Simulation d un système photovoltaïque alimentant une machine asynchrone

Transcription

1 الجمهورية الجزاي رية الديمقراطية الشعبية MINISTERE DE L ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE FERHAT ABBAS DE SETIF FACULTE DE TECHNOLOGIE DEPARTEMENT D ELECTROTECHNIQUE MEMOIRE Pésenté pou l obtention du diplôme de MAGISTER EN ELECTROTECHNIQUE Option : MACHINES ELECTRIQUES Pa DJERIOU SALIM Thème Simulation d un système photovoltaïque alimentant une machine asynchone Soutenu le 3/7/ 211 Devant le Juy : RADJEAI HAMMOUD M.C. Univesité FAS Pésident KHEMLICHE MABROUK M.C. Univesité FAS Rappoteu KHODJA DJALAL EDDINE M.C. Univesité M sila Examinateu HACHEMI MABROUK M.C. Univesité FAS Examinateu HARMAS MOHAMED NAGUIB M.C. Univesité FAS Examinateu

2 Dédicace A Mes paents, Mes fèes et sœus Je dédie ce mémoie à tous mes amis Salim

3 Remeciement J e emecie ALLAH le Tout-puissant de m avoi donne le couage, la volonté et la patience de mene à teme ce pésent tavail. Je tiens à expime mes vifs emeciements et témoigne ma pofonde gatitude à D. KHEMLICHE Mabouk, Maîte de conféence à l univesité Fehat Abbas de Setif, qui m honoé de son encadement et qui a accepté la loude tâche de pomoteu. Je lui expime également ma pofonde econnaissance pou son dévouement d avoi bien voulu me faie pofite pleinement de ses compétences scientifiques et encoe de ses idées pa les quelles il m a oienté pou l accomplissement de ce tavail. Je emecie, D. KHodja Djalal Eddine & D. Bakati Saïd, Maîtes de conféences à l univesité de M sila, pou leu compéhension, leu gentillesse et pou leu aide au cous de la éalisation du mémoie. Je tiens également à emecie D. Radjeai Hammoud, Maîte de conféences à l univesité Sétif qui m a fait l'honneu d ête le pésident du juy de ce mémoie. J'adesse aussi mes vifs emeciements à Hachemi Mabouk, Maîte de conféences à l univesité de Sétif, Hamas M ed Naguib Maîte de conféences, qui m ont fait l'honneu d'ête les examinateus de ce tavail. Je emecie également M. Baali Radhouane & Djeiou Ali (EMP), M. Zoig Assam (univ- Setif), M. Mehez Zahaoui (ENP), M. Hadjab Moufdi & M. Redwane Sadouni (univ-sidi Bel Abbès), M. Zemoui Tahi (USTHB), M. Abdesslam (univ-m sila) et M. Fegiche Abdeahmane & Bensaadia Labib (univ- Boumedès), pou leu aide, et leu entièe disponibilité. J adesse mes vifs emeciements et ma pofonde gatitude à tous ceux qui ont contibué de pès ou de loin à l aboutissement de ce tavail, je tiens vivement à leu die meci.

4 Sommaie Table des matièes Table des matièes.. III Nomenclatue. VI Liste des figues et des tableaux..... VIII INTRODUCTION GENERALE CHAPITRE I : MODELISATION D UN GENERATEUR PHOTOVOLTAÏQUE I.1 Intoduction... 3 I.2 Généateu photovoltaïque. 3 I.3 Effet photovoltaïque... 4 I.4 Cellules photovoltaïques... 4 I.4.1. Modèle d une cellule photovoltaïque à une diode.. 6 I.4.2. Modélisation de la cellule photovoltaïque.. 7 I.5 Puissance d une cellule PV... 9 I.5.1. Puissance maximale d une cellule PV. 9 I.6 Constitution d'un généateu photovoltaïque. 9 I.6.1. Association en séie I.6.2. Association en paallèle.. 1 I.7 Développement du modèle mathématique du module PV. 11 I.7.1. Simulation d un généateu photovoltaïque. 12 I.8 Caactéistique électique d un généateu photovoltaïque I. 9 Compotement d un généateu photovoltaïque I.9.1. Influence de la tempéatue et l ensoleillement su le endement I Influence de l ensoleillement.. 13 I.9.3. Influence de la tempéatue.. 14 I.9.4. Influence de la tempéatue su les coubes I(V) et P(V) 15 I.1 Potection des cellules 16 I.11 Conclusion CHAPITRE II : CONVERTISSEURS DC-DC DANS LES SYSTEMES PV ET POURSUITE DU POINT DE PUISSANCE MAXIMALE II.1 Convetisseus DC-DC dans les systèmes PV II.1.1 Intoduction II.1.2.Types des convetisseus DC-DC II.1.3 Convetisseu Cuk II Fomes d'ondes II Dimensionnement des composants II Calcul des inductances II Calcul des capacités II Choix de la diode. 25 II Pincipe du PWM 25 Page III

5 Sommaie II Résultats de Simulation II.2 Pousuite du point de puissance maximale. 29 II.2.1 Intoduction II.2.2 Algoithme de petubation et d obsevation 29 II Algoithme P&O simple II Algoithme P&O amélioé II Commande MPPT II Commande diecte.. 31 II Commande diecte de la sotie 31 II Limitations du MPPT II Simulations du MPPT avec une chage ésistive. 33 II Résultats de simulation 34 II.2.3 Méthodes à conte éaction de tension. 36 II Méthode à tension de éféence fixe II Simulations du MPPT su une chage inductive quelconque autou 37 de la puissance maximale de GPV.... II Résultats de simulation 37 II.3 Conclusion. 39 CHAPITRE III : ETUDE DU COMPORTEMENT DE LA MAS EN PRESENCE D UN DEFAUT AU GPV III.1 Intoduction. 4 III.2 Modélisation de la MAS. 4 III.2.1 Hypothèses simplificatices. 4 III.2.2 Equations généales de la machine. 41 III Equations des tensions. 41 III Equations des flux.. 41 III Equations mécaniques. 42 III.2.3 Modélisation de Pak de la machine asynchone 42 III Pincipe de la tansfomation de Pak. 42 III Equations des tensions. 43 III Equations magnétiques.. 43 III Equation mécanique.. 43 III.2.4 Expession du couple électomagnétique III.3 Choix du éféentiel III.3.1 Réféentiel lié au champ tounant.. 44 III.3.2 Réféentiel lié au stato III.4 Modélisation de la machine asynchone alimentée en tension.. 45 III.4.1 Mise en équation d état III.4.2 Equations mécaniques 47 III.5 Modélisation de l alimentation de la MAS. 47 III.5.1 Modélisation de l onduleu de tension tiphasé.. 47 III.5.2 Commande de l onduleu pa la statégie tiangulo-sinusoïdale 49 III.6 Simulation du compotement du système en état sain... 5 III.6.1 les paamètes de la machine asynchone.. 5 III.6.2 Schéma de Simulation du compotement du système 51 III.6.3 Intepétation des coubes III.7 Simulation du compotement du système en cas de défaut 53 Page IV

