Pour répondre au contexte d’exploitation des énergies renouvelables marines où l’accès aux systèmes de production d’énergie électrique est délicat, cette thèse porte sur l’étude d’une chaîne de conversion d’énergie tolérante aux défauts. Trois volets sont investigués : l’analyse comportementale de la topologie, le contrôle de la puissance produite ainsi que la détection et la localisation des défauts. La chaîne est constituée d’une MSAP pentaphasée, d’un redresseur à diodes à 5 bras et de 3 convertisseurs DC-DC de type Boost entrelacés. Pour la stratégie de contrôle de la puissance de sortie, un double asservissement est appliqué au bloc DC-DC. Des modèles dynamiques petits signaux sont établis. La boucle interne est dédiée à l’asservissement du courant d'entrée de l’étage Boost et la boucle externe au contrôle de la puissance. Trois types de régulateurs en courant sont étudiés et comparés. Des approches de synchronisation des commandes des 3 Boosts sont proposées. Il ressort que le régulateur non linéaire, dit MRC, satisfait complètement aux performances désirées. Le contrôle de puissance, intégré ensuite dans la chaîne complète de production d’énergie et testé pour différents modes de fonctionnement sains et dégradés, est de très bon niveau. Des méthodes de détection et de localisation des défauts au niveau de l’entrée et de la sortie du redresseur ont été développées. En se basant sur la mesure des courants de phase ou sur la mesure de la tension en sortie du redresseur, les défauts côté AC sont détectés et localisés. La détection côté continu est de faible complexité. Cette méthode est ensuite étendue aux défauts de l’étage DC-DC en utilisant son courant d’entrée. / To answer the context of marine renewable energy exploitation where the access of energy production system is difficult, this thesis deals with the study of a fault tolerant energy conversion chain. Three aspects are investigated: behavior analysis of the topology; output power control; detection and location of faults. The chain involves a five-phase PMSG, a five-leg diode rectifier and a three-interleaved DC-DC Boost converter. Concerning the output power control strategy, a double-loop control is applied on the DC-DC block. Small-signal dynamic models are established. The inner loop is used for controlling the input current of the Boost stage. The outer loop is for the output power. Three types of current controllers are studied and compared. Methods of synchronization for the three-interleaved Boost converter control are proposed. It results that the nonlinear controller, called in French version, the MRC, totally satisfies the desired performances. The control of power, which is then used for the full conversion chain, is tested under different operating modes (health and fault) and is of high performances. Several methods for detecting and locating rectifier’s AC and DC side faults have been developed. Based on the measurements of phase currents or the measurement of the output voltage of the rectifier, AC side faults can be detected and located. DC measurement based fault detection is of low complexity. This method is then extended to the faults of DC-DC block by using its input current.

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'étude des modèles comportementaux en mode dégradé des machines pentaphasées à commutation de flux (MCF pentaphasée). Tout d'abord, une comparaison des performances électromagnétiques de cette machine à une machine triphasée équivalente est tout d'abord effectuée. Ces performances sont calculées par la méthode des Eléments Finis (EF 2D) et validées expérimentalement. Les résultats ont montré l'apport de la machine pentaphasée avec un couple massique plus élevé, une ondulation de couple plus faible, un courant de court-circuit plus faible et sa capacité à tolérer des défauts de phases. L'étude de la tolérance aux ouvertures de phases est alors élaborée pour cette MCF pentaphasée. Le comportement de la machine en cas d'ouvertures de phases (du point de vue du couple moyen, de l'ondulation de couple, des pertes Joule et du courant dans le neutre) est présenté. Ensuite, des méthodes de reconfiguration en vue d'améliorer le fonctionnement sont proposées dont une reconfiguration minimale permettant de se retrouver avec une alimentation équivalente à celle d'une machine tétraphasée ou triphasée, un calcul analytique des courants optimaux permettant d'annuler à la fois le courant du neutre et l'ondulation du couple tout en assurant le couple moyen, et finalement une reconfiguration assurée par un algorithme génétique d'optimisation qui est un algorithme non-déterministe multi-objectifs et multi-contraintes. Diverses