Contexte et objectifs de la thèse - l2ep.univ-lille1.frl2ep.univ-lille1.fr/pagesperso/francois/SalmaElAimani_PhD_pres.pdf · ¾Commande de la turbine éolienne avec ... ¾Confrontation

Salma EL AIMANISalma EL AIMANI

é

Plan de la prPlan de la préésentationsentation

•• Partie IPartie I : Formalismes et classes de modFormalismes et classes de modèèles dles d’é’éoliennesoliennesOutils utilisés et classes de modèles

Commande de la turbine éolienne avec intégration du modèle mécanique

• Partie IIPartie II : ModModéélisation de llisation de l’é’éolienne olienne éétuditudiéée et exploitation des re et exploitation des réésultats sultats expexpéérimentauxrimentaux

Éolienne à base de MADA

Confrontation des résultats de simulation à des résultats de mesure de l’éolienne

• Partie IIIPartie III : IntIntéégration de lgration de l’é’éolienne dans un rolienne dans un rééseau moyenne tensionseau moyenne tensionInfluence de l’éolienne sur le réseau

Influence du réseau sur l’éolienne

• Conclusion et perspectivesConclusion et perspectives

• Contexte et objectifs de la thContexte et objectifs de la thèèsese










Ce sujet rentre dans la thématique globale du programme FUTURELEC1 au sein du Centre National de recherche technologique (C.N.R.T.)

CONTEXTE

Le développement des énergies renouvelables La libéralisation du marché de l’électricité

Réseau de distribution du Futur

Modélisation fine des générateurs (EOLIENS) Temps de calcul non prohibitif : Modèles intégrés dans des systèmes plus complexes

Contexte et objectifs de la thContexte et objectifs de la thèèsese

(Impact de ces générateurs sur les réseaux qui ne sont pas adaptés à les accueillir)

Opération STATICOM - DYNACOM

Étude du comportement en puissance en fonctionnement normal

Étude du comportement de l’éolienne en présence de défauts sur le réseau

Estimation des harmoniques générés par la MLI et des pertes dans les semi-conducteurs

PROBLEMATIQUE

Spécificités liées à l’intégration des éoliennes










E

Objet Accumulateur

S

S

Sref

R

Rass E Commande Processus

Relation Causale(selfs, condensateur …)

Partie I : Formalismes et classes de modPartie I : Formalismes et classes de modèèles dles d ééoliennesoliennes

Formalismes de modFormalismes de modéélisationlisation

R.E.M.R.E.M.

Développée afin de proposer une version macroscopique du GICGIC. Elle permet de modéliser et proposer une structure de commande d ’un système.

G.I.C.G.I.C.

Méthode systématique et simple d'accès pour la description des systèmes en vue de l'élaboration de leur commande.

b a

e

f d

c

a

f

b

e

c

d

E

Objet Accumulateur

S

S

Sref

R

Rass E Commande Processus

Relation Rigide (frottement, résistance..)

Objet Dissipateur

R

R-1

S E

S E Commande

Processus

Objet Dissipateur

R

R-1

S E

Sref E Commande

Processus

ModModèèles les

ddééveloppveloppéés s pour atteindre pour atteindre les objectifs les objectifs

souhaitsouhaitééss

Partie I : Formalismes et classes de modPartie I : Formalismes et classes de modèèles dles d ééoliennesoliennes

Modélisation électromécanique 0 - 10 Hz

Modélisation électromagnétique 10 Hz - 10 kHz

Modèle continu équivalent 10 Hz - 1 kHz

Modèle fin avec interrupteurs idéaux 1 kHz - 10 kHz

Modèle fin avec interrupteurs réels 1 kHz - 1 MHz

Modèle harmonique global 1 kHz - 10 kHz

A chaque problème, son modèle !!

