1
ETUDE ET COMMANDE DE GÉNÉRATRICES ASYNCHRONES POUR L' UTILISATION DE L' ÉNERGIE ÉOLIENNE
- Machine asynchrone à cage autonome- Machine asynchrone à double alimentation reliée au réseau
Directeur de Thèse : René LE DOEUFFEncadrant : Mohamed MACHMOUM
2
PLAN DE L’ETUDE1ère PARTIE : Généralités sur les systèmes éoliens
Présentation du système éolien globalProblèmes posés par une chaîne de conversion éolienne Solutions électrotechniques
2ème PARTIE : Machine asynchrone auto-excitée autonomePerformances en régime équilibré et déséquilibréLimites de fonctionnement
3ème PARTIE : Simulateur analogie de turbine éolienneModélisation du vent et de la turbineCommande d’une MCC
4ème PARTIE : Etude et commande de la MADA en génératrice
Topologie des machines à double alimentationModélisation de la machine en vue de la commandeSynthèse des régulateursRésultats et association avec le simulateur de turbine
3
Energie éolienne, qualité et développement :Puissance installée en GW en Europe fin
2002 :
Programme EOLE 2005, lancé par l’ADEME en 1996 :
Objectif 0,5 GW en France d’ici 2005
12
4,15
2,9
0,150
2
4
6
8
10
12
Allemagne Espagne Danemark France
1ère P
AR
TIE
: Gén
éralités sur les systèm
es éoliens
Energie propre sans rejet atmosphériqueGéographiquement diffuseSource d’énergie (vent) généralement plus importante en hiver
Captage et conversion de l’énergie complexeMatériaux coûteuxSource d’énergie (vent) aléatoire
4
Conversion de l’énergie
2 3 21
1
1( ) ;
2
m p
RP C R V avec
KV
Puissance disponible sur l’arbre de la génératrice :
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
900014 m/s
13 m/s
11 m/s
12 m/s
8 m/s
9 m/s
10 m/sPui
ssa
nce
méc
aniq
ue (
Wa
tts)
Vitesse de rotation du générateur (tr/min)0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60.5
0.51
0.52
0.53
0.54
0.55
0.56
0.57
0.58
0.59
0.6pC
Cp
Exemple d’évolution du coefficient de puissance
Vitesse fixe
Vitesse variable
1ère P
AR
TIE
: Gén
éralités sur les systèm
es éoliens
5
Systèmes de régulation de vitesse et production optimale d’énergie
Système "stall"
��������������resV
��������������resV
Système " pitch"
Section depale
��������������V
Sens dedéplacement
Fonctionnement de l'éolienne à Cp max. quelle que soit la vitesse du vent :
Cp=Cpmax pour = opt
. ( )opt
opt v zone IIR
1ère P
AR
TIE
: Gén
éralités sur les systèm
es éoliens
I II III
opt
max
min Vvent
VmaxVmin
6
Conversion électromécaniquemachine asynchrone
MULTIPLICATEUR MASf
RESEAU
SENS DU TRANSFERT D’ENERGIE
MULTIPLICATEUR MAS f
RESEAU
REDRESSEUR ONDULEUR
+
-
ENERGIE
MAS à cage directement reliée au réseau
MAS à cage reliée au réseau par redresseur-onduleur
MULTIPLICATEUR MADA
f
RESEAU
ENERGIEREDRESSEUR COMMANDE ONDULEUR
+
-
ENERGIE
Machine asynchrone à double alimentation structure de Scherbius
1ère P
AR
TIE
: Gén
éralités sur les systèm
es éoliens
7
Conversion électromécaniquemachines à structures spéciales
MS discoïde modulaire à champ axial
Machine à réluctance
