title: Fault diagnosis in direct drive permanent magnet generators for off-shore wind turbines
title: Διάγνωση σφαλμάτων σε direct drive γεννήτριες μονίμων μαγνητών για υπεράκτιες ανεμογεννήτριες
Creators: name: Σεργακης Αλεξανδρος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2024

description: In the field of renewable energy, Offshore wind energy is important for Greece’s carbon neutrality by 2050.
A study by ELIAMEP highlights the socio-economic value of offshore wind farms. The Cost Benefit Analysis (CBA) framework considers global and local impacts, focusing on reducing CO2 emissions and the need for compensation to local communities affected by offshore windturbines. These turbines,often employing direct drive permanent magnet generators (PMSGs),play a crucial role in harnessing wind power efficiently. The reliability and performance of these generators are important for uninterrupted energy production.
This thesis studies fault diagnosis in direct drive permanent magnet generators, with a particular focus on C-GEN generators, aiming to enhance the maintenance and operation of offshore wind turbines. Our research explores various fault detection techniques in case of demagnetization (rotor fault), including Park’s Vector Approach (PVA), Extended Park’s Vector Approach (EPVA), Motor Current Signature Analysis (MCSA) and flux monitoring through the voltage of the sensors. These advanced diagnostic methods contribute to the overall efficiency and lifespan of offshore wind turbines, ensuring the sustainability of energy production.
Various demagnetization percentages for 1 or 2 (non-adjacent at 22.5  ̋ apart) magnets are tested with different ohmic loads, which are simulated via SimcenterMAGNET for each of the steady-state cases of the C-gen generator. The voltage, current and torque measurements from the simulation are then sampled (at 6kHz) and post-processed using MATLAB to diagnose each case of demagnetization.
After analyzing the signal processing output, we can detect the differences by observing the signals of healthy and faulty cases in time and frequency domain, specifically looking at harmonic frequencies.
description: Στον τομέα των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, η υπεράκτια αιολική ενέργεια είναι σημαντική για την ουδετερότητα της Ελλάδας ως προς τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα έως το 2050. Μελέτη του ΕΛΙΑΜΕΠ αναδεικνύει την κοινωνικοοικονομική αξία των υπεράκτιων αιολικών πάρκων. Το πλαίσιο ανάλυσης κόστους-ωφέλειας (CBA) εξετάζει τις παγκόσμιες και τοπικές επιπτώσεις, εστιάζοντας στη μείωση των εκπομπών CO2 και την ανάγκη αποζημίωσης των τοπικών κοινοτήτων που πλήττονται από τις υπεράκτιες ανεμογεννήτριες. Αυτές οι ανεμογεννήτριες, συχνά χρησιμοποιούν γεννήτριες μόνιμων μαγνητών άμεσης κίνησης (PMSG), παίζουν κρίσιμο ρόλο στην αποτελεσματική αξιοποίηση της αιολικής ενέργειας. Η αξιοπιστία και η απόδοση αυτών των γεννητριών είναι σημαντική για την αδιάκοπη παραγωγή ενέργειας.
Η παρούσα διπλωματική εργασία μελετά την διάγνωση σφαλμάτων σε γεννήτριες μόνιμων μαγνητών άμεσης κίνησης, με ιδιαίτερη έμφαση στις γεννήτριες C-Gen, με στόχο τη βελτίωση της συντήρησης και της λειτουργίας των υπεράκτιων ανεμογεννητριών. Η έρευνά μας εξετάζει διαφορετικές προηγμένες τεχνικές ανίχνευσης σφαλμάτων σε περιπτώσεις απομαγνητισμού (σφάλμα δρομέα), συμπεριλαμβανομένης της προσέγγισης διανύσματος Park (PVA),
της εκτεταμένης προσέγγισης διανύσματος Park (EPVA), της ανάλυσης σημάτων ρεύματος κινητήρα (MCSA) και της παρακολούθησης ροής μέσω των τάσεων των αισθητήρων. Αυτές οι προηγμένες διαγνωστικές μέθοδοι συμβάλλουν στη συνολική αποδοτικότητα και διάρκεια ζωής των υπεράκτιων ανεμογεννητριών, εξασφαλίζοντας τη βιωσιμότητα της παραγωγής ενέργειας.
Διάφορα ποσοστά απομαγνήτισης για 1 ή 2 (μη προσκείμενοι) μαγνήτες δοκιμάζονται με διαφορετικά ομικά φορτία, τα οποία προσομοιώνονται μέσω του Simcenter MAGNET για κάθε περίπτωση μόνιμης κατάστασης της C-gen γεννήτριας. Οι μετρήσεις τάσης, ρεύματος και ροπής από τη προσομοίωση δειγματοληπτούνται (6kHz) και επεξεργάζονται εκ των υστέρων με τη χρήση του MATLAB για τη διάγνωση κάθε περίπτωσης απομαγνήτισης.
Μετά την ανάλυση του επεξεργασμένου σήματος, μπορούμε να εντοπίσουμε τις διαφορές παρατηρώντας τα σήματα των υγιών και των ελαττωματικών περιπτώσεων στο πεδίο του χρόνου και της συχνότητας, συγκεκριμένα
μελετώντας τις αρμονικές συχνότητες.