Amélioration des performances des aérogénérateurs

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1 N d ode : Séie : الجمهورية الجزاي رية الديمقراطية الشعبية REPUBIQUE AGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPUAIRE MINISTERE DE ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE A RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIERSITE CONSTANTINE I Faculté de Science de la Technologie Dépatement d Electotechnique THESE Péenté en vue de l obtention du diplôme de doctoat en cience en Electotechnique Option : Modéliation et commande de machine électique Péenté pa : HAMDI NAOUE Magite en électotechnique de l univeité CONSTANTINE Amélioation de pefomance de aéogénéateu Soutenu le 3/7/3 Devant le juy : Péident : BENTOUNSI AMAR Rappoteu : BOUZID AISSA Examinateu : DRID SAID BENAA HOCINE AZOUI BOUBAKAR Pof. Univeité de Contantine Pof. Univeité de Contantine Pof. Univeité de Batna Pof. Univeité de Contantine Pof. Univeité de Batna

2 REMERCIEMENTS e tavail développé dan ce mémoie a été éalié au ein du laboatoie d Electotechnique Univeité de Contantine. Je voudai expime ma pofonde gatitude à mon encadeu Monieu BOUZID AISSA, Pofeeu à l Univeité Contantine, pou e encouagement, on uivi continuel aini que a igueu et e pécieux coneil. San a pepicacité et on appui, il auait été impoible de mene à bien ce tavail. Se connaiance et on expéience eteont pou moi une ouce contante de avoi. Je ui paticulièement enible à l honneu que me fait Monieu BENTOUNSI AMAR, Pofeeu à l Univeité Contantine d avoi bien voulu péide mon tavail. Me emeciement vont aui à l endoit de Monieu BENAA HOCINE, Pofeeu à l Univeité Contantine, Monieu DRID SAID Pofeeu à l Univeité de Batna et Monieu AZOUI BOUBAKEUR Pofeeu à l Univeité de Batna de m avoi fait l honneu d accepte d ête le examinateu de ce mémoie. Su un plan plu peonnel, J'aimeai maintenant emecie me poche et en pemie lieu me paent à qui je dédie ce mémoie. Et mon époux Nabil pou le outien qu'il m'a appoté. Je emecie me œu et me fèe qui m ont encouagé et coneillé, qui m ont lu et fait pat de leu obevation. Son oublié ma chèe amie et œu BABAA Fatima pou leu aide et encouagement. Nombeux ont celle et ceux qui m ont appoté aide et encouagement au cou de la pépaation de ce mémoie. Qu il en oient tou chaleueuement emecié.

3 DEDICACE Je tien à dédie ce tavail à : En pemie lieu mon PERE HAMDI KAME qui ne cee pa de m encouage et ma MERE AMINA pou a tendee pofonde. Mon mai NABI, Me fille ESSMA et HADI, Me œu, me fèe, Ma chèe amie et œu BABAA Fatima et a famille, Toute ma gande famille. Tou me ami. Me eneignant. 3

4 RESUME : objectif de cette thèe et d intoduie de tatégie de commande pou amélioe le pefomance de la DFIG utiliée pou la poduction de l énegie électique. Apè un bef appel théoique u la chaîne de conveion d énegie éolienne, on dee un état de l at en expoant quelque tavaux effectué dan le domaine. On modélie la chaîne de conveion d énegie éolienne pui, on abode le contôle vectoiel diect (FOC), indiect (IFOC) et à double oientation de flux (DFOC) appliqué de la DFIG. a technique de commande non linéaie «dite en mode gliant» et enuite intoduite. On conclue avec la commande diecte du couple (DTC) qui founie généalement une bonne dynamique du couple électomagnétique. De imulation numéique u Matlab/Simulink ont été implantée pou valide le méthode popoée. Mot clé : généatice aynchone à double alimentation (DFIG), le contôle vectoiel diect (FOC), le contôle vectoiel indiect (IFOC), contôle vectoiel à double oientation de flux (DFOC), mode gliant, la commande diect du couple (DTC). ABSTRACT: The objective of thi thei i to intoduce contol tategie to impove the pefomance of the DFIG ued fo the poduction of electical enegy. Afte a bief theoetical backgound on the ting conveion of wind enegy, it povide a tate of the at by expoing ome wok done in the field. Chain of wind enegy conveion i modeled then diect vecto contol (FOC), indiect (IFOC) and double-oientation flow (DFOC) applied the DFIG ae addeed. The non-linea contol technique " liding mode contol" i then intoduced. We conclude with diect toque contol (DTC) which geneally povided a good momentum of the electomagnetic toque. Numeical imulation on Matlab / Simulink have been implemented to validate the popoed method. Keywod: double-fed induction geneato (DFIG), the diect vecto contol (FOC), the indiect vecto contol (IFOC), double-oientation vecto flow (DFOC), liding mode contol (SMC), the Diect Toque Contol (DTC). ملخص:الهدف من العمل المعروض في هده الرسالة هو دراسة مختلف طرق التحكم من أجل تحسين أداء المولدات الاتزامنية ثناي ية التغذیة تستخدم لا نتاج الطاقة الكهرباي ية. بعد الخلفية الوجيزة على نظام تحویل طاقة الریاح إلى طاقة آهرباي ية,قمنا في جزء الثاني بنمدجة مختلف أجزاء المكونة لنظام تحویل طاقة الریاح إلى طاقة آهرباي ية,ثم قمنا في الجزء الثالث بعرض مختلف طرق التحكم الشعاعي, ثم تطرقنا في الجزء الرابع إلى تقنية التحكم الغير الخطي عن طریق الا سلوب ألانزلاقي من أجل تحسين برنامج التحكم الشعاعي, و في الا خير قمنا با دراج تقنية التحكم المباشر للعزم الكهرومغناطيسي,الذي یسمح با عطاء دینامكية سریعة للعزم و صلابة ضد تغيرات معاملات الا لة. برمجة رقمية في المتلاب سيملينك تم انجازها لاختبار مدى فعالية الطرق التي تم طرحها. مفاتيح: المولدات الاتزامنية ثناي ية التغذیة, التحكم الشعاعي الا سلوب ألانزلاقي, تقنية التحكم المباشر للعزم 4

5 Notation et ymbole [ ( θ )] : matice de inductance. θ : angle ente l axe otoique et l axe tatoique θ : angle électique elatif aux gandeu électique tatoique. θ : angle électique elatif aux gandeu électique otoique. : vitee de otation de la généatice. [ A ] : matice de Pak : tenion otoique. : tenion tatoique. [ A ] : matice invee de Pak modifiée. R : éitance de bobinage tatoique. R : éitance de bobinage otoique. : inductance cyclique pope tatoique. : inductance cyclique pope otoique. M : inductance cyclique mutuelle tato-oto. φ d : compoante diecte du flux au tato dan le epèe de Pak. φ q : compoante en quadatue du flux au tato dan le epèe de Pak. φ d : compoante diecte du flux au oto dan le epèe de Pak. φ q : compoante en quadatue du flux au oto dan le epèe de Pak. : matice de la tanfomation de KU. : vitee du vent en amont de l'aéogénéateu : vitee du vent en aval de l'aéogénéateu ρ : denité de l'ai F : foce de potance au oto de la tubine. Ptu : puiance extaite du vent pa le oto. P : puiance théoique. th C : coefficient de puiance. p Ω tu :vitee de otation de la tubine avant multiplicateu. R : ayon de la tubine éolienne. Cp : coefficient de puiance. β : angle de l'oientation de la pale. 5

6 p : nombe de paie de pôle. Γ : couple électomagnétique. em ω : pulation électique de gandeu tatoique. ω : vitee angulaie (pulation) électique du oto. uface de gliement. p : puiance active tatoique. Q : puiance éactive tatoique. p : puiance active otoique. Q : puiance éactive otoique. : compoante diecte de tenion au tato dan le epèe de Pak. d : compoante en quadatue de tenion au tato dan le epèe de Pak q d : compoante diecte de tenion au oto dan le epèe de Pak : compoante en quadatue de tenion au oto dan le epèe de Pak q i : compoante diecte du couant au tato dan le epèe de Pak. d i : compoante en quadatue du couant au tato dan le epèe de Pak. q i : compoante diecte du couant au oto dan le epèe de Pak. d i : compoante en quadatue du couant au oto dan le epèe de Pak. q f : compoante fowad de tenion au tato dan le epèe de KU. b : compoante backwad de tenion au tato dan le epèe de KU. : compoante fowad de tenion au oto dan le epèe de KU. f b : compoante backwad de tenion au oto dan le epèe de KU. i : compoante fowad du couant au tato dan le epèe de KU. f i b : compoante backwad du couant au tato dan le epèe de KU. i : compoante fowad du couant au oto dan le epèe de KU. f i b : compoante backwad du couant au oto dan le epèe de KU. : conjugué de. conjugué de. 6

7 ABREATIONS HAWT : tubine éolienne à axe hoizontal. AWT : tubine éolienne à axe vetical. SCIG : généateu aynchone à cage d écueuil. WRIG : généateu aynchone à oto bobiné. DFIG : généateu aynchone doublement alimenté. MI : modulation de lageu d impulion. PI : popotionnel intégateu. MPPT : the maximum powe point tacking. SM : modulation vectoielle. IMC : convetieu maticielle indiect. PMSG : généateu ynchone a aimant pemanent. CPC : contôle de la puiance contant. SMC : commande a mode gliant. CS : commande a tuctue vaiable. DTC : contol diect du couple. 7

8 TABE DES FIGURES Figue... chéma ynoptique de la DFIG 7 Figue.. Stuctue du tato et de contact otoique de la DFIG...8 Figue..3. Fonctionnement en mode moteu hypo ynchone...8 Figue..4. Fonctionnement en mode moteu hype ynchone....9 Figue..5. Fonctionnement en mode généateu hypo ynchone...9 Figue..6. Fonctionnement en mode généateu hype ynchone... Figue..7.tuctue complète de la chaine de conveion.. 5 Figue..8.tuctue complète de la chaine de conveion..6 Figue..9.Stuctue de la chaine de conveion pa la commande pa mode gliant...6 Figue...Sytème de conveion l énegie éolienne avec IMC...7 Figue...Stuctue de la commande vectoielle avec de égulateu logique flou-neuone...7 Figue... Schéma bloc d une PMSG avec une cacade d un convetieu multi niveau elie diectement au éeau..8 Figue..3. Schéma d une chaine de conveion d énegie éolienne avec Ulta condenateu... 8 Figue..4 Sytème de conveion d énegie éolienne avec un filte active de puiance. 9 Figue..5 Sytème bloc de la commande pédictive de puiance... Figue..6 a configuation d'une tubine éolienne équipée d une upe-capacité eliée éeau.. Figue..7 Sytème de conveion d énegie éolienne avec le contôle MPPT contôlé pa SMC Figue..8 ytème de conveion d énegie éolienne avec convetieu SM contôlé pa SMC.. Figue..9 ytème de conveion d énegie éolienne (WECS) avec BESS.. Figue.. chéma opéationnel de la chaine de conveion d énegie éolienne.7 Figue.. Repéentation du modèle tiphaé/tiphaé..8 Figue..3 Pincipe de la tanfomation de Pak appliquée à la DFIG...3 Figue.. 4 Tube de couant autou d'une éolienne.. 36 Figue..5. Coefficient aéodynamique de puiance.. 37 Figue. (.6) Coefficient aéodynamique en fonction du atio de vitee de la tubine.39 Figue. (.7) onduleu tiphaé et la DFIG...4 Figue..8. Stuctue du edeeu tiphaé....4 Figue.3. Oientation de l axe d u le flux tatoique 5 Figue.3.. Schéma bloc de la DFIG...53 Figue.3.3. Schéma bloc de la commande diect..54 Figue.3.4. Schéma de bloc de la commande indiecte...54 Figue Sytème égulé pa un égulateu PI Figue Régulateu IP. 56 Figue.3.7. Sytème égulé pa un égulateu IP...56 Figue.3.8. Sytème égulé pa un elai.57 Figue.3.9. Schéma bloc de commande indiecte églé pa un elai.58 Figue.3.. Schéma de bloc de commande diecte églé pa un elai...58 Figue.3.. couant otoique diect (contôle diect).58 8

9 Figue. 3.. Couant otoique en quadatue (contôle diect)...59 Figue Couant otoique diect (contôle indiect Bo).6 Figue Couant otoique en quadatue (contôle indiect Bo).6 Figue Suivi de conigne de puiance active (contôle diect) 6 Figue Suivi de conigne de puiance Réactive (contôle diect)...64 Figue Suivi de conigne de puiance active (contôle indiect Bo)...65 Figue Suivi de conigne de puiance Réactive (Contôle indiect Bo)...65 Figue Diagamme vectoiel de la DFIG apè oientation 66 Figue. 3.. Schéma de la commande vectoielle diect avec double oientation de flux de la DFIG 68 Figue. 3.. Suivi de conigne de puiance active (contôle diect)...69 Figue. 3.. Suivi de conigne de puiance éactive (contôle diect) 69 Figue.3.3. Flux otoique diect (contôle diect) 69 Figue.3.4. Flux otoique en quadatue (contôle diect) 7 Figue.3.5. Flux tatoique diect (contôle diect) 7 Figue.3.6. Flux tatoique en quadatue (contôle diect)..7 Figue.3.7. Suivi de conigne de puiance active (contôle indiect).7 Figue.3.8. Suivi de conigne de puiance éactive (contôle indiect)..7 Figue.3.9. Flux otoique diect (contôle indiect)...7 Figue.3.3. Flux otoique en quadatue (contôle indiect) 7 Figue.3.3. Flux tatoique diect (contôle indiect)...7 Figue.3.3. Flux tatoique en quadatue (contôle indiect)...7 Figue.4..Mode de gliement éel..76 Figue.4.. Fonction (non linéaité tout ou ien)..8 Figue.4.3.Schéma bloc de la commande à mode gliant en puiance appliqué à DFIG...83 Figue.4.4.Schéma bloc de la commande à mode gliant en couant appliqué à DFIG 85 Figue.4.5.Suivi de conigne de puiance active (commande en puiance)..86 Figue.4.6.Suivi de conigne de puiance éactive (commande en puiance)...86 Figue.4.7. Flux tatoique quadatue (commande en puiance) 87 Figue.4.8. Flux tatoique diect (commande en puiance) Figue.4.9. Couant otoique diect (commande en puiance) Figue.4.. Couant otoique quadatue (commande en puiance).88 Figue.4..Suivi de conigne de puiance active (commande en Couant)...88 Figue.4..Suivi de conigne de puiance éactive (commande en couant). 88 Figue.4.3. Flux tatoique diect (commande en couant).89 Figue.4.4. Flux tatoique en quadatue (commande en couant)...89 Figue.4.5. Couant otoique diect (commande en couant).89 Figue.4.6. Couant otoique quadatue (commande en Couant)...9 Figue.4.7.Schéma bloc de SMC avec la tanfomation de Ku appliqué à DFIG

10 Figue.4.8.Suivi de conigne de puiance active...94 Figue.4.9.Suivi de conigne de puiance éactive 94 Figue.4..Flux tatoique fo-wad 94 Figue.4.. Flux tatoique back-wad Figue.4..Couant otoique fo-wad.. 95 Figue.4.3.Couant otoique back-wad...95 Figue.4.4.Suivi de conigne de puiance active avec la tanfomation de KU..96 Figue.4.5.aiation de la éitance otoique en fonction du temp 96 Figue.4.6.Suivi de conigne de puiance éactive avec la tanfomation de KU 97 Figue.4.7.Couant otoique fo-wad..97 Figue.4.8.Couant otoique back-wad...98 Figue.4.9.Suivi de conigne de puiance active tanfomation de Pak (contol en couant)...98 Figue.4.3.Suivi de conigne de puiance éactive avec la tanfomation de Pak (contol en Couant) 98 Figue.4.3.Couant otoique diect avec la tanfomation de Pak (contol en couant)...99 Figue.4.3.Couant otoique en quadatue avec la tanfomation de Pak (contol en Couant)...99 Figue.4.33.Suivi de conigne de puiance active avec la tanfomation de Pak (contol en Puiance).. Figue.4.34.Suivi de conigne de puiance éactive tanfomation de Pak (contol en Puiance) Figue.4.35.Couant otoique diect avec la tanfomation de Pak (contol en puiance). Figue.4.36.Couant otoique en quadatue avec la tanfomation de Pak (contol en Puiance).. Figue.5. : Stuctue de bae de la commande diecte du couple elon TAKAHASHI... 5 Figue.5. : epéentation de flux tatoique et otoique...6 Figue.5.4 : élection de tenion coepondant au contôle du flux..8 Figue.5.5 : contôleu à hytééi à deux nivaux..9 Figue.5.6 : compaateu à hytééi à toi niveaux utilié pou le églage du couple Electomagnétique.