6 Sommaie III.8 Intepétation des ésultats. 55 III.9 Conclusion. 56 CHAPITRE IV : DIAGNOSTIC D UN GENERATEUR PHOTOVOLTAÏQUE PAR RESEAUX DE NEURONES ARTIFICIELS (RNA) IV.1 Intoduction.. 57 IV.2 Teminologie pope au diagnostic 57 IV.3 Les appoches usuelles de détection.. 61 IV.3.1 Appoche avec modèle.. 62 IV Diagnostic de défauts pa obsevateus.. 62 IV Diagnostic de défauts pa edondance analytique.. 63 IV Diagnostic de défauts pa estimation paamétique 63 IV.3.2 Appoche sans modèle. 63 IV Diagnostic de défauts pa econnaissance des fomes 63 IV Diagnostic de défauts pa systèmes d inféence flous 64 IV Diagnostic de défauts pa éseaux de neuones atificiels.. 64 IV.4 Synthèse des RNA et simulation sous MATLAB.. 66 IV.4.1 Desciption du éseau de neuone utilisé. 66 IV.4.2 Étude du éseau de neuone utilisé. 67 IV Constuction du bloc de éseaux de neuones IV Acquisition des données (base d appentissage) IV Résultats d'essais du éseau su le GPV 67 IV Conception du RNA sous Simulink.. 68 IV Test du éseau. 68 IV.5 Intepétation des ésultats. 69 IV.6 Conclusion... 7 CONCLUSION GENERALE.. 71 BIBLIOGRAPHIES.. 72 Page V

7 Nomenclatue Nomenclatue E : Eclaiement (w/m2) Em : Eclaiement maximal (w/m2) E : Eeu absolu (%) FF : facteu de fome I : Couant débité pa le généateu PV (A) Iop : Couant optimal (A) Iph : Photo couant (A) Io : Couant de satuation (A) Isc : Couant de cout cicuit (A) G : Iadiation (w /m 2 ) GPV : Généateu photovoltaïque K : Constant de Boltzmann (J/k) MPP : Maximum powe point MPPT : Maximum powe point tacking ns : Nombe de modules en séies np : Nombe de modules en paallèles PV : Photovoltaïque P&O : Petubation & Obsevation Pop : puissance optimale (W) q : Chage de l électon (coulomb) R : Résistance (Ω) Rs : Résistance séie (Ω) Rp : Résistance shunt (Ω) T : Tempéatue ( C) Tc : Tempéatue de cellule ( C) T : Tempéatue de éféence ( C) V : Tension aux bones du panneau PV (V) Voc : Tension en cicuit ouvete (V) Vop : Tension optimal (V) V : Tension de sotie de l hacheu (V) Vth : Tension themique (V) T : Péiode (s) ts : Temps (s) (s), (), (e) : indice espectifs du stato, du oto et d entefe d : axe d du epèe tounant (d, q) q : axe q du epèe tounant (d, q) α : axe du epèe statoique (α, β) β : axe du epèe statoique (α, β) n : gandeu nominale Rs, ls : ésistance et inductance pope d une phase statoique R,l : ésistance et inductance pope d une phase otoique Ms : coefficient de mutuelle inductance ente deux phases de stato M : coefficient de mutuelle inductance ente deux phases de oto Page VI

8 Nomenclatue Ms : maximum de l inductance mutuelle ente d une phase de stato et une phase du oto Ls : inductance cyclique statoique L : inductance cyclique otoique T : constante de temps otoique M : inductance mutuelle cyclique ente stato et oto p : nombe de paies de pôles J : moment d'inetie amené su l'axe moteu f : coefficient de fottement visqueux xsα, xsβ : gandeus statoiques liées au epèe fixe au stato xd, xq : gandeus otoiques liées au epèe tounant (d, q) xsd, xsq : gandeus statoiques liées au epèe tounant (d, q) vsa, vsb, vsc : tensions statoiques simples CRT : Conte éaction de tension α : position du oto θ : angle électique ente l'axe d du éféentiel tounant et le éféentiel fixe lié au s stato θ : angle électique ente l'axe d du éféentiel tounant et le éféentiel fixe lié au oto Ω : vitesse angulaie mécanique du oto ω : vitesse angulaie électique du oto. ω : vitesse des axes «d, q» dans le epèe statoique. s ω : vitesse des axes «d, q» dans le epèe otoique. Cem : couple électomagnétique délivé pa le moteu C : couple ésistant, ou de chage x : déivé de la gandeu x (=dx/dt). [P] : matice de tansfomation de Pak m : indice de modulation. : coefficient de églage en tension Wij : poids de la connexion du neuone j ves le neuone i Page VII

9 Liste des figues et des tableaux Liste des figues et des tableaux 1. Liste des figues Figue I.1 : Composantes pincipales d une chaîne photovoltaïque 4 Figue I.2 : Conduction dans les matéiaux semi-conducteus 5 Figue I.3 : Repésentation schématique d'une pile solaie à jonction PN standad 5 Figue I.4 : Schéma équivalent de la cellule solaie à une diode 6 Figue I.5 : Puissance maximale idéale et patique 1 Figue I.6 : Cellules connectées en séie avec leu caactéistique couant-tension 1 Figue I.7 : Cellules connectées en paallèle avec leu caactéistique couanttension 11 Figue I.8 : Caactéistique I V d un généateu photovoltaïque 13 Figue I.9 : Coubes I(V) d un panneau à dives ensoleillements à T=25 14 Figue I.1 : Coubes P(V) d un panneau à dives ensoleillements à T= Figue I.11 : Coubes I(V) d un généateu PV pou difféentes tempéatues à 15 G=1W/m Figue I.12 : Coubes P(V) d un généateu PV pou difféentes tempéatues à 16 G=1W/m Figue II.1 : Cicuit électique d un convetisseu DC-DC de type Cuk 19 Figue II.2 : Cicuit équivalent du convetisseu Cuk avec S femé 19 Figue II.3 : Cicuit équivalent du convetisseu Cuk avec S ouvet 2 Figue II.4 : Tension de l inductance dans un convetisseu Cuk 21 Figue II.5 : Tension de l inductance dans un convetisseu Cuk 21 Figue II.6 : Couant moyen du condensateu dans un convetisseu Cuk 22 Figue II.7 : Couant de l'inductance dans un convetisseu Cuk 22 Figue II.8 : Couant d'inductance dans un convetisseu Cuk 22 Figue II.9 : Tension du condensateu dans un convetisseu Cuk 23 Figue II.1 : Pincipe du PWM (DC/DC) 25 Figue II.11 : Cicuit électique d un convetisseu DC-DC de type Cuk 26 Figue II.12 : Tension d entée du convetisseu Cuk 27 Figue II.13 : Tension de sotie du convetisseu Cuk 27 Figue II.14 : Couant d entée du convetisseu Cuk 28 Figue II.15 : Couant de sotie du convetisseu Cuk 28 Figue II.16 : Oganigamme de l algoithme de petubation et d obsevation (P&O) 3 Figue II.17 : Schéma fonctionnel du MPPT avec une commande diecte 32 Figue II.18 : Oganigamme de l algoithme petubation et obsevation à contôle 33 diect Figue II.19 : Schéma du convetisseu Cuk contôlé pa MPPT 34 Figue II.2 : Tension de sotie du convetisseu Cuk (P&O) 34 Figue II.21 : Tension d entée du convetisseu Cuk (P&O) 35 Figue II.22 : Puissance d entée du convetisseu Cuk (P&O) 35 Figue II.23 : Pincipe de la méthode à conte éaction de tension avec éféence 36 Figue II.24 : Oganigamme de l algoithme à tension de éféence fixe. 37 Figue II.25 : Tension de sotie du convetisseu Cuk 38 Figue II.26 : Tension d entée du convetisseu Cuk 38 Figue III.1 : Repésentation des enoulements de la MAS tiphasé dans l espace 41 électique Page VIII