Classes de modClasses de modèèlesles










A

ΩmeΩ1 Ω2 v1

P1

Puissance

B

A

Ωmec Ω1

C

Ω2 v1

v2

Vitesse du vent P1

P2 P3

Puissance

Partie II : ModPartie II : Modéélisation et commande des lisation et commande des ééoliennesoliennes

MAS RESEAUP

Cem

Ωmec

Ceol

multiplicateur

f= 50Hz

Orientation des pales pour avoir Ωmec = Cste

Maximum de puissance pour un angle d’orientation

Il faut rendre variable la vitesse mécanique pour maximiser la puissance

générée

Technologie : Technologie : ÉÉolienne olienne àà vitesse fixevitesse fixe

MAS RESEAU P

Cem

Ωmec

Ceol

multiplicateur

f= 50Hz

DC

DC AC

Courant alternatif à fréquence variable

Courant alternatif à fréquence du réseau (50Hz)

AC


MASMASMS RESEAU P

Cem

Ωmec

Ceol

f= 50Hz

DC

DC AC

Courant alternatif à fréquence variable

Courant alternatif à fréquence du réseau (50Hz)

AC

MADA

g.P

Cem

Ωmec

Ceol

multiplicateur

f= 50Hz

DC

DC AC

Courant alternatif à Courant alternatif à

AC

RESEAU P MADAMADA

Technologie : Technologie : ÉÉolienne olienne àà vitesse variablevitesse variable


Pour une Pour une ééolienne de 1.5 MW olienne de 1.5 MW

àà base de MADAbase de MADA

Zone Zone 1 : D1 : Déémarragemarrage

Zone 2 : Extraction du maximum Zone 2 : Extraction du maximum de puissance gde puissance géénnéérrééee

Zone Zone 3 : 3 : Fonctionnement Fonctionnement àà

vitesse constantevitesse constante

ZoneZone 4 : Fonctionnement 4 : Fonctionnement àà

puissance constantepuissance constante

Exemple dExemple d’’une caractune caractééristiqueristique mesurée

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 -200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Vitesse mécanique (tr/mn)

Puissance électrique (kW)

Asservissement la vitesse

mécaniqu

Asservissement de la vitesse mécanique

Deux stratégies de commande Deux stratégies de commande

A partir d’un modèle de la turbine


Contrôle direct couple

Deux stratégies de commande Deux stratégies de commande

Sans asservissement de la vitesse

mécanique

A partir d’un modèle de la turbine

Objectif : M.P.P.T. Maximum Power PointObjectif : M.P.P.T. Maximum Power Point TrakingTraking (Extraction (Extraction maximale de la puissance produite par rmaximale de la puissance produite par rééglage de la vitesse)glage de la vitesse)ZONE 2ZONE 2

Sensibilité des lois de réglage de la turbine sur la puissance générée

(CESA’03)


Couple électromagnétique ).(_ mecrefCC refem Ω−Ω= Ω

ZONE 2ZONE 2 G.I.C. du modèle de la turbine et de sa commande

en boucle fermée de la vitesse

Cem

Ωmec v Cg

Drive train

Caer

Ωturbine Multiplicateur

Ωmec Turbine

β

Rass1

Ωref

Cem_ref

Modèle Commande

R4’ R1

R3

R2

R0-1 R3

-1 Ωturbine_ref

Ωmec

Ωref

λ

R0

MPPT

Cem

Ωmec v Cg

Drive train

Caer


Ωmec Turbine

β

Rass1

Ωref

Cem_ref

Modèle Commande

R4’ R1

R3

R2

R0-1 R3

-1 Ωturbine_ref

Ωmec

Ωref

λ

R0

MPPT


Couple électromagnétique Avec2_ . mecAC refem Ω= 3

5

2max

1.2... GRCA

Cp

p πρλ=

Cem

Ωmec v Cg

Drive train

Caer


Ωmec Turbine

β

R4’ R1

R3

R2 λ

R0

Caer_estime Cem_ref

vestime Ωmec

Commande

Rc1 Rc2

Rc3 Rc0 Ωturbine_estime

Cem

Ωmec v Cg

Drive train

Caer


Ωmec Turbine

β

R4’ R1

R3

R2 λ

R0

Caer_estime Cem_ref

vestime Ωmec

Commande

Rc1 Rc2

Rc3 Rc0 Ωturbine_estime

ZONE 2ZONE 2 G.I.C. du modèle de la turbine et de sa commande

sans asservissement de vitesse

ZONE 3ZONE 3


Objectif : fonctionner Objectif : fonctionner àà vitesse constante vitesse constante àà partir dpartir d’’une vitesse une vitesse dd’’environ 90%environ 90% ΩΩmecmec_nom_nom (=1750 tr/(=1750 tr/mnmn))

+ - Cem_ref

Cem

Ωref Cass1 v Ωturbine_ref G

ZONE 2

90 % Ωmec_nom

ZONE 3

Processus

Commande v.λcpmax

R

Ωmec

Avec un contrôle en boucle fermée de la

vitesse

λΩconstante

Cem_reg

Cem

vestime

tp ΩvSC 1...2.