11 Figue.5.7 : Schéma Simulink de l onduleu de tenion utilié en ca du DTC.3 Figue5.8. Schéma bloc de la commande diect du couple appliqué u le DFIG..3 Figue5.9. Schéma de la chaine de conveion l énegie éolienne avec la DTC u le MATAB/Simulink...4 Figue.5.. Couple électomagnétique.4 Figue. 5.. Module du vecteu flux otoique..5 Figue.5.. Couant otoique de la phae a..5 Figue.5.3. Evolution du flux otoique 5 Figue.5.4. Commutation de l inteupteu...6

12 TABE DES MATIERS INTRODUCTION GENERAE CHAPITRE : Etat de l at et technique de commande de la Chaine de conveion éolienne. Intoduction 5. Pincipe de bae d éolienne 5.. Tubine Eolienne à Axe Hoizontal (HAWT) 6.. Tubine Eolienne à Axe etical (AWT) 6.3 Pincipaux compoant d une éolienne 7 a. e mât 7 b. e Pale 7 C. Nacelle 7 C. Généateu 7 C.. Généateu Aynchone 8 C.. Généateu Aynchone à Cage d Ecueuil 8 C..3 Généateu Aynchone à Roto Bobiné (WRIG) 8 C..4 Généateu Aynchone Doublement Alimenté (DFIG) 8.4. Stuctue de machine aynchone à double alimentation 9.5. Pincipe de fonctionnement de la généatice double alimentation 9.5. Fonctionnement en mode moteu hypo ynchone.5. Fonctionnement en mode moteu hype ynchone.5.3 Fonctionnement en mode généateu hypo ynchone.5.4 Fonctionnement en mode généateu hype ynchone.6 Avantage et le inconvénient de la DFIG.6. Avantage de la DFIG.6.. Inconvénient de la DFIG.7.Concluion 3.8 Refeence Bibliogaphie 4

13 CHAPITRE : Modéliation et étude du ytème de conveion. Intoduction 6. Synthèe de quelque modèle applicable à la machine aynchone double 8 alimentation.. Modèle tiphaé / tiphaé 8 a. Equation électique 9 b. Equation de flux 3 c. équation mécanique.. a tanfomation de Pak à la DFIG a tanfomation de KU appliquée à la DFIG 34.3 Modèle de la tubine Théoie de Betz 37.4 Modéliation de l onduleu tiphaé 4.5 Modéliation du edeeu tiphaé à MI 43.6 Concluion 46.7 Réféence bibliogaphie 47 CHAPITRE 3 : Commande vectoielle de DFIG 3. Intoduction Commande vectoiel de DFIG Relation ente le couant tatoique et otoique Expeion de puiance active et éactive dan le epèe ynchone Expeion de tenion otoique en fonction de couant otoique Difféente méthode de la commande vectoielle Commande vectoiel diect de DFIG Commande vectoiel indiect de DFIG an boucle de puiance Synthèe de égulateu Régulateu PI Régulateu IP Réglage avec un elai 6 3

14 3.5 Réultat de imulation Commande vectoielle pa double oientation de flux Réultat de Simulation Concluion Réféence bibliogaphie 73 CHAPITRE 4 : Commande pa mode gliant de DFIG 4. Intoduction Hitoique de la commande pa mode gliant Pincipe de la commande pa mode de gliement Stuctue de la commande pa mode de gliement Choix de uface de gliement Condition d exitence et de convegence du égime gliant Théoie de la commande Application de la commande à mode gliant à la DFIG Suface de égulation de la puiance active Suface de égulation de la puiance éactive Suface de égulation du couant diect Suface de égulation du couant en quadatue 4.7 Simulation et intepétation de éultat a commande pa mode gliant avec la tanfomation de Ku Suface de égulation du couant fowad Suface de égulation du couant backwad Simulation et intepétation de éultat Robutee Concluion 4. Refeence bibliogaphie CHAPITRE 5 : Commande diect du couple DTC de DFIG 5. Intoduction 3 5. Pincipe global de DTC 5 4

15 5.3 a commande diecte du couple (DTC) appliqué à DFIG Contôle du flux otoique Contôle du couple électomagnétique Etimation du flux otoique et du couple électomagnétique 5.7 Elaboation de la table de commutation 5.8 Onduleu utilié pou le DTC 5.9 Stuctue généale du contôle diect du couple de la DFIG 5 5. Péentation le éultat de la imulation 6 5. Concluion 7 5. Réféence bibliogaphie 5 CONCUSION GENERAE 8 ANNEXE A: Identification de paamète de la DFIG ANNEXE B : la commande de la tubine éolienne 5

16 Intoduction généale Aujoud hui plu de 85% de l énegie poduite et obtenue à pati de matièe foile comme le pétole, le chabon, le gaz natuel ou de l énegie nucléaie. e fome de poduction d énegie non enouvelable engendent une fote pollution envionnementale pa ejet de gaz à effet de ee qui povoque un changement climatique iéveible ou dan le ca du nucléaie une pollution pa adiation de longue duée qui poe, aujoud hui, le poblème du tockage de déchet adioactif qui et encoe non éolu. a poduction énegétique et alo centaliée et mie en éeau ente pluieu ite de poduction et de conommation. Cependant, le caactèe capicieux de ouce enouvelable poe le poblème de la diponibilité énegétique et du tockage de mae, aué actuellement pincipalement pa l hydaulique. aute agument qui milite à l avantage de ouce enouvelable et lié à la péennité de ce eouce d énegie. Une de popiété qui limite l utiliation de l énegie enouvelable et liée au fait que la matièe pemièe (ouce de l énegie) n et pa tanpotable dan la majoité de ca contaiement aux ouce taditionnelle comme le pétole ou l uanium qui ont extait de giement epectif et acheminé «an go poblème» ve le ditibuteu ou le uine qui peuvent ête éloignée de millie de kilomète ; pa conte, le lieu de «l extaction» de l énegie enouvelable et déteminant. Pou le lieu de tanfomation eule la biomae emble avoi le popiété le main etictive pa exemple un ite éolien doit ête péciément déteminé en choiiant le lieux géogaphique le plu égulièement venté. e panneaux olaie doivent évidemment ête placé dan le zone bien enoleillée. Dan le zone où le éeau exite, il et donc patique et, dan la majoité de ca, néceaie de tanfome l énegie enouvelable ou la fome électique qui et tanpotable via le ligne électique. Pami le énegie enouvelable, toi gande famille émegent : l énegie d oigine mécanique (houle, éolienne), l énegie électique (panneaux photovoltaïque) et l énegie ou 6

17 fome de la chaleu (géothemie, olaie themique.), en achant qu à la bae de toute ce énegie, il y a l énegie en povenance du oleil tanfomée enuite pa l envionnement teete. Etant donné que l énegie mécanique et tè difficilement tanpotable, elle n et utiliable diectement que ponctuellement (pompage diect de l eau, moulin,.). Cette énegie et donc majoitaiement tanfomée en énegie électique. A l exception de la biomae et de l hydaulique, l aute inconvénient majeu de énegie enouvelable vient de la non égulaité de ce eouce, le fluctuation de demande en puiance, elon le péiode annuelle ou jounalièe, ne ont pa focément en phae avec le eouce. Face à la coiance de la conommation d électicité et aux poblème d envionnement planétaie (enfocement de l effet de ee du fait de émiion de gaz polluant iu de eouce foile, pluie acide, développement de l énegie nucléaie), l éolien et une olution i l on veut pene et agi localement. Cette énegie éolienne a l avantage d ête non polluante à l utiliation. Dan ce cade, la péent thèe décit une multitude de technique de commande altenative à la commande vectoielle, à avoi : - la commande vectoielle diecte et indiecte et la commande vectoielle à double oientation de flux. - la mie en œuve d une loi de commande non linéaie ou la commande à mode gliant. Nou péenteon enuite une aute technique de commande concenant le contôle diect du couple appelée (DTC) baée u la détemination diecte de équence de commutation de l onduleu de tenion afin de contôle imultanément le flux et le couple. Ce tavail de thèe et tuctué en cinq chapite : e pemie chapite fait l objet d un apeçu u le difféent type d éolienne avec leu contitution et leu pincipe de fonctionnement, aini que u le difféent type de généateu utilié dan la chaîne de conveion. Un état de l at de difféent tavaux (aticle et en ouvage) intéeant à la commande de cette machine et expoé. 7

18 e econd chapite pote u la modéliation d une chaine de conveion éolienne, baée u une généatice aynchone à double alimentation et pilotée pa le oto via de convetieu contôlé pa MI, aini qu une modéliation de la tubine éolienne, de l onduleu et du edeeu. e toiième chapite pote u difféente commande vectoielle du DFIG telle que la commande diecte qui effectue la égulation diectement u le puiance an pende en compte le couplage intene exitant ente le puiance dan le DFIG. Cette olution et imple à mette en œuve et pemet d obteni apidement de fonctionnement convenable de l enemble. Nou péenteon enuite la méthode indiecte qui a pou ôle de égule le couant otoique de la DFIG. Cette méthode, plu complexe, donne un fonctionnement imilaie à celui de la commande diecte mai pemet une potection du généateu. Ce deux commande baée u toi égulateu difféent (e Popotionnel Intégal (PI) utilié comme éféence, le égulateu Intégal Popotionnel (IP) et la égulation avec elai). Ce égulateu ont compaé en teme de pouuite de tajectoie et enibilité aux petubation. a deuxième patie du chapite et conacée à l étude d une loi de commande pou la DFIG baée u la double oientation de flux du tato et du oto en leu impoant une othogonalité ente eux pou dipoe d une commande linéaie et découplée du modèle du généateu. e quatième chapite péente la commande pa mode gliement de la DFIG. Nou péenteon en pemie lieu un appel théoique u la commande pa mode gliant de ytème à tuctue vaiable baée u la DFIG. Nou abodeon enuite la conception de l algoithme de commande avec e difféente étape. Deux appoche ont conidéée pou cette commande : a pemièe concene la commande à mode glient avec la tanfomation de Pak qui et la plu utiliée. a deuxième epoe u la commande à mode gliant avec la tanfomation de Ku, qui impoe une cetaine implification u cette commande. Nou monteon enfin le avantage appoté pa ce type de églage, tout en expoant le éultat de imulation. 8

19 e cinquième et denie chapite et dévoué à l étude de la technique de contôle diect du couple (DTC). e éultat obtenu dan ce invetigation nou pemettont de conclue u le méthode utiliée et d enviage le pepective pou ce tavail. Une concluion généale éuniant toute le concluion éume u ce tavail. 9

20 Chapite I Etat de l at et technique de commande de la chaîne de conveion éolienne

21 . Intoduction e éolienne epéentent une pat impotante de la poduction d'énegie enouvelable. Suite à la cie pétolièe euopéenne de année 7, le développement et la commecialiation de tubine éolienne ont été fotement encouagé. Depui lo, l'exploitation de eouce éolienne et de plu en plu pefomante et l'indutie éolienne a connu un eo conidéable lo de la denièe décennie. e tubine éolienne ont de plu en plu puiante, le endement et la diponibilité augmentent et le pac éolien ont de plu en plu gand. a conommation énegétique mondiale et en contante augmentation. Dan le but de limite le échauffement climatique, la plupat de gouvenement euopéen ont entepi de démache viant à éduie l'émiion de dioxyde de cabone. Il et aujoud'hui acqui que ce objectif ne eont atteint que pa éduction de conommation énegétique et pa la mie en place de tuctue d'exploitation de énegie enouvelable de gande envegue. Dan ce chapite, on intéee eentiellement aux difféent type d éolienne avec leu contitution et leu pincipe de fonctionnement, aini qu aux difféent type de généateu utilié dan la cette chaîne de conveion. Un état de l at de difféent tavaux (aticle et ouvage) intéeant à la commande de cette machine et enuite expoé.. Pincipe de bae de l éolien e tubine éolienne poduient de l'énegie en convetiant l'énegie du vent oufflant u le pale du oto en énegie mécanique de otation. a tuctue de bae de tubine éolienne conite aujoud hui en un oto pou capte l énegie du vent en la tanfomant en énegie en otation, un ytème d engenage pou démultiplie la vitee de otation du oto et une machine électique pou conveti l énegie mécanique en électicité. Il exite difféente façon de clae le tubine éolienne qui appatiennent pincipalement à deux goupe elon l oientation de leu axe de otation, celle à axe hoizontal et celle à axe vetical... Tubine éolienne à axe hoizontal (HAWT) Une tubine à axe de otation hoizontal demeue face au vent, comme le hélice de avion et de moulin à vent. Elle et fixée au ommet d une tou, ce qui lui pemet de capte une quantité plu impotante d énegie éolienne. a plupat de éolienne intallée ont à axe hoizontal. Ce choix péente pluieu avantage, comme la faible vitee d amoçage et un coefficient de puiance (appot ente la puiance obtenue et la puiance de la mae d ai en mouvement) elativement élevé, le démaage de façon autonome et le faible

22 encombement au niveau du ol. Toutefoi, la boite de vitee et la machine électique doivent ête intallée en haut de la tou, ce qui poe de poblème mécanique et économique. Pa ailleu l oientation automatique de l hélice face au vent néceite un ogane upplémentaie. Selon on nombe de pale, une HAWT et dite mono-pale, bipale tipale ou multi-pale [,]... Tubine Eolienne à Axe etical (AWT) axe de otation d une AWT et vetical pa appot au ol et pependiculaie à la diection du vent. Ce type de tubine peut ecevoi le vent de n impote quelle diection, ce qui end inutile tout dipoitif d oientation. e généateu et la boite d engenage ont dipoé au niveau du ol, ce qui et plu imple et donc économique a maintenance du ytème et également implifiée dan la meue où elle e fait au ol. Ce tubine ne dipoent pa de commande d angle de pale comme cetaine HAWT. inconvénient, pou cetaine AWT, et la néceité d un dipoitif auxiliaie de démaage []. e éolienne ont diviée en toi catégoie elon leu puiance nominale. éolienne de petite puiance : inféieu à 4 W. éolienne de moyenne puiance : de 4 à quelque centaine de kw. éolienne de fote puiance : upéieu à MW. A tite de compaaion, le tableau ci-deou popoe une claification de ce tubine elon la puiance qu elle délivent et le diamète de leu hélice [3]. Echelle Diamète de l hélice Puiance délivée Petite Moin de m Moin de 4 kw Moyenne m à 45 m De 4 kw à MW Gande 46 m et plu MW et plu.3 Pincipaux compoant d une éolienne Une éolienne et généalement contituée de toi élément pincipaux, le mât, le pale et la nacelle. a- e mât Généalement un tube d acie ou éventuellement un teilli métallique. Il doit ête le plu haut poible pou évite le petubation pé du ol.

23 b- e pale e pale ont fabiquée en polyete enfocé pa de la fibe de vee ou de la fibe de cabone. On touve dan le commece de pale allant de à plu de mète. e pale ont montée u un moyeu en acie. Cetaine pale ont montée u un dipoitif pemettant de faie vaie l'angle d'attaque au vent. c- a nacelle a nacelle et la alle de machine de la tubine. a nacelle epoe u le mat et peut 'oiente pou place le oto pependiculaiement à la diection du vent. Ce ytème d'oientation et entièement automatique et contôle pa une giouette ituée u la nacelle. a alle de machine et acceible depui le mat et contient le élément pincipaux : le palie, la boite de vitee, le généateu, le fein et le ytème de otation aini que la chaîne de tanmiion pemettant de tanmette de couple oto à la boite de vitee. c. - e généateu application la plu féquente de tubine éolienne et aujoud hui la poduction d électicité. Pou cela, l utiliation d une machine électique et indipenable. e généateu habituellement enconté dan le éolienne ont péenté dan ce qui uit. Difféent type de machine électique peuvent ête utilié pou la généation de puiance éolienne. De facteu technique et économique fixent le type de machine pou chaque application. Pou le petite puiance (< kw), la implicité et le coût éduit de généateu ynchone à aimant pemanent (PMSG) expliquent leu pédominance. Dan le application de plu fote puiance, juqu à MW envion, le généateu aynchone et plu couant et économique. c..- e généateu aynchone e généateu à induction et lagement utilié dan le tubine éolienne de moyenne et gande puiance en aion de a obutee, a implicité mécanique et on coût éduit. Son inconvénient majeu et la conommation d un couant éactif de magnétiation au tato. c..- e généateu aynchone à cage d écueuil (SCIG) Juqu à péent la SCIG coepond au choix pépondéant de pa a implicité, on bon endement et une maintenance éduite [4]. a demande de puiance éactive et compenée pa la connexion d un goupe de condenateu en paallèle avec le généateu, ou pa la mie en œuve d un convetieu tatique de puiance. 3

24 c..3- e généateu aynchone à oto bobiné (WRIG) Gâce à un ytème de bague et balai, la tenion appliquée au oto peut ête commandée pa un convetieu électonique de puiance. énegie peut aini ête appliquée ou extaite du oto, le généateu peut e magnétie pa le oto comme pa le tato [4]. c..4- e généateu aynchone doublement alimenté (DFIG) Pou cette machine, le oto et bobiné et compote de enoulement tiphaé couplé en étoile aocié à de bague collectice qui pemettent d alimente e enoulement. e tato et identique à celui d une machine aynchone à cage. On connecte toujou le tato au éeau mai ici, au lieu de cout-cicuite le enoulement otoique, on le alimente en altenatif à féquence vaiable à pati du éeau (figue.) [5, 6,7]. Cette généatice fea l'objet d'une étude détaillée dan la econde patie de ce mémoie. FIG... SCHEMA SYNOPTIQUE DE A DFIG.4 Stuctue de machine aynchone à double alimentation a machine aynchone à double alimentation péente un tato analogue à celui de machine tiphaé claique (aynchone à cage ou ynchone), contitué le plu ouvent de tôle magnétique empilée, munie d encoche dan lequelle viennent inée le enoulement. oiginalité de cette machine povient du fait que le oto n et plu une cage d écueuil coulée dan le encoche d un empilement de tôle, mai il et contitué de toi bobinage connecté en étoile dont le extémité ont eliée à de bague conductice u lequelle viennent fotte de balai loque la machine toune (figue.) 4

25 FIG.. STRUCTURE DU STATOR ET DES CONTACTS ROTORIQUES DE A DFIG.5 Pincipe de fonctionnement de la généatice double alimentation e tato et diectement connecté au éeau et le oto et alimenté pa un onduleu. Comme la machine aynchone claique, la DFIG pemet de fonctionne en moteu ou en généateu, mai la gande difféence éide dan le fait que pou la DFIG, ce n et plu la vitee de otation qui impoe le mode de fonctionnement moteu ou généateu [8]. Effectivement, une machine à cage doit toune en deou de a vitee de ynchonime pou ête en moteu et au deu pou ête en généateu. Ici, c et la commande de tenion otoique qui pemet de gée le champ magnétique à l intéieu de la machine, offant aini la poibilité de fonctionne en hype ou hypo ynchonime aui bien en mode moteu qu en mode généateu. Nou allon péente ucceivement ce difféent mode de fonctionnement [9]..5. Fonctionnement en mode moteu hypo ynchone On peut voi u la figue.3 que la puiance et founie pa le éeau au tato et la puiance de gliement tanite pa le oto pou ête éinjectée au éeau. On a donc un fonctionnement moteu en deou de la vitee de ynchonime. a machine aynchone à cage claique peut fonctionne aini mai la puiance de gliement et alo diipée en pete joule dan le oto. 5

26 Fig..3. QUADRANTS DE FONCTIONNEMENT DE A MACHINE ASYNCHRONE A DOUBE AIMENTATION.5. Fonctionnement en mode moteu hype ynchone a figue.3 illute le fait que la puiance et founie pa le éeau au tato et la puiance de gliement et également founie pa le éeau au oto. On a donc un fonctionnement moteu au deu de la vitee de ynchonime. a machine aynchone à cage claique ne peut pa avoi ce fonctionnement..5.3 Fonctionnement en mode généateu hypo ynchone a puiance et founie au éeau pa le tato aini que la puiance de gliement. On a donc un fonctionnement généateu en deou de la vitee de ynchonime. a machine aynchone à cage claique ne peut pa avoi ce mode de fonctionnement..5.4 Fonctionnement en mode généateu hype ynchone a puiance et alo founie au éeau pa le tato et la puiance de gliement et écupéée via le oto pou ête éinjectée au éeau. On a donc un fonctionnement généateu au deu de la vitee de ynchonime. a machine aynchone à cage claique peut avoi 6

27 ce mode de fonctionnement mai, dan ce ca, la puiance de gliement et diipée en pete joule dan le oto..6 Avantage et le inconvénient de la DFIG Nou intoduion apidement dan ce paagaphe quelque avantage et inconvénient de la généatice à double alimentation lo de on fonctionnement à vitee vaiable..6. Avantage de la DFIG Pami e nombeux avantage, nou citon [] : a meue de couant au tato et oto, contaiement à la machine à cage, donnant aini une plu gande flexibilité et péciion au contôle du flux et du couple électomagnétique. Elle offe pluieu poibilité de econfiguation gâce à a double alimentation, ce qui pemet à cette denièe de touve un lage domaine d application. e convetieu lié le oto et dimenionné au tie de la puiance nominale de la machine pou une vitee de fonctionnement autou de celle de ynchonime. Dan ce ca, le pete dan le inteupteu à emi-conducteu ont faible, et pa conéquent un endement élevé du ytème de conveion. a poibilité de fonctionne à couple contant au delà de la vitee nominale. Un fonctionnement en égime dégadé, i l un de deux convetieu tombe en panne, plu ouple que la machine à imple alimentation..6.. Inconvénient de la DFIG Machine plu volumineue que celle à cage, généalement elle et plu longue à caue de balai. e coût total de la machine aevie et plu impotant que celui de la machine à cage. néceite une maintenance, ce qui va augmente le cout d exploitation. a péence du ytème engende de effet indéiable u la machine comme le fottement. Avant d abode l étude et la commande de la chaîne de conveion d énegie éolienne, un état de l at de tavaux, en aticle et en ouvage, intéeant à cette chaîne impoe. e bilan de cette ynthèe bibliogaphique dégage le pincipaux point qui ont contibué à 7

