| Titre : | Commande et Optimisation d'un Système Energétique Hybride (SEH): Application à l'Énergie Renouvelable |
| Auteurs : | Saïd KHOUDIRI, Auteur ; Fateh BEN CHABANE, Directeur de thèse |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Biskra [Algerie] : Université Mohamed Kheider, 2018 |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | SEH,PEMFC et SOFC,GPV,Supercondensateurs,Onduleurs multiniveaux,SMC,OEP |
| Résumé : |
Cette thèse présente une étude des systèmes énergétiques hybrides SEH, sans batterie de stockage à
travers deux applications: la première application est embarquée et composée d'une pile à combustible PEMFC, de supercondensateurs, d'un onduleur multiniveaux en cascade (OMC), une commande à base d'un régulateur PI et une modulation hybride. Ce dernier a permis la gestion de puissance de ce système et l'obtention d'une tension alternative à la sortie d'un onduleur multiniveaux de meilleures qualités. La deuxième application présente un SEH compose d'un GPV/SOFC et d'un onduleur multiniveaux NPC lie aux réseaux. Cette application est étudiée en deux modes de fonctionnement UPC (Unit Power Control) et FFC (Feeder Flow Control). Ainsi, une nouvelle stratégie a été proposée pour la gestion de puissance et de commande à base de mode glissant intégral SMC en temps discret. Une attention particulière est réservée pour la démonstration de la stabilité du système et de la qualité de sa réponse. Comme amélioration de la commande précédente, nous avons proposé une optimisation par la méthode OEP (optimisation par essaims particulaires) pour les deux modes étudiés. Les améliorations apportées concernent la réponse dynamique du système et également son autonomie. |
| Sommaire : |
TABLE DES MATIÈRES
Remerciements Nomenclatures et abréviation Introduction générale 1 Chapitre I Etat de l'art sur les Systèmes Energétiques Hybrides (SEH) I.1 Introduction 5 I.2 Sources des énergies renouvelables 5 I.2.1 Energie hydraulique 5 I.2.2 Energie éolienne 6 I.2.3 Energie Solaire " photovoltaïque " 6 I.2.4 Energie géothermie 7 I.2.5 Energie biomasse 7 I.3 Production d'électricité d'origine renouvelable dans le monde 8 I.4 Importance des énergies renouvelables en Algérie 9 I.4.1 Potentiel Solaire 11 I.4.2 Potentiel Eolien 12 I.5 Les piles à combustible "Fuel Cell" 12 I.5.1 Historique de la pile à combustible 12 I.5.2 Différents types des piles à combustibles 13 I.5.2.1 La pile alcaline (AFC) 13 I.5.2.2 Les piles à méthanol direct (DMFC) 13 I.5.2.3 Les piles à carbonate fondu (MCFC) 13 I.5.2.4 Les piles à oxydes solides (SOFC) 14 I.5.2.5 Les piles à acide phosphorique (PAFC) 14 I.5.2.6 Les piles à membranes échangeuses de protons (PEMFC) 14 I.5.3 Technologie de la pile à combustible (PEMFC) 16 I.5.3.1 Principe de fonctionnement 17 I.5.3.2 Caractéristique électrique de pile à combustible PEMFC 18 I.5.4 Technologie de la pile à combustible (SOFC) 20 I.5.4.1 Principe de fonctionnement 20 I.5.4.2 Structure et caractéristique de la pile SOFC 21 I.5.4.2.a Anode 21 I.5.4.2.b Cathode 21 I.5.4.2.c Electrolyte 21 I.5.4.2.d Interconnexion 21 I.5.4.3 Avantages et inconvénients des piles à combustibles 22 I.6 Eléments de stockage d'énergie 23 I.6.1 Les batteries électrochimiques 23 I.6.2 Les supercondensateurs 23 I.6.2.1 Les collecteurs de courant 24 I.6.2.2 Le séparateur 24 I.6.2.3 L'électrolyte 24 Table des matières I.6.2.4 La matière active 25 I.6.2.5 Avantages 26 I.6.2.6 Inconvénients 26 I.6.3 Les volants d'inertie 26 I.7 Hybridation des sources renouvelables et conventionnelle 27 I.7.1 Système Energétique Hybride (SEH) : Eolien-Diesel (JED) 27 I.7.2 Système Energétique Hybride (SEH) : Eolien-Photovoltaïque (EPV) 28 I.7.3 Système Energétique Hybride (SEH) : Eolien-Pile à Combustible (EPAC) 29 I.7.4 Système Energétique Hybride (SEH) : Eolien-PV-Diesel-Stockage (EPVDS) 29 I.8 Classification des systèmes Energétiques Hybrides (SEH) 30 I.9 Conclusion 30 Chapitre II