variable non-excitée
Machine à réluctance variable excitée par des
courants statoriques triphasés
B
CHAMP
COURANT
COURANTI
CHAMPB
I
1ère P
AR
TIE
: Gén
éralités sur les systèm
es éoliens
8
Raccordement des éoliennes
2 modes de fonctionnement
Fonctionnement autonome
Raccordement au réseau
Machine asynchroneauto-excitée robustesse faible coût
Machine asynchroneà double alimentation (Scherbius)
vitesse variable taille du convertisseur réduite
1ère P
AR
TIE
: Gén
éralités sur les systèm
es éoliens
9
objectifs
Modéliser le phénomène d’auto-excitation en régime équilibré et déséquilibré
Modèle diphasé de la machine asynchrone
Modèle de la charge et des capacités basé sur une transformation étoile – triangle
Validation du modèle par comparaison aux essais expérimentaux
Etude des performances et des limites d’utilisation à l’aide du modèle établi
2ème PARTIE : Machine asynchrone auto-excitée autonome
10
Machine asynchrone auto-excitéeModèle diphasé
0 0 1 0
0 0 0 1
0 0 0
0 0 0
( )
sds s
sq sds s
rd sqr r
rqr r
rrd sq rq sd
aR cR
VaR cRdVcR bR pdt
cR p bR
d K f
dt J J J
sd
sq
rd
rq
ψ
ψ
ψ
ψ
Ω
1a
sL1
b
rL
c
s r
M
L L1
2
s r
M
L L
MAS
Ca Cb Cc
Za
Zb
Zc
2èm
e PA
RT
IE : M
achine asynch
rone auto-excitée autonome
11
Importance de la saturation magnétique
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
-400
-200
0
200
400
temps (s)
Vsa
(V
)
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
-1000
-500
0
500
1000
temps (s)
(a)
Vsa
(V
) (b)
Simulation d'un amorçage de la tension statorique
2èm
e PA
RT
IE : M
achine asynch
rone auto-excitée autonome
F.E.M.statorique M
cs
IV
C
Is
F.E.M.rémanente
Point defonctionnement
12
Identification de l'inductance magnétisanteEssai au synchronisme sous tension variable
V ME
RS lSIS
IM Relevé des couples de points (IM,M)
2èm
e PA
RT
IE : M
achine asynch
rone auto-excitée autonome
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 40.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
Courant magnétisant Im (A)
Ind
ucta
nce
ma
gné
tisa
nte
M (
H) Points éxperimentaux
Interpolation polynomiale
13
Fonctions de Ra,b,c,
La,b,c, Ca,b,c
Prise en compte du régime déséquilibré
MAS
Ca Cb Cc
Za
Zb
Zc
MAS
Cca
Cbc Cab
Zab Zca
Zbc
2 3
2 3
2
2
1 1. * *
1
1 1 1 1. . . . . . . . . .
1
ij ij ijk k ij
k k
ij ijk ij k k
k k
dU d U d UR C U RL LL
dt CC dt dtL C RR
CC
dj d jRR C j RL C LL C
CC CC dt CC dtL C RR
CC
Zn=Rn+Ln Zi,j=Ri,j+Li,j
2èm
e PA
RT
IE : M
achine asynch
rone auto-excitée autonome
14
Architecture du modèle global
1
3
a ab ca a b c
b bc ab a b c
c ca bc a b c
V U U V V V
V U U V V V
V U U V V V
1
3
ab a b ab bc ca
bc b c ab bc ca
ca c a ab bc ca
J I I J J J
J I I J J J
J I I J J J
MODELE DELA MACHINE
ASYNCHRONE
PASSAGE DESCOURANTS DE
LIGNE AUXCOURANTS DE
PHASE
MODELE DELA CHARGE
PASSAGE DESTENSION SIMPLES
AUX TENSIONSCOMPOSEES
r Ra,b,cCa,b,c La,b,c
Va
Vb
Vc
IaIbIc
Jab
Jbc
Jca
Uab
Ubc
Uca
Va
Vb
Vc
2èm
e PA
RT
IE : M
achine asynch
rone auto-excitée autonome
15