28 l étude de la chaîne et pemet aini de itue ce tavail pa appot à ceux déjà effectué et de défini le voie de echeche ve lequelle il oiente. Pami le pemie à intéee à la DFIG en généatice, nou citon HOMES (984) qui étudie dan on aticle [] une machine à deux enoulement otoique alimenté pa un cyclo-convetieu. Cette machine fonctionne en généatice entaînée pa une éolienne. e éultat obtenu ont atifaiant loque le couple et popotionnel au caé de la vitee. En (988) IOANNIDES intéee pincipalement aux zone d intabilité de la DFIG et au non linéaité de on cicuit magnétique. Se éultat montent que la tabilité de la machine et affectée pa le petubation de la vitee, de la chage et de féquence d excitation indépendamment du facteu de puiance. Quand à la atuation, il et avéé qu elle mène à deux féquence: l une aynchone, l aute ynchone. a majoité de éultat théoique ont confimé expéimentalement []. En (99) GHEYSENS, compae l influence d une alimentation en tenion ou en couant u le compotement de la machine. e enoulement otoique ont elié à un cycloconvetieu. Il intoduit la notion de toi couple difféent : un couple aynchone tatoique, un couple aynchone otoique et un denie couple iu de l inteaction de la ouce de tenion au tato et le couant ou la tenion au oto. Une éie de éultat expéimentaux fait u une machine de 4.5 kw complète l étude [3]. En (99) YAMAMOTO, étudie le ca d une DFIG dont le oto et alimenté pa un cycloconvetieu et dédiée à de application du type hydoélecticité et éolien. Son étude pote pincipalement u le contôle de puiance active et éactive du tato aini que u le fome d onde de couant. analye pectale de couant tatoique et otoique pemet d affime que cetaine hamonique du couant otoique ont tanmie à l enoulement tatoique, ce qui change la féquence de ce denie. De éultat expéimentaux ont péenté afin de valide l étude popoée [4]. En (99) TOUMI, étudie la tabilité de la DFIG en vue de application éolienne. Il établi un modèle mathématique linéaie de la machine en vue de lui applique le citèe de ROUTH. influence de l inetie aini que du appot de tenion tatoique et otoique et étudiée [5]. En (994) BOGAECKA péente une étude théoique d une DFIG ([6], [7]) débitant u un éeau altenatif en utiliant un onduleu de tenion à MI égulé en couant au oto. Deux méthode de commande vectoielle an capteu de vitee ou de poition ont popoée. e imulation effectuée potent u une machine de. MW de puiance. e éultat obtenu montent un lége couplage ente le puiance active et éactive. Une étude de tabilité et 8

29 enuite effectuée à pati de fonction de tanfet linéaité. e éultat expéimentaux confiment l étude théoique. En (995) TANG et XU, étudient une DFIG entaînée à vitee vaiable pa une éolienne. e oto et elié au éeau pa deux onduleu de tenion connecté à un bu continu. Il eaient de ynthétie de loi de commande de puiance active et éactive. a tatégie de commande popoée conite en la minimiation de pete joule en optimiant la puiance éactive au tato, aini qu un flux tatoique d amplitude et de féquence contante [8]. En (996), PENA péente une étude concenant la DFIG en généatice aociée à une éolienne en utiliant une aociation edeeu MI - onduleu MI au oto. avantage d une telle tuctue et qu elle pemet le églage indépendant de puiance founie pa l alimentation et le fonctionnement dan une gande plage de vitee [9]. En (997), E HAGRY péente une étude théoique de la MADA dont le oto et connecté au éeau à tave deux pont à thyito. a machine fonctionne en hypo ynchone et hype ynchone. a commande adoptée cheche le églage de compoante de la tenion otoique. utiliation d un filte de Kalman étendu a pemi le fonctionnement à couple électomagnétique nominal []. En 999, dan e tavaux de echeche, PERESADA conidèe un oto lié à un onduleu de tenion et popoe de faie une égulation «aymptotique» de puiance active et éactive tatoique pa une égulation de couant tatoique (actif et magnétiant). e epèe tounant et lié à la tenion tatoique. auteu pouve, uite à de imulation et de eai expéimentaux, que le ytème et obute face à de vaiation paamétique et face à une eeu de la meue de la poition mécanique du oto []. En, KEBER étudie le fonctionnement de la DFIM en moteu entaînant une pompe et en généatice, entaînée pa une tubine hydaulique. Il péente une étude de la tabilité de la machine aini que le pincipe de commande en couant de deux onduleu. auteu conclut que la DFIG poède de pôle à faible amotiement avec une pulation pope poche de la féquence du éeau, toutefoi le choix d une faible bande paante pou le boucle de couant élimine ce poblème. Il monte qu avec la DFIG, il et poible de tavaille dan le quate quadant avec une commande découplée de la vitee et de puiance. En mode de pompage, la vitee ea ajutée pou aue une conommation optimale de la puiance diponible. De éultat expéimentaux viennent appuye l étude théoique []. En DITTRICH, intéee dan on aticle à la qualité de la puiance d une DFIG dédiée à une application du type éolien dont le oto et connecté à un onduleu de tenion. Il 9

30 popoe d amélioe le couant délivé pa la machine en compenant leu hamonique pa le méthode de compenation due à de effet econdaie. Il contate que ce hamonique appaaient uite à la ditoion de la tenion du éeau et de ocillation du flux. e meue éaliée u une machine de 4 kw pouvent l efficacité d une telle méthode [3]. DATTA [4] popoe une commande vectoielle pa oientation du flux tatoique an capteu de poition ni de vitee d une DFIG dédiée à une application éolienne. etimation de la poition e fait à pati de couant tatoique et otoique et de tenion tatoique et lui pemet pa la uite d etime le flux tatoique. Cette méthode d etimation péente une faible dépendance vi-à-vi de vaiation paamétique de la machine. De éultat de imulation aui bien que de validation expéimentale y ont péentée à l appui. En, SCHUZ compae le pefomance d une généatice doublement alimentée à celle d une généatice aynchone de même puiance (.5 MW) pou une application éolienne. Il étudie la vaiation du facteu de puiance de chaque généatice en fonction de la vaiation de la vitee du vent. Il étudie aui la vaiation du taux de ditoion hamonique en fonction de la puiance active de la généatice. En concluion, et du point de vue qualité de la puiance founie, il n y pa de gande difféence ente le deux généatice. a eule difféence et au niveau de hamonique où la généatice aynchone doublement alimentée péente un nombe plu impotant à caue du convetieu au oto [5]. Enuite BEND étudie le contôle d une DFIG dont le oto et alimenté pa un onduleu indépendant. Il vie de application detinée à la généation d électicité à tave l hydaulique ou l éolien. Il développe une nouvelle tatégie pemettant un contôle indépendant de équence poitive et négative de couant tatoique. Cela donne une immunité au facteu de puiance face aux petubation du éeau et un contôle plu flexible de couant tatoique. Cette appoche peut amélioe la qualité de la puiance founie u de ite iolé néceitant de long câble pou ête connecté au éeau. Seul de éultat de imulation ont péenté. Il attetent de bonne pefomance du contôle adopté [6]. En 3, POITIERS étudie une DFIG où le oto et elié à un onduleu. Il établit une commande du type vectoielle avec un éféentiel tounant lié au flux tatoique. étude pote u la compaaion ente un coecteu PI claique et un coecteu adaptatif type RST. Ce coecteu vient le égulation du flux tatoique et du couple. e épone tempoelle donnée pa le deux type de coecteu ont enuite compaée. e citèe ont la echeche de la puiance active optimale, l adaptation face à une vaiation de vitee butale et la obutee face aux vaiation de paamète électique. e concluion pouvent que 3

31 le égulateu RST donne de éultat meilleu en teme de obutee vi-à-vi de vaiation paamétique électique et mécanique [9]. En 4, S. A AIMANI expoe un modèle et une tatégie de commande d une éolienne à vitee vaiable baée u une machine aynchone oto bobiné à double alimentation, connecté au éeau pa l intemédiaie d un convetieu. e dipoitif de commande de la généatice éolien e compoe de toi fonctionnalité : Contôle de la tubine éolien pa un algoithme pemettant une extaction maximale de la puiance (MPPT) tout en limitant le flux de puiance éactive, un contôle vectoiel de la généatice et le contôle du convetieu connecté au oto [7]. Dan on aticle en 5, PETERSSON fait la compaaion ente quate méthode de commande de couant otoique d une DFIG entaînée pa une éolienne. e but de cette égulation et d élimine la foce conte électomotice au oto conidéée comme une petubation dan le boucle de couant. auteu touve que la méthode appelée à «éitance active» et la meilleue pou aue cette élimination. Cette méthode péente, en plu, la meilleue tabilité et la meilleue obutee vi-à-vi de vaiation paamétique [8]. En 6, E. CHEKHET popoe un ytème de généation autonome (iolé) à vitee vaiable et à féquence contante à bae d une généatice à oto bobiné alimentée pa un convetieu maticiel au niveau du oto. Il adopte un algoithme de commande pa oientation du éféentiel uivant la tenion tatoique pou la commande éloignée du ytème conidéé aini que celui pa la technique de modulation vectoielle (SM) pou la commande appochée du convetieu maticiel dont l objectif de génée une tenion à une féquence et une amplitude contante au niveau du tato. e ytème complet a été teté pa une étude de imulation ou l envionnement Matlab/Simulink. auteu contate que la commande popoée pemet d obteni une tenion généée pa la DFIG avec une féquence contante et indépendante de la vitee d entainement, de même que le fome d onde de tenion et de couant du tato et du oto péentent de bonne qualité qui conviennent aux application de énegie éolienne [9]. EN 7, KRICHE intéee dan on étude à la modéliation, la commande et l inteaction de deux aéogénéateu à bae de machine aynchone à cage fonctionnant à vitee vaiable couplé au éeau au tave de convetieu tatique. Il commence pa imule la chaîne de conveion d une eule éolienne en adoptant le modèle continu équivalent de convetieu. Pou contôle la tenion du bu continu et le chage de puiance active et éactive, il a implanté de coecteu de type popotionnel intégal, 3

32 apè il a étudié le ca de deux éolienne couplée pa un eul convetieu coté éeau. a figue (.4) monte la tuctue complète de la chaîne de conveion munie de e ogane de commande [3]. FIG..4.STRUCTURE COMPETE DE A CHAINE DE CONERSION [3] En (8), Ben Elghali popoe la modéliation et la commande d un ytème écupéation de l énegie de couant main, compoé d une hydolienne équipée d une généatice aynchone double alimentation. Dan un pemie temp, l auteu modélie l enemble de la chaîne de conveion d énegie. Enuite il place une commande de la DFIG qui accepte la généation d un maximum de puiance en fonction de la vitee de couant de maée au moyen d une tatégie MPPT an capteu (Fig..5). a conigne de puiance éactive ea maintenue nulle de façon à gade un facteu de puiance unitaie côté tato [3]. FIG..5.STRUCTURE COMPETE DE A CHAINE DE CONERSION [3] En 9, Patin. N expoe dan on aticle une étude théoique et expéimentale d une DFIG aociée à une chaîne de conveion d énegie éolienne pilotée pa une commande pa mode gliant. étude pote u la compaaion ente la commande vectoielle avec un coecteu PI claique et la commande pa mode gliant, il démonte le bonne pefomance tatique et dynamique (tabilité et péciion), c et-à-die un temp de épone plu cout et an dépaement, offent pa cette tatégie de contôle pa appot à la commande vectoielle claique (Fig..6) [3]. 3

33 FIG..6.STRUCTURE DE A CHAINE DE CONERSION PAR A COMMANDE PAR MODE GISSANT [3] En, M. RIERA, popoe un modèle de la commande d'une généatice aynchone à double alimentation avec un convetieu maticielle indiect (IMC), également connu ou le nom convetieu maticielle à deux étage (Fig..7). Cette commande que l auteu a éalié, donne une tè bonne épone dynamique. e éultat obtenue pa difféente imulation de toute la chaîne de conveion ont été éaliée ou envionnement MATAB/Simulink [33]. FIG..7. SYSTEME DE CONERSION ENERGIE EOIENNE AEC IMC [33] Hany M. Jab offe une véification expéimentale d une éolienne à bae de généatice à double alimentation. a commande de puiance active et éactive de la généatice et une commande vectoielle baée u un gain de égulation à logique floue neuone (Fig..8). Cette technique monte que la éaction de ytème peut ête amélioée et de plu la commande et pécie pa appot aux aute technique de commande, avec un temp plu cout de tabilité [34]. 33

34 Fig..8.Stuctue de la commande vectoielle avec de égulateu logique flou-neuone [34] En, Fujin Deng étudie une nouvelle tuctue d éolienne à vitee vaiable baée u une cacade de convetieu multi-niveaux à l aide d un généateu ynchone à aimant pemanent (PMSG). Cette tuctue peut été diectement eliée au éeau à haute tenion an pae pa un tanfomateu. En oute, elle accepte pluieu généateu u la même tubine, ce qui augmente a capacité. En plu de l amélioation de l efficacité à avoi une plu gande diponibilité de niveaux de tenion. Pa conéquent, toute la défomation hamonique (THD) pouait ête facilement limitée. Enfin, difféente imulation ont été éaliée ou envionnement MATAB/Simulink (Fig..9) et ont donné de bon éultat [35]. FIG..9. SCHEMA BOC D UNE PMSG AEC UNE CASCADE D UN CONERTISSEUR MUTI NIEAU REIE DIRECTEMENT AU RESEAU [35] En, T. UU a employé un ulta condenateu dan un ytème d énegie éolienne baé u de généateu aynchone à double alimentation (DFIG). auteu utilie cette méthode pou lie la puiance délivée pa la tubine éolienne an utilie le convetieu DC/DC. e éultat de imulation montent qu un ulta condenateu de capacité,8 34

35 Faad peut lie la puiance dan un temp de,5 econde avec la tenion DC commandée dan l intevalle (Fig..) [36]. FIG... SCHEMA D UNE CHAINE DE CONERSION D ENERGIE EOIENNE AEC UTRA CONDENSATEURS [36] En, H. DJEGHOUD taite un ytème de conveion d'énegie éolienne (WECS), baé u un généateu d'induction doublement alimenté (DFIG) connecté au éeau pa l intemédiaie d un convetieu électonique commandé pa MI pou contôle le puiance active et éactive de la généatice. Elle a utilié un filte actif de puiance (APF) dont l'objectif et, non eulement avoi le maximum de puiance active de l énegie éolienne, mai également d ête utilié comme un amotieu de couant hamonique induit dan le éeaux (Fig..) [37]. FIG.. SYSTEME DE CONERSION D ENERGIE EOIENNE AEC UN FITRE ACTIE DE PUISSANCE [37] En, AFEU J. popoe un contôleu à bae de modèle pédictif (MBPC) pou une commande de puiance de la DFIG (fig..). a loi de commande et déivée pa l'optimiation d'une fonction objective qui tient compte de l'effot de commande et la 35

36 difféence ente le otie pédite (puiance active et éactive) et le éféence. auteu calcule la pédiction pa l utiliation d un epace d'état qui linéaie le modèle de DFIG. Il monte que l'inductance de fuite du généateu et la éitance ont été néceaie pou ce pocédé de commande; l'influence de eeu d'etimation de ce paamète a été également étudiée [38].. FIG.. SYSTEME BOC DE A COMMANDE PREDICTIE DE PUISSANCE [38] En, IYAN QU popoe un ytème de contôle contant de la puiance (CPC) à deux couche pou un pac éolien équipé de généateu aynchone à double alimentation (DFIG) (fig..3), ou chaque aéogénéateu et équipé d'un ytème de tockage d'énegie (ESS) pa de upe-condenateu. e CPC e compoe de contôleu en haute pou la upeviion (WFSC) et de contôleu en ba. e convetieu en haute WFSC génèent le éféence de puiance active pou le contôleu de ba elon la demande de puiance active pa l'exploitant du éeau. Contôleu en ba aéogénéateu pui égle chaque éolienne pou poduie la quantité déiée de la puiance active, où le écat ente l'entée de l'énegie éolienne diponible et la puiance active de otie déiée ont compené pa le ytème (ESS). De étude de imulation ont éaliée dan PSCAD / EMTDC pou un pac éolien équipé pa 5 éolienne [39]. 36

37 FIG..3- CONFIGURATION D'UNE TURBINE EOIENNE EQUIPEE D UNE SUPER-CAPACITE REIEE RESEAU.[39] En, YOUCEF BEKAKRA expoe une commande d une tubine éolienne à vitee vaiable pou aue le point de puiance maximale (MPPT), contôlé pa une commande à mode gliant appliqué u un généateu à double alimentation (DFIG), dont le tato et elié diectement au éeau et le oto connecté au éeau pa l intemédiaie d un convetieu MI (fig..4). e éultat de imulation montent le bon découplage ente le puiance active et éactive et montent que la tubine éolienne peut fonctionne à on maximum d énegie pou une gamme de vitee du vent [4]. FIG..4- SYSTEME DE CONERSION D ENERGIE EOIENNE AEC E CONTROE MPPT CONTROE PAR SMC [4] Dan un aute aticle en, il péente une étude compaative ente l'inveeu de la modulation vectoielle (SM) (Fig..5) et de l onduleu de la modulation de lage impulion (MI) et utilie la commande à mode gliant (SMC) pou la commande de puiance active et éactive d'un généateu aynchone à double alimentation (DFIG) dan une éolienne à 37

38 vitee vaiable. e éultat obtenu montent la diminution de hamonique de couant tatoique et otoique qui pouve l acceibilité et l'efficacité de cette commande [4]. FIG..5 SYSTEME DE CONERSION D ENERGIE EOIENNE AEC CONERTISSEUR SM CONTROE PAR SMC [4] En.IJAY CHAND GANTI péente une nouvelle tatégie de commande d un généateu aynchone à double alimentation (DFIG) pou un ytème de conveion l'énegie éolienne (WECS) (Fig..6). a tatégie popoée compend un ytème de tockage d'énegie à batteie (BESS) afin de éduie le fluctuation de puiance u le éeau en aion de la natue vaiable et inattendu du vent. e pincipe de fonctionnement de cette méthode et d intége une batteie dan la liaion continue pou avoi une puiance table pou l injecte au éeau électique. Si le vitee de vent ont élevée (la machine fonctionne à vitee upe-ynchone) pa appot à la puiance moyenne, le uplu de puiance et tocké dan la batteie. En evanche, i le vitee de vent ont faible (la machine fonctionne à vitee hypo-ynchone), la machine abobe la puiance de la batteie pou mainteni la puiance moyenne contante. Aini, il aue la tabilité du éeau. e éultat obtenu monté l acceibilité et l'efficacité de cette commande [4]. FIG..6 SYSTEME DE CONERSION D ENERGIE EOIENNE (WECS) AEC BESS. [4] 38

39 .7. Concluion Au cou de note popection bibliogaphique, nou avon péenté une bève deciption du domaine de énegie enouvelable et paticulièement u la poduction d'énegie électique pa de tubine éolienne. Nou avon péenté de notion élémentaie néceaie à la compéhenion de la chaîne de conveion de l'énegie cinétique du vent en énegie électique et le difféent type d'éolienne. Nou avon donné un panel de tavaux et d étude effectué u la DFIG. Ce étude potent pincipalement u on fonctionnement en généatice, pou de application éolienne et hydoélectique, avec une gande vaiété de mode d alimentation et de contôle. a implicité de la commande et la ouplee de econfiguation de cette machine lui ont valu le unom de «Machine Généaliée»..8 Refeence Bibliogaphique [] MATHEW, S. (6). Wind Enegy: Fundamental, Reouce Analyi and Economic, Spinge, Gemany [] WIND POWER (6), Site Web de la Danih Wind Induty Aociation [3] MENY IAN modéliation et éaliation d une chaine de conveion éolienne petite puiance (5). [4] ACKERMANN, T. (5). Wind Powe in Powe Sytem, John Wiley&Son, England [5] GHO GHOSN R. «Contôle ectoiel de la Machine Aynchone à Roto Bobiné à Double Alimentation» Thèe de Doctoat ENSEEIHT Intitut National Polytechnique de Touloue Octobe. [6] RAMUZ D. KAUFFMANJ.M. MIRZAIANA TNANIS GODFROID H. Contol Stategy of Double Fed Machine fo aiable Speed Dive ICEM 998, pp , Itanbul Tukey, -4 Septembe 998. [7] RAMUZ D. «Machine Généaliée Alimentée pa Deux Convetieu» Thèe de Doctoat UFR de Science Technique et Getion de l Indutie Univeité de Fanche-Comté Mai. [8] BOYETTE.A, "Contôle-commande d'un généateu aynchone à double alimentation avec ytème de tockage pou la poduction éolienne", Thèe de Doctoat de l'univeité Heni Poincaé, Nancy I, Fance 6. 39