3ρ Caer_estime

R.Ωturbine_estime

λ

1 G

Ωturbine_estime

3_1....2

1..elec

pestimeturbine PSCR ρΩ Pelec

ZONE 3 ZONE 2 λcpmax

λ

Processus

Commande 1 G

Ωmec

Sans asservissement

de la vitesse mécanique

vR.Ωλ urbinet=

Cg

v

v Cem

Ωmec

Turbine Multiplicateur Génératrice

Ωturbine

G-1

β 1

S Jpale.S+fpale

1

Génération de βref

βref

Régulation de l’angle

Cβ

β

βref Régulation

De βref

Cmot_ref

Ureg=U

U

PITCH CONTROL

Actionneur

Pale

Contrôle de l’Actionneur

Commande de la pale

Puissance électrique

Cmot

Cp(λ,β)

ZONE 4ZONE 4


Cg

v

v Cem

Ωmec


Ωturbine

G-1

β 1

S Jpale.S+fpale

1

Génération de βref

βref


Cβ

β

βref Régulation

De βref

Cmot_ref

Ureg=U

U

PITCH CONTROL

Actionneur

Pale

Contrôle de l’Actionneur

Commande de la pale


Cmot

Cp(λ,β)

Objectif : fonctionner Objectif : fonctionner àà puissance nominale avec puissance nominale avec un pitch control appliquun pitch control appliquéé àà partir de 80 %partir de 80 % PPnomnom

1

Eolienne à vitesse fixe

ac ac

dc ac

dc ac

dc ac

dc ac

dc ac

Champ d’éoliennes à vitesse variable

dcac

Stockage inertiel

Machine à double Alimentation

(MADA)

stator

Génératrice synchrone R, L, E

~HT

MT

Machine asychrone

à cage (MAS)


Avantage par rapport Avantage par rapport àà la MAS :la MAS :

Puissance rPuissance rééduite des convertisseurs de puissanceduite des convertisseurs de puissance

Technologie Technologie éétuditudiééee

Eolienne à vitesse fixe

ac ac

dc ac

dc ac

dc ac

dc ac

dc ac


dcac

Stockage inertiel


(MADA)

stator


~ HT

MT

Machine asychrone

à cage (MAS) Eolienne à vitesse fixe

ac ac

dc ac

dc ac

dc ac

dc ac

dc ac


dc ac

Stockage inertiel


(MADA)

stator


~ HT

MT

Machine asychrone

à cage (MAS)


Rt

β

M ultiplicateur

M achine asynchrone A double alimentation

Ω mec

Ω turbine Cg

Caer

R

v

Turbine C

im_mac im-res u

Convert. M LI1

L t

Rés

eau

Bagues

AC 50 Hz

AC fréquence variable

Convert. M LI2

it1

it2

is1 is2 ist2

ist1

Objectifs de lObjectifs de l’é’étude tude Étude dans le repère de Park avec ou sans défauts réseau : Modèle continu équivalent

Prise en compte des harmoniques : Modèle à interrupteurs idéaux des convertisseurs

Intégration du modèle dans un réseau de moyenne tension

Confrontation à des résultats expérimentaux obtenus pour éolienne du même type

La La MMachine achine AAsynchrone synchrone àà DDouble ouble AAlimentation:limentation:MADAMADA


Cem

Ωmec

MADA d,q,0

Vr_dq0

Convert. 1

d,q

u

Bus

DC

u

im_res

Vm_dq Ir_dq0

Ist_dq0

Vp_dq= Vs_dq

It_dq

It_dq

Convert. 2

d,q

v Cg Caer

Ω turbine

Turbine

β

Multipli -cateur

Arbre

im_mac

Ωmec

Nœud de connexion

Is_dq0

Vsdq0 P-1(θs)

P(θs) Vs

Ist

Vsdq0

Filtre

d,q udw uqw uqw udw

R.E.M du R.E.M du modmodèèle continu le continu ééquivalentquivalent de lde l’é’éolienne olienne àà base de MADAbase de MADA