Validation du modèle(essai d'amorçage et de désamorçage)
1 2 3 4 5 6 7 8
0
0-400
-200
0
200
400
Vsa
(V
)
1 2 3 4 5 6 7 8
Délai d’amorçageV
sc (
V)
Temps (s)-400
-200
0
200
400
Vsa (V)
Vsc (V)
200 V
1 s
Délaid’amorçage
Coïncidence des délais d'amorçage et des amplitudes théoriques et expérimentaux
20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
Ecroulement de la tension
Vsc
(V
)
Vsc
(V
)200 V
1 s
Ecroulement de la tension
2èm
e PA
RT
IE : M
achine asynch
rone auto-excitée autonome
16
Fonctionnement en régime déséquilibré
Simulation Expérimental
Capacités équilibrés (33 µF) déconnexion soudaine de l’une des 3 charges :
Concordance de la durée du régime transitoire et des amplitudes
2èm
e PA
RT
IE : M
achine asynch
rone auto-excitée autonome
17
Mise en évidence du déséquilibre
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5Vecteur courant statorique en régime équilibré
Cou
rant
sta
tori
que
d’ax
e
Courant statorique d’axe -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5Vecteur courant statorique en régime déséquilibré
Cou
rant
sta
tori
que
d’ax
e
Courant statorique d’axe
ondulations 100 Hz
2èm
e PA
RT
IE : M
achine asynch
rone auto-excitée autonome
18
Evolution de la tension en fonction de la puissance débitée
À capacité fixée,Il existe un point
de fonctionnement limite au delà
duquel la machine se désamorce
500 1000 1500 2000
Puissance débitée (W)
C=28 µF
C=32 µF
C=36 µF
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
Ten
sion
sta
toriq
ue (
V)
2èm
e PA
RT
IE : M
achine asynch
rone auto-excitée autonome
19
Influence d'une charge résistive
0 10 20 30
28 µF
32 µF
36 µF
Variation de tension (%)
À capacité fixée,la résistance de charge est réduite
jusqu'au désamorçage de la machine
19,5 %
23,5 %
29,7 %
V
V
f
f
0 2 4 6
28 µF
32 µF
36 µF
Variation de fréquence (%)
5,6 %
3,9 %
2 %
2èm
e PA
RT
IE : M
achine asynch
rone auto-excitée autonome
20
Influence d'une variation de vitesse
13 13.5 14 14.5 15 15.5 16 16.5 17290
300
310
13 13.5 14 14.5 15 15.5 16 16.5 17200
220
240
260
13 13.5 14 14.5 15 15.5 16 16.5 1745
46
47
48
49
Temps (s)
Vitesse de lamachine(rad/s)
Tensionstatorique (V)
Fréquence(Hz)
Variation de la vitessede 5 % (3000 à 2850 tr/min)
Variation de la tension généréede 14 % (250 V à 215 V)
Variation de la fréquence statorique
de 4,5 % (48,2 à 46 Hz)
2èm
e PA
RT
IE : M
achine asynch
rone auto-excitée autonome
21
Bilan
Modélisation simple basée sur :
o Un modèle de machine diphasé
o Un modèle de la charge et des capacités indépendant
Importance de la saturation et donc de l'identification de l'inductance magnétisante
Limites de fonctionnement dues aux variations de tension et de fréquence
Amélioration par interface d'électronique de puissance (alourdissement du dispositif)
2èm
e PA
RT
IE : M
achine asynch
rone auto-excitée autonome
22
3ème PARTIE : Simulateur analogie de turbine éolienne
objectifs Placer les génératrices à l’étude dans un contexte proche
de celui d’une éolienne réelle