combinaisons des différents objectifs et contraintes sont, dans ce cadre, effectuées et les courants optimaux sont injectés dans le modèle EF 2D de la machine pour vérifier si les performances ont été améliorées. Le modèle analytique du couple pris en compte dans l'algorithme d'optimisation est alors révisé pour prendre en compte l'influence du mode dégradé. Les différentes solutions du front de Pareto sont analysées et les performances électromagnétiques sont bien améliorées. Cela est vérifié par les calculs EF 2D et suivi d'une validation expérimentale. L'influence des défauts sur les forces magnétiques radiales est également analysée. Dans une seconde partie, l'étude de la tolérance de la machine pentaphasée à commutation de flux aux défauts de courts-circuits est effectuée. Les premières étapes d'isolation des défauts de courts-circuits sont proposées. Par la suite, les courants de courts-circuits, prenant en compte l'effet reluctant de la machine, sont calculés analytiquement et leurs effets sur les performances de la machine sont analysés. Les reconfigurations sont aussi calculées par l'algorithme génétique d'optimisation et les nouvelles références des courants permettent d'améliorer le fonctionnement en mode dégradé. Tous les résultats sont validés par la méthode des EF 2D et expérimentalement. En conclusion, des comparaisons entre la tolérance aux défauts d'ouvertures et de courts-circuits de la machine pentaphasée à commutation de flux sont effectuées et ont permis de conclure quant au fonctionnement de cette machine en modes sain et dégradé avec et sans correction. Les résultats analytiques, numériques et expérimentaux ont montré la bonne efficacité de la commande proposée pour l'amélioration de la tolérance aux défauts d'ouvertures et courts-circuits de phases. / In this thesis, we are interested in the study of a five-phase flux switching permanent magnet machine (five-phase FSPM machine) behavior in healthy and faulty mode. First, a comparison of electromagnetic performances between this machine and an equivalent three-phase machine is carried out. These performances are calculated by a Finite Element (FE 2D) model and validated by experiments. Results showed the five-phase machine contribution with a higher torque density, lower torque ripples, lower short-circuit current and ability to tolerate phases faults. The study of open-circuit tolerance is then developed for this five-phase FSPM. The behavior of the machine (the average torque, torque ripples, copper losses and the current in the neutral) in the case of open-circuit on a single and two adjacent and non-adjacent phases is presented. Then reconfiguration methods to improve the operation are proposed including a minimum reconfiguration allowing to end up with a feeding equivalent to that of a three-phase or a four-phase machine, an analytical calculation of optimal currents to cancel both the neutral current and torque ripples while ensuring the average torque, and finally a reconfiguration performed by a genetic optimization algorithm which is a non-deterministic algorithm multi-objective functions and multi-constraints. In this context, various combinations of different objectives and constraints are proposed and optimal currents are injected into the 2D FE model of the machine to see if performances have been improved. The analytical model of the torque used in the optimization algorithm is then revised to take into account the influence of the degraded mode. Different solutions of Pareto front are analyzed and electromagnetic performances are improved. This is verified by FE 2D calculations and followed by experimental validation. Faults impact on the radial magnetic forces is also analyzed. In the second part of this work, the study of the five-phase FSPM machine tolerance to short-circuit faults is performed. First steps of the faults isolation are proposed. Thereafter, short-circuit currents, taking into account the reluctance machine impact, are calculated analytically and their effects on machine performances are analyzed. Reconfigurations are also calculated by the genetic algorithm optimization and new references currents improved the degraded mode operation. All results are validated by the FE 2D calculation and experimentally. In conclusion, comparisons between fault-tolerance to phases openings and short-circuits of the five-phase FSPM machine are performed. Results led to conclude regarding the operation of this machine in healthy and degraded modes with and without correction. Analytical, numerical and experimental results showed good efficiency of the proposed control to improve fault-tolerance to phases openings and short-circuits.