Modèle continu équivalent

R.E.M du ModR.E.M du Modèèle de de lle de de l’é’éolienne olienne àà base de MADAbase de MADAbasbaséée sur des interrupteurs ide sur des interrupteurs idééauxaux

im_res Cem

Ωmec

MADA d,q,0

Vr_dq0

Convert. MLI

1 a,b,c

u

Bus

DC

Nœud de connexion

u Vm Ir_dq0 Ist

It

It

Convert. MLI

2 a,b,c

v Cg Caer

Ω turbine

Turbine

β

Multipli -cateur

Arbre

im_mac

Ωmec Ir Vr

Is_dq0 Vs_dq0 Vs

Is

Vs

Vs

P-1(θs)

P-1(θr)

P (θr)

P(θs) Filtre a,b,c

f11 f12 f13 f11f12 f13

Modèle à interrupteurs idéaux des convertisseurs


Pref

Qref

uref vmd_ref Contrôle des

courants Contrôle

Des Puissances

Contrôle Du bus Continu

CommandeDu

Convert. 1

Commande vectorielle De La MADA M.P.P.T.

Commande

u

Ir_dq

u dw

mac

reg

βref

Modèle continu équivalent du processus

u qw

mac

reg

u qw

res

reg

u dw

res

reg

CommandeDu

Convert. 2

vmq_ref

It_dq

itd_ref

itq_ref

vr_d_ref

vr_q_ref

Cem_reg

Ωmec

E_dq

Cem

Ωmec

MADA d,q

Vr_dq

Convert. 1

d,q u

im_res

Vm_dq Ir_dq

E_dq

It_dq

It_dq

Convert.2

d,q

v Cg Caer

Ω turbine

Turbine

β

Multipli -cateur

Arbre

im_mac

Ωmec

Nœud de connexion

Is_dq

E_dq

E_dq

Ist_dq

E_dq

P-1(θs)

P(θs) E

Ist

Filtre d,q

Bus DC

R.E.M du R.E.M du modmodèèle continu le continu ééquivalentquivalent et de la commandes de let de la commandes de l’é’éolienne olienne àà base de base de MADAMADA



Pref

Qref

uref vmd_ref Contrôle des

courants Contrôle

Des Puissances

Contrôle Du bus Continu

CommandeDu

Convert. 1


Commande

u

Ir_dq u d

wm

acre

g

βref


u qw

mac

reg

u qw

res

reg

u dw

res

reg

CommandeDu

Convert. 2

vmq_ref

It_dq

itd_ref

itq_ref

vr_d_ref

vr_q_ref

Cem_reg

Ωmec

E_dq

Cem

Ωmec

MADA d,q

Vr_dq

Convert. 1

d,q u

im_res

Vm_dq Ir_dq

E_dq

It_dq

It_dq

Convert. 2

d,q

v Cg Caer

Ω turbine

Turbine

β

Multipli -cateur

Arbre

im_mac

Ωmec

Nœud de connexion

Is_dq

E_dq

E_dq

Ist_dq

E_dq

P-1(θs)

P(θs) E

Ist

Filtre d,q

Bus DC



Pref

Qref

uref vmd_ref Contrô le des

courants Contrô le

Des Puissances

Contrô le Du bus Continu

Commande Du

Convert. 1


Commande

u

Ir_dq

u dw

mac

reg

βref


u qw

mac

reg

u qw

res

reg

u dw

res

reg

Commande Du

Convert. 2

vmq_ref

It_dq

itd_ref

itq_ref

vr_d_ref

vr_q_ref

Cem_reg

Ωmec

E_dq

Cem

Ωmec

MADA d,q

Vr_dq

Convert. 1

d,q u

im_res

Vm_dq Ir_dq

E_dq

It_dq

It_dq

Convert. 2

d,q

v Cg Caer

Ω turbine

Turbine

β

Multipli -cateur

Arbre

im_mac

Ωmec

Nœud de connexion Is_dq

E_dq

E_dq

Ist_dq

E_dq

P-1(θs)

P(θs) E

Ist

Filtre d,q

Bus DC


R.E.M du R.E.M du ModModèèle le àà interrupteurs idinterrupteurs idééaux des convertisseursaux des convertisseursEt de la commande de lEt de la commande de l’é’éolienne olienne àà base de MADAbase de MADA

Commande vectorielle

De La MADA

M.P.P.T.

