Xuan Thuy NGO / Geoffrey BERTIN Entreprise : Trench Switzerland AG

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1 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles
Xuan Thuy NGO / Geoffrey BERTIN Entreprise : Trench Switzerland AG Professeur tuteur : Mr. Eddie Smigiel Tuteur entreptrise : Dr. Ruthard MINKNER

2 Sommaire Introduction Mesure électrique des décharges partielles
Circuit de mesure Tests Transformée en ondelettes Réseau de Neurones Artificiels Interface graphique Conclusion 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

3 Introduction PFE du 1er Février 2011 au 29 Juillet 2011
Entreprise Trench à Bâle Entreprise mondiale spécialisée dans la haute tension Depuis 2004: filiale de Siemens à 100% Trench Switzerland AG (Bâle): Département R&D Transformateurs et Transducteurs de mesure Production: Trench France SAS (Saint-Louis) 1er Juillet 2011 → Siemens Schweiz AG Continuité du PRT : Analyse en ondelettes des décharges partielles Binôme: Geoffrey BERTIN → Mesure Xuan Thuy NGO → Analyse et classification 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

4 1. Introduction Les décharges partielles Tension élevée (plusieurs kV)
Localisées dans une partie de l’isolant → pas de court-circuit Endommagent l’isolant → Dangereux sur la durée Objectifs : Mesurer, analyser et classifier Méthodes de détection: électrique, optique, chimique, acoustique Méthode la plus avantageuse: électrique 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

5 2. Mesure électrique des décharges partielles
Principe (en accord avec la norme IEC 60270): Fig. 1 : Principe de mesure électrique des décharges partielles 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

6 2. Mesure électrique des décharges partielles
Shunt résistif coaxial Diminution des inductances parasites Norme IEC 60270: petite valeur pour le shunt Trop petit → signal confondu avec le bruit Fig. 2: Shunt résistif coaxial 100 Ω 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

7 2. Mesure électrique des décharges partielles
Filtrage du signal de décharge partielle Pourquoi? Fig. 3: Décharge Partielle + 50 hz (PSIM simulation) 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

8 2. Mesure électrique des décharges partielles
Gabarit: Hautes fréquences → filtre passif Solution retenue: filtre passe haut RL du 1er ordre Fig. 4: Gabarit du filtre 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

9 2. Mesure électrique des décharges partielles
Inductance de boucle Les formes d’onde sont sensiblement affectées Fig. 5: Inductance de boucle dans le schéma de mesure 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

10 2. Mesure électrique des décharges partielles
Phénomène de réflexion Hautes fréquences → modification de l’allure du signal Fig. 6: Situation des phénomènes de réflexion 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

11 Fig. 7: Schéma complet pour la mesure des décharges partielles
3. Circuit de mesure Fig. 7: Schéma complet pour la mesure des décharges partielles Variac Transformateur Capacité de couplage Objet de test Shunt résistif coaxial 100 Ω Protection en tension Résistance de filtre 47 Ω Inductance du filtre 39 µH Oscilloscope numérique Tektronix TDS 3024B Résistance interne oscilloscope 50 Ω Transformateur d’isolement Détection de pic de courant Système de mesure de décharges partielles 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

12 3. Circuit de mesure Fig. 8: Photos du circuit de test
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13 Fig. 10: Schéma de structure d’une capacité cylindrique
4. Tests Capacité cylindriques Fig. 9: Photo d’une capacité cylindrique Fig. 10: Schéma de structure d’une capacité cylindrique 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

14 4. Tests Résultat: Fig. 11: Signal de décharge partielle d’une capacité cylindrique 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

15 4. Tests « Low Power » Transducteurs (LOPO)
Deux types: Transducteur de courant (CT) et Transducteur de tension (VT) Fig. 12: Photo CT Fig. 13: Photo VT 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

16 4. Tests Résultats: Alternance positive:
Fig. 14: Forme d’onde CT positive Fig. 15: Forme d’onde VT positive 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

17 4. Tests Alternance négative: Fig. 16: Forme d’onde CT négative
Fig. 17: Forme d’onde VT négative 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

18 Références Tutoriels Matlab
D. Evagorou , A. Kyprianou, P.L. Lewin, A. Stavrou, V. Efthymiou, A.C. Metaxas, G.E. Georghiou, « Feature extraction of partial discharge signals using the wavelet packet transform and classification with a probabilistic neural network ». 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