40 [9] POITIERS F. «Etude et Commande de Généatice Aynchone pou l Utiliation de l Enegie Eolienne»Thèe de l Ecole Polytechnique de l Univeité de Nante, Nante Fance, 3. [] GEORGES SAOUM, «Contibution a la Commande Robute de la Machine Aynchone à Double alimentation»thèe de doctoat de l intitut national polytechnique de Touloue, Fance-Ma 7 [] HOMES P.G. ESOBATY N.A, Cycloconvete-Excited Divided-Winding Doubly-Fed Machine a a Wind Powe Convete IEE Poceeding, Electical Powe application, ol. 3, Pat B, N, pp. 6-69, Mach 984. [] IOANNIDES M. G. TEGOPOUOS J. A. Optimal Efficiency Slip-Powe Recovey Dive IEEE Tanaction ON Enegy Conveion, ol. 3, N, pp June 988. [3] GHEYSENS R. BOUAZIZ. POOUJADOFF M. Contol and Cuent Regulation in Rapid ogic of Double Supplied Synchonou Geneato Poc. PEMC pp. 6-64, 99. [4] YAMAMOTO M. MOTOYOSHI O. Active and Reactive Powe Contol fo Doubly Fed Wound Roto Induction Geneato IEEE Tanaction on Powe Electonic, ol 6, N 4, Octobe 99. [5] TOUMI A. KAMOUN B. POOUJADOFF M. A Simple Aement of Doubly Fed Synchonou Machine Stability Uing Routh Citeion Poc. ICEM 9 Manchete, United Kingdom, 5-7 Septembe 99. [6] BOGAECKA E. Powe Contol of a Double Fed Induction Geneato without Speed o Poition Seno EPE Confeence, ol. 8, pp. 4-8, Bighton, 3-6 Septembe 993. [7] BOG BOGAECKA E. Stability Analyi of a Double Fed Induction Geneato with the P Contolle IECON Confeence, ol. of 3, pp. 67-7, Bologna, Italy, 5-9 Septembe 994. [8] TANG Y. XU. A Flexible Active and Reactive Powe Contol Stategy fo a aiable Speed Contant Fequency Geneating Sytem IEEE Tanaction on Powe Electonic, ol., N 4, pp , July 995. [9] PENA R.S. CARE J.C. ASHER G.M. Doubly Fed Induction Geneato Uing Back-to-Back PWM Convete and it Application to aiable-speed Wind-Enegy Geneation IEE Poceeding, Electical Powe Application, ol. 43, N 3, pp. 3-4, May

41 [] E HAGRY M.T. ESKANDER M.N. Etimation of Roto oltage ecto on the Double Excited Induction Machine Ued in WECS Electic Machine and Powe Sytem, pp , 997. [] PERESADA S. TII A. TONIEI A. Robut Output Feedback Contol of a Doubly Fed Induction Machine Poc. IEEE Intenational Sympoium on Indutial Electonic ISIE 99, pp. 56-6, Bled, Slovenia, 999. [] KEBER C SCHUMACHER W. Adjutable Speed Contant Fequency Enegy Geneation with Doubly-Fed Induction Machine Poc. SSHy Euopean Confeence on aiable Speed in Small Hydo, Genoble, Januay. [3] DITTRICH A. Compenation of Cuent Hamonic in Doubly-Fed Induction Geneato Poc. EPE, Gaz, Augut. [4] DATTA R. RANGANATHAN T. A Simple Poition Senole Algoithm fo Roto Side Field Oiented Contol of Wound Roto Induction Machine IEEE Tanaction on Indutial Electonic, ol 48, N 4, Augut. [5] SHUZ D. HANISTCH R. KOMPA T. SAMOUR A. Compaative Powe Quality Invetigation of aiable Speed Wind Enegy Convete with Doubly Fed Induction and Synchonou Geneato PCIM Confeence. [6] BEND J. CHOMAT M. SCHREIER. Independent Contol of Poitive and Negative Sequence Cuent Component in Doubly Fed Machine ICEM Poceeding Bugge, 5-8 Augut,. [7] S.E AIMANI, B. FRANCOIS, F. MINNE, B. ROBYNS, Modelling and imulation of doubly fed Induction Geneato fo vaiable peed wind tubine integated in a Ditibution Netwok, EPE 3- Touloue, ISBN: [8] PETERSSON A. HARNEFORS. THIRINGER T. Evaluation of Cuent Contol Method fo Wind Tubine Uing Doubly-Fed Induction Machine IEEE Tanaction On Powe Electonic, ol., No, Januay 5 [9] CHEKHET.E, SHAPOA.I, MIKHASKY. contol of the tand alone doubly fed induction geneato upplied by the matix convete,poc. Of the Intenational Wokhop on Renewable Enegy Baed Unit and Sytem REBUS 6, pp.35-4, St. Petebug, Ruia, Jun. 6. [3]. KRICHEN, B. FRANCOIS et A. OUAI «Modéliation, commande et inteaction de Deux éolienne à vitee vaiable» Revue de Enegie Renouvelable ol. N -7 [3] BEN EGHAI. S.E. «Modéliation et Commande d une Hydolienne Equipée d une Généatice Aynchone Double Alimentation» JCGE'8 YON, 6-7décembe 8 4

42 [3] PATIN.N Sliding mode contol of a doubly-fed induction geneato Authoized licened ue limited to: HOGSKOAN DAARNA. Downloaded on Mach 5, 9 IEEE. [33] RIERA.M, EIZONDO.J., MACIAS.M.E Model Pedictive Contol of a Doubly Fed Induction Geneato with an Indiect Matix Convete / IEEE [34] HANY. M. JABR, DONGYUN. u Expeimental eification of Neuo-fuzzy ecto Contol fo Wind Diven DFIG / IEEE [35] FUJIN DENG, ZHE CHEN A New Stuctue Baed on Cacaded Multilevel Convete fo aiable Speed Wind Tubine / IEEE [36] UU.T, NASIRI.A. Powe Smoothing of Doubly Fed Induction Geneato fo Wind Tubine Uing Ulta-capacito / IEEE [37] DJEGHOUD.H, BENTOUNSI.A, BENAA.H Sub and upe-ynchonou wind Tubine-doubly fed induction geneato ytem implemented a an active powe filte Int. J. Powe Electonic, ol. 3, No., [38] AFEU J. SGUAREZI FIHO, MITON E. DE OIEIRA FIHO, A Pedictive Powe Contol fo Wind Enegy IEEE TRANSACTIONS ON USTAINABE ENERGY, O., NO., JANUARY [39] IYAN QU, and WEI QIAO, Membe, IEEE Contant Powe Contol of DFIG Wind Tubine with Supe-capacito Enegy Stoage IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPICATIONS, O. 47, NO., JANUARY/FEBRUARY [4]YOUCEF BEKAKRA, DJIANI BEN ATTOUS Active and Reactive Powe Contol of a DFIG with MPPT fo aiable Speed Wind Enegy Conveion uing Sliding Mode Contol Wold Academy of Science, Engineeing and Technology 6 [4] BEKAKRA.Y, BEN ATTOUS.DJ Compaion Study between SM and PWM Invete in Sliding Mode Contol of Active and Reactive Powe Contol of a DFIG fo aiable Speed Wind Enegy INTERNATIONA JOURNA of RENEWABE ENERGY RESEARCH, ol., No.3, [4] IJAY CHAND GANTI, BHIM SINGH, DFIG-Baed Wind Powe Conveion With Gid Powe eveling fo Reduced Gut, IEEE TRANSACTIONS ON USTAINABE ENERGY, O. 3, NO., JANUARY 4

43 Chapite II Modéliation de la chaine de conveion d énegie éolienne 43

44 .- Intoduction a modéliation de la machine électique fait appel à de équation, en généal, tè complexe. En effet, la épatition de enoulement et la géométie pope de la DFIG endent on modèle difficile à mette en œuve. Cependant, l adoption de cetaine hypothèe implificatice pemet de contoune cette difficulté. a deciption et la modéliation de la machine baée u la théoie unifiée de machine électique claique, dite encoe théoie généaliée étant acquie, on bae note étude u la tanfomation de Pak et la tanfomation de Ku qui appote le équation électique tatoique et otoique à de axe pependiculaie électiquement (diect et en quadatue) []. Nou modélieon enuite la tubine éolienne, l onduleu de tenion à commande MI et le edeeu. On commence pa la modéliation de la chaîne de conveion éolienne diectement connectée au éeau de ditibution pa le tato et alimentée pa le oto au moyen de deux convetieu de puiance à IGBT contôlé pa MI (Fig..). FIG.. SCHEMA OPERATIONNE DE A CHAINE DE CONERSION D ENERGIE EOIENNE. Synthèe de quelque modèle applicable à la machine aynchone double alimentation Afin d établi la modéliation de la DFIG, nou allon détemine le modèle d une machine aynchone à oto bobiné. Ce modèle ea établi de u celui de la machine à cage avec comme difféence l exitence de tenion otoique non nulle [8, 9,,,,3]. 44

45 .. Modèle tiphaé / tiphaé On modélie la machine aynchone à double alimentation, en fonctionnement ain, dan le epèe a, b, c (Figue -) elon le ytème d équation. Avant d établi le modèle de la machine aynchone à double alimentation, nou appelon bièvement le contexte habituel d hypothèe implificatice, déomai claique, qui ont : entefe et contant, le effet de encoche et le pete feomagnétique ont négligeable; a f mm céée pa chacune de phae de deux amatue et uppoée à épatition inuoïdale; a ymétie de contuction et pafaite; Pami le conéquence impotante de ce hypothèe, on peut cite []: additivité de flux ; a contance de inductance pope ; a loi de vaiation inuoïdale de inductance mutuelle. FIG.. REPRESENTATION DU MODEE TRIPHASE/TRIPHASE a- Equation électique Pou l enemble de phae, le équation électique en notation maticielle ont : Pou le tato : 45

46 a b c R = R I I R I a b c + d dt φ a φb φ c ( ) [ v ] = [ R ][ i ] + [ φ ] ( ) abc Pou le oto : abc d dt abc a b c R = R R I I I a b c + d dt φ a φb φ c ( 3) [ v ] = [ R ][ i ] + [ φ ] ( 4) abc abc d dt b- Equation de flux abc Une matice de inductance [ ( θ )] établi la elation ente le flux et le couant. e équation ou fome maticielle eont epéentée comme uit : φ a φb = φ c I I a [ ] I + [ M ] b c I I I a b c ( 5) De façon imilaie on aua au oto : φ a φb = φ c I I a [ ] I + [ M ] b c I I I a b c ( 6) Avec: l M M M l [ ] = M l M [ ] M l = M M M l M M M l Et t [ M ] = [ M ] = co co co( θ e) co( θ e + π /3) co( θ e π /3) ( θ e π /3) co( θ e) co( θ e + π /3) ( ) ( ) ( ) θ e + π /3 co θ e π /3 co θ e 46

47 Finalement : [ ] = [ R ][ i ] + ( d ) [ ][ i ] [ M ][ i ] abc { } [ ] = [ R ][ i ] + ( d ) [ ][ i ] + [ M ][ i ] abc abc abc dt dt { } abc abc abc abc ( 7) c- équation mécanique expeion généale du couple et : Γ e = δ δθ [ i] t [ ] [ i] i = i Avec : [ ] [ ] t Et [ ] a = i b i c [ ] [ M ] [ ] [ ] M équation mécanique qui en découle et : dω J = Γe Γ dt avec = ω Ω p i a i b i c ( 8) ( 9) Nou contaton le complexité de équation électique et l équation mécanique de la machine aynchone qui ne peuvent ête facilement exploitée à caue de dimenion de matice entant dan le calcul et de la dépendance de la matice inductance vi à vi de la poition de l axe otoique pa appot à l axe tatoique, qui et vaiable dan le temp.... Tanfomation de Pak appliquée à la DFIG a tanfomation de Pak conite à tanfome un ytème d'enoulement tiphaé d'axe a, b, c, en un ytème équivalent à deux enoulement biphaé d'axe d, q céant la même foce magnétomotice. a compoante homopolaie intevient pou équilibe le ytème tanfomé, c'et-à-die, elle ne paticipe pa à la céation de cette f mm de ote que l'axe homopolaie peut ête choii othogonal au plan (d,q). a condition de paage du ytème tiphaé au ytème biphaé et la céation d un champ électomagnétique tounant avec de foce magnétomotice égale. Ceci conduit à la conevation de puiance intantanée et la écipocité de inductance mutuelle et pemet d établi une expeion du couple électomagnétique dan le epèe coepondant au ytème tanfomé, qui ete invaiable pou la machine éelle. 47

48 e chéma de la figue (.3) monte le pincipe de la tanfomation de Pak appliquée à la machine aynchone à double alimentation. Où : FIG..3 PRINCIPE DE A TRANSFORMATION DE PARK APPIQUEE A A DFIG θ : et l angle ente l axe otoique et l axe tatoique ; Gâce à cette tanfomation, une matice de tanfomation unique appelée matice de Pak [ A ] ea appliquée aux couant, aux tenion aini qu aux flux de la machine aynchone à double alimentation, donnée pa : 3 co π 3 π inθ + 3 ( θ ) in( θ ) π 3 π coθ + 3 [ A ] = co θ in θ ( ) e tenion otoique et le tenion tatoique ont tanfomée en compoante diecte et en quadatue. e tenion de oto et tato ont : d q = [ A]. an bn cn 48 ( )

49 d q = [ A]. an bn cn ( ) [ A ] et la matice invee de Pak modifiée définie pa : π π [ A ] = coθ co( θ ) co( θ + ) ( 3) π π inθ inθ inθ e équation dynamique de la machine ont expimée pa : d q d q = R i d = R i q = R i d = R i q Avec : ω = dφd + dt dφq + dt dφd + dt dφq + dt θ d dt dθ φq dt dθ + φd dt dθ + φq dt dθ φd dt et ω = θ dt d ( 4) ( 5) φ d = φ d M φ q = φq M M M i. i i. i d d q q ( 6) ( 7) R et R ont epectivement le éitance de bobinage tatoique et otoique,, et M ont epectivement le inductance pope tatoique, otoique et la mutuelle inductance ente le deux bobinage. φ, φ, φ, φ ont le compoante diecte et en quadatue de flux tatoique et d q d otoique : q 49

50 e couple électomagnétique développé pa la machine et : C em 3 = p ( φdiq φqid ) ( 8)..3 Tanfomation de KU appliquée à la DFIG En 99, Y. H. Ku a popoé une matice de tanfomation à teme non contant qui pemet de amene un ytème difféentiel à coefficient péiodique caactéiant le fonctionnement d'une machine à un ytème difféentiel à coefficient contant [3,4]. a matice de la tanfomation liant le gandeu éelle et que ce oit de couant, de tenion ou de flux à leu compoante notée et et péentée ou la fome : [ x ] = K ( α ) Où : [ ][ ] ABC x ofb ( 9) [ K( θ )] = 3 a e ae jθ e jθ jθ ae a e jθ jθ e jθ ( ) Et : [ K( θ )] = j e 3 j e θ θ a ae e jθ jθ a ae e jθ jθ ( ) Avec : a =. π / 3 Deux tanfomation de KU ont définie à pati de la matice (-) dan laquelle l'angle α et emplacé paθ pou le tato, pa θ pou le oto; on le note epectivement [ K( θ )] et [ ( )] K θ. Donc en appliquant ce tanfomation aux équation (-7), le elation ente le tenion d'axe o, f,b et le tenion d'axe A, B, C ont définit comme uit : Au tato : d K( θ ) φofb [ K( θ )][ ] = [ R ] K( θ ) i + ( ) ofb [ ][ ] ofb [ ][ ] dt 5

51 d K( θ ) d φ ofb [ K( θ )][ ] = [ R ] K( θ ) i +. φ + [ K( θ )] ( 3) ofb [ ] K( θ ) ofb [ ][ ] ofb [ ] [ ] dt ofb [ ] dt d K( θ ). φ dt [ ] [ ] ( ) ofb = [ ] [ R ][ K( θ )][ i ] + [ K( θ )] + [ K θ ] [ K( θ )] ( 4) [ K ( θ )] [ R ][ K( θ )] = [ R ] S ofb ofb d [ φ ] d ( ) [ ( )] [ K θ ] dθ K θ = j dt dt Apè calcul, nou auon : d [ ] [ ][ ] [ φo f B ] dθ ofb = R iofb + + j [ φo f B ] dt dt De manièe imilaie à ce qui a été vu au niveau de la tanfomation de Pak, nou auon pou le flux : dt ( 5) [ φ ] = [ ][ i ] + [ M ][ i ] ( 6) abc abc abc [ ] = K( θ ) ofb [ ] [ ] K( θ ) [ ][ i ] K( θ ) φ + ofb [ ][ M ] K( θ ) [ ][ i ] ofb ( 7) o [ K( θ )] [ ][ K( θ )] = ( 8) M [ K( θ )] [ M ][ K( θ )] = M ( 9) o [ ] = [ i ] + M [ i ] ofb ofb M φ ( 3) ofb e tenion otoique peuvent ête déivée de la même façon. Finalement, le ytème d équation de la machine aynchone, avec le compoant homopolaie nul, ea : 5

52 di dθ ( i Mi ) f f f = Rif + + M j f + dt dt dt dib dib dθ b = Rib + + M + j ib + Mi dt dt dt dif dif dθ f = Rif + + M j if + Mif dt dt dt dib dib dθ b = Rib + + M + j ib + Mi dt dt dt di f ( ) b ( ) ( ) b ( 3) ( 3) ( 33) ( 34) a paticulaité intéeante de cette tanfomation et que le gandeu en f (Fowad), ont le conjuguée de gandeu en b (Backwad). expeion du couple électomagnétique et obtenue à pati de la coénegie: Γ e = Avec : d dθ [ i] t [ ] [ i] t [ i ] = ( i i i i i i ) [ ] = Soit : a b c a b c [ ] [ M ] t [ M ] [ ] ( 35) t Γ = [ i ] [ M ][ i ] ( 36) e abc d dθ abc opéation de changement de vaiable le couple devient : t [ i ] K( θ ) t Γ = [ ] [ M ] K( θ ) i ( 37) e ofb d dθ Apè implification on obtient : e [ i. i i i ] b f f b [ ][ ] ofb Γ = jmp. ( 38).3 Modèle de la tubine a tubine éolienne et un dipoitif qui tanfome l énegie cinétique du vent en énegie mécanique. A pati de l énegie cinétique de paticule de la mae d ai en mouvement paant pa la ection de la uface active S de la voilue, la puiance de la mae d ai qui tavee la uface équivalente à la uface active S de l éolienne et donnée pa : 5

