| Titre : | Contribution à l’Amélioration des Performances Des Systèmes Eoliens |
| Auteurs : | KHETTACHE Laid, Auteur ; Rachid Abdessemed, Directeur de thèse |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Biskra [Algerie] : Université Mohamed Khider, 2018 |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | énergie éoliens- commande,GADA,GASDE,double cage,RST,MRAS,algorithme génétique |
| Résumé : |
L'énergie éolienne a aidé l'humanité pendant des siècles. Aujourd'hui, l'énergie éolienne
est considérée comme une source d'énergie alternative viable, avec l'objectif de réduire les effets nocifs de la production d'électricité conventionnelle et ne pas émettre de gaz à effet de serre. L'énergie éolienne s'avère être une source d'énergie rentable et fiable. Actuellement, le développement de la technologie éolienne à vitesse variable et fréquence constante est devenu un domaine d’intérêt majeur. Pour cette raison, cette thèse présente une étude analytique complète d'une chaine de conversion d'énergie éolienne reposant sur deux types de génératrice asynchrone. Dans ce contexte, une étude de comportement d'un nouveau modèle de génératrices asynchrone double étoile (GASDE) basée sur un rotor à double cage a été présentée. Initialement, le modèle proposé a été implémenté dans le repère de référence d-q (lié au champ tournant) en tenant compte de l’effet de saturation qui est également inclus dans ce modèle, ainsi que le phénomène d’amorçage pour assurer l'excitation. Une analyse détaillée sous une vitesse d'entraînement constante et une charge mixte (inductive –résistive) a été réalisée pour comparer les performances d’une GASDE à double cage à celles d’une GASDE simple cage. Par ailleurs, une stratégie de contrôle vectoriel (à flux orienté) est adoptée pour un contrôle indépendant des deux puissances statoriques active et réactive d’une génératrice asynchrone doublement alimentée (GADA) en utilisant un contrôleur classique (PI). Cependant, les résultats obtenus montrent que celle-ci reste sensible aux perturbations extérieures et aux variations paramétriques. Pour cela, une commande robuste (RST) basée sur la théorie de placement des pôles avec un observateur adaptatif (MRAS) pour l’estimation de la vitesse de rotation est proposée pour atténuer l’effet des variations paramétriques. Une méthode d'optimisation basée sur les algorithmes génétiques (Multi objective) est exploitée pour optimiser les paramètres des régulateurs (PI, RST), ce qui à permis d'ajuster et d’obtenir un temps de réponse adéquat en minimisant les différentes fonctions objectives telles que : le temps de montée, le temps de stabilisation et l’erreur de régime permanent. Les résultats de simulation obtenus du comportement dynamique du système a permis de justifier la fiabilité de l'approche d'optimisation proposée et de la considérer comme une alternative pour surmonter la limitation imposée par les méthodes classiques. |
| Sommaire : |
Dédicaces
Remerciement Liste des figures Liste des tableaux Liste des symboles Introduction générale…………………………………………………………………………..1 Chapitre 1 Etat de l’Art des Systèmes Eoliens I.1. Etat de l’Art des Systèmes Eoliens………………………………………………………...5 I.1.1. Développement de l’énergie éolienne dans le monde………………………………….5 I.2. Energie cinétique du vent – conversion en énergie mécanique………………………..6 I.2.1. Loi de Betz……………………………………………………………………………..6 I.2.2.Le coefficient de couple…..………………………………………………………………8 I.3. Types d’éoliennes……………………………………………………………………...9 I.4. L’organe des capteurs ………………………………………………………………….9 I.4.1. Les capteurs à axe horizontal…………………………………………………………..9 I.4.2. Les capteurs à axe vertical……………………………………………………………11 I.5. Caractéristiques technologiques des éoliennes à axe horizontal……………………...13 I.5.1. Les fondations…………………………………………..……………………………14 I.5.2. Le mât (tour)……………………………………………….…………………………15 I.5.3. La nacelle …………………………………………………………………………….15 I.5.4. Le rotor……………………………………………………………………………….15 I.5.5. Moyeu…………………………………………………………………………….…..16 I.5.6. Les pales……………………………………………………………………………...16 I.5.7. La longueur…………………………………………………………………………...16 I.5.8. La largeur……………………………………………………………………………..17 I.5.9. Le profil………………………………………………………………………………17 I.5.10. Les matériaux ……………………………..……………………………………..…. 17 I.5.11. Le nombre de pales………………………………………………………………… …18 I.5.12. Les systèmes de régulation…………………………………………………………...18 I.5.13. Le multiplicateur……………………………………………………………………...19 I.6. Machines électriques et systèmes de conversion d’énergie éolienne ………………..19 I.6.1. Générateur Synchrone (GS)………………………………………………………….20 I.6.2. Générateur Asynchrone à Rotor Bobiné (WRIG)…………………………………….21 I.6.3. Générateur Synchrone à Aimants Permanents (PMSG)……………………………...21 I.6.4. Générateur Asynchrone (GAS)………………….……………………………………21 I.6.5. Générateur Asynchrone à Cage d’Ecureuil (SCIG)………………………………..