Utilisation d’outils existants pour la modélisation du vent
Utilisation des équations statiques de la turbine éolienne
Etablissement d’une consigne de vitesse à partir d’un modèle de turbine et commande d’une MCC à partir de cette consigne de vitesse
Commande robuste
Adaptabilité du dispositif
23
Architecture générale du simulateur
Cp
1
vent
R
V 1 3 2
2 eol
Cp
R V
1
eol eolJ s f K1 ref 2 ref
MCC
-
ventV Couple éolien m
rT
Equationmécanique
MultiplicateurCoefficient de puissancede l’éolienne
2 ref
Dispositif mécanique (aérogénérateur)
Dispositif électrotechnique
COMMANDELQ
1U
UHacheur Rapport
cyclique
1
K
1
Dispositif mécanique
Dispositif électrotechnique
Modélisé sous Simulink
MCC réelle
Modélisé sous Simulink
3èm
e PA
RT
IE : S
imulateur analogie de turbine éolienn
e
24
Modélisation du vent
Décomposition spectrale de
Van der Hoven
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-1
0
1
2
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000-20
-10
0
10
20
Temps (s)
Vm
Vt
ComposantelenteVm
Ajustementd’amplitude
Filtrage Vent
++
Composantede turbulence
Vt
3èm
e PA
RT
IE : S
imulateur analogie de turbine éolienn
e
25
Modélisation de la turbine
Cp
1
R
V
1 3 22
C
pR V
T
VCouple mécanique
produit par la turbine
Coefficient depuissance de la turbine
Cpm 1
T TJ s f
1
K
1 2ref
-
Equationmécanique
Multiplicateurde vitesse
r
1
Calcul du coefficient de
puissance
Etablissement du couple
mécanique de l’éolienne
Equationmécanique
Multiplicateurde
vitesse
3èm
e PA
RT
IE : S
imulateur analogie de turbine éolienn
e
26
Commande de la machine à courant continu
1
a aL p R
1
mccpJ
mccf
cK
eK
- -IaUa y-
ref
Filtre deKalman
IaGain duretour d’état[K Kta+Ga]
Iaobs
obs
refobs
em
r
robs
Modèlede la MCC
CommandeLQG
Commande sans capteur, seule la
mesure de courant est utilisée
3èm
e PA
RT
IE : S
imulateur analogie de turbine éolienn
e
27
Simulation de l’ensemble turbine + modèle de MCC
i
courantMCC
Vitesse
Vitesse deréférence
Ua
Tension MCC
t
Temps
Saturation400 V
Saturation1800 tr/min
courant
oc
u
Régulateur LQ
Vitesse
Modèle de turbine
Horloge
u1 i
ModèleMCC
Saturationde la
vitesse deréférence
Saturationcorrespondant à la tension
max générée par le hacheur
3èm
e PA
RT
IE : S
imulateur analogie de turbine éolienn
e
I II III
opt
max
min Vvent
VmaxVmin
28
Résultats de simulation (éolienne libre)
Vvent m/s
ref tr/min tr/min
160 180 200 220 240 260 280 300 320 3400
5
10
15
20
160 180 200 220 240 260 280 300 320 340600
800
1000
1200
1400
1600
1800
Profil de vent établi à partir de la décomposition
spectrale
Vitesse de consigne et vitesse mesurée de la
machine à courant continu
3èm
e PA
RT
IE : S
imulateur analogie de turbine éolienn
e
29
Essais de l’ensemble turbine + MCC réelle
MCC Leroy-Somer 10kW
Omega ref
Omega
3èm
e PA
RT
IE : S
imulateur analogie de turbine éolienn
e
30
Bilan
Etude de différentes génératrices dans un contexte proche d’un système éolien réel
Adaptation d’un algorithme de commande LQG robuste.