19 5. Transformée en ondelettes
Problème de la transformée de Fourier Transformée en ondelettes Information sur le temps? Fig. 18: Transformée de Fourier fréquence temps Fig. 19: Transformée en ondelettes 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

20 5. Transformée en ondelettes
Principe de la transformée en ondelettes Transformée de Fourier Transformée en ondelettes Fig. 20: Principe de la TF Fig. 21: Principe de la transformée en ondelettes 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

21 5. Transformée en ondelettes
Les ondelettes Signal fini Moyenne nulle Différentes familles d’ondelettes Fig. 22: Signal sinusoïdal et l’ondelette db10 Haar Daubechies 2 Bi-orthogonal 1 Symlets 8 Fig. 23: Les familles d’ondelettes 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

22 5. Transformée en ondelettes
Transformée en ondelettes continue (CWT) Transformée de Fourier continue Transformée en ondelettes continue Fig. 24: Etapes de la transformée en ondelettes continue 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

23 5. Transformée en ondelettes
Problème avec la transformée en ondelettes continue Redondance des données Une infinité de valeurs obtenues Transformée en ondelettes discrète Plus facile à mettre en œuvre Obtenir un nombre calculable de données 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

24 5. Transformée en ondelettes
Transformée en ondelettes discrète (DWT) Discrétiser les coefficients d’ondelettes Utiliser le banc de filtres Fig. 26:DWT au niveau 1 Fig. 25:Discrétiser les ondelettes Fig. 27:DWT au niveau 3 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

25 5. Transformée en ondelettes
La méthode de traitement utilisée Transformée en ondelettes discrète Ondelette utilisée : Symlet 8 Niveau de décomposition choisi: 9 Les coefficients obtenus: 9 niveaux de coefficients de détails (cD1 à cD9) et un niveau de coefficients d’approximation (cA9). Transformée en ondelettes Discrète (sym8) Signal cD1,cD2…cD9 cA9 Fig. 28: La méthode utilisée 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

26 6. Réseau de Neurones Artificiels
Perceptron multicouche Fig. 31: Perceptron multicouche 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

27 6. Réseau de Neurones Artificiels
Création d’un réseau de neurones Définir le nombre de neurones en entrée, de la couche cachée et en sortie Définir les fonctions d’activation Définir la méthode d’apprentissage Collecter les données pour la phase d’apprentissage Collecter les données pour tester le réseau 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

28 6. Réseau de Neurones Artificiels
Le réseau Perceptron créé Les entrées: Les coefficients de la transformée en ondelettes Couche cachée: 20 neurones Couche sortie: nombre de défauts existant dans les transformateurs (3 neurones) Fonction d’activation: Sigmoïde Méthode d’apprentissage: rétro-propagation 10000 Fig. 32:Structure du réseau de neurones utilisée 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

29 6. Réseau de Neurones Artificiels
Réseau de neurones final Problème de la couche d’entrée: nombre de neurones trop élevé (10000) Utiliser la méthode statistique (moyenne, variance, skewness, kurtosis) 40 coefficients (coefficients statistiques de cD1,cD2…cD9, cA9) 10000 coefficients (cD1,cD2…cD9, cA9) Méthode statistique Fig. 33: Réseau de neurones final 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

30 6. Réseau de Neurones Artificiels
Résultat du test Défaut 1 Défaut 2 Défaut 3 Fig. 34: Les transducteurs avec différents défauts Données pour l’entrainement Données pour le test Résultat Type 1 100 10 95-100% Type 2 96-100% Type 3 98-100% Fig. 35: Résultat obtenu 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

31 7. Interface Graphique Simplifier l’utilisation de notre méthode
Utiliser seulement des boutons et des fenêtres Fig. 36: Interface graphique pour le traitement 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

32 7. Interface Graphique Fenêtre principale de l’interface graphique
Effectuer la DWT Créer un nouveau réseau de neurones Utiliser des réseaux de neurones existants Effectuer le test Fig. 37: Fenêtre principale 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

33 8. Conclusion Réussi à améliorer le schéma de test
Mis en évidence des phénomènes physiques Réussi à atteindre des premiers résultats prometteurs L’idée d’amélioration 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN

34 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles NGO Xuan Thuy & BERTIN Geoffrey 22 Septembre 2011 Mesure, analyse en ondelettes et classification des décharges partielles - NGO & BERTIN