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Développement d'un outil portable d'analyse modale par réponse temporelle

Perron, Mathieu (2010). Développement d'un outil portable d'analyse modale par réponse temporelle. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L'analyse modale s'impose de plus en plus comme procédé de caractérisation des comportements dynamiques de systèmes. Son application à l'étude des phénomènes basse fréquence sur les réseaux électriques propose un large éventail de solutions, applicables à des contextes particuliers. Toutefois, la taille grandissante des réseaux actuels augmente considérablement la complexité de leur modélisation et du traitement de leurs variables connues. Pour ces raisons, le besoin d'une approche signal à l'analyse modale devient essentiel dans le but de répondre aux contraintes des approches systèmes habituelles.

Ce rapport de recherche traite d'un outil portable d'analyse modale par réponse temporelle. Le produit logiciel développé fournit une solution d'identification par modèle d'état d'ordre réduit, associée à une étude paramétrique des éléments de Prony. La réalisation Single-InputSingle-Output (SISO) est basée sur le lien entre le signal temporel du système analysé et la réponse à l'impulsion du modèle d'état équivalent. Un algorithme ERA/Prony est développé et permet d'obtènir les paramètres de chacune des sinusoïdes amorties qui composent le signal, sans nécessiter d'informations sur la provenance de celui-ci.

Le processus d'identification par modèle d'état est entièrement détaillé et propose une réalisation par décomposition singulière d'une matrice de Hankel construite à partir des échantillons du signal. Le modèle est réduit d'après l'étude des valeurs singulières obtenues. Par la suite, les paramètres de Prony sont estimés selon une décomposition par éléments propres et un calcul des éléments résiduels à l'aide des matrices d'état du modèle. Les particularités logicielles sont précisées et trois études de cas démontrent la validité de l'outil. Les cas étudiés incluent la décomposition d'un signal sinusoïdal simple, la caractérisation de phénomènes oscillatoires sur le réseau à quatre machines de Kundur et l'analyse d'une lecture provenant du réseau d'Hydro-Québec, à la suite d'une perte de synchronisation entre les postes LG4 et Boucherville.

Les études s'effectuent grâce à l'importation de l'outil dans le logiciel de traitement de signal ScopeView d'Hydro-Québec. Cette utilisation démontre la portabilité du code source et permet d'étendre la fonctionnalité d'analyse modale à des logiciels tels qu'HYPERSIM et EMTP-RV.

Titre traduit

Development of a portable software tool for time response modal analysis

Résumé traduit

Modal analysis is increasingly used as a technique to characterize systems' dynamic behaviour. lts application in the study of low frequency phenomena on electrical networks offers a broad range of solutions for specifie situations. Nevertheless, the increasing size of present-day networks complicates their modeling and the use of their known variables. For these reasons, the need for a signal-based approach to modal analysis is essential to avoid the constraints of standard system-based approaches.

The present research report deals with a portable software tool developed for time-response modal analysis. This product provides a reduced-order, state-space model identification method combined with Prony parameters estimation. The Single-Input-Single-Output (SISO)realization is based on the link between the time response from the analyzed system and the pulse response of the equivalent state-space model. An ERA/Prony algorithm is developed which estimates the dynamic parameters of superimposed sinusoids from a discrete time signal, without requiring any information from its original system.

The reduced-order, state-space identification method is detailed and provides a singular value decomposition realization from a Hankel block matrix of the signal's samples. The order of the model is determined according to the observed singular value diagonal. Later, the Prony parameters are estimated from eingenvalue decomposition and calculation of the state matrices residues. The software features are specified and three cases of study show the validity of the algorithm. Studied cases include a simple sinusoïdal decomposition, the characterization of oscillatory phenomena on Kundur' s four machine network, and the analysis of a sampling taken from Hydro-Québec's network following a synchronization Joss between LG4 and Boucherville substations.

The studies were carried out by importing the product into Hydro-Québec's signal analysis software Sc ope View. This use demonstrates the portability aspect of the product and moreover gives access to a modal analysis tool in software such as HYPERSIM and EMTPRV.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention d'une maîtrise en génie électrique". Bibliogr : f. [136]-137.
Mots-clés libres: Analyse modale (Ingénierie). Stabilité. Traitement du signal (Modèles mathématiques). Analyse modale, stabilité dynamique, Eigensystem Realization Algorithm (ERA), analyse de Prony, mode interzone
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Dessaint, Louis-A.
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt: 31 oct. 2012 18:02
Dernière modification: 09 févr. 2017 02:20
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1072

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