10 Liste des figues et des tableaux Figue III.2 : Schéma d un onduleu de tension tiphasée alimentant le stato de la 45 MAS Figue III.3 : Inteupteu bidiectionnel de paie tansisto-diode 48 Figue III.4 : Pincipe de la MLI Sinus-Tiangle (DC/AC) 49 Figue III.5 : Bloc de simulation de l alimentation de la MAS. 51 Figue III.6 : Résultat de simulation de l alimentation (GPV)-Onduleu-MAS en état 53 sain los d'une application d'un couple ésistant (C =15N.m) à (t=1.4 s). Figue III.7 : Résultat de simulation de la MAS en cas de cout cicuit de la tension 55 d alimentation à (t=1.8 s), avec une chage de (C =15N.m) à (t=1.4 s). Figue IV.1 : Anomalies et Obsevations classées pa citicité coissante. 6 Figue IV.2 : pincipales méthodes utilisées en diagnostic des systèmes physiques 62 Figue IV.3 : L achitectue du éseau neuonal poposé. 66 Figue IV.4 : Evaluation de l eeu quadatique en fonction du nombe d itéations 68 d appentissage (en utilisant la méthode de éto popagation du gadient). Figue IV.5 : Réseau de neuones atificiel sous Simulink 68 Figue IV.6 : Evolution du couant statoique et de la tension de sotie du GPV su difféents états de fonctionnement (en appliquant un cout cicuit) Liste des tableaux Tableau I.1 : Caactéistiques électiques du module photovoltaïque BP SX Tableau II.1 : Rappots de tansfomation des pincipaux convetisseus DC-DC. 18 Tableau III.1 : Les paamètes de la machine asynchone. 5 Tableau IV.1 : Classification des difféents défauts. 61 Tableau IV.2 : Classification des difféents défauts 67 Tableau IV.3 : Les difféents défauts. 69 Page IX

11 Intoduction généale Intoduction généale Pa énegie enouvelable, on entend des énegies issues du soleil, du vent, de la chaleu de la tee, de l eau ou encoe de la biomasse. A la difféence des énegies fossiles, les énegies enouvelables sont des énegies à essouce illimitée qui egoupent un cetain nombe de filièes technologiques selon la souce d énegie valoisée et l énegie utile obtenue. Aujoud hui l énegie solaie founit un bon endement de convesion énegétique, alos que le endement d un système fondé su la combustion d un mineai fossile est au mieux de 3 à 35% [1]. Dans le temps pésent, cette utilisation doit ête encouagée pa des mesues appopiées et une politique énegétique des états. Dans les pays industialisés, les lois su les énegies enouvelables ont pemis de booste fotement le maché du photovoltaïque. L Algéie, pays du soleil et de l espace, peut s inspie de ces pogammes pou une exploitation à gande échelle de l énegie solaie. Elle a les moyens humains et financies à la mesue de ces pogammes. L enjeu est gand, et vital. L Algéie est dans le monde l un des pays de fot potentiel d expotation de l énegie électique solaie [2]. Le généateu photovoltaïque est le seul convetisseu diect pou tansfome la lumièe en énegie électique [3], et offe la possibilité de poduie de l'électicité diectement à pati d une essouce enouvelable et lagement disponible. Leus développements constituent de ce fait, un enjeu majeu dans la pespective d un appovisionnement énegétique compatible avec la containte d'envionnement local et global. Le champ d utilisation des systèmes photovoltaïques est lage avec beaucoup de configuations autonomes et eliées au éseau de distibution. Les applications de l'énegie solaie incluent le pompage d eau, éfigéation, climatisation, souces lumineuses, véhicules électiques, centales photovoltaïques, utilisation militaie, domaine spatial [4], et dans les systèmes hybides [5]. Une caactéistique impotante des panneaux solaies est que la puissance maximale disponible est founie seulement en un seul point de fonctionnement défini pa une tension et un couant connus, appelé point de puissance maximale. En oute, la position de ce point n est pas fixe mais elle se déplace en fonction de l iadiation et de la tempéatue des cellules solaies ainsi que de la chage utilisée [5]. A cause du coût elativement onéeux de ce gene d énegie, on doit extaie le maximum de puissance des panneaux solaies. Cela nécessite un mécanisme de pousuite de ce point afin que la puissance maximale soit généée en pemanence [1]. Plusieus algoithmes sont poposés dans la littéatue, une attention paticulièement a été potée su la méthode des petubations et obsevations. Le diagnostic industiel a une valeu impéative dans l'objectif de mette la lumièe su quelques défaillances des matéiels des systèmes industiels. Page 1