…21 I.6.6. Générateur Synchrone à Rotor Bobiné (WRSG)…………………………………….22 I.6.7. Générateur Asynchrone Doublement Alimenté (GADA)……………………………22 I.7. Avantages et inconvénients de l'énergie éolienne….…………………………………23 I.7.1. Avantages……………………………………………………………………………..23 I.7.2 Inconvénients…………………………………………………………………………24 I.8. Conclusion………………………………………………………………..…………..24 Chapitre 2 Modélisation de Génératrice Asynchrone Double Etolie à rotor double Cage II.1. Description de machine asynchrone double étoile …………………………………. .27 II.2. Hypothèses simplificatrices ………………………………………………………….28 II.3. Génératrices asynchrones double étoile ……………………………………………...29 II.4. Fonctionnement en génératrice asynchrone auto-excitée ……………………………29 II.5. Modèle biphasé de la GASDE lié au champ tournant ……………………………….30 II.6. Simulation de la GASDE en régime saturé ………………………………………….33 a) Equations des tensions des condensateurs …………………………………………...35 b) Résultats de simulation à vide ……………………………………………………….36 II.7. Structure du rotor à double cage ……………………………………………………..37 II.7.1. Principe de fonctionnement en double cage ………………………………...............37 II.7.2. Modélisation de GASDE à double cage……………………………………. ………39 II.7.3. Modèle biphasé ……………………………………………………………...............40 II.7.4. Fonctionnement de la Génératrice en charge ………………….…………………….42 II.8. Résultats et interprétation ……………………………………………………………43 II.9. Conclusion …………………………………………………………………………...47 Chapitre 3 Modélisation de la Commande d’un Système Eolien sur une GADA III.1. Modèles de vent………………………………………………………………………50 III.2. Modélisation de la turbine……………………………………………………………51 III.2.1 coefficient de puissance……………………………………………………………….52 III.2.2 coefficient de couple ………………………………………………………………….52 III.3. Modèle du multiplicateur…………………………………………………………….54 III.3.1 equation dynamique de l’arbre de transmission………………………………………54 III.4. Différentes phases de fonctionnement de l’éolienne à vitesse variable………………55 III.5. Fonctionnement en zone 2 de la turbine applique à la GADA………………………56 III.6. Principe de fonctionnement de la GADA…………………………………………….57 III.7. Modélisation de la commande vectorielle de la GADA……………………………...58 III.7.1 Modèle mathématique de la GADA……….…………………………………………..58 III.8. Principe de la commande vectorielle…………………………………………………59 III.9. L’Application de la commande à flux orienté à la GADA………………………......61 III.10. Le modèle de GADA…………………………………………………………………64 III.11. Calcul des régulateurs ………………………………………………………………..65 III.11.1 Synthèse de calcul de PI.…………..………………………………………………...65 III.12. Les Résultats des simulations………………………………………………………...67 III.13. Interprétation des résultats……………………………………………………………69 III.14. Conclusion……………………………………………………………………………69 Chapitre 4 Optimisation de la Commande Robuste RST-MRAS IV.1. Synthèse d'un régulateur RST……………………………………………...................72 IV.1.1. Structure de correction ……………………………………………………………….72 IV.1.2. Equation de la boucle fermée.………………………………………………………...73 IV.1.3. Résolution de l'équation de Bézout …………………………………………………..74 IV.2. L’Application de la commande RST à la GADA …………………………………....76 IV.2.1. Pour la vitesse mécanique ……………………………………………………….…..76 IV.2.2. Pour les puissances Ps, Qs ……………………………………………….…………..77 IV.3. Système Adaptatif à Modèle de Référence (MRAS)…………….…………………...78 III.3.1. Estimation de la vitesse par la technique MRAS..…………….…………………….. 78 IV.3.2. Modèles basés sur le flux rotorique ………………………………………………….79 IV.3.3. Modèles basés sur la force contre électromotrice (fcém) ………………….. ……….80 IV.3.4. La méthode MRAS basée sur la puissance réactive rotorique (Q-MRAS) ………….81 IV.3.5. Mécanisme d'adaptation ……………………………………………………………..81 IV.3.6. Application de Q-MRAS a la GADA……………...…………………………………81 IV.4. Résultats de simulation ……………………….……………………………………..82 IV.5. Les algorithmes génétiques (AGs) ………….………………………………………..84 IV.5.1. Les opérateurs ………………………………………………………………………. 86 IV.6. Algorithme Génétique Multi Objectif.……………………...………………………...91 IV.6.1 Formulation du problème d’optimisation……………………………………….……92 IV.6.2. Fonction Objectif ………..……………….…………………………………….…….93 IV.6.2.1. L'intégrale de la valeur absolue de l'erreur (IAE)……..….………………….........93 IV.6.2.2. L'intégrale du carré de l'erreur (ISE)………...…………………………….............93 IV.6.2.3. L'intégrale de la valeur absolue de l'erreur pondérée par le temps (ITAE)……......93 IV.7. Résultats d’optimisation …………………………………………………………......94 IV.8. Conclusion ...………………………………………………………………………....98 Conclusion Générale…………………..…………………………………………………….100 Annexes …...…………………………………………………………………………..…..103 Références bibliographiques………………………………………………………………...114 |
| Type de document : | Thése doctorat |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut | Emplacement | |
|---|---|---|---|---|---|
| TH/0931 | Livre | BIB.FAC.ST. | Empruntable |
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