Cem

Ωmec

MADA d,q,0

Vr_dq0

Convert. MLI

1 a,b,c

u

Bus

DC

Filtre

a,b,c

Nœud de connexion

u

im_res

Vm Ir_dq0 Ist

It

It

Convert. MLI

2 a,b,c

v Cg Caer

Ω turbine

Turbine

β

Multipli -cateur

Arbre

im_mac Ir Vr

Is_dq0 Vs_dq0 Vs

Is

E

P-1(θs)

P-1(θr)

P (θr)

P(θs)

Pref

Qref

uref Contrô le

des courants

Contrô leDes

Puissance


Commande

itd_ref

itq_ref

P(θs)

It_dq

P(θs) A.C.R.

MLI Ir_dq0

βref Cem_reg

Ωmec

P(θs) A.C.R.

MLI

u

Ωmec

Modèle

E

E_dq

E_dq




De La MADA

M.P.P.T.

Cem

Ωmec

MADA d,q,0

Vr_dq0

Convert. MLI

1 a,b,c

u

Bus

DC

Filtre

a,b,c

Nœud de connexion

u

im_res

Vm Ir_dq0 Ist

It

It

Convert.MLI

2 a,b,c

v Cg Caer

Ω turbine

Turbine

β

Multipli -cateur

Arbre

im_mac Ir Vr

Is_dq0 Vs_dq0 Vs

Is

E

P-1(θs)

P-1(θr)

P (θr)

P(θs)

Pref

Qref

uref Contrô le

des courants

Contrô le Des

Puissance


Commande

itd_ref

itq_ref

P(θs)

It_dq

P(θs) A.C.R.

MLI Ir_dq0

βref Cem_reg

Ωmec

P(θs) A.C.R.

MLI

u

Ωmec

Modèle

E

E_dq

E_dq

vr_d_ref

vr_q_ref

vmd_ref

vmq_ref




De La MADA

M.P.P.T.

Cem

Ωmec

MADA d,q,0

Vr_dq0

Convert. MLI

1 a,b,c

u

Bus

DC

Filtre

a,b,c

Nœud de connexion

u

im_res

Vm Ir_dq0 Ist

It

It

Convert. MLI

2 a,b,c

v Cg Caer

Ω turbine

Turbine

β

Multipli -cateur

Arbre

im_mac Ir Vr

Is_dq0 Vs_dq0 Vs

Is

E

P-1(θs)

P-1(θr)

P (θr)

P(θs)

Pref

Qref

uref Contrô le

des courants

Contrô leDes

Puissance


Commande

itd_ref

itq_ref

P(θs)

It_dq

P(θs) A.C.R.

MLI Ir_dq0

βref Cem_reg

Ωmec

P(θs) A.C.R.

MLI

u

Ωmec

Modèle

E

E_dq

E_dq

vr_d_ref

vr_q_ref

vmd_ref

vmq_ref

General Electric 1,5 MW A Schelle région d’Anvers (Belgique)

ROTOR Longueur 35 (m)

pales 3 Régulation pitch/optiSpeed

Tour Hauteur 85 (m)

Données opérationnelles Cut_in wind speed 4m/s

Nominal wind speed 16m/s Stop wind speed 25m/s

Géneratrice Type MADA

Puissance Nominale 1,5 MW Tension et fréquence 690V/50Hz

Poids Tour 160t

Nacelle 57t Rotor 23t


Confrontation des rConfrontation des réésultats de simulation sultats de simulation àà des mesures sur ldes mesures sur l’é’éolienne de 1,5 MWolienne de 1,5 MW


Cg

v

v Cem

Ωmec


Ω turbine_mesurée

G-1

β

β ref

PITCH CONTROL


Génération deβ ref

a partir des mesures

Vent issu des mesures

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 0. 25 0. 3 0. 35 0. 4 0. 45 0. 5

λ

Cp

β = 0 β = 2

β = 4 β = 6

β = 8 β = 10

λ ref Calcul deλ ref à partir des

mesures

1


Cβ

β ref

1

S

EntrEntréée du Syste du SystèèmemeModModéélisliséé sous Matlabsous Matlab--SimulinkSimulink



DonnDonnéées enregistres enregistrééeses


0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000Temps (s)

Vite

sse

du v

ent (

m/s

)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000Temps (s)

