 20 Afin de mettre en oeuvre le procédé S de suivi du jeu 7 entre le mât 2 et les fondations 6 de l'éolienne, le dispositif comprend, en plus de l'accéléromètre 10, qui peut être logé dans la nacelle 4 de l'éolienne ou dans toute autre partie de celle-ci : 25 au moins une horloge 11 collaborant avec l'accéléromètre de sorte à déclencher le début et la fin de l'intervalle de temps de mesure N ; et un outil d'analyse dynamique 12 configuré pour suivre le jeu 7 conformément audit procédé S. 30 L'horloge 11 et l'outil d'analyse dynamique 12 peuvent tous deux être logés dans l'éolienne 1, comme illustré en figure 3. En variante, l'horloge 11 et/ou l'outil d'analyse dynamique 12 peuvent être placé à distance de 9 l'éolienne, dans un boîtier dédié, et connecté par liaison filaire ou sans fil à l'éolienne REVENDICATIONS1. Procédé (S) de suivi d'un jeu (7) entre un mât (2) et des fondations (6) d'une éolienne (1) comprenant les étapes suivantes : Si : acquérir, pour N intervalles de temps déterminés, N accélérations maximales du mât (2) de l'éolienne (1), S2: à chaque accélération maximale, associer un intervalle d'accélérations prédéfini, où chaque intervalle d'accélérations comprend une valeur minimale d'accélération et une valeur maximale d'accélération, l'accélération maximale étant comprise entre la valeur minimale et la valeur maximale de l'intervalle d'accélération associé, S3: déterminer le nombre d'occurrences de chaque intervalle d'accélérations, sur les N intervalles de temps, S4: en déduire un mode pour les N intervalles de temps, ledit mode correspondant à une valeur de l'intervalle d'accélérations dont le nombre d'occurrences est le plus grand sur les N intervalles de temps, S5: réitérer plusieurs fois les étapes Si à S4 de manière à obtenir plusieurs modes, S6: comparer les modes ainsi obtenus et en déduire une évolution du jeu (7). 2. Procédé (S) de suivi d'un jeu (7) selon la revendication 1, dans lequel l'étape S6 de comparaison comprend les sous-étapes suivantes : S61 : définir, pour chaque mode obtenu aux étapes S4, un point dont des coordonnées ont pour abscisse une date associée aux intervalles de temps sur lesquels ledit mode a été déterminé en abscisse et pour ordonnée une valeur du mode, S62: déterminer une droite des moindres carrés à partir des points ainsi définis, S63: déterminer une pente de la droite des moindres carrés, et S64: comparer la pente à un seuil prédéterminé. 11 3. Procédé (S) de suivi d'un jeu (7) selon la revendication 2, comprenant en outre, suite à l'étape S6 de comparaison, une étape (S7) de génération d'une alerte lorsque l'évolution du jeu (7) dépasse le seuil 5 prédéterminé. 4. Procédé (S) de suivi d'un jeu (7) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les accélérations sont acquises au niveau de la nacelle (4) de l'éolienne (1). 10 5. Procédé (S) de suivi d'un jeu (7) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la valeur de l'intervalle d'accélérations comprenant la valeur minimale de cet intervalle d'accélération, la valeur maximale de cet intervalle d'accélération ou une moyenne de la valeur minimale et de la valeur 15 maximale. 6. Programme d'ordinateur comprenant des instructions adaptées à la mise en oeuvre de chacune des étapes du procédé (S) de suivi d'un jeu (7) entre un mât (2) et des fondations (6) d'une éolienne (1) selon l'une 20 quelconque des revendications 1 à 5 lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. 7. Dispositif d'estimation d'un jeu (7) entre un mât (2) et des fondations (6) d'une éolienne (1), caractérisé en ce qu'il comprend : 25 - au moins un accéléromètre (10) conçu pour acquérir une accélération maximale du mât (2) de l'éolienne (1) au cours d'un intervalle de temps de mesure N; au moins une horloge (11) collaborant avec l'accéléromètre de sorte à déclencher le début et la fin de l'intervalle de temps de mesure N ; et 30 un outil d'analyse dynamique (12) configuré pour suivre le jeu (7) (7) conformément à un procédé (S) selon l'une des revendications 1 à 5. 12 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel l'éolienne (1) comprend en outre une nacelle (4), l'accéléromètre étant monté dans ladite nacelle (4).