Bonne corrélation entre résultats théoriques et expérimentaux
3èm
e PA
RT
IE : S
imulateur analogie de turbine éolienn
e
31
objectifs
Etablissement d’un modèle diphasé de la MADA
Mise en place d’une stratégie de commande permettant le fonctionnement en génératrice dans le contexte d’un système éolien
Synthèse de trois régulateurs linéaires de philosophies différentes
Evaluation des performances par divers essais puis par l’association avec un modèle de turbine
4ème PARTIE : Etude et commande de la MADA en génératrice
32
Topologie des machines asynchrones à double alimentation
Analogie de fonctionnement avec la machine synchrone :
Machine synchrone : r dépendant de la position mécanique de la machine
MADA : r entièrement contrôlable par l’alimentation du rotor
a
b
c
c'
a'b'
r
s
ur
vr
wr
us
vsws
c
r
us
vsws
sb
a
N
S
4èm
e PAR
TIE
: Etude et com
mande de la M
AD
A en génératrice
33
Objectif de la commande
MADA
AC/DC
klref
U
VW
DC/AC
UD
C UDCref
ks
klCommande
convertisseurréseau
Commandeconvertisseur
rotor
Pref
Qref
P : Puissance active échangée entre le stator et le réseauQ : Puissance réactive échangée entre le stator et le réseaukl : Facteur de puissance du convertisseur réseauUDC : Tension du bus continu
4èm
e PAR
TIE
: Etude et com
mande de la M
AD
A en génératrice
34
Modélisation en vue de la commandeEtablissement de la référence de puissance
Essai en boucle ouverte :
1V
2V
nV-
m
r
Modèle dela turbine Modèle de
la MADA
t
PPref
mes
Si mes est tel que=opt alors le couple(Pref,Vn) est stocké
A vitesse de vent donnée :La consigne de puissance augmente jusqu’à ce que l’ensemble
turbine+MADA atteigne la vitesse de rotation optimale
Etablissement d’un abaque : Pref=f(Vvent)Commande de la machine en puissances active et réactive
4èm
e PAR
TIE
: Etude et com
mande de la M
AD
A en génératrice
35
Modélisation en vue de la commande(choix du référentiel et simplifications)
Hypothèses de travail :Résistance de phase Rs négligée
Réseau stable donc flux de la machine constant
Référentiel diphasé lié aux flux avec le vecteur flux aligné sur l'axe d
;
0
0
s
s
ds qs s
Vet
ds s qs
V et V V
4èm
e PAR
TIE
: Etude et com
mande de la M
AD
A en génératrice
36
Modélisation en vue de la commande(Equations)
;
sds s ds ds qs
ds s ds dr
sqs s qs qs dsqs s qs qr
dr r dr dsrdr r dr dr qr
qr r qr qs
rqr r qr qr dr
dV R I
dtL I MId
V R I L I MIdtd L I MI
V R Idt L I MId
V R Idt
ss
s s s
r
s
q
drs
MV
L
V V M
L
I
Q IL
P
2
2
( )
( )
dr dr qr
qr q
r s rs
sr s r s
s s sr dr
MR g L
L
MVMR g L
V
gL
I I
IL
V I
4èm
e PAR
TIE
: Etude et com
mande de la M
AD
A en génératrice
37
2
1
( ) r rs
MR p L
L s
s
MV
L
2
1
( ) r rs
MR p L
L s
s
MV
L
2s
s s
V
L
2
( )s rs
Mg L
L
+
+
+
-
-
++
s dss
Mg
L
P
Q
Vqr
Vdr
Iqr
Idr
2
( )s rs
Mg L
L
Modèle interne simplifié de la machine4
ème PA
RT
IE : E
tude et comm
ande de la MA
DA
en génératrice
38
Cahier des charges de la commande
Bonne précision statique de façon à obtenir une production optimale d'énergie et un facteur de puissance unitaire
Dynamique électrique aussi élevée que possible malgré les dynamiques mécaniques lentes, sans engendrer de dépassements pouvant nuire à la durée de vie de la machine
Bon rejet des perturbations qui peuvent être nombreuses sur un tel système
Robustesse face aux éventuelles variations paramétriques du dispositif
4èm
e PAR
TIE
: Etude et com
mande de la M
AD
A en génératrice
39
Principe de la commande
P=Kiqr
Q=K1Idr+K2
Lien entre puissances statoriques et courants
rotoriques
Principe des contrôles direct et indirects pour l'axe q :
Modèle de la MADANON simplifié
R(p)uq
Pref
Pmes
Iqrmes
K
Contrôle direct
Contrôle indirect
wrRégulateurs :
PI avec compensation de pôles
RST placement de pôles
LQG
4èm
e PAR
TIE
: Etude et com
mande de la M
AD
A en génératrice
40
Structures des régulateurs
B
AYYref
-i
p
kk
p
T
S
B
AYYref
R
S
-
u
M
Q ?
wm
um
em
ymM
Q ?