Vite

sse

du v

ent (

m/s

)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000

Puis

sanc

e él

ectr

ique

(kW

)

²

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000

Puis

sanc

e él

ectr

ique

(kW

)

²

57.6 km/h 7 beaufort

7.2 km/h

Vitesse du vent (m/s)

Puissance électrique (kW)


Arrêt forcé de l’éolienne

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000

Temps (s)

vite

sse

méc

aniq

ue (t

r/mn)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000

Temps (s)

vite

sse

méc

aniq

ue (t

r/mn)

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000

Ang

le d

u pi

tch

(°)

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000

Ang

le d

u pi

tch

(°)


Angle du pitch (°)


-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Vitesse du vent (m/s)

Puis

sanc

e to

tale

mes

urée

(kW

)

Puissance électrique mesurée (kW)


•• Puissance Puissance éélectrique est linlectrique est linééaire aire en fonction du venten fonction du vent


10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

-200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Ang

le d

u pi

tch

(°)

•• Zone 4 de limitation de puissanceZone 4 de limitation de puissanceAngle du pitch (°)


2...

3vSCP pρ=La puissance captée par la turbineRappelRappel

3...

2vP

SC p ρ=

Valeurs deValeurs de CCpp=f(=f(λλ,,ββ)) utilisutiliséées par le systes par le systèème de commande de la turbineme de commande de la turbine

Mesuré (hypothèse Pelec = P)


λcpmax

Cpmax =

-0,4-0,3-0,2-0,1

00,10,20,30,40,50,6

5 10 15

ratio de vitesse

Cp

-0,4-0,3-0,2-0,1

00,10,20,30,40,5

-0,4-0,3-0,2-0,1

00,10,20,30,40,50,6

5 10 15

ratio de vitesse

Cp

Angle (°)

β = 2β = 4

β = 4.5β = 65β = 85

λ

0 2 4 6 8 10 12 0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5 Coefficient de puissance

λ


)2(3001840))2(305.1810sin)).2(167050)., −−−

−−+−−= β)..(λ...(

).π.(λβ...((Cp ββλ

Terme correspondant au (Cpmax)

Angle de pale, 2° correspondant à l’extraction maximale de puissance

Terme correspondant au λcpmax

β=2

β=4

β=6

β=8

CaractCaractéérisation de la turbinerisation de la turbine



0 2 4 6 8 10 12 14 16 0

2

4

6

8

10

12

14

16 Ratio de vitesse en fonction de la vitesse du vent

Vent (m/s)

Simulation Mesure

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Simulation


Puissance électrique (kW) Mesure

Exemple de confrontation en rExemple de confrontation en réégime quasi statiquegime quasi statique


Zone 2

Zone 3Zone 4

Zone 1


Exemple de confrontation en rExemple de confrontation en réégime dynamique : zone 4gime dynamique : zone 4











Partie III : Interactions RPartie III : Interactions Rééseau seau -- ÉÉolienneolienne

RRééseau HTA seau HTA éétuditudiéé

Line 2km 150alu

dc ac

MADA 1,5 MVA

Line 2km 240 alu

Line 3km 240 alu

Load 2 MVA, cosϕ =0.85

Load 1 MVA, cosϕ =0.9

1300 MVA,70 kV

HV transformer 15 kV / 70 kV, 20 MVA Bus C

Bus D Bus E

ac dc

L

L

Transformateur idéal


charge1

Système éolien

~

charge 2

BUS C

BUS D BUS E

2

4

6

8

10

12

14 Vitesse du vent (m/s)

20 30 40 50 60 70 80 -2000

-1500

-1000

-500

0

500

t(s)

EPE 2003

Influence sur les flux de puissanceInfluence sur les flux de puissance

Puissances actives dans le réseau HTA (kW)


charge1

Système éolien

~

charge 2

BUS C

BUS D BUS E

20 40 60 80 100 120 14.5

14.55

14.6

14.65

14.7

14.75

14.8

14.85

14.9

14.95

15

time (s)

20 40 60 80 100 1200

10

20

30

40

50

60

70

80

90

time (s)

BUS C

Influence sur le plan de tensionInfluence sur le plan de tension

Tension au secondaire du transformateur (kV)

Courant au secondaire du transformateur (A)

I99=25A, En (p.u) on a I 99= 0,0199


Rangs impairs kn (%) Rangs pairs kn (%)

3 4 2 2

5 et 7 5 4 1

9 2 > 4 0,5

11 et 13 3

> 13 2

Normes sur les taux d'Normes sur les taux d'éémission harmonique limite mission harmonique limite

IntIntéérêt de lrêt de l’é’étudetude

• La variation de la tension au point de livraison ne doit pas dépasser 5 % pendant 0.5 s.