12 Intoduction généale La nécessité de détecte et localise une défaillance à cause des besoins de l industie et la complexité des systèmes fait appel à plusieus techniques de diagnostic qui possèdent des caactéistiques difféentes et qui pemettent de ésoude les poblèmes. Le système de diagnostic a comme tâche, la détection des symptômes et l'analyse des données, ou l'intepétation des infomations. Pou avoi accès à ce diagnostic, nous devons avoi comme souce une intelligence atificielle. L'axe pincipal de note echeche éside dans le diagnostic pa les éseaux de neuones atificiels. L objectif de ce tavail étant de diagnostique et de simule l association d un panneau photovoltaïque avec un convetisseu DC/DC alimentant une machine asynchone à pati d un convetisseu DC /AC. De ce fait, le pésent mémoie est subdivisé en quate chapites dont le contenu est succinctement ésumé ci-dessous. Nous abodeons dans le pemie chapite le pincipe de fonctionnement d un panneau photovoltaïque, sa modélisation mathématique et ses caactéistiques. Le deuxième chapite epésentea une étude péliminaie des pincipaux convetisseus DC-DC utilisés dans les chaines de convesion photovoltaïques. Ce chapite fea l objet aussi d une modélisation de ces convetisseus et on pésentea les pincipaux algoithmes de echeche du point de puissance maximale de la souce photovoltaïque. L algoithme de pousuite basé su la commande diecte sea l objet d une application su les difféents convetisseus étudiés aupaavant. Dans le toisième chapite nous détectons les défauts de l association moteu-onduleu à une alimentation d un généateu photovoltaïque. Commençant pa la modélisation de la machine dans le epèe de Pak puis l association de la MAS-Onduleu de tension à l état sain et en pésence des défauts puis leus ésultats de simulation à l aide du logiciel Matlab/Simulink. Et pou paveni au quatième chapite, qui se ésume dans la manièe avec laquelle nous pésentons le diagnostic du système photovoltaïque penons des défauts du généateu photovoltaïque et leus influences su la machine asynchone, en appliquant la méthode des éseaux de neuones atificiels. En fin, on teminea pa une conclusion généale discutant les ésultats obtenus et les pespectives à entepende dans les futus tavaux. Page 2

13 Chapite I Modélisation d un généateu photovoltaïque Chapite I Modélisation d un généateu photovoltaïque I.1. Intoduction Le soleil founit une énegie colossale à la tee (1. fois l énegie nécessaie) sous fome lumineuse. Mais le poblème éside en ce que la fome sous laquelle nous la ecevons n est pas nécessaiement celle sous laquelle elle est utilisable. C est pouquoi, nous devons utilise des pocessus de convesion. Pa exemple, les cellules solaies photovoltaïques pemettent de conveti l énegie lumineuse du soleil en énegie électique. L appauvissement des souces énegétiques taditionnelles (pétole...) due à une utilisation accue de celles-ci et l augmentation considéable du pix du pétole, entaînent que l étude des énegies enouvelables evêt une impotance cuciale pou les années à veni. L électicité solaie est une impotante souce d énegie enouvelable qui pouait ête une altenative aux autes souces classiques afin de satisfaie les lages besoins d énegie dans le futu. Cette énegie touve tout son avantage dans des applications de petite et moyenne consommation dans des égions isolées et loin des lignes de distibution électique. Dans le cade de note étude, nous nous sommes concentés su la poduction d électicité à pati de l énegie photovoltaïque. Dans ce chapite nous détaillons les éléments ayant taits à cette essouce et sa tansfomation en énegie électique. I.2. Généateu photovoltaïque Le généateu photovoltaïque est un ensemble d équipements mis en place pou exploite l énegie photovoltaïque afin de satisfaie les besoins en chage. En fonction de la puissance désiée, les modules peuvent ête assemblés en panneaux pou constitue un "champ photovoltaïque". Relié au écepteu sans aute élément, le panneau solaie fonctionne "au fil du soleil", c'est-à-die que la puissance électique founie au écepteu est fonction de la puissance d'ensoleillement. Elle est donc à son maximum losque le soleil est au zénith et nulle la nuit[1]. Mais, tès souvent, les besoins en électicité ne coespondent pas aux heues d'ensoleillement et nécessitent une intensité égulièe (éclaiage ou alimentation de éfigéateus, pa exemple). On équipe alos le système de batteies d'accumulateus qui pemettent de stocke l'électicité et de la estitue en temps voulu[1]. Un égulateu est alos indispensable pou potége les batteies conte les suchages ou les déchages pofondes nocives à sa duée de vie. Pou un cetain nombe d'applications, le couant continu poduit, pa le généateu photovoltaïque, est convetit à l'aide d'un onduleu en couant altenatif. Page 3

14 Chapite I Modélisation d un généateu photovoltaïque Généateu photovoltaïque Convetisseu Continu-continu (Hacheu) Batteie Convetisseu Continu altenatif (Onduleu) Chage à couant continu Chage à couant altenatif Figue I.1: Composantes pincipales d une chaîne photovoltaïque I.3. Effet photovoltaïque L énegie photovoltaïque (PV) est la tansfomation diecte de la lumièe en électicité. A l enconte de l énegie solaie passive, qui utilise les éléments stuctuaux d un bâtiment pou mieux le chauffe (ou le efoidi), et de l énegie solaie active, qui utilise un calopoteu (liquide ou gazeux) pou tanspote et stocke la chaleu du soleil (on pense au chauffe-eau), l énegie photovoltaïque n est pas une fome d énegie themique. Elle utilise une photopile pou tansfome diectement l énegie solaie en électicité. L effet photovoltaïque, c est-à-die la poduction d électicité diectement de la lumièe, fut obsevée la pemièe fois, en 1839, pa le physicien fançais Edmond Becqueel. Toutefois, ce n est qu au cous des années 195 que les checheus de la compagnie Bell-Lab, aux États- Unis, pavinent à fabique la pemièe photopile, l élément pimaie d un système photovoltaïque [1]. I.4. Cellules photovoltaïques L utilisation des cellules solaies débute dans le domaine spatial. Les echeches ont pemis d amélioe leus pefomances et leu taille mais il fauda attende la cise énegétique de 1973 pou que les gouvenements et les industiels investissent dans la technologie photovoltaïque et ses applications teestes. La cellule est composée d un matéiau semi-conducteu qui absobe l énegie lumineuse et la tansfome diectement en couant électique. Un semi-conducteu est un matéiau dont la concentation en chages libes est tès faible pa appot aux métaux. Pou qu un électon lié à son atome (bande de valence) devienne libe dans un semi-conducteu et paticipe à la conduction du couant, il faut lui founi une énegie minimum pou qu il puisse atteinde les niveaux énegétiques supéieus (bande de conduction). C est l énegie du " bande gap ", Eg en électon-volt (ev). Cette valeu seuil est pope à chaque matéiau semi-conducteu et va de 1. à 1.8 ev pou les applications photovoltaïques. Elle est de 1.1 ev pou le silicium cistallin, et de 1.7 ev pou le silicium amophe. La figue I.2 monte le phénomène de conduction dans les matéiaux semi-conducteus[2]. Page 4