m
ww
u
mˆu x
m
yy
u
mˆe x x
Modèle de commande Modèle d’observation
Régulateur à actionProportionnelle - Intégrale
Régulateur polynomial RST basé sur la théorie du
placement de pôles robustes
Régulateur multivariable basé sur la minimisation d'un critère quadratique
4èm
e PAR
TIE
: Etude et com
mande de la M
AD
A en génératrice
41
4èm
e PAR
TIE
: Etude et com
mande de la M
AD
A en génératrice
Caractéristiques des régulateurs
PI : Robustesse médiocre face aux incertitudes paramétrique et de modélisation
Pas de prise en compte des perturbations et peu de degrés de liberté pour le réglage
RST : Prise en compte des perturbations
Bonne gestion du compromis rapidité / performances
LQG : Nombreux degrés de liberté pour le réglage
Bonne efficacité face aux incertitudes paramétrique et de modélisation
42
Performances(suivi de consigne contrôle indirect)
2 2.2 2.4 2.6 2.8
-5000
-4000
-3000
-2000
-1000
0
Temps (s)
Régulateur PI
P (W)
2 2.2 2.4 2.6 2.8
0
500
1000
1500
2000
Temps (s)
Q (VAR)
2 2.2 2.4 2.6 2.80
10
20
30
40
Temps (s)
IdrIqr
2 2.2 2.4 2.6 2.8
-5000
-4000
-3000
-2000
-1000
0Régulateur RST
Temps (s)
P (W)
2 2.2 2.4 2.6 2.8
0
500
1000
1500
2000
Temps (s)
Q (VAR)
2 2.2 2.4 2.6 2.80
10
20
30
40
Temps (s)
IdrIqr
2 2.2 2.4 2.6 2.8
-5000
-4000
-3000
-2000
-1000
0
Temps (s)
P (W)
2 2.2 2.4 2.6 2.8
0
500
1000
1500
2000
Temps (s)
Q (VAR)
2 2.2 2.4 2.6 2.80
10
20
30
40
Temps (s)
IdrIqr
Régulateur LQG
N=1450 tr/min ; à t=2s, Pref=-5kW ; à t=2,5s, Qref=2kVAR : Contrôle indirect : oscillations très faibles sur les courants
4èm
e PAR
TIE
: Etude et com
mande de la M
AD
A en génératrice
43
Performances(variation de vitesse en échelon)
1.95 2 2.05 2.1 2.15 2.2-6000
-5800
-5600
-5400
-5200
-5000
Régulateur PI
temps (s)
P (W)
1.95 2 2.05 2.1 2.15 2.21950
2000
2050
2100
2150
2200
temps (s)
Q (VAR)
1.95 2 2.05 2.1 2.15 2.2-6000
-5800
-5600
-5400
-5200
-5000
Régulateur RST
temps (s)
P (W)
1.95 2 2.05 2.1 2.15 2.21950
2000
2050
2100
2150
2200
temps (s)
Q (VAR)
1.95 2 2.05 2.1 2.15 2.2-6000
-5800
-5600
-5400
-5200
-5000
Régulateur LQG
temps (s)
P (W)
1.95 2 2.05 2.1 2.15 2.21950
2000
2050
2100
2150
2200
temps (s)
Q (VAR)
1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4-5800
-5600
-5400
-5200
-5000
Temps (s)
Régulateur PI
P (W)
1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4-5800
-5600
-5400
-5200
-5000
Régulateur RST
Temps (s)
P (W)
1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.41900
2000
2100
2200
2300
Temps (s)
Q (VAR)
1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.41900
2000
2100
2200
2300
Temps (s)
Q (VAR)
1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4-5800
-5600
-5400
-5200
-5000
Régulateur LQG
Temps (s)
P (W)
1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.41900
2000
2100
2200
2300
Temps (s)
Q (VAR)
Contrôledirect
Contrôleindirect
Pref=-5kW ; Qref=2kVAR ; à t=2s, N passe de1350 tr/min à 1450 tr/min Contrôle indirect : régulateur LQG pratiquement insensible à la variation de vitesse
4èm
e PAR
TIE