• La variation de la puissance ne doit pas dépasser 4 MW/min

Sn est la Puissance nominale de l’installation = 1.5 MVA

Unom est la valeur de la tension nominale d’alimentation = 690 V

Pour notre cas Évaluation avec une fréquence de modulation de 5 kHz

nom

n

USkI

39999 =

QualitQualitéé de la tensionde la tension


5.04 5.05 5.06 5.07 5.08 5.09 5.1 5.11 5.12 -100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100 Total current injected by the generator (A)

time (s)

-20 0 20 40 60 80 100 120 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1 Spectral analysis of total current

0.005

0.01

0.015

charge1

Système éolien

~

charge 2

BUS C

BUS D BUS E

I99=0.012<0.0199

Influence sur la qualitInfluence sur la qualitéé de la tensionde la tension

EM 2003


Apparition dApparition d’’incidents (courtincidents (court--circuits aux bornes des charges) dcircuits aux bornes des charges) d’’origines diverses et origines diverses et provoquant des creux de tension (provoquant des creux de tension (ééquilibrquilibréés et ds et dééssééquilibrquilibréés)s)

•• Contexte et objectifsContexte et objectifs

•• Contraintes sur les rContraintes sur les rééseaux de distribution HTAseaux de distribution HTA

En cas de défaut, la centrale de production ne doit pas entraîner une élévation du courant de court – circuit au delà de 12,5 kA en zone urbaine et de 8 kA en zone rurale.

L ’éolienne doit pouvoir supporter les creux de tension mono, bi ou triphasée (0.3 Unrésiduelle pendant 0.6 s, 0.7 Un pendant 2.5 s)

Étude de stabilité à faire par le producteur d’après les paramètres fournis par le gestionnaire du réseau

Influence du Influence du rrééseau sur lseau sur l’é’éolienneolienne


Comparaison de deux approches de contrôle du fluxComparaison de deux approches de contrôle du flux statoriquestatorique de la MADAde la MADA

Φref + -

Régulateur du flux

CΦ ird_ref

Φsd_est

Approche asynchroneApproche asynchroneApproche synchroneApproche synchrone

Φ ref 22 ..

..srs

s

LRMRRM

+− ird_ref



Transformateur 70kV/15kV 20MVA

Source triphasée 2000MVA 70KV

Charge 2 8 MVA cosϕ=0.9

Charge2

MADA 1.5 MW 690V

Transformateur idéal

15kV / 690V

~

Ligne 5km

Protection

BUS A

BUS B

BUS C

Charge1

Charge 1

: Défaut

cosϕ=0.98 MVA

RRééseau seau éétuditudiéé



Classification des creux de tensionClassification des creux de tension

Dans notre Dans notre éétudetude

VCREUX1 V1

VCREUX2 V2

VCREUX3 V3 C

VCREUX1

V1

VCREUX2

V2

VCREUX3

V3

VCREUX1 V1

VCREUX2

V2

VCREUX3 V3

VCREUX1 V1

VCREUX2

V2

VCREUX3

V3

VCREUX1 V1

VCREUX2 V2

VCREUX3

V3

VCREUX1 V1

VCREUX2

V2

VCREUX3

V3 D

B A

E F

Type A

A

Type C

C

Type B

B



VCREUX1 V1

VCREUX2

V2

VCREUX3

V3 A

Creux de tension de type Creux de tension de type AA au bornes de la MADA au bornes de la MADA De 20% et dDe 20% et d’’une durune duréée de 200 mse de 200 ms


Courants triphasCourants triphaséés totauxs totaux



VCREUX1 V1

VCREUX2

V2

VCREUX3

V3 A


Courants triphasCourants triphaséés au stator de la MADAs au stator de la MADA




VCREUX1 V1

VCREUX2

V2

VCREUX3

V3 A


Composante directe du flux Composante directe du flux statorique statorique de la MADAde la MADA