53 .3. Théoie de Betz Obevon le ytème éolien à axe hoizontal epéenté u la Figue. 4. Su le quel on a epéenté la vitee du vent en amont de l'aéogénéateu et la vitee en aval [5,6,7]. FIG.. 4- TUBE DE COURANT AUTOUR D'UNE EOIENNE. En appliquant la conevation de mae au ca de la figue.4. : S = S = S Où i et la vitee du vent à la poition i et S i et la uface taveée pa le vent à la poition i. On conidèe pa la uite que = et S = S. ( 39) a foce de potance au oto de la tubine et donnée pa : ρs F = ρs ( 4 ) ρ et la denité de l'ai (. kg /m 3 à la peion atmophéique à 5 C ). En tenant compte de l'équation (.39), nou auon : F = ρ S ( ) ( 4) En uppoant que la vitee du vent taveant le oto et égale à la moyenne ente la vitee du vent non petubé à l'avant de l'éolienne et la vitee du vent apè paage à tave le oto oit + = 53 ( 4) On défini le facteu factionnaie de diminution dan la vitee du vent ente la poition et la poition pa A pati de équation (.4) et (.4), on obtient ( a) ( 43) F = ρ S 4a a puiance extaite du vent pa le oto et le poduit de la potance et la vitee du vent au plan du oto :

54 P tu = F = ρ Un vent théoiquement non petubé taveeait cette même uface S an diminution de ρ S 4a( a) ( a) = S 3 4a( a) ( 44) vitee, oit à la vitee, la puiance P th théoique coepondante eait alo : Pth = ρ S 3 ( 45) e appot ente la puiance extaite du vent et la puiance totale théoiquement diponible et alo : C p P tu = = 4a( a) ( 46) P th C p et appelé coefficient de puiance (Fig..5) Cp a FIG..5. COEFFICIENT AERODYNAMIQUE DE PUISSANCE a valeu théoique maximale de C p et donnée pa la limite de Betz; elle et obtenue en déivant l'équation (-46) pa appot à a : C p a = 3a 4a + = a = 3 ( 47) C p 6 = C'et cette limite théoique appelée limite de Betz qui fixe la puiance maximale extactible pou une vitee de vent donnée. Cette limite n'et en éalité jamai atteinte et chaque éolienne et définie pa on pope coefficient de puiance expimé en fonction de la vitee elative 54

55 λ epéentant le appot ente la vitee de l'extémité de pale de l'éolienne et la vitee du vent et de l'angle de l'oientation de la pale β ; le atio de vitee λ et définie pa : λ = Avec : Ω tu R ( 48) Ω tu : et la vitee de otation de la tubine avant multiplicateu. R : et le ayon de la tubine éolienne. a puiance aéodynamique appaaiant au niveau du oto de la tubine 'expime pa : P tu ρs 3 = C P = C ( λ, β ) ( 49) p th p Connaiant la vitee de la tubine, le couple aéodynamique (couple de la tubine éolienne) et donc diectement déteminé pa : C tu P = Ω tu tu = C p ρs Ω ( λ, β ) ( 5) 3 tu Un exemple du coefficient de puiance qui et une fonction non linéaie dépend à la foi de l'angle de calage β et de la vitee elative λ a pou expeion [8,9] : Cp.,5 6 λi =,,4β 5e ( 5) Tell que λ i λ i,35 = λ +,8β β 3 + a Figue.6 epéente la vaiation de ce coefficient en fonction du atio de vitee λ et de l'angle de l'oientation de la pale β. β=4 β= p o w e c o e f f ic ie n t..5 β=8 β= β= atio of peed 55

56 FIG. (.6) COEFFICIENT AERODYNAMIQUE EN FONCTION DU RATIO DE ITESSE DE A TURBINE.4 Modéliation de l onduleu tiphaé Un onduleu autonome (à commande adjacente ou à M..I) et un convetieu tatique qui aue la tanfomation de l énegie d une ouce continue en une énegie altenative, qui peut ête à féquence fixe ou vaiable []. Il contitué de cellule de commutation généalement à tanito ou à thyito GTO pou le gande puiance. Il pemet d'impoe à la machine de onde de tenion à amplitude et féquence vaiable à pati d'un éeau tandad /38-5Hz. Apè edeement, la tenion filtée et appliquée à l'onduleu. e chéma tuctuel d'un tel onduleu tiphaé à deux niveaux et de a chage et illuté pa la Fig..7. Chaque goupe tanito - diode aemblé en paallèle fome un inteupteu double commandé (à l'ouvetue et à la femetue) dont l'état appaaît complémentaie à celui qui lui et aocié pou fome aini un ba de commutation []. FIG..7- ONDUEUR TRIPHASE ASSOCIE A A DFIG e couple d'inteupteu doivent ête commandé de manièe complémentaie pou aue la continuité de couant altenatif dan la chage d'une pat et d'évite le coutcicuit de la ouce d'aute pat. e diode ont de diode à oue libe auant la potection de tanito. Avant de poe le modèle de l onduleu tiphaé, nou appelon bièvement le contexte habituel d hypothèe implificatice, déomai claique, qui ont : e hypothèe implificatice : 56

57 a commutation de inteupteu et intantanée, a chute de tenion aux bone de inteupteu et négligeable, uppoé idéalié, a chage et équilibée, couplée en étoile, avec neute iolé. On a, donc: e tenion compoée ab, bc et ca ont obtenue à pati de ce elation ci-deou : ab bc ca = = = ao bo co ob oc oa = = = ao bo co bo co ao ( 5) ao, bo et co ont le tenion d'entée de l'onduleu ou tenion continue. Elle ont éféencée pa appot à un point milieu «o» d'un divieu fictif d'entée. On peut écie : ao bo co = = = an bn cn no no no an, bn et cn : ont le tenion de phae de la chage (valeu altenative), : Tenion de neute de la chage pa appot au point fictif «o». no e ytème an, bn et cn étant équilibe, il en découle : ( 53) an + bn + cn = ( 54) a ubtitution de (-54) dan (-53) aboutit à : no =. ao bo + 3 ( + ) co ( 55) En emplaçant (-55) dan (-53), on obtient : an bn cn = 3 ao = 3 = 3 3 ao ao bo bo bo co co co ( 56) 57

58 Donc, l'onduleu de tenion peut ête modélié pa une matice [T] auant le paage continu- altenatif. [ ] = [ T ]. [ ] AC dc ( 57) Telle que : [ [ AC dc ] = [ ] = [ an ao bn bo cn co ] ] T T ( 58) Donc, pou chaque ba il y a deux état indépendant. Ce deux état peuvent ête conidéé comme de gandeu booléenne. Commutation uppoée idéale : S i =( ou ) { i=,,3}. a matice de tanfet et : [ T ] 3 = ( 59).5 Modéliation du edeeu tiphaé à MI Afin de pouvoi dipoe d une tenion continue pou alimente l onduleu qui pilote la machine aynchone à double alimentation, nou avon choii d utilie un edeeu à modulation de lageu d impulion, [, 3,4] pou deux aion pincipale : - utilie un edeeu éveible en couant afin de pemette le tanfet de la puiance de gliement ente le oto et le éeau, ce qui pemet le fonctionnement en hype ou hypo ynchonime. - ce edeeu éveible en couant va pouvoi ête utilié pou le tockage et le détockage d énegie gâce à l unité de tockage connectée en paallèle u le bu continu. a figue.8 donne le chéma de pincipe du edeeu de tenion tiphaé alimentant le bu continu. Ce bu et entièement géé pa le edeeu, la valeu de la capacité de filtage doit ête uffiante afin d'avoi une tenion table et fixe quelque oit le fonctionnement de la généatice aynchone double alimentation [5, 6,7]. 58

59 FIG..8. STRUCTURE DU REDRESSEUR TRIPHASE. Pou déduie le modèle dynamique du ytème, on va divie l'étude du convetieu en toi patie; le coté altenatif, la patie dicontinue compoée pa le inteupteu et le coté continu. Dan ce contexte, la fonction de inteupteu et d'établi un lien ente le coté altenatif et le coté continu. e équation décivant le coté altenatif ont donnée pa : A B C = d dt i i i ia ib ic + ia ib ic Sou fome condenée : [ ] = [ i ] + [ ] ABC avec : d dt iabc iabc ABC : tenion imple coté altenatif ( 6) iabc : tenion pa appot au point neute de la figue (.8) : inductance du filte coté altenatif C : capacité de filtage coté continu R : éitance de chage amenée du côté continu dc : tenion du bu continu i dc : couant de otie du edeeu. A l'entée du edeeu, le tenion compoée ont donnée pa : 59

60 U U U iab ibc ica = = = ia ib ic ib ic ia ( 6) On va établi enuite la liaion ente le coté altenatif et le coté continu à tave le inteupteu. e état de inteupteu fomant chaque ba ont complémentaie, la fonction de connexion de chaque ba et définie pa la fonction uivante : +, S k =, k = A, B, C S S k k = = + ( 63) On peut établi le elation ente dc et le tenion compoéeu iabc, pa exemple : U U U iab iab iab = = = dc dc i i i S S S A A A = + = = S B et et S S B B = = + ( 64) e ytème d'équation (-64) peut ête mi ou la fome compacte uivante : [ U ] ( S S ) iabc = dc A B ( 65) En uivant la même pocédue pou le ete de tenion compoée, on aboutit à l'équation maticielle uivante : ) [ U iabc ] = dcksk ( 66) Où : k [ S S S ] T S = et K ) et donnée pa : A B C K ) = ( 67) De même, le ytème d'équation (-6) peut ête mi ou la fome maticielle uivante : ) [ U ] = K[ ] iabc iabc ( 68) 6

61 On ne peut pa obteni le tenion[ iabc ] on fonction de état de inteupteu à caue de la ingulaité de K ). e fait que la omme de couant équilibé, ceci entaîne : ia + ib + ic = i, i, i et nulle et que le ytème et ia ib ic ( 69) En additionnant cette équation au ytème (-68), on obtient le ytème uivant : ~ [ U ] = K[ ] iabc iabc ( 7) où K ~ et donnée pa : ~ K = Maintenant la matice K ~ devient non ingulièe et la éolution de équation (-66) et (-7) pou le vecteu de tenion [ iabc ] et poible : ~ [ iabc ] = dc K KS ) k = dc K Sk 6 Telle que la matice K et donnée pa : ( 7) ( 7) K = ( 73) Noton que dan le ca où S = + pou l'inteupteu k femé et S = pou l'inteupteu k ouvet, l'équation (-7) devient : k k [ iabc ] dc K S K = 3 ( 74) Finalement l'équation de couplage de côté altenatif et continu ea ; d dt 6 [ ABC ] = [ iiabc ] + dc K Sk ( 75) Pou compléte le modèle, on ajoute la dynamique du côté continu : i d C dt dc dc dc = + ( 76) R 6

62 e couant côté continu i dc 'expime encoe pa : i dc = S i T = S k A ia + S [ i ] iabc i B ib + S i C ic ( 77) Finalement, On aboutit au modèle du edeeu tiphaé dan le epèe ABC : d dt d C dt [ i ] = [ ] iabc dc = ABC S T k dc K S 6 dc R [ i ] iabc k ( 78).6. Concluion Dan ce chapite, nou avon tout d'abod donné le modèle mathématique du ytème qui conite en la modéliation du généateu aynchone à double alimentation baée u la tanfomation de Pak ou encoe Ku pou pouvoi éalie le étude péentée au cou du chapite 3. Une modéliation détaillée de la tubine éolienne pou la compéhenion de la chaine de conveion de l'énegie a été enuite péenté. a denièe patie de ce chapite a fait l objet d une étude pemettant d illute le difféent compoant de la cacade liant le éeau au oto de la DFIG. On a d abod étudié l onduleu alimentant le oto qui et choii à deux niveaux et commandé pa MI à une poteue. Cet onduleu et lui-même alimenté pa un bu continu dont la valeu de la tenion et maintenue égale à 8 gâce à un edeeu de tenion. C'et cette tuctue qui ea étudiée dan un deuxième temp. De tatégie de commande eont établie pou contôle l'échange de puiance ente la machine et le éeau auquel elle et connectée et difféent type de égulateu eont teté en imulation. 6

63 .7. Réféence bibliogaphique [] CREET.G, CERC.G, «Actionneu électique», Edition Eyolle, Pai, Fance 997. [] GRANTHAM.C, SUTANTO.D and MISMAI.B, "Steady-tate and tanient analyi of elf excited induction geneato", IEE Poc. ol. 36, Pt. B, No., pp. 6-68, Mach989. [3] CARON.J.P et HAUTIER.J.P, "Modéliation et commande de la machine aynchone" Edition TECHNIP, Pai 995. [4] ABDESSEMED. R, «Modéliation et imulation de Machine Electique.» Edition Ellipe, [5] POITIERS.F, "Etude et commande de généatice aynchone pou l'utiliation de énegie éolienne -Machine aynchone à cage autonome-machine aynchone à Double alimentation eliée au éeau", Thèe de Doctoat de l'univeité de Nante, Fance 3. [6] MIRECKI.A, "Etude compaative de chaîne de conveion d énegie dédiée à une Éolienne de petite puiance", Thèe de Doctoat de l'intitut National Polytechnique de Touloue, Fance 5. [7] El AIMANI.S, "Modéliation de difféente technologie d éolienne intégée dan un Réeau de moyenne tenion", Thèe de Doctoat de 'Univeité de Science et Technologie de ille(ust). [8] SOENS.J, THONG., DRIESEN.J and BEMANS.R, "Modeling wind tubine Geneato fo powe ytem imulation", Euopean Wind Enegy Confeence EWEC, Madid 3. [9] IO.F, HANSEN.A.D, SORENSEN.P and BAABJERG.F, "Wind Tubine Blocket in Matlab/Simulink : Geneal Oveview and Deciption of the Model", Reeach epot, Aalbog Univeity, Denmak, Mach 4. [] NEY.H, Equipement de puiance, Edition Fenand Nathan, Pai, 988. [] EONHARD. W, «Contol Electical», Spingie elag Belin Heidelbeg 985. Pinted in Gemany. [] KHETTACHE., "Etude et commande d un ytème éolien à bae d une machine électique à double alimentation", mémoie de magite, Univeité de BATNA, 7. [3] CHERKAOUI. M., «contibution a la modéliation, à l étude et à la commande de Machine application à une machine aynchone double alimentation,» thèe de 63

64 Doctoat, polytechnique de oaine 99 Fance. [4] ZHANG F. Sepaately contolled double-fed peed egulation ytem. in IEEE 999 Intenational confeence on powe Electonic and Dive ytem, PEDS 99, IEEE, pp [5] ESENNE. J, NOTEET. F et SEGUIER. G, "Intoduction à l'électotechnique Appofondie", Technique et Documentation, pai 98 [6] BOYETTE.A, "Contôle-commande d'un généateu aynchone à double alimentation avec ytème de tockage pou la poduction éolienne", Thèe de Doctoat de 'Univeité Heni Poincaé, Nancy I, Fance 6. [7] TOEDO.A.S, "Commande diecte et obevation de convetieu de puiance : Application à l'onduleu de tenion tiphaé", Thèe de Doctoat de l'intitut National Polytechnique de Genoble, Fance. [8] HOFMANN.W, THIEME.A, contol of a double fed induction geneato fo wind powe plant PCIM98 [9] TAPIA.G, TAPIA.A, Wind geneation optimization algoithm fo a double fed Induction geneato IEE Poceeding on geneation, tanmiion and ditibution volume5, Iue, 4 Mach 5, pp53-63 [] IANWEI JIAO, BANAKAR.H, Fundamental and applied eeach on doubly fed induction geneato electical machine and ytem, 5. ICEMS5. Poceeding of the eighth intenational confeence on, volume, 7-9 ept. [] JORIS. SOENS, DRIESEN.J, BEMANS.R, A compehenive model of a doubly fed Induction geneato fo dynamic imulation and powe ytem tudie ESAT/EECTA K.U. euven. Belgium.ICREP 3, 3. [] JANAKA.B EKANAYAKE, EE HODSWORTH, dynamic modeling doubly fed Induction of geneato wind tubine, IEEE Tanaction on powe ytem, vol. 8 No. MAY 3. [3] BOYETTE.A, PHIIPPE POURE diect and indiect contol of a doubly fed Induction geneato wind tubine including a toage unit ", IECON 6 Novembe 6 Pai (CD-R ISBN ) 64

65 Chapite III Commande vectoielle de la DFIG 65

66 3.. Intoduction a commande vectoielle pa oientation de flux péente une olution attactive pou éalie de meilleue pefomance dan le application à vitee vaiable pou le ca de la machine aynchone à double alimentation aui bien en fonctionnement généateu que moteu [,]. Dan ce chapite on taite deux patie : a pemièe et dédiée au contôle de la généatice aynchone à double alimentation pa la commande vectoielle diecte et indiecte. Une bonne commande de machine à couant altenatif à vitee vaiable et auée i nou gaantion un bon découplage ente e gandeu électomagnétique. Ceci et éalié pa une oientation convenable de ce denie dan un epèe (d-q) tounant à la vitee de otation du champ tounant. Si ceci et éalié, nou pouvon appoche on compotement de celle d un moteu à couant continu à excitation indépendante où nou etouvon un découplage natuel ente le couant d excitation qui cée le flux et le couant d induit qui founit le couple électomagnétique néceaie pou la faie toune. Dan la deuxième patie nou péenton une commande vectoielle à double oientation de flux du tato et du oto en leu impoant une othogonalité ente eux pou dipoe d une commande linéaie et découplée de la machine, donnée dan a plu imple expeion. 3.. Commande vectoielle de la DFIG Pou pouvoi contôle facilement la poduction d électicité de l éolienne, nou allon éalie un contôle indépendant de puiance active et éactive en établiant le équation qui lient le valeu de tenion otoique, généée pa un onduleu, aux puiance active et éactive tatoique [3, 4, 5, 6,7, 8,9]. e équation généale de la machine aynchone à double alimentation ont : d q ( 3 ) = R i d = R i q dφd dθ + φq dt dt dφq dθ + + φd dt dt dφd dθ d = Rid + φq dt dt dφq dθ q = Riq + + φd dt dt Avec : dθ ω = et dθ ω = dt dt ( 3 ) 66

67 φ φ d q = i d = i q + M + M i i d q ( 3 3) φ d = i d + M i d φ q = iq + M iq e couple électomagnétique expime quant à lui en fonction de couant et de flux pa : M em = p ( I qφd I dφq ) 3 5 où p et le nombe de paie de pôle de la DIFG ( 3 4) Γ ( ) Afin de éalie la loi de commande, nou choiion d oiente le flux tatoique uivant l axe d (fig.3.). Aini : φ d = φ et φ q = ( 3 6) e couple électomagnétique de l équation 3-5 écit alo : M Γ em = p I qφd ( 3 7) et l équation de flux devient : φd = id + M id ( 3 8) = i + M i q q Si l on uppoe le éeau électique table, ayant pou tenion imple, cela conduit à un flux tatoique φ contant. Cette conidéation aociée à l équation (3-7) monte que le couple électomagnétique Γ em et diectement popotionnel au couant otoique en quadatue I q. De plu, i l on néglige la éitance de enoulement tatoique, hypothèe éalite pou le machine de fote puiance utiliée pou la poduction éolienne, le équation de tenion tatoique de la machine e éduient à : d q dφ = = dt = ω φ = avec ω, la pulation électique de gandeu tatoique. 3.. Relation ente le couant tatoique et otoique ( 3 9) A pati de l équation (3-8), on peut établi le lien ente le couant tatoique et otoique : M φ I d = I d + ( 3 ) M I q = I q 67

68 FIG.3. ORIENTATION DE AXE D SUR E FUX STATORIQUE. 3.. Expeion de puiance active et éactive dan le epèe ynchone Dan un epèe diphaé quelconque, le puiance active et éactive ont expimée pa : P = Q = d q I I d d + q d I I q q ( 3 ) application de hypothèe choiie aini que le ytème d axe nou pemet d établi la implification uivante : P = I Q = I q d ( 3 ) Pou obteni l expeion de puiance en fonction de couant otoique, on emplace dan l équation pécédente le couant défini dan l équation 3- : P = M I q φ M Q = I d 68 ( 3 3) A pati de l équation 3-9, nou obtenon, pou le flux tatoique, l expeion uivante : φ = ( 3 4) ω expeion de puiance peut donc e implifie de la manièe uivante : M P = Iq ( 3 5) M Q = Id ω Afin de pouvoi contôle coectement la machine, il nou faut alo établi la elation ente le couant et le tenion otoique qui eont appliqué à la machine. En emplaçant dan l équation de flux (3-4) le couant tatoique pa l expeion (3-), on obtient :

69 69 q q d d I M M I M = + = φ ω φ ( ) Expeion de tenion otoique en fonction de couant otoique En emplaçant l expeion de flux otoique de l équation pécédente (3-6) pa leu expeion dan l équation (3-), on obtient : d q q q q d d d M I M dt di M I R I M dt di M I R ω ω ω ω = + = ( ) 7 3 A pati de l équation (3-5), on a l expeion de couant otoique en fonction de puiance active et éactive : = = Q M I P M I d q ω ( ) 8 3 En emplaçant l expeion de couant dan l équation pécédente (3-7) on obtient : q d M Q M M P M dt d M P M R P M M Q M dt d M Q M R ω ω ω ω ω ω ω = + = ( ) 9 3 En égime pemanent, le teme faiant inteveni le déivée de couant otoique diphaé dipaaient. Nou pouvon donc écie : q d M Q M M P M R P M M Q M R ω ω ω ω ω ω + + = = ( ) 3 En obevant l équation (3-9), on peut établi le chéma bloc de la fig. (3-) qui compote en entée le puiance active et éactive tatoique et en otie le tenion otoique.