Modélisation et simulation des composantes du SEH II.1 Introduction 31 II.2 Structure des Systèmes Energétiques Hybrides (SEH) 31 II.2.1 Architecture du SEH à bus à (CC) 31 II.2.2 Architecture du SEH à bus à (CA) 32 II.3.3 Architecture du SEH à bus à (CC/CA) 33 II.3 Problématique de gestion d'énergie dans les (SEH) 34 II.4 Modélisation des éléments des (SEH) en mode autonome 35 II.4.1 Modèle d'une cellule photovoltaïque 35 II.4.1.a Modèle d'une cellule photovoltaïque à une diode 36 II.4.1.b Modèle d'une cellule photovoltaïque à deux diodes 39 II.4.2 Algorithmes de recherche du point de puissance maximale (MPPT) 42 II.4.2.a Algorithme "Perturb and Observe" (P&O) 43 II.4.2.b Algorithme " Hill Climbing" 44 II.4.2.c Algorithme " Conductance incrémentielle" (INC) 44 II.4.3 Modélisation simple des piles à combustible 46 II.4.3.a Modélisation dynamique de pile à combustible (PEMFC) 46 II.4.3.b Modélisation de pile à combustible (SOFC) 50 II.4.4 Modélisation des éléments de stockage d'énergie 55 II.4.4.a Modèle simple d'une batterie (Pb) 56 II.4.4.b Modèle d'un supercondensateur 57 II.4.5 Modélisation des convertisseurs (DC/DC) 58 II.4.5.a Hacheur (Buck-Boost) 58 II.4.5.b Hacheur (Boost) 59 II.4.6 Modélisation des convertisseurs (DC/AC) 62 II.4.6.a Modélisation de l'onduleur (NPC) à trois niveaux 62 II.4.6.b Modélisation d'un onduleur multiniveaux en cascade (CMI) 69 II.4.6.c Techniques MLI applique aux onduleurs Multiniveaux 70 II.5 Simulations et validation des modèles étudiés 71 II.6 Conclusion 82 Table des matières Chapitre III Commande d'un SEH dans une application autonome III.1 Introduction 84 III.2 Application d'un SEH dans les sites isolés et embarques 84 III.3 Topologie d'un onduleur multiniveaux en cascade (CMI) 85 III.3.1 Structure d'un onduleur asymétrique à sept niveaux 85 III.3.2 Stratégie de modulation hybride d'un onduleur asymétrique à sept niveaux 87 III.4 Description d'un SEH à base d'un (PEMFC/Supercondensateur) 87 III.5 Contrôle de tension du supercondensateur 90 III.5.1 Boucle de contrôle de tension du supercondensateur 90 III.6 Résultats de simulation 91 III.7 Conclusion 97 Chapitre IV Gestion de puissance et optimisation d'un SEH relie aux réseaux IV.1 Introduction 99 IV.2 Principe de modes de glissement 99 IV.2.1 Commande par mode glissant 101 IV.2.1.a Méthode de la commande équivalente 101 IV.2.1.b Minimisation de chattering 103 IV.3 Étude de gestion de puissance d'un SEH à base de (PV-FC) relie au réseau 105 IV.3.1 Description du système énergétique hybride choisi 105 IV.3.2 Stratégie de gestion de puissance 107 IV.4 Commande par mode glissant applique à l'onduleur NPC à trois niveaux 107 IV.4.1 Modélisation de l'onduleur NPC dans le plan (d,q) 107 IV.4.2 Stratégie de la commande proposée 109 IV.4.3 Stabilité du contrôleur de mode glissant intégral proposé 111 IV.5 Simulations et résultats 112 IV.6 Simulation du système SEH sous des conditions météorologiques fixées 113 IV.6.1 Mode de commande d'unité de puissance (UPC) 113 VI.6.2 Mode de commande de flux du chargeur (FFC) 116 IV.7 Simulation du système SEH sous des conditions météorologiques variables 120 IV.7.1 Mode du Contrôle d'unité de puissance (UPC) 120 IV.7.2 Mode du contrôle de flux du chargeur (FFC) 125 IV.8 Optimisation de la gestion d'un système SEH à base de (PV-FC) relie au réseau 129 IV.8.1 Critères d'optimisation pour un SEH 129 IV.8.2 Optimisation de la commande par mode glissant proposé par PSO 130 IV.8.2.a Optimisation par essaim de particules 130 IV.8.2.b Application de PSO pour la sélection des gains du CMG 132 IV.9 Simulation de la commande optimisée 133 IV.9.1 Optimisation de la mode UPC 134 IV.9.2 Optimisation de la mode FFC 137 IV.10 Conclusion 141 Conclusion Générale 142 Annexes Bibliographies |
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| TH/0917 | Thèse de doctorat | BIB.DEP.ARCHITECTURE | Empruntable |
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