: Etude et com
mande de la M
AD
A en génératrice
44
Performances(robustesse vis à vis des variations de paramètres)Conditions de l'essai : Résistances Rs et Rr doublées, Inductances
magnétisante M divisée par 2
2 2.5 3
-5000
-4000
-3000
-2000
-1000
0
Régulateur PI
Temps (s)
P (W)
2 2.5 3-500
0
500
1000
1500
2000
2500
Temps (s)
Q (VAR)
2 2.5 3-500
0
500
1000
1500
2000
2500
Temps (s)
Q (VAR)
2 2.5 3
-5000
-4000
-3000
-2000
-1000
0
Régulateur LQG
Temps (s)
P (W)
2 2.5 3-500
0
500
1000
1500
2000
2500
Temps (s)
Q (VAR)
2 2.5 3
-5000
-4000
-3000
-2000
-1000
0
Régulateur RST
Temps (s)
P (W)
Contrôle indirect :
A t=2s, Qref=2kVAR ; à t=2,5s, Pref=-5kW ; à t=3s, N passe de1350 tr/min à 1450 tr/min Le régulateur LQG reste le plus performant malgré la présence d'oscillations
4èm
e PAR
TIE
: Etude et com
mande de la M
AD
A en génératrice
45
Essais avec le simulateur(schéma synoptique)
Cp
1R
V
1 3 22
Cp
R Vm
1
Js f1
K
12
2mes
MADA
f
mesP
K
-
VCouple méanique de la
turbine
1
r
r
Equation mécaniqueRéducteurCoeficient de puissance
de la turbine
2
Dispositif mécanique (turbine)
Dispositif électrotechnique
r
Commande
Vent
Pref
(essai en boucle ouverte)
RéseauAC
ACDCDC
Bus DC
Pref
Qref
Pmes
Qmes
Commandevectorielle
+
+
-
-
Cp
Vra
Vrb
VrcImpulsions
MLI
Calcul ducouple
Multiplicateur
4èm
e PAR
TIE
: Etude et com
mande de la M
AD
A en génératrice
46
Essais avec le modèle de turbine(Résultats des trois régulateurs)
-La présence de l’onduleur minimise les différences entre les régulateurs
- Meilleure régularité du régulateur LQG
4èm
e PAR
TIE
: Etude et com
mande de la M
AD
A en génératrice
47
Banc d'essais en cours de développement
MADA
Réseau220 / 380 V
50 Hz
MCCHACHEUR
IMPULSIONSMLI
IMPULSIONSMLI
CAPT.COURANT
CAPT.TENSION
CAPT.TENSION
CAPT.COURANT
CAPT.COURANT
TMS320F240
Carte DS1103
CNA
CAN
INTERFACE
CODEUR
INTERFACED’ADAPTATION
CARTEDE CDE
4èm
e PAR
TIE
: Etude et com
mande de la M
AD
A en génératrice
48
Interface graphique DSPACE control desk 4èm
e PAR
TIE
: Etude et com
mande de la M
AD
A en génératrice
49
Conclusions
Etude de deux systèmes de production d'énergie (autonome et relié au réseau) et d'un simulateur de turbine.
Modélisation simple du phénomène d'auto-excitation de la machine à cage en régime déséquilibré. Faibles différences théorie / pratique dues aux incertitudes sur la caractéristique de magnétisation.
Réalisation théorique et expérimentale d'un simulateur de turbine adaptable.
Comparaison de trois régulateurs linéaires pour la commande de la MADA en génératrice.
50
Perspectives
Finalisation du banc d’essais en cours de développement
Etude de la commande du deuxième convertisseur de la MADA pour autoriser la bidirectionalité du transfert de puissance
Intégration du dispositif sur un micro-réseau à l’étude au laboratoire
Modélisation plus fine du phénomène de saturation dans les machines asynchrones
Dispositif de stockage d'énergie et optimisation technique et économique de la chaîne de conversion
51
Mercide votre
attention.