70 FIG.3.. SCHEMA BOC DE A DFIG On emaque que le puiance et le tenion ont liée pa une fonction de tanfet du ω pemie ode. De plu, du fait de la faible valeu du teme ou du gliement g, il ea ω poible d établi an difficulté une commande vectoielle de puiance, ca le influence de couplage eteont faible et le axe d et q pouont ête commandé épaément avec leu pope égulateu. 3.3 Difféente méthode de la commande vectoielle a commande vectoielle de la DFIG peut ête diecte ou indiecte Commande vectoiel diect de DFIG a méthode diecte conite à égule indépendamment chaque axe pou le contôle de puiance tout en compenant le teme de petubation qui ont péent dan le chéma bloc de la figue (3.). Nou négligeon le teme de couplage ente le deux axe de contôle du fait de la faible valeu du gliement. e égulateu de cette méthode contôlent diectement le tenion otoique, d où le nom explicite de ce type de commande (fig.3-3). 7

71 FIG.3.3. SCHEMA BOC DE A COMMANDE DIRECTE 3.3. Commande vectoielle indiecte de la DFIG an boucle de puiance Cette commande et contituée de deux ou-ytème, le pemie calcule le couant de éféence à pati de conigne (puiance active et éactive), le deuxième calcule le tenion de éféence à pati de couant otoique calculé pa le pemie ou-ytème telle qu illutée dan la figue (3.4). FIG.3.4. SCHEMA DE BOC DE A COMMANDE INDIRECTE 3.4. Synthèe de égulateu a ynthèe de égulateu et la même pou chaque type de tuctue (diecte et indiecte) (Figue 3.3 et 3.4). Pou évite toute épétition, une même étude ea effectuée. Celle-ci et valable pou chaque commande utiliée dan ce tavail. Aini toi type de égulateu (PI IP et elai) eont étudié. Ce ea la bae théoique de la imulation dont le éultat eont expoé ultéieuieuement Régulateu PI e égulateu Popotionnel Intégal (PI), utilié pou commande la DFIG, et imple et apide à mette en œuve tout en offant de pefomance acceptable [3]. 7

72 7 Comme il a été illuté dan le paagaphe pécédent, chaque axe compend un égulateu de type PI dont la fonction de tanfet et de la fome p K K i p +. Nou avon donc un ytème bouclé et coigé pa le égulateu pécédemment cité (Figue 3.5). + M p R M ef Y Y p K K i p+ FIG SYSTEME REGUE PAR UN REGUATEUR PI a fonction de tanfet en boucle ouvete (FTBO) avec le égulateu PI écit alo : + + = p p i M R p M M K p K K p FTBO ( ). 3 a méthode de compenation de pôle et celle choiie pou la ynthèe de égulateu. Aini nou auon l égalité uivante : = p i M R K K ( ). 3 Il et à note que la compenation de pôle n a d intéêt que i le paamète de la machine ont connu avec une cetaine péciion, ca le gain de coecteu en dépendent diectement. Dan le ca contaie, la égulation ea défaillante. En effectuant la compenation de la fonction de tanfet en boucle ouvete, celle-ci devient : p M M K FTBO p = ( ).3 3 En boucle femée nou auon : p FTBF +τ = avec p M M K ) ( = τ ( ).4 3

73 e temp de épone τ ea choii lo de la imulation afin d offi le meilleu compomi ente pefomance et apidité. Aini, le gain de coecteu eont expimé en fonction de paamète de la machine comme uit : K K p i M = τ M R = τ M Régulateu IP ( 3.5) Dan cette patie eont utilié de égulateu IP. Ce denie ont analogue aux égulateu PI auf que le action popotionnelle et intégale ont mie en éie contaiement aux égulateu PI ou ce action ont mie en paallèle (Figue 3.6). Yef I P FT Y FIG REGUATEUR IP Tel que décit pécédemment, la égulation du ytème e fait d abod pa la implification de celui-ci en un modèle monovaiable. Aini le modèle implifié utilié pou dimenionne le égulateu PI, le ea pou le égulateu IP (Figue 3.7). Yef K i p K p M M + R p Y FIG.3.7. SYSTEME REGUE PAR UN REGUATEUR IP a fonction de tanfet en boucle femée (FTBF) avec le égulateu IP écit alo : FTBF = Tel que : p + M A = M R B = M K K A ( K A + B) p + K K A p i p i p Pa identification à un ytème de econd ode de fonction de tanfet : ( 3.6) ( 3.7) 73

74 FT = p + Kω n ξω n p + ω n ( 3.8) e gain de coecteu eont expimé en fonction de paamète de la machine comme uit : ωn Ki = K p A ξω n B K p = A D où, en emplaçant A et B pa leu expeion epective, on obtient : ( M ) ωn Ki = K pm ξω n K p = M ( M ) R Afin d avoi de pefomance acceptable, la dynamique de puiance et impoée à ( 3.9) ( 3.3) ω n =4 d/. e choix de ξ et fait de manièe que le coefficient d amotiement du ytème en boucle femée oit optimal (envion.7) Réglage avec un elai e tet tandad du elai a été oiginellement popoé pou identifie le point citique d un ytème à commande []. a motivation était, en automatiant la pocédue de meue, d accoîte la ûeté et de éduie le temp d expéimentation néceaie, pa appot aux égulateu claique [3]. a méthode tandad du elai popoe de emplace implement le égulateu pa une fonction tout-ou-ien (équation (3.3)). Ce montage et illuté en figue (3.8). Pou cette denièe, le égulateu conite en un imple gain qui doit ête augmenté pogeivement juqu à la limite de tabilité. FIG.3.8. SYSTEME REGUE PAR UN REAIS ( 3.3) 74

75 e figue (3.9) et (3.) péenton le chéma bloc complet de la commande vectoielle diecte et indiecte avec de elai de la chaine de conveion d énegie éolienne. FIG.3.9. SCHEMA BOC DE COMMANDE INDIRECTE REGEE PAR UN REAIS FIG.3.. SCHEMA BOC DE COMMANDE DIRECTE REGEE PAR UN REAIS 3.5. Réultat de imulation Pou éalie la imulation de la DFIG, nou avon utilié le logiciel Matab-Simulink à l aide duquel nou avon modélié toute le patie du ytème à avoi, la généatice, la tubine, le edeeu, l onduleu, la commande MI, le égulateu et dive compoant néceaie à la commande. PI Régulateu 5 couant otoique Id (A)

76 IP Régulateu 6 4 couant otoique Id (A) Régulation avec elai couant otoique Id (A) FIG.3.. COURANT ROTORIQUE DIRECT (CONTROE DIRECT) 6 4 Régulateu PI couant otoique Iq (A) IP temp (S) Régulateu 5 couant otoique Iq (A) temp (S) 76

77 elai Régulation avec couant otoique Iq (A) FIG. 3.. COURANT ROTORIQUE EN QUADRATURE (CONTROE DIRECT) Régulateu PI couant otoique Id (A) temp (S) 8 Régulateu IP couant otoique Id (A) temp (S) Régulation avec elai -5 couant otoique Id (A) temp (S) FIG COURANT ROTORIQUE DIRECT (CONTROE INDIRECT BO) 77

78 Régulateu PI 5 couant otoique Iq (A) temp (S) Régulateu IP couant otoique Iq (A) couant otoique Iq (A) Régulation avec elai temp (S) FIG COURANT ROTORIQUE EN QUADRATURE (CONTROE INDIRECT BO) 78

79 Régulateu 5 x 4 Pef (W) 4 P (W) 3 - PI x 4 5 Régulateu IP Pef (W) P (W) 4 puiance active (W) temp (S) 3 x 4 Régulation avec elai Pef (W) P (W) puiance active (W) FIG SUII DE CONSIGNE DE PUISSANCES ACTIE (CONTROE DIRECT) 6 x 4 5 Régulateu PI Qef (A) Q (A) puiance éactive (A)

80 IP puiance éactive (A) 5 x Régulateu Qef (A) Q(A) temp (S) elai 5 x 4 4 Régulation avec Qef (A) Q (A) puiance éactive (A) FIG SUII DE CONSIGNE DE PUISSANCES REACTIE (CONTROE DIRECT) PI Régulateu 6 4 Pef (W) P (W) puiance active (W) IP -8 x 4 Régulateu Pef (W) P (W).5 puiance active (W)

81 3 x 4 Régulation avec elai Pef (W) P (W) puiance active (W) temp (S) FIG SUII DE CONSIGNE DE PUISSANCE ACTIE (CONTROE INDIRECT BO) Régulateu PI 6 4 Qef (A) Q (A) puiance éactive (A) temp (S) Régulateu IP 6 4 Qef (A) Q (A) puiance éactive (A) x 4 4 Régulation avec elai Qef (A) Q (A) puiance éactive (A) FIG SUII DE CONSIGNE DE A PUISSANCE REACTIE (CONTROE INDIRECT BO) 8

82 e éultat de la imulation (Figue (3.) à (3.4)) péentent le difféente coube de couant diect et en quadatue, obtenue pa la commande vectoielle diect et indiect de puiance active et éactive généée au niveau du tato de la DFIG. Cette commande pemet de découple le expeion de puiance active et éactive tatoique ou, autement dit, celle du couple et du flux. a compoante en quadatue du couant otoique I q contôle le couple électomagnétique, donc la puiance active. a compoante diecte Id contôle le flux et donc la puiance éactive. Cela et contaté lo de vaiation de compoante diecte et en quadatue de couant otoique qui ont epectivement le image de puiance éactive et active. En ce qui concene le contôle diect, le difféence ente le égulateu PI et IP ont tè faible, tant au niveau de temp de épone qu'au niveau du couplage ente le axe qui céent de ocillation tanitoie. e contôle indiect, en evanche, monte la upéioité de la égulation avec de elai qui minimie l amplitude de ocillation. On peut ditingue dan le figue (3.5 à 3.6) que le échelon de puiance ont bien uivi pa la généatice dan le contôle diect, aui bien pou la puiance active que pou la puiance éactive. Toutefoi, on obeve l effet du couplage ente le deux axe de commande (d et q) ca un échelon impoé à l une de deux puiance (active et éactive) induit de faible ocillation u la econde. D aute pat la imulation de contôle indiect (figue 3.7 et 3.8) a donné de bon éultat en teme de dynamique et de épone aux échelon pou la puiance éactive, comme on peut obeve une eeu de puiance éactive loque la puiance active et faible. Pa conte, elle fait appaaite une eeu tatique au niveau de la puiance active et éactive qui et due au fait de cette égulation où le couant ont en boucle et le puiance ont etée en boucle ouvete. De plu, la non conidéation de la éitance tatoique dan note modéliation a une influence u le puiance. Nou pouvon également obeve la péence d'une eeu tatique u le deux axe pou le égulateu PI et IP. Ceci et du au fait que dan ce mode de contôle, la puiance n'et pa meuée diectement mai et plutôt econtuite à pati de la meue de couant otoique. Ce ont en fait ce même couant qui ont aevi. O le équation utiliée pou la econtuction ont baée u le modèle implifié qui néglige la éitance R. Pa conte, le contôle de puiance pa de elai, appote de amélioation emaquable pa appot aux égulateu PI et IP. Ca, la égulation pa de elai offe de bonne pefomance tatique et dynamique (tabilité et péciion), c et-à-die un temp de épone plu cout et an dépaement. 8

83 3.6. Commande vectoielle pa double oientation de flux Cette technique conite à oiente en même temp le flux tatoique et le flux otoique comme indiqué ci-deou dan la figue (3.9). Aini, il en découle de containte donnée pa l expeion (3.3). e flux otoique ea poté u l axe diect d, alo que le flux tatoique ea poté u l axe en quadatue, q. angleδ, ignifiant l angle de chage pa analogie au ca de la machine ynchone, ea de 9 et, pa conéquent, le deux flux deviennent othogonaux [,] : φ = φ φ φ q d d = φ = φ q = ( 3 3) Fig Diagamme vectoiel de la DFIG apè oientation En utiliant le équation (3.3), le équation (3.), (3.), (3.3) et (3.4) eont efomulée comme uit: d = Rid φ q d = R i q = R i d dθ dt ( 3 33) ( 3 34) dθ q = Riq + φ dt e ytème d équation (3-34) monte que le modèle de la généatice devient un modèle linéaie. Ce qui pemet de mette de gain à la place de égulateu (figue (3.)). avec : ω = = i d φ = i q θ dt d + M + M i d i q et ω = θ dt d ( 3 35) φ = i = i d q + M + M i i q d Si l'on néglige la éitance du bobinage tatoique ( 3 36) 83

84 q dφq = dt = d = application d hypothèe choiie aini que le ytème d axe nou pemet d établi la implification uivante de puiance : P = i d Q = i avec : q ( 3 37) i d M = i d ( 3 38) i q = M i q ( 3 39) Pou obteni l expeion de puiance en fonction de couant otoique, on emplace le couant (3.38 et 3.39) dan l équation (3-37): M P = Q = M avec : i i d q M = i i q = M Q d P ( 3 4) ( 3 4) FIG. 3.. SCHEMA DE A COMMANDE ECTORIEE DIRECTE DE A DFIG AEC DOUBE ORIENTATION DE FUX 3.6. Réultat de Simulation Pou éalie cette technique de commande, nou avon utilié le logiciel Matab-Simulink. 84

85 5 x 4 4 P-ef (W) P (W) puiance active (W) temp (S) FIG. 3.. SUII DE CONSIGNE DE PUISSANCES ACTIE (CONTROE DIRECT) 6 x 4 5 Q-ef (a) Q (a) puiance éactive (a) temp (S) FIG. 3.. SUII DE CONSIGNE DE PUISSANCES REACTIE (CONTROE DIRECT) fulx otoique diect (Web).5.5 φ d temp(s) FIG.3.3. FUX ROTORIQUE DIRECT (CONTROE DIRECT) 85

86 flux otoique quadatue (Web) temp (S) φ q FIG.3.4. FUX ROTORIQUE EN QUADRATURE (CONTROE DIRECT).5 flux tatoique diect (Web) φ d temp (S) FIG.3.5. FUX STATORIQUE DIRECT (CONTROE DIRECT).5 flux tatoique quadatue (Web).5.5 φ q temp (S) FIG.3.6. FUX STATORIQUE EN QUADRATURE (CONTROE DIRECT) 86

87 6 4 P ef (W) P (W) puiance active (W) temp (S) FIG.3.7. SUII DE CONSIGNE DE PUISSANCES ACTIE (CONTROE INDIRECT) 6 4 Q ef (a) Q (a) puiance éactive (a) temp (S) FIG.3.8. SUII DE CONSIGNE DE PUISSANCES REACTIE (CONTROE INDIRECT) -.5 flux otoique diect (Web) φ d temp (S) FIG.3.9. FUX ROTORIQUE DIRECT (CONTROE INDIRECT).5 flux otoique quadatue (Web) φ q temp (S) 87

88 FIG.3.3. FUX ROTORIQUE EN QUADRATURE (CONTROE INDIRECT).5 flux tatoique diect (Web) φ d temp (S) FIG.3.3. FUX STATORIQUE DIRECT (CONTROE INDIRECT) flux tatoique quadatue (Web) φ q temp (S) FIG.3.3. FUX STATORIQUE EN QUADRATURE (CONTROE INDIRECT) e éultat de imulation (Figue (3.) à (3.3)) péentent le difféente coube obtenue pa la commande vectoielle à double oientation de flux diect et indiect d une DFIG de puiance 7,5 kw. On peut contate dan le figue (3.) et (3.) que le échelon de puiance active et éactive ont bien uivi pa le puiance de éféence. Toutefoi, on obeve claiement de eeu tatique. Ce qui end le contôle diect peu obute. D aute pat la imulation de contôle indiect (figue (3.7) et (3.8)) a donné de bon éultat en teme de dynamique et de épone aux échelon pou la puiance active. Cependant, il appaaît une faible difféence dan le uivi de conigne u la puiance éactive (figue (3.8)). Mai, ceci n et pa un poblème puique le découplage de flux et le uivi de conigne de puiance ont éalié. e figue (3.3 à 3.6) et (3.9 à 3.3) illutent l évolution tempoelle le flux tatoique et otoique. Nou pouvon obeve que le condition de cette méthode ont éaliée. 88

89 3.7. Concluion Deux appoche de commande à flux oienté, dédiée au pilotage de la généatice aynchone à double alimentation ont été popoée dan ce chapite. o du pemie contôle, on a établi la ynthèe de toi égulateu pou contôle la DIFG. e but de ce égulateu et de contôle l échange de puiance active et éactive ente le tato de la machine et le éeau en modifiant l amplitude et la féquence de tenion otoique. e difféence ente le toi égulateu ont peu ignificative en ce qui concene le uivi de conigne. Cependant, on peut emaque que la égulation pa de elai offent de bonne pefomance tatique et dynamique (tabilité et péciion), c et-à-die, un temp de épone plu cout et an dépaement. Bien que le mode diect offe une implicité de mie en œuve avec de éultat convenable, le mode indiect jutifie a upéioité pa la poibilité de contôle le couant et de le limite afin de potége le bobinage otoique de la machine. En oute, le contôle vectoiel pa double oientation de flux offe une commande linéaie facilement implantable ; qui ne néceité pa de égulateu. exécution de cette méthode a monté à tave le difféent éultat de imulation de pefomance intéeante. Enfin, il convient de ouligne qu apè analye de eai pécédemment effectué, il a été contaté que le dipoitif étudié ne e limite pa à un fonctionnement généateu. Ceci explique pa une puiance meuée qui peut ête poitive ou négative. Pa ailleu, il et à emaque que le dipoitif peut fonctionne également en hypo et en hype ynchonime, ce qui nou a encouagé à popoe le contôle pa une commande plu pefomante telle que la commande à mode gliant. C et ce que nou popoon d expoe dan le pochain chapite Réféence bibliogaphique [] EONHARD.W, contol Electical, Spinge elag Belin Heidelbeg 985. Pinted in Gemany. [] CHERKAOUI.M, contibution a la modéliation, à l Etude et à la commande de Machine application à une machine aynchone à double alimentation, Thèe de Doctoat, Polytechnique de loaine 99, Fance [3] POITIERS.F «Etude et Commande de Généatice Aynchone pou l Utiliation de Enegie Eolienne» Thèe de l Ecole Polytechnique de l Univeité de Nante, Nante, Fance, 3. [4] E AIMANI.S, FRANCOIS.B, MINNE.F, ROBYNS.B, Modelling and imulation of Doubly fed Induction Geneato fo vaiable peed wind tubine integated in a Ditibution Netwok, EPE 3- Touloue, ISBN:

90 [5] J.R. SAENZ, A. TAPIA, G. TAPIA, X. OSTOAZA, I. ABIZU, F. PEREZ-HIDAGO M. IRIZAR, Reactive powe Regulation in Wind fam: contol Stategie, EPE- Gaz. [6] ZHANG XIN-FRANG, IU Yi-BING, pedictive functional Contol of a doubly fed Induction Geneato fo aiable Wind tubine depatment of automation noth china Electical Powe Univeity, IEEE4 china. [7] H.AKAGI, S. OGASAWARA, H. KIM, The theoy of intantaneou powe in thee Phae fo wie ytem and it application, electical engineeing in Japan, vol.35,n 3, pp.74-86,. [8] PAU ETIENNE IDA, Commande non linéaie d une machine aynchone à Double alimentation thèe de Doctoat 4. [9] JOSE COTO AADRO, M ISABE GRACIA AAREZ, wind peed model deign And dynamic imulation of a wind fam embedded on ditibution netwok, D p to. De Ingenieo univeidad d Oviedo campu de vieque /n 339 Gijón (Spain). [] CHERKAOUI.M, «contibution a la modéliation, à l étude et à la commande de Machine application à une machine aynchone double alimentation» thèe de Doctoat, polytechnique de oaine 99, Fance. [] ZHANG F. epaately contolled Double-fed peed egulation ytem IEEE 999 Intenational confeence on powe Electonic and Dive ytem, PEDS 99IEEEpp [] K. J. ASTRÖM and T. HÄGGUND. Automatic tuning of imple egulato with pecification on phae and amplitude magin. Automatica, (5):645 65, 984. [3]G. ZIEGER and N. B. NICHOS. Optimum etting fo automatic contolle. Tanaction ASME, (64): , 94. 9

91 Chapite I Commande pa mode gliant de DFIG 9

92 4. Intoduction Comme nou l'avon pécédemment annoncé, ce chapite et dédié à la commande non- linéaie de la DFIG. Il 'agit d'une Commande à Stuctue aiable (CS) qui, dan la bibliogaphie du génie électique, pote le nom de commande pa mode de gliement. e avantage de la commande pa mode de gliement ont impotant et multiple : la haute péciion, la bonne tabilité, la implicité, l'invaiance, la obutee etc. Ceci lui pemet d ête paticulièement adaptée pou le ytème ayant un modèle impéci []. Souvent, il et péféable de pécifie la dynamique du ytème duant le mode de convegence. Dan ce ca, la tuctue d un contôleu compote deux patie : une patie continue epéentant la dynamique du ytème duant le mode de gliement et une aute, dicontinue, epéentant la dynamique du ytème duant le mode de convegence. Cette denièe et impotante dan la commande non linéaie, ca elle a pou ôle d'élimine le effet d impéciion et de petubation u le modèle []. Nou péenteon dan un pemie temp quelque élément de la théoie de contôle pa mode de gliement, enuite nou l'appliqueon ucceivement aux deux type de modéliation étudiée, modéliation en puiance avec la tanfomation de Pak et en couant avec la tanfomation de Ku. Nou donneon finalement le éultat de imulation obtenu avec ce difféente modéliation qui confime la validation de la commande. 4. Hitoique de la commande pa mode gliant e mode gliement et un mode de fonctionnement paticulie de ytème à tuctue vaiable. a théoie de ce ytème a été étudiée et développée en union oviétique, tout d abod pa le pofeeu EMEYANO, pui pa d aute collaboateu également UTKIN [3], à pati de éultat de étude du mathématicien FIIPOE u le équation difféentielle à econd membe dicontinu. Enuite, le tavaux ont été epi aux Etat-Uni pa SOTINE [4, 5, 6], et au Japon pa Young, HARASHIMA et HASHIMOTO [7, 8, 9, ]. Ce n et qu à pati de année 8 que la commande pa mode de gliement de ytème à tuctue vaiable et devenue intéeante et attactive. Elle et conidéée comme l une de appoche le plu imple pou la commande de ytème non linéaie et le ytème ayant un modèle impéci [,, 3, 4]. 9

93 4.3 Pincipe de la commande pa mode de gliement Un ytème à tuctue vaiable et un ytème dont la tuctue change duant on fonctionnement [4]. Il et caactéié pa le choix d une fonction et d une logique de commutation. Ce choix pemet au ytème de commute d une tuctue à une aute à tout intant [5]. Aini, dan la commande de ytème à tuctue vaiable pa mode de gliement, la tajectoie d état et amenée ve une uface. Pui à l aide de la loi de commutation, elle et obligée d y ete au voiinage de cette uface (figue 4.). Cette denièe et appelée uface de gliement [4, 5]. FIG.4..MODE DE GISSEMENT REE. 4.4 Stuctue de la commande pa mode de gliement a conception de la commande pa mode de gliement pend en compte le poblème de tabilité et de bonne pefomance de façon ytématique dan on appoche, qui effectue pincipalement en toi étape pincipale complémentaie l une de l aute, définie pa [4, 5, 6]: e choix de uface de gliement ; a définition de condition d exitence et de convegence du égime gliant ; a détemination de la loi de commande Choix de uface de gliement 93

94 On conidèe le modèle d état uivant : où et le vecteu d état, le vecteu de commande, avec. Généalement, le choix du nombe de uface de gliement et égal à la dimenion du vecteu de commande. Afin d aue la convegence d une vaiable d état ve a valeu de éféence, il faut choii une uface de gliement. Elle et une fonction calaie telle que la vaiable à égle glie u cette uface. Nou touvon dan la littéatue difféente fome de uface de gliement, et chaque uface péente de meilleue pefomance pou une application donnée [4]. Dan ce tavail, nou nou intéeon à une uface non linéaie [7,6, 8, 9]. avec : écat de la vaiable à égule ; : et un degé elatif qui epéente le nombe de foi qu il faut déive la uface pou faie appaaîte la commande ; : gain poitif. objectif de la commande et de gade la uface à zéo. Cette denièe et une équation difféentielle linéaie dont l unique olution et 4.4. Condition d exitence et de convegence du égime gliant e condition d exitence et de convegence ont le citèe qui pemettent aux difféente dynamique du ytème de convege ve la uface de gliement et d y ete indépendamment de la petubation []. Il exite deux condition pou aue le mode de convegence : Appoche diecte Cette appoche et la plu ancienne, elle et popoée et étudiée pa EMIYANO et UTKIN. Il agit de donne à la uface une dynamique convegente ve zéo, elle et donnée ou la fome [, ] : Appoche YAPUNO Il agit de choii une fonction calaie poitive pou le vaiable d état du ytème et de choii une loi de commande qui fea décoite cette fonction 94

95 Cette fonction de YAPUNO et définie comme uit : En déivant cette denièe, on obtient : Pou que la fonction puie décoite, il uffit d aue que : Cette appoche et utiliée pou etime le pefomance de la commande, l étude de la obutee et de la tabilité de ytème non linéaie [6, 3, 4]. 4.5.Théoie de la commande oque le égime gliant et atteint, la dynamique du ytème et indépendante de la loi de commande qui n a pou but que de mainteni le condition de gliement (l attactivité de uface). C et pou cette aion que la uface et déteminée indépendamment de la commande. Actuellement, il ete à détemine la commande néceaie pou attie la tajectoie d état ve la uface et enuite ve on point d équilibe en maintenant le condition d exitence du mode de gliement. obtention d un égime de gliement uppoe une commande dicontinue. a uface de gliement devait ête attactive de deux coté. De ce fait, i cette commande dicontinue et indipenable, il n empêche nullement qu une patie continue lui oit ajoutée. a patie continue peut en effet amene à éduie autant que nou voulon l amplitude de la patie dicontinue. En péence d une petubation, la patie dicontinue a eentiellement pou but de véifie le condition d attactivité. Dan ce ca, la tuctue d un contôleu pa mode gliement et contituée de deux patie, une concenant la linéaiation exacte et l aute la tabilité. coepond à la commande popoée pa FIIPO. Elle et à gade la vaiable à commande u la uface de gliement S. a commande équivalente et déduite, en conidéant que la déivée de la uface et nulle a commande dicète et déteminée pou véifie la condition de convegence en dépit de l impéciion u le paamète du modèle du ytème [4, ]. Pou mette en évidence le développement pécédent, nou conidéon un ytème défini dan l epace d état pa l équation (4-). On cheche à détemine l expeion analogique de la commande a déivée de la uface et : 95

96 En emplaçant (4-) et (4-7) dan (4-8), on touve : Duant le mode de gliement et le égime pemanent, la uface et nulle, logiquement a déivée et la patie dicontinue le ont aui. D où, on déduit l expeion de la commande équivalente. Pou que la commande équivalente puie pende une valeu finie, il faut que : Duant le mode de convegence, et en emplaçant la commande équivalente pa on expeion dan (4-9), on touve la nouvelle expeion de la déivée de la uface : et la condition d attactivité devient : Afin de atifaie la condition, le igne de doit ête oppoé à celui de a fome la plu imple que peut pende la commande dicète et celle d une fonction [5, 6]. (figue4.) 96

97 FIG4.. FONCTION (NON INEARITE TOUT OU RIEN) 4.6 Application de la commande à mode gliant à la DFIG Afin de éalie la loi de commande nou choiion d oiente le flux tatoique uivant l axe d. Aini : φ = et φ = d φ et l équation de flux devient : q e puiance active et éactive écivent alo : A l aide de l équation (4-7), on peut écie le couant otoique ou la fome: A pati du chapite toi, on tie le ytème d équation uivant: 4.6. Suface de égulation de la puiance active Pou contôle la puiance active on pend le degé elatif contôle de la puiance active à la fome uivante : l expeion de la uface de a déivée de la uface et : 97

98 On emplace l expeion de la puiance active à pati du chapite 3, on touve : En intoduiant l équation (4-9) dan (4-3), on aua : On a On emplace (4-4) dan (4-3), on aua : À péent, en emplaçant la tenion pa la tenion de commande, la commande appaaît claiement dan l équation uivante : Duant le mode de gliement et le égime pemanant, on a et pa conéquent et, d où on tie la fomule de la commande équivalente à pati de la elation (4-6) : Duant le mode de convegence, la condition (4-7) dan (4-6), on obtient : doit ête véifiée. En emplaçant Pa conéquent, le teme de commutation et donné pa : 4.6. Suface de égulation de la puiance éactive Penant la même uface que celle de la puiance active : a déivée de la uface et : 98

99 On emplace l expeion de la puiance éactive a pati du chapite toi on touve : En intoduiant l équation (4-8) dan (4-3), on aua : En emplaçant l expeion de pa la commande appaaît claiement dan l équation uivant : Duant le mode de gliement et en égime pemanent, on a : la elation (4-34). = et d où on tie la fomule de la commande équivalente à pati de Duant le mode de convegence, la condition (4-35) dan (4-34), on touve : doit ête véifiée. En emplaçant Pa conéquent, le teme de commutation et donné pa : e chéma du bloc de la commande pa mode gliant appliquée à la DFIG et illuté pa la figue (4.3). 99

100 FIG4.3.SCHEMA BOC DE A COMMANDE A MODE GISSANT EN PUISSANCES APPIQUEE A A DFIG e paamète de difféent égulateu pa mode gliant ont donné pa le tableau uivant : Suface de églage S(P) S(Q) K Suface de égulation du couant diect Dan cette patie, on va égle le couant diect et en quadatue de manièe imilaie à ce qui a été vu au niveau de la égulation de puiance active et éactive. Nou auon pou la uface de contôle. a déivée de la uface (4-39) donne : En emplaçant la déivée du couant d équation (4-8) dan (4-39), on aua : En emplaçant l expeion de pa, la commande appaaît claiement dan l équation uivant : Duant le mode de gliement et en égime pemanent, on a :

101 de la elation (4-38). = et d où l on tie la fomule de la commande équivalente à pati Duant le mode de convegence, la condition ubtituant l équation (4-4) dan (4-4), on touve : doit ête véifiée. En Pa conéquent, le teme de commutation et donné pa : Suface de égulation du couant en quadatue Nou auon pou la uface du couant en quadatue. a déivée de la uface (4-46) donne : On emplace la déivée du couant d équation (4-9) dan (4-46), on aua : En emplaçant l expeion de pa, la commande appaaît claiement dan l équation uivant : Duant le mode de gliement et en égime pemanent, on a : de la elation (4-45). = et d où on tie la fomule de la commande équivalente à pati Duant le mode de convegence, la condition ubtituant l équation (4-49) dan (4-48), on touve : doit ête véifiée. En Pa conéquent, le teme de commutation et donné pa : e chéma du bloc de la commande pa égulation du couant appliqué à DFIG et illuté pa la figue (4.4).

102 FIG. 4.4.SCHEMA BOC DE A COMMANDE A MODE GISSANT EN COURANTS APPIQUEE A A DFIG 4.7. Simulation et intepétation de éultat e modèle pécédemment cité ont donné le éultat de imulation uivant : e coube (fig.4.(5, 6, et )) péentant epectivement le uivi de conigne de puiance active et éactive, la commande en puiance et en couant, ont atifaiant ca elle épondent à toute le exigence voulue, pa d eeu tatique et pa d ocillation lo de changement de conigne, une bonne dynamique utout de la commande en puiance et un temp de épone plu cout. e découplage de flux tatoique diect et quadatue et monté u le figue (4.7, 8,3 et 4) et confime la obutee de commande. e figue (4.(9,,5 et 6)), péentent le couant en quadatue I q et le couant diect I d dont le pemie contôle la puiance active et le deuxième contôle la puiance éactive. Cela et contaté lo de vaiation de compoante diecte et en quadatue de couant otoique qui ont epectivement le image de puiance éactive et active.

103 4 x 4 3 P-ef (W) P (W) puiance active (W) temp () FIG4.5.SUII DE CONSIGNE DE PUISSANCE ACTIE (COMMANDE EN PUISSANCE) 6 x 4 5 Q-ef (a) Q (a) puiance Réactive (a) temp (S) FIG4.6.SUII DE CONSIGNE DE PUISSANCE REACTIE (COMMANDE EN PUISSANCE).5 flux tatoique en quadatue (Web) temp (S) FIG4.7. FUX STATORIQUE EN QUADRATURE (COMMANDE EN PUISSANCE) 3

104 .5 flux tatoique diect (Web) temp (S) FIG4.8. FUX STATORIQUE DIRECT (COMMANDE EN PUISSANCE) 3 couant otoique diect (A) temp (S) FIG4.9. COURANT ROTORIQUE DIRECT (COMMANDE EN PUISSANCE) 8 couant otoique en quadatue (A) temp (S) FIG4.. COURANT ROTORIQUE EN QUADRATURE (COMMANDE EN PUISSANCE) 4

105 4 x 4 3 Pef (W) P (W) puiance active (W) temp (S) FIG4..SUII DE CONSIGNE DE PUISSANCE ACTIE (COMMANDE EN COURANT) 6 x 4 5 Qef (a) Q (a) puiance éactive (a) temp (S) FIG4..SUII DE CONSIGNE DE PUISSANCE REACTIE (COMMANDE EN COURANT).5 flux tatoique diect (Web) temp (S) FIG4.3. FUX STATORIQUE DIRECT (COMMANDE EN COURANT) 5

106 .5 flux en quadatue tatoique (Web) temp (S) FIG4.4. FUX STATORIQUE EN QUADRATURE (COMMANDE EN COURANT) 5 couant otoique diect (A) temp (S) FIG4.5. COURANT ROTORIQUE DIRECT (COMMANDE EN COURANT) 8 couant otoique en quadatue (A) temp (S) FIG4.6. COURANT ROTORIQUE QUADRATURE (COMMANDE EN COURANT) 4.8 a commande pa mode gliant avec la tanfomation de Ku A pati du chapite, on a le ytème d équation uivant : 6

107 f b = R i f = R i b + + di f dt di dt b + M + M di f dt di dt b + dθ j φf dt dθ j φb dt f b = R i f = R i b + + di f dt di dt b + M + M di f dt di dt b + dθ j φf dt dθ j φb dt e puiance active et éactive ont expimée comme : p = f i f Q = i b f + b b f i i b p Q = f = i i f b f + b b f i i b a paticulaité fappante de cette tanfomation et que le gandeu en f ont le conjuguée de gandeu en b. De là, on obtient le ytème d équation linéaie uivant : et où et le conjugué de et, le conjugué de A pati de équation (4-54), on a : 4.8. Suface de égulation du couant fowad A pati de la elation (4-55), on peut contôle la puiance à pati de couant. De manièe imilaie à ce qui a été vu au niveau de la commande pa mode gliant avec la tanfomation de Pak, nou auon pou la uface de contôle. a déivée de la uface et : 7

108 En intoduiant la déivée du couant à pati de l équation (4-5) et en la emplaçant dan (4-57), on aua : En emplaçant l expeion de pa la commande appaaît claiement dan l équation uivant : Duant le mode de gliement et en égime pemanent, on a : de la elation (4-59). = et d où on tie la fomule de la commande équivalente à pati Duant le mode de convegence, la condition ubtituant l équation (4-6) dan (4-59), on touve : doit ête véifiée. En Pa conéquent, le teme de commutation et donné pa : 4.8. Suface de égulation du couant backwad De manièe imilaie à ce qui a été vu au niveau de égulation de puiance active, nou auon pou la puiance éactive : Penant la même uface que celle de la puiance active : a déivée de la uface et : En intoduiant la déivée du couant à pati de l équation (4-5) et nou le emplaçant dan (4-64), on aua : En emplaçant l expeion de pa la commande appaaît claiement dan l équation uivant : Duant le mode de gliement et en égime pemanent, on a : 8

109 de la elation (4-66). = et d où on tie la fomule de la commande équivalente à pati Duant le mode de convegence, la condition ubtituant l équation (4-67) dan (4-66), on obtient : doit ête véifiée. En Nou poon donc : e chéma du bloc de la commande pa mode gliant pa la tanfomation de Ku appliqué à DFIG et illuté pa la figue (4.). FIG4.7.SCHEMA BOC DE A SMC AEC A TRANSFORMATION DE KU APPIQUE A DFIG 4.9 Simulation et intepétation de éultat Pou éalie la commande de la DFIG, nou avon utilié le logiciel Matab-Simulink à l aide duquel nou avon modélié toute le patie du ytème à avoi, la généatice, la tubine, le edeeu, l onduleu, la commande MI, le égulateu et dive compoant néceaie à la commande. e éultat de la imulation (Figue (4.7) et (4.8)) péentent le difféente coube de uivi de conigne de la puiance active et éactive. e échelon de puiance ont bien uivi la éféence aui bien pou la puiance active que pou la puiance éactive, avec de bonne pefomance tatique et dynamique et un temp de épone plu cout et an dépaement. 9

110 e figue (4.9) et (4.) péentent e découplage de flux tatoique fowad et backwad qui cetifie la commande avec la tanfomation de Ku. e figue (4. et ), péentent le couant en quadatue I b et le couant diect I f dont le pemie contôle la puiance active et le deuxième contôle la puiance éactive. 3 x 4 P-ef (W) P (W) puiance active (W) temp (S) FIG.4.7. SUII DE CONSIGNE DE PUISSANCE ACTIE 4 x 4 3 Q-ef (a) Q (a) puiance éactive (a) temp (S) FIG.4.8. SUII DE CONSIGNE DE PUISSANCE REACTIE.5 flux tatoique fowad Web) temp (S) FIG.4.9. FUX STATORIQUE FORWARD

111 .5 flux tatoique backwad (Web) temp () FIG.4.. FUX STATORIQUE BACKWARD 8 6 couant otoique fowad (A) temp(s) FIG.4..COURANT ROTORIQUE FORWARD 6 couant otoique backwad (A) temp(s) FIG.4.. COURANT ROTORIQUE BACKWARD

112 4.. Robutee eai de obutee conite à faie vaie le paamète du modèle de la DFIG utilié. En effet le calcul de égulateu ont baé u le paamète uppoé fixe. Toutefoi dan un ytème éel, ce paamète ont oumi à de vaiation entainée pa difféent phénomène phyique. Ajouton à cela le fait que l identification de ce paamète et oumie à de impéciion due à la méthode employée et aux appaeil de meue. Afin de tete la obutee de la commande pa mode de gliement du DFIG, le même tet pou le deux commande avec la tanfomation de Pak et Ku ont utilié. - Condition de l eai - augmentation de la éitance otoique à % à pati de, avec paage buque de la vitee de 35 à45 t/min. Pemièement, une légèe diminution de la puiance active avec la tanfomation de Ku (fig.4.3) et la puiance active avec la tanfomation de Pak, contôle en couant (fig.4.8) pa appot à la puiance de conigne à t =. Deuxièmement, la tabilité de la l évolution de puiance éactive et le couant. Finalement un tè bon compotement de aute eai, même dan le ca de vaiation de paamète impoée ici. 3 x 4 Pef (W) P (W) puiance active (W) temp(s) FIG.4.3. SUII DE CONSIGNE DE PUISSANCE ACTIE AEC A TRANSFORMATION DE KU

113 .4 eitance otoique R (ohm) temp (S) FIG.4.4. ARIATION DE A RESISTANCE ROTORIQUE EN FONCTION DU TEMPS 4 x 4 3 Qef (a) Q (a) puiance éactive (a) temp (S) FIG.4.5. SUII DE CONSIGNE DE PUISSANCE REACTIE AEC A TRANSFORMATION DE KU 8 6 couant otoique diect (A) temp (S) FIG.4.6. COURANT ROTORIQUE FORWARD 3

114 6 couant otoique en quadatue (A) temp (S) FIG.4.7. COURANT ROTORIQUE BACKWARD 4 x 4 3 P ef (W) P (W) puiance active (W) temp (S) FIG.4.8. SUII DE CONSIGNE DE PUISSANCE ACTIE, TRANSFORMATION DE PARK (CONTROE EN COURANT) 6 x 4 5 Q ef (a) Q (a) puiance éactive (a) temp (S) FIG.4.9. SUII DE CONSIGNE DE PUISSANCE REACTIE AEC A TRANSFORMATION DE PARK (CONTROE EN COURANT) 4

115 5 couant otoique diect (A) temp(s) FIG.4.3. COURANT ROTORIQUE DIRECT AEC A TRANSFORMATION DE PARK (CONTROE EN COURANT) 8 couant otoique en quadatue (A) temp 'S) FIG.4.3. COURANT ROTORIQUE EN QUADRATURE AEC A TRANSFORMATION DE PARK (CONTROE EN COURANT) 4 x 4 3 P ef (W) P (W) puiance active (W) temp (S) FIG.4.3. SUII DE CONSIGNE DE PUISSANCE ACTIE AEC A TRANSFORMATION DE PARK (CONTROE EN PUISSANCE) 5

116 6 x 4 5 Q ef (a) Q (a) puiance éactive (a) temp (S) FIG SUII DE CONSIGNE DE PUISSANCE REACTIE, TRANSFORMATION DE PARK (CONTROE EN PUISSANCE) 5 couant otoique diect (A) temp (S) FIG COURANT ROTORIQUE DIRECT AEC A TRANSFORMATION DE PARK (CONTROE EN PUISSANCE) 8 couant otoique en quadatue (A) temp (S) FIG COURANT ROTORIQUE EN QUADRATURE AEC A TRANSFORMATION DE PARK (CONTROE EN PUISSANCE) 6

117 4.. Concluion Ce chapite a fait l objet de l application de la commande pa mode gliant u la DFIG baée u la tanfomation de Pak ou encoe de Ku ; l objectif pincipal étant la égulation de puiance active et éactive. Dan ce contexte, nou avon péenté tout d abod un appel théoique u la commande pa mode gliant de ytème à tuctue vaiable, nou avon enuite abodé la conception de l algoithme de commande en puiance et en couant avec e difféente étape. Nou péenteon dan un pemie temp l application de cette denièe u la DFIG. e difféente imulation faite montent que le ytème de égulation donne de bonne pefomance tatique et dynamique. a deuxième patie de ce chapite compend la commande pa mode gliant avec la tanfomation de Ku laquelle péente un intéêt plu impotant que celui de Pak. Ceci éide dan le découplage de compoant de tenion f (fowad) et b (backwad) an paé pa l oientation du flux qui donne une implification de calcul avec de bon éultat. e tet effectué pa la vaiation de la éitance de la DFIG, montent claiement que le ytème et inenible au commande avec la tanfomation de Pak en puiance et tè peu enible pou le uivi de conigne de puiance active pa la commande avec la tanfomation de Ku et la commande avec la tanfomation de Pak en couant. Aui, on peut conclue que le églage de la puiance pa la commande à mode gliant baé u la tanfomation de Pak ou encoe de Ku, appote de amélioation emaquable pa appot à la commande vectoielle. Ca la commande pa mode gliant offe de bonne pefomance tatique et dynamique avec un temp de épone plu cout et an dépaement. e eul inconvénient de cette commande, c et le phénomène de boutement (ou CHATTERING en anglai), qui et en généal indéiable ca il ajoute au pecte de la commande, de compoante haute féquence. 7

118 4. Refeence bibliogaphique [] SOTINE.J.J, "Applied nonlinea contol", Englewood Cliff, NJ. Pentice Hall, 99. [] GAO.W and HUNG.J.C, "aiable tuctue contol ytem", IEEE Tan. I dut. applic. ol. 4, No., pp , 993. [3] UTKIN. aiable tuctue ytem with liding mode. IEEE Tan. Auto. Contol, ol. AC-, N., pp.-, Apil, 977. [4] SOTINE J. J. Sliding contolle deign fo nonlinea ytem I. J. C. Jounal ol.4, N., pp.4-434, 984. [5] SOTINE J. J. HEDRICK J. K. MIZAWA E. A. On liding obeve fo nonlinea Sytem. Jou. Dynam. Syt. Meau. Contol, ol.9-45, 987. [6] SOTINE J. J. Applied nonlinea conto. Englewood Cliff, NJ. Pentice Hall, 99. [7] YOUNG K. K. Contolle deign a manipulato uing theoy of vaiable tuctue Sytem. IEEE Tan. Syt. Man. Cybe., ol.smc-8, N., 978. [8] HARASHIMA F. HASHIMOTO H. KONDO S. Mofet convete fed poition evo ytem with liding mode contol IEEE Tan. Idut. Elect., ol.3, N.3, pp.38-44, 985. [9] HASHIMOTO H. MAYURAMA K. Pactical ealization of SS contolle fo obotic am. IEEE, IECONF, pp.34-4, 986. [] HASHIMOTO H. YAMAMOTO H. YANAGISAWA S. HARASHIMA F. Buhle evo moto contol uing vaiable tuctue appoach. IEEE Tan. Idut. Applic. ol.4, N., pp.6-7, 988. [] SABANOIC A. IZOZIMO B.. Application of liding mode to induction moto contol. IEEE Tan. Idut. Applic., ol. 3, N., pp.4, 98. [] SABANOIC A. BIAOIC F. Sliding mode contol of AC moto dive. IEEE Tan. Idut. Applic. ol.5, N., pp.7-75, 989. [3] SOTINE J. J. Applied nonlinea contol. Englewood Cliff, NJ. Pentice Hall, 99. [4] NEMMOUR A.. «Contibution à la commande vectoielle de la machine aynchone à double alimentation». Mémoie de magitèe de l'ecole Nationale Polytechnique, Algéie,. [5] HUNG J. Y.GAO W. HUNG J. C. aiable tuctue contol: A uvey. IEEE Tan. Idut. Elec., ol.4, N., pp.-, 993. [6] SAIBI. A, MAHMOUDI.M.O.H,. NAZI, Commande pa mode de gliement d une machine ynchone double étoile alimentée pa onduleu `a MI `a toi niveaux 4th Intenational Conféence on Electical Engineeing, CEE 6, Batna Univeity, pp. 5, 7 8 Novembe 6. [7] BENKHORIS.M.F, A. GAYED, Dicete liding contol technique of DC moto dive, IEE Confeence Publication No. 49 Powe Electonic and aiable Speed dive, pp. 8 86, 3 5 Septembe

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120 Chapite Commande diect du couple de la DFIG

121 5. Intoduction a méthode de commande diecte du couple de machine aynchone a été intoduite dan la deuxième moitié de année 98 pa TAKAHASHI et DEPENBROCK, en concuence de méthode vectoielle qui conitent à découple le contôle du flux de celui du couple en utiliant l oientation du champ magnétique. Ce méthode ont baée généalement u de alimentation pa modulation de lageu d impulion (MI). A l oppoé de ce loi de commande, qui opèent donc pa modulation de la duée (MI), la tatégie de commande diecte du couple a de loi de commande en amplitude. Elle péente de nombeux avantage : tè gande apidité de épone du couple ; obutee pa appot aux vaiation de paamète de la machine ; abence de tanfomation de coodonnée; elle ne néceite pa l utiliation d un capteu mécanique (vitee ou poition) u l abe moteu; elle a la poibilité de contôle l amplitude de ondulation du couple et du flux tatoique. 5. Pincipe global de DTC I. TAKAHASHI [6] a popoé de emplace le découplage à tave la tanfomation vectoielle pa un contôle non linéaie tel que le état de commutation de l'onduleu oient impoé à tave un pilotage épaé du flux tatoique et du couple électomagnétique de la machine. a commande de l onduleu et intantanée, ce qui néceite une péiode d échantillonnage tè faible. a équence de commande de inteupteu et diectement iue de égulateu de flux et de couple qui ont généalement de égulateu à hytééi. a tuctue de bae du contôle diect du couple et péentée u la figue (5.). Dan cette tatégie, on peut ditingue le bloc fonctionnel uivant : Un module de égulation à tuctue vaiable du couple électomagnétique (A) Un module de égulation à tuctue vaiable du flux tatoique (B) Une table de commutation (C) Une unité de l etimation de vaiable de commande (D)

122 Fig.5. : Stuctue de bae de la commande diecte du couple elon TAKAHASHI Son pincipe et de électionne un de huit vecteu tenion généé pa l onduleu de tenion pou contôle, à la foi du couple et du flux tatoique, apè la détemination de compoante du vecteu flux tatoique [], oit pa etimation en intégant diectement le tenion tatoique, oit péféablement pa obevation. Enuite le couple électomagnétique et etimé à pati de couant tatoique meué [,]. eeu intantanée du couple et enuite calculée et appliquée à un égulateu à hytééi double bande, généant à a otie la vaiable Sce à toi niveaux (-,, ), epéentative du en d évolution tempoelle ouhaité pou le couple [3]. De même, le module du vecteu flux tatoique et calculé à pati de valeu de e coodonnée et l eeu de flux otoique injectée dan un égulateu à hytééi de bande unique, généant à a otie la vaiable binaie Sϕ, epéentative de l évolution ouhaitée pou le flux [3,4,5]. a vaiable θ coepond à une dicétiation de l angle du vecteu flux tatoique et identifie le ecteu angulaie dan lequel e touve ce vecteu [6].

123 objectif d une commande DTC et de mainteni le couple électomagnétique et le module du flux tatoique à l intéieu de bande d hytééi pa le choix de la tenion de otie de l onduleu. oque le couple ou le module du flux tatoique atteint la limite upéieue ou inféieue de l hytééi, un vecteu de tenion appopié et appliqué pou amene la gandeu concenée à l intéieu de a bande d hytééi. Pou choii le vecteu de tenion, il et fondamental de connaîte le ègle d évolution du couple et du module du flux tatoique. 5.3 a commande diecte du couple (DTC) appliqué à la DFIG e méthode de commande diecte du couple (DTC) conitent à commande diectement la femetue ou l ouvetue de inteupteu de onduleu à pati de valeu calculée du flux et de l angle ente le flux tatoique et otoique comme monte la figue (5.), [7]. FIG.5. : REPRESENTATION DES FUX STATORIQUE ET ROTORIQUE e changement d état de inteupteu ont lié à l évolution de l état électomagnétique du généateu. Il ne ont plu commandé à pati de conigne de tenion et de féquence donnée à la commande appochée d un onduleu à modulation de lageu d impulion. 5.4 Contôle du flux otoique A pati de équation de tenion tatoique et otoique dan un epèe lié au oto, le flux tatoique et otoique ont défini pa le équation uivante : où : 3

124 On peut écie le couant ou la fome uivant : e couple électomagnétique et donné pa : ont epectivement le éitance de bobinage tatoique et otoique,, et M ont epectivement le inductance pope tatoique, otoique et la mutuelle inductance ente le deux bobinage. ont le compoante liée au oto de flux tatoique et otoique. ont le compoante liée au oto de couant tatoique et otoique. On peut écie l équation (5-) ou la fome complexe uivante : On obtient : Si on conidèe que l effet éitif et négligeable, peut ête négligée. On déduit alo : Pendant une péiode d échantillonnage, le vecteu de tenion appliqué ete contant, on peut écie alo : ou bien : et le vecteu de flux otoique au pa d échantillonnage actuel. et le vecteu du flux otoique au pa d échantillonnage uivant. et la vaiation du vecteu flux otoique et la péiode d échantillonnage. eeu du flux otoique généateu pou une péiode d échantillonnage contante. et popotionnelle au vecteu de tenion appliqué au oto du 4

125 a figue (5.4) monte que la élection de tenion coepondant au contôle de l amplitude de flux otoique, dan le plan (x, y). équation (5-) monte que lo de l application d un vecteu de tenion contant, l extémité du vecteu flux otoique évolue dan le temp décivant une doite paallèle à ce vecteu, et en e déplacent dan la diection du vecteu de tenion otoique à une vitee égale à on amplitude [8,9]. FIG.5.4 : SEECTION DES TENSIONS CORRESPONDANT AU CONTROE DU FUX Son but et de mainteni l extémité du vecteu flux dan une couonne comme monté u la figue 5.4. a otie du coecteu doit indique le en d évolution du module de flux, afin de électionne le vecteu de tenion coepondant. Pou cela un imple coecteu à hytééi à deux niveaux (figue 5.5) pemet d obteni de tè bonne pefomance dynamique []. On peut écie aini : FIG.5.5 : CONTROEUR A HYSTERESIS A DEUX NIEAUX 5

126 En effet, i on intoduit l écat ente le flux de éféence et le flux etimé dan un compaateu à hytééi à deux niveaux, celui-ci génèe à a otie la valeu pou augmente le flux et pou le éduie ; ce type de coecteu pemet d obteni de bonne pefomance dynamique du flux. Aini pou faie évolue le vecteu de flux otoique dan une couonne ciculaie, le vecteu ou peuvent ête électionné [,]. Malgé que ce coecteu ne pemet pa l inveion du en de otation du vecteu de flux. Aini, pou alle en mache aièe, on impoe un coiement d un ba du convetieu. 5.5 Contôle du couple électomagnétique expeion du couple électomagnétique peut ête écite ou la fome : On emaque claiement que le couple électomagnétique du DFIG dépend de paamète uivant : le flux tatoique, le flux otoique et le déphaage ente le deux flux. Comme on a déjà vu qu il et poible de contôle et de mainteni le flux otoique à peu pé contant, et comme le tato et elié au éeau, le flux tatoique et établi elon la féquence de éeau, donc on ne peut agi que u l angle de déphaage ente le deux flux. a tatégie conite à épae l ajutement de deux flux. Avec cette méthode on peut contôle l inteaction ente le deux flux et donc contôle le couple électomagnétique. Pou la coection du couple, on utilie un compaateu à hytééi à toi niveaux (figue 5.6), tel que epéente l état de otie du compaateu et la limite de la bande d hytééi. FIG.5.6 : COMPARATEUR A HYSTERESIS A TROIS NIEAUX UTIISES POUR E REGAGE DU COUPE EECTROMAGNETIQUE On peut écie alo : 6

127 écat, ente le couple de éféence et le couple etimé et intoduit dan le compaateu à hytééi à toi niveaux ; ce denie va génée à a otie la valeu pou augmente le couple, pou le éduie et pou le mainteni contant à l intéieu d une bande autou de a éféence[3]. augmentation de niveaux du coecteu entaine une minimiation de la féquence de commutation moyenne de inteupteu, ca la dynamique du couple et généalement plu apide que celle du flux [,3]. Ce type de coecteu autoie une décoiance apide du couple électomagnétique. En plu, ce compaateu autoie une décoiance apide du couple. Ce type de compaateu offe la poibilité de fonctionne dan le quate quadant an intevention u la tuctue de commande. 5.6 Etimation du flux otoique et du couple électomagnétique e flux et le couple ont diectement calculé à pati du meué du couant et le paamète de la machine [4,5]. e vecteu flux otoique et calculé à pati de e deux compoante biphaée d axe (x, y), tel que : e module du flux otoique écit : 5.7 Elaboation de la table de commutation objectif et de éalie un contôle pefomant aui bien en égime pemanent qu en égime tanitoie, et ceci pa la combinaion de difféente tatégie de commutation. a élection adéquate de vecteu de tenion à chaque péiode d échantillonnage et faite pou mainteni le flux et le couple dan le limite de deux bande à hytééi. a table de commutation définie pa I. TAKAHASHI [6] et donnée pa le tableau uivant : 7

128 Région =+ = = =- =+ = = =- Tableau.5. : Table de commutation de la commande DTC 5.8. Onduleu utilié pou le DTC Dan le ca de la commande diect du couple (DTC), le tenion dan le ytème x, y ont déteminé à pati de gandeu tiphaée en utiliant la tanfomation de Concodia. Comme il et tè difficile de meue le tenion aux bone tiphaée d un onduleu de tenion, on le etime en fonction de la tenion du bu continu et de état de commutation de ba de l onduleu. e tenion de phae de la DFIG ont déteminée pa la elation uivant : avec : : tenion de bu continu ; : état de commutation de ba d onduleu. e état de ba de l onduleu ont donné pa le goupe peut pende deux valeu : ou a figue 5.7 donne le chéma bloc de l onduleu.. Chacune de toi vaiable 8

129 FIG.5.7 : SCHEMA BOC DE ONDUEUR DE TENSION UTIISE DANS E CAS DU DTC 5.9 Stuctue généale du contôle diect du couple de la DFIG a tuctue généale de contôle diect du couple et donnée pa la figue (5.8), dan laquelle on a utilié deux égulateu à hytééi de poition de flux et du couple. FIG5.8. SCHEMA BOC DE A COMMANDE DIRECT DU COUPE APPIQUE SUR E DFIG 5.9 Péentation le éultat de la imulation Pou illute le fonctionnement de la commande, un modèle de imulation de la commande (figue 5.9) a été mi en place à pati de logiciel MATAB/Simulink. 9