Conclusion sur les deux approches utilisConclusion sur les deux approches utilisééeses

R E S E A U

Vs0

Ls is

E

Circuit statorique

Approche synchroneApproche synchrone

Φ sd

is

Lorsque E

Est maintenu constant

(contrôle en boucle fermée)

Approche asynchroneApproche asynchrone

Φ sd

is

vs0 constant



VCREUX1 V1

VCREUX2

V2

VCREUX3

V3 A

Creux de tension de type Creux de tension de type AA au bornes de la MADAau bornes de la MADA

Influence de la profondeur du creux de tension Influence de la profondeur du creux de tension avec lavec l’’approche asynchroneapproche asynchrone



V2

V3

VCREUX1 V1

VCREUX2

VCREUX3C

VCREUX1 V1

VCREUX2

V2

VCREUX3

V3 B

MADA

Bus B

Bus A

Creux de tension Creux de tension monophasmonophaséé en amont du transformateur HTAen amont du transformateur HTA



Creux de tension Creux de tension monophasmonophaséé en amont du transformateur HTAen amont du transformateur HTA

Bus A Bus B











Mise en Mise en éévidence des niveaux de modvidence des niveaux de modéélisation ainsi que les formalismes utilislisation ainsi que les formalismes utilisééss

Objectif Objectif : ÉÉtude des sptude des spéécificitcificitéés lis liéées es àà ll’’intintéégration des gration des ééoliennes oliennes dans les rdans les rééseaux seaux éélectriques lectriques

Partie I :Partie I :

Formalismes et classes de modFormalismes et classes de modèèlesles

Partie II :Partie II :

ModModéélisation et commande des lisation et commande des ééoliennesoliennes

ÉÉtude dtude d’’une une ééolienne olienne àà vitesse variablevitesse variableConception de deux algorithmes pour le M.P.P.T. en utilisant le G.I.C. et la R.E.M.

• Contrôle sans asservissement de la vitesse

• Contrôle en boucle fermée de la vitesse

Contrôle de l’éolienne afin de limiter sa puissance à sa valeur nominale pour des fortes vitesses du vent

Perspectives 1Amélioration du modèle en prenant en compte les vibrations de la tour, l’effet d’ombre

et la désynchronisation de l’orientation des pales et son influence sur les grandeurs du réseau de distribution

Prise en compte de la procédure de démarrage

Approche asynchrone

Approche synchrone

• En utilisant une consigne de puissance réactive nulle

• En minimisant les pertes Joules de la machine

ModModéélisation dlisation d’’une chaune chaîîne de conversion basne de conversion baséée sur une MADA de 1.5 MWe sur une MADA de 1.5 MW

Trois stratégies de contrôle de flux statorique

Deux estimateurs de flux sont déterminés

• En utilisant un contrôle en boucle fermée du flux statorique

Perspectives 2Établir une modélisation plus complète de cette génératrice éolienne prenant en compte

la saturation magnétique de la MADA.



Confrontation des rConfrontation des réésultats de simulation sultats de simulation àà des mesures effectudes mesures effectuéées sur es sur ll’é’éolienne de 1,5 MWolienne de 1,5 MW



Influence de l’éolienne sur le réseau

Vérification de la conformité de cette éolienne avec les normes de raccordement standard existantes

Influence de la fluctuation sur les puissances et le plan de tension

Estimation des harmoniques générés

Perspectives 3Compléter l’étude avec des modèles de lignes valables à des fréquences de plusieurs

kHz

Partie III :Partie III :

Interactions RInteractions Rééseau seau –– ÉÉolienneolienne

Mise en évidence des performances des stratégies de commande de la MADA en régime perturbé

Évaluation du comportement de l’éolienne en présence de défauts sur le réseau de distribution


Perspectives 4Utilisation d’un système de protection (CROWBAR,..) et conception des modèles à intégrer

avec des systèmes de détection de défauts

Participation au contrôle de la tension du réseau en absence ou en présence de défauts

Partie III :Partie III :

Interactions RInteractions Rééseau seau –– ÉÉolienneolienne

Documents

Contexte et objectifs de la thèse - l2ep.univ-lille1.frl2ep.univ-lille1.fr/pagesperso/francois/SalmaElAimani_PhD_pres.pdf · ¾Commande de la turbine éolienne avec ... ¾Confrontation