15 Chapite I Modélisation d un généateu photovoltaïque Bande de conductionn Enegie de gap photon Bande de valencee Figue I.2: Conductionn dans les matéiaux semi-conducteus Le ayonnement aivant su la cellule solaie sea en patie éfléchi, une aute patie sea absobée et le este passea au taves de l épaisseu de la cellule. Les photons absobés dont l énegie est supéieue à la lageu de la bande intedite vont libée un électon négatif, laissant un " tou " positif. Pou sépae cette paie de chages électiques de signes opposés et ecueilli un couant électique, il faut intoduie un champ électique, E, de pat et d aute de la cellule. La méthode utilisée pou cée ce champ est celle du dopage pa des impuetés. Deux méthodes de dopage sont possibles : Dopage de type N, qui consiste à intoduie dans la stuctue cistalline semi- conductice des atomes étanges qui ont la popiétéé de donne chacun un électon excédentaie, libe de se mouvoi dans le cistal. Dopage de type P utilise des atomes dont l insetion dans le éseau cistallin donnea un tou excédentaie. Losque l on effectue deux dopages difféents (type N et type P) de pat et d aute de la cellule, il en ésulte, apès ecombinaison des chages libes (électons et tous), un champ électique constantt céé pa la pésence d ions fixes positifs et négatifs. Les chages électiques généées pa l absoption du ayonnement pouont contibue au couant de la cellulee photovoltaïque. Des contacts métalliques en fomes de gille, contacts avant et aièe, sont déposéss (Figue I.3) [2]. Figue I.3: Repésentation schématique d' 'une pile solaie à jonction PN standad [2] Page 5

16 Chapite I Modélisation d un généateu photovoltaïque I.4.1. Modèle d une cellule photovoltaïque à une diode Le choix du modèle à cinq paamètes, pemet d effectue une analyse et une évaluation des pefomances du module photovoltaïque, les plus poches de la éalité. Ce modèle epésente la cellule solaie comme souce de couant qui modélise la convesion du flux lumineux en énegie électique. La ésistance montée en séie epésente la ésistance de contact et de connexion, une aute ésistance en paallèle dite la ésistance shunt epésente le couant de fuite. Une diode en paallèle qui modélise la jonction PN (figue I.4) [1] : Figue I.4: Schéma équivalent de la cellule solaie à une diode A pati du cicuit équivalent de la figue I.4, on peut écie : I P =I D +I+I RP (I.1) Le couant qui passe dans la ésistance est donné pa : I RP = V IR S R P (I.2) Le couant dans la diode est donné pa : IR S I D =I [e V -1] (I.3) avec I : couant de satuation de la diode donné pa : I =K₁T³e E T (I.4) Où : V = T tension themique à la tempéatue T. q : chage de l électon ( C) K : constante de Boltzmann ( J/k) K : constante (1.2 A/cm K ) n : facteu de non idéalité de la jonction T : tempéatue effective de la cellule en degé Kelvin E : énegie de gap (pou le silicium cistallin est égale à 1.12 ev ) Donc l expession de la caactéistique est : V IR I=I P -I [e V -1]- V IR S R P (I.5) Page 6

17 Chapite I Modélisation d un généateu photovoltaïque I.4.2. Modélisation de la cellule photovoltaïque Rappelons l équation donnant la caactéistique de la cellule basée su le cicuit équivalent à une diode : V IR I=I P -I [e V -1]- V IR S R P (I.6) - Calcul de Le couant de cout-cicuit epésente le couant maximum généé pa la cellule. Il est poduit losqu elle est soumise à un cout cicuit. Comme <<, on peut admette que I I pou (G=1W/m ). L équation (I.6) devient : V IR I=I -I [e V -1]- V IR S R P (I.7) - Calcul de La tension en cicuit ouvet est calculée losque le couant est nul [3], comme suit: V CO =nv T ln(1 I CC I ) (I.8) Comme I >>I, il est possible aussi de calcule V C pa la elation suivante : V CO =nv T ln( I CC ) I Le couant de satuation invese de éféence de la diode I est donné pa : I =I /[e V CO V T -1] (I.9) (I.1) : la tension themique pou une tempéatue de éféence Si l on suppose que la ésistance paallèle est infinie ( = ) l équation (I.7) se simplifie à : V IR I I - I [ e V -1] (I.11) Où : le couant founi pa la cellule. : la tension aux bones de la cellule. - Calcul de la ésistance séie dans le point La difféentiation de l équation (I.11), donne : di=-i S ( V R S I V V IR ) e V (I.12) Ce qui en ésulte : Page 7

18 Chapite I Modélisation d un généateu photovoltaïque R =- V I V V IR I S V (I.13) En cicuit ouvet la tension est V V et l équation (I.14) devient: R =- V I V - V T V V I T (I.14) Où est la pente de la coube I V dans le point V= (calculée à pati de la coube I V dans la fiche technique du module puis divisée pa le nombe de cellules en séie) [4]. On éécit l équation (I.12) sous la fome suivante : V IR f I =I I-I [e V T -1] (I.15) La méthode de Newton est utilisée généalement pou ésoude l équation non linéaie (I.16). Rappelons que la méthode de Newton est expimée pa [5] : x =x Où : (I.16) f x Déivée de la fonction f x. x Valeu actuelle de x. x : Valeu pochaine de x. L application de la méthode de Newton pemet de calcule la valeu du couant I pou chaque itéation pa : V R.I V T I R. V I.R V T V T I =I I I I (I.17) Les équations établies jusqu'à pésent ne sont valables que pou un mode de fonctionnement spécifique en temes d éclaiement et de tempéatue. Pou généalise la modélisation pou difféents éclaiements et tempéatues, nous utilisons le modèle qui déplace la coube de éféence à de nouveaux emplacements. Alos la nouvelle valeu du couant de cout cicuit I pou une iadiation G et une tempéatue T données est calculée selon l équation suivante : I G, T I 1 a T T (I.18) Avec : I : le couant de cout-cicuit mesué sous une iadiation 1W/m a: le coefficient de vaiation du couant en fonction de la tempéatue (a=.65e-3). T : la tempéatue de éféence, 298 K (25 C). Page 8

19 Chapite I Modélisation d un généateu photovoltaïque Le couant de satuation de la diode dépend de la tempéatue. Sa valeu pou une tempéatue T donnée est calculée pa: I (T) = I (T ) ( T T e E T T (I.19) I.5. Puissance d une cellule PV Dans des conditions ambiantes de fonctionnement fixes (éclaiement, tempéatue, vitesse de ciculation de l'ai ambiant, etc ), la puissance électique P(W) disponible aux bones d'une cellule PV est : P VI P W : Puissance founie pa la cellule PV. V V : Tension mesuée aux bones de la cellule PV. I A : Intensité débitée pa la cellule PV. I.5.1. Puissance maximale d une cellule PV (I.2) Pou une cellule solaie idéale, la puissance maximale P, é coespondait donc à la tension de cicuit ouvet V multipliée pa le couant de cout-cicuit I : P, é =V I (I.21) P, é (W): La puissance founie pa la cellule PV. V (V): La tension de cicuit ouvet mesuée aux bones de la cellule PV. I A : L intensité de cout-cicuit débitée pa la cellule PV. En patique, la coube caactéistique d'une cellule PV est plus "aondie" (figue I.5), et la tension au point de puissance maximale est inféieue à la tension de cicuit ouvet, de même que le couant founi est inféieu, pou cette même tension, au couant de cout-cicuit I. L expession de la puissance en ce point est donnée pa: P M =V PM I PM (I.22) I.6. Constitution d'un généateu photovoltaïque Afin d augmente la tension d utilisation, les cellules PV sont connectées en séie. La fagilité des cellules au bis et à la coosion exige une potection enves leu envionnement et celles-ci sont généalement encapsulées sous vee. Le tout est appelé un module photovoltaïque. Les modules peuvent également ête connectés en séie et en paallèle pou constuie le champ photovoltaïque afin d augmente la tension et l intensité d utilisation. Toutefois, il est impotant de pende quelques pécautions ca l existence de cellules moins efficaces et l occlusion d une ou plusieus cellules (dues à de l ombage, de la poussièe, etc...), peuvent endommage les cellules de façon pemanente. Page 9

20 Chapite I Modélisation d un généateu photovoltaïque 5 Icc Ip max 4.5 Pmax Pmax,ideal 4 Couant du module (A) Vco45 5 Vpmax Tension du module (V) I.6.1. Association en séie Figue I.5 : Puissance maximale idéale et patique En additionnant des cellules (modules) identiques en séie, le couant de la banche este le même mais la tension augmente popotionnellement au nombe de cellules (modules) en séie [1]. Figue I.6 : Cellules connectées en séie avec leu caactéistique couant-tension I.6.2. Association en paallèle En additionnant des cellules (modules) identiques en paallèle, la tension de la banche est égale à la tension de chaque cellule (module) et l intensité augmente popotionnellement au nombe de cellules (modules) en paallèle dans la banche [1]. Page 1

21 Chapite I Modélisation d un généateu photovoltaïque Figue I.7 : Cellules connectées en paallèle avec leu caactéistique couant-tension I.7. Développement du modèle mathématique du module PV Les pincipales équations utilisées dans le modèle mathématique du module sont les suivantes [6] : I M n I I M n I V M n S V V M n V I M n I Avec : M: indice affecté au module. : nombe de cellules en séie. : nombe de cellules en paallèle. Ce qui donne pou un module : Avec : (I.23) V M I M R M I M I M - I M [ e V T -1] (I.24) : ésistance séie du module. En cicuit ouvet et (T=T ) à pati de l équation (I. 24) le couant peut s écie pou un module comme suit : I M I M V M V Avec : I M : Couant de satuation éféence du module. I M : Couant de cout cicuit éféence du module. (I.25) Pou généalise la modélisation pou difféents éclaiements et tempéatues, nous utilisons le modèle qui déplace la coube de éféence à de nouveaux emplacements. La nouvelle valeu du couant de cout cicuit du module I M pou une iadiation G et une tempéatue T données est calculée selon l équation suivante : I M G, T I M 1 a T T (I.26) Page 11

22 Chapite I Modélisation d un généateu photovoltaïque Le couant de satuation dépend I M de la tempéatue. Sa valeu pou une tempéatue T donnée est calculée pa : I M (T) = I M (T ) ( T T e E T T (I.27) I.7.1. Simulation d un généateu photovoltaïque Pou éalise cette simulation, nous avons choisi un goupe des modules photovoltaïques BP SX 15S de BP Solaie. La séie SX de BP Solaie founit une puissance photovoltaïque entable destinée à un usage généal pa exploitation diecte des chages à couant continu, ou des chages à couant altenatif su les systèmes munis d onduleu [7]. Le généateu choisi est composé de 8 modules connectées en séie et 7 modules connectées en paallèle. Les caactéistiques électiques de module photovoltaïque sont données dans le tableau (I.1): Puissance maximale ( ) 15 Tension à ( ) 34.5 V Couant à ( ) 4.35 A Tension à cicuit ouvet ( ) 43.5 V Couant de cout cicuit de éféence ( ) Coefficient de tempéatue de 4.75 A -16±2 mv / C Coefficient de tempéatue de (a).65±.15% / C Coefficient de tempéatue de la puissance -.5±.5% C Tempéatue nominale d opéation de la cellule (NOCT) 47±2 C Tableau I.1 : Caactéistiques électiques du module photovoltaïque BP SX 15 I.8. Caactéistique électique d un généateu photovoltaïque La caactéistique couant-tension illustée dans la figue (I.8) décit le compotement du généateu photovoltaïque sous l influence des conditions météoologiques spécifiques (niveau d éclaiement G=1 / et tempéatue ambiante T=25 C). La coube du module photovoltaïque passe pa tois points impotants qui sont : - Le couant de cout-cicuit I M en C. - La tension de cicuit ouvet V M en S. - La puissance maximale P max en M. Il est difficile de donne un caactèe souce de couant ou de tension à un généateu photovoltaïque su toute l étendue de la caactéistique couant-tension. Pa conséquent, le généateu photovoltaïque est considéé comme une souce de puissance avec un point P max où la puissance se touve maximale. Il est donc intéessant de se place su ce point pou tie le maximum d énegie et ainsi exploite au mieux la puissance cête installée. Il est impotant de Page 12

23 Chapite I Modélisation d un généateu photovoltaïque note que cetains égulateus solaies éalisent une adaptation d impédance afin qu à chaque instant on se touve poche de ce point P max C Caactéistique I(V) d un généateu photovoltaïque à l'aide des modulesbp SX 15S M couant(a) tension(v) S Figue I.8: Caactéistique I V d un généateu photovoltaïque I.9. Compotement d un généateu photovoltaïque De pa sa constitution, un généateu PV aua un compotement plus ou moins optimisé et poua ainsi poduie plus ou moins de puissance. I.9.1. Influence de la tempéatue et l ensoleillement su le endement On peut emaque que la caactéistique I V d un panneau photovoltaïque dépend fotement de l'insolation et de la tempéatue. Ceci devient tès évident en évaluant l'équation (I.26) pou des valeus choisies de la tempéatue et de l insolation et en taçant les ésultats. I Influence de l ensoleillement Une baisse de l ensoleillement povoque une diminution de la céation de paies électontou avec un couant changé à l obscuité. Le couant du panneau solaie étant égal à la soustaction de la photo couant et du couant de diode à l obscuité, il y a une baisse du couant solaie I CCM popotionnelle à la vaiation de l ensoleillement accompagnée d une tès légèe diminution de la tension et donc un décalage du point P max du panneau solaie ves les puissances inféieues Les gaphes suivants epésentent les caactéistiques P(V) et I(V) espectivement d un généateu photovoltaïque pou une tempéatue constante (T=25 C) et un ensoleillement vaiable. Page 13

24 Chapite I Modélisation d un généateu photovoltaïque 45 BP SX 15S Photovoltaic Module P-V Cuve W/m2 couant(a) W/m2 6W/m tension(v) Figue I.9: Coubes I(V) d un panneau à dives ensoleillements à T=25 C 15 BP SX 15S Photovoltaic Module P-V Cuve 1W/m2 puissace(w) 1 5 8W/m2 6W/m tension(v) Figue I.1: Coubes P(V) d un panneau à dives ensoleillements à T=25 C. Il est clai que la valeu du couant de cout-cicuit est diectement popotionnelle à l intensité du ayonnement. Pa conte, la tension en cicuit ouvet ne vaie pas dans les mêmes popotions, mais este quasiment identique même à faible éclaiement. Ceci implique donc que : - La puissance optimale de la cellule (Pmax) est patiquement popotionnelle à l éclaiement. - Les points de puissance maximale se situent à peu pès à la même tension. I.9.3. Influence de la tempéatue On s'apeçoit que le couant délivé pa chaque cellule dépend de la tempéatue intene de la jonction PN qui constitue la cellule PV. Si on considèe le échauffement d'un module PV Page 14

25 Chapite I Modélisation d un généateu photovoltaïque de 25 C à 5 C et si l'on considèe en pemièe appoximation que la tempéatue face aièe de chaque cellule est poche de la tempéatue de la jonction PN, alos on peut considée l'influence de la tempéatue. On s'apeçoit que la tension de cicuit ouvet décoît en fonction d'une augmentation de la tempéatue. Pa conséquent, on ped de la puissance disponible aux bones du module PV. I.9.4. Influence de la tempéatue su les coubes I(V) et P(V) La figue (I.11) pésente des coubes I(V) et P(V) pou difféentes tempéatues de fonctionnement du module photovoltaïque à une iadiation constante. Nous emaquons que la tempéatue à une influence négligeable su la valeu du couant de cout-cicuit. Pa conte, la tension en cicuit ouvet baisse assez fotement losque la tempéatue augmente. On en déduit donc que le panneau peut founi une tension coecte, même à faible éclaiage, pa conséquent la puissance extactible diminue. Los du dimensionnement d une installation, la vaiation de la tempéatue du site sea impéativement pise en compte. Il est impotant de savoi que la puissance du panneau diminue envion de,5% pa chaque degé d augmentation de la tempéatue de la cellule au dessus de 25 C. Enfin, il est impotant de note que, losque l éclaiement est plus faible que 1 W/, la tension du panneau vaie à son tou. Elle baisse avec l éclaiement (vaiation logaithmique). Seules les photopiles au silicium amophe pemettent un fonctionnement dans ces conditions, gâce à une tension encoe assez élevée. C est pou cette aison que le silicium amophe peut ête utilisé sous éclaiage atificiel, contaiement au silicium cistallin. Ceci va beaucoup contibue dans note choix de cellules. 45 cactéistique I(V) à l'aide des modules BP SX 15S C couant(a) C 75 C 5 C tension(v) Figue I.11 : Coubes I(V) d un généateu PV pou difféentes tempéatues à G=1W/m Page 15

26 Chapite I Modélisation d un généateu photovoltaïque 15 caactéistique P(V)à l'aide des modules BP SX 15S 25 C puissance(w) C 75 C 5 C tension(v) Figue I.12 : Coubes P(V) d un généateu PV pou difféentes tempéatues à G=1W/m I.1. Potection des cellules Un poblème pesiste en montant les cellules solaies en séie ou en paallèle pou génée une tension ou un couant suffisant pou le fonctionnement du système. En effet, losqu une ou plusieus cellules sont ombées pa un quelconque objet ou losqu il existe des défaillances de quelques-unes, ces cellules deviennent des consommatices de puissance et non des généatices ce qui cause des petes d énegie. Pou emédie à ce poblème on pend quelques cellules voisines et on les shunte pa une diode en paallèle appelée Bypass diode. Ces diodes éviteont que le couant ne passe à taves ces cellules losque leu tension tombe audessous de la tension de seuil de la diode [5]. On place aussi une diode en séie avec le panneau pou évite le etou du couant des autes panneaux montés en paallèles losqu un panneau est mal ensoleillé. I.11. Conclusion L énegie solaie photovoltaïque povient de la tansfomation diecte d une patie du ayonnement solaie en énegie électique. Cette convesion d énegie s effectue pa la cellule photovoltaïque basée su un phénomène physique appelé effet photovoltaïque. La tension généée peut vaie en fonction du matéiau utilisé pou la fabication de la cellule. L association de plusieus cellules en séie et/ou paallèle donnent lieu à un module photovoltaïque qui a une caactéistique couant-tension non linéaie pésentant un point de puissance maximale. Les pefomances d un module photovoltaïque sont fotement influencées pa les conditions climatiques, paticulièement l iadiation solaie et la tempéatue du module. Nous avons opté pou le modèle à une diode pou simule le fonctionnement du module photovoltaïque pou difféentes conditions d iadiation et de tempéatue. Le pincipal intéêt de ce modèle éside dans sa simplicité et sa facilité de mise en œuve à pati des caactéistiques techniques données pa le constucteu. Page 16

27 Chapite II Convetisseus DC-DC dans les systèmes PV Chapite II Convetisseus DC-DC dans les systèmes PV et Pousuite du point de puissance maximale II.1Convetisseus DC-DC dans les systèmes PV II.1.1 Intoduction L utilisation des convetisseus DC-DC pemet le contôle de la puissance électique dans les cicuits fonctionnant en couant continu avec une tès gande souplesse et un endement élevé. Dans les systèmes photovoltaïques les convetisseus DC-DC pemettent de pousuive le point de fonctionnement optimum. Dans ce chapite nous allons voi le pincipe de fonctionnement des convetisseus DC- DC dont le ôle pimodial est de tansfome une puissance continue d entée fixe en une puissance continue de sotie vaiable. Le dimensionnement de ces convetisseus est également envisagé [8]. II.1.2. Types des convetisseus DC-DC Il y a un plusieus topologies des convetisseus DC-DC. Ils sont classés pa catégoie selon que la topologie isolée ou non isolée. Les topologies isolées emploient un tansfomateu d isolement fonctionnant à haute féquence, elles sont tès employées souvent dans les alimentations à découpage. Les topologies les plus connues dans la majoité des applications sont le Flyback, en demi-pont et en pont complet. Dans les applications photovoltaïques (PV), les systèmes de couplage avec le éseau électique emploient souvent ces types de topologies quand l'isolement électique est péféé pou des aisons de sûeté [4]. Les topologies non isolées ne compotent pas de tansfomateus d isolement. Elles sont généalement utilisées dans l entainement des moteus à couant continu [4]. Ces topologies sont encoe classées en tois catégoies : - Abaisseus (Buck); - Elévateus (Boost); - Elévateus - Abaisseus (Buck-Boost). La topologie Buck est employée pou les faibles tensions. Dans les applications PV, le convetisseu Buck est habituellement employé comme chageu de batteies et dans des systèmes de pompage de l eau. La topologie Boost est employée pou augmente la tension. Les systèmes de poduction de l énegie emploient un convetisseu boost pou augmente la tension de sotie au niveau du sevice avant l'étage de l onduleu. Puis, il y a des topologies capables d augmente et de Page 17

28 Chapite II Convetisseus DC-DC dans les systèmes PV diminue la tension telles que le Buck-Boost, le Cuk, et le Sepic. Les convetisseus DC-DC peuvent ête vus comme des tansfomateus DC-DC. Le tableau II.1 ésume les pincipaux appots de tansfomation en fonction du appot cyclique pou les difféentes stuctues de convetisseus statiques avec et sans isolement galvanique. Où D désigne le appot cyclique du convetisseu et K le appot de tansfomation du tansfomateu d isolement [9]. Convetisseu Rappot de tansfomation en fonction de (D) Isolement galvanique Buck D Non Boost 1 1 Non Buck-Boost Cuk SEPIC Flyback K Non Non Non OUI Push-pull KD OUI Fowad KD OUI Tableau II.1: Rappots de tansfomation des pincipaux convetisseus DC-DC II.1.3 Convetisseu Cuk Un convetisseu Cuk utilise un condensateu pou stocke l'énegie. Le convetisseu Cuk tient son nom de son inventeu; et le pemie à décie cette topologie dans un aticle [1]. Le Cuk est constitué de deux inductances, de deux condensateus, d'un inteupteu (généalement un tansisto) et d'une diode. Le schéma de base d'un convetisseu Cuk est epésenté pa la figue (II.1). Un inconvénient subsiste concenant l invesion du signe de la tension de sotie pa appot à celle de l entée. Pa sa stuctue, le convetisseu Cuk peut tavaille avec des tensions de sotie plus petites ou plus gandes que la tension d entée. Le fonctionnement de base d un convetisseu Cuk en mode de conduction continue est l objet de cette section. En égime pemanent, les tensions moyennes des inductances sont Page 18

29 Chapite II Convetisseus DC-DC dans les systèmes PV nulles, ainsi en appliquant la loi des mailles autou de la boucle extéieue du cicuit epésenté su la figue (II.1) on touve : (II.1) V S Figue II.1: Cicuit électique d un convetisseu DC-DC de type Cuk A l'état initial l inteupteu (S) est bloqué, la diode (D) est passante, et le condensateu est chagé [6]. L'opéation du cicuit peut ête divisée en deux modes. Mode 1: Quand l inteupteu est femé, le cicuit est epésenté su la figue II.2 La tension du condensateu ( ) bloque la diode (D) pa polaisation en invese. V Figue II.2: Cicuit équivalent du convetisseu Cuk avec S femé Le condensateu ( ) déchage son énegie dans la chage à taves la boucle fomée pa l inteupteu (S),,, et. Les inductances sont supposées assez gandes, ainsi que les ondulations de leus couants sont négligeables [4]. Ce qui donne : (II.2) Mode 2 : Quand l inteupteu est ouvet, le cicuit est epésenté su la figue II.3 Page 19

30 Chapite II Convetisseus DC-DC dans les systèmes PV V Figue II. 3: Cicuit équivalent du convetisseu Cuk avec S ouvet Le condensateu ( ) se chage pa la tension d'entée ( ) à taves l inductance ( ). L'énegie stockée dans l'inductance ( ) est tansféée à la chage pa la boucle constituée pa,, et [4]. On peut écie donc : avec (II.3) Comme le phénomène est péiodique, le couant moyen du condensateu est nul. Ainsi, des équations (II.2) et (II.3) [4], il vient : 1 (II.4) Où : D est le appot cyclique, et T est la péiode de commutation. L équation (II.4) se simplifie à : 1 Ce qui conduit à : = (II.5) (II.6) En supposant que le convetisseu est idéal, la puissance moyenne founie pa la souce doit ête égale à la puissance moyenne absobée pa la chage [4]. Ce qui donne Il vient donc : = (II.7) (II.8) (II.9) A pati des équations (II.6) et (II.9), la tension de sotie du convetisseu Cuk est : = (II.1) Duant l intevalle de conduction du tansisto S, les équations suivantes sont véifiées : = (II.11) (II.12) (II.13) Page 2

31 Chapite II Convetisseus DC-DC dans les systèmes PV Duant l intevalle de conduction de la diode, les équations sont véifiées : (II.14) (II.15) (II.16) (II.17) (II.18) II Fomes d'ondes Les figues suivantes donnent les fomes d onde des gandeus du convetisseu Cuk su une péiode de commutation [11]. 1 t DT T Figue II.4: Tension de l inductance dans un convetisseu Cuk A pati de la figue (II.4), la valeu moyenne de 1 est : (II.19) Avec 1 1 t Figue II.5: Tension de l inductance dans un convetisseu Cuk A pati de la figue (II.5), la valeu moyenne de la tension est : (II.2) Page 21

32 Chapite II Convetisseus DC-DC dans les systèmes PV = 1 t Figue II.6: Couant moyen du condensateu dans un convetisseu Cuk A pati de la figue (II.6), la valeu moyenne de est : = (II.21) t Figue II.7: Couant de l'inductance dans un convetisseu Cuk A pati de la figue (II.7), duant l intevalle de conduction du tansisto S, nous avons : (II.22) (II.23) t Figue II.8: Couant d'inductance dans un convetisseu Cuk Page 22

33 Chapite II Convetisseus DC-DC dans les systèmes PV A pati de la figue (II.8), duant l intevalle de conduction de la diode, nous avons : (II.24) (II.25) t) t Figue II.9: Tension du condensateu dans un convetisseu Cuk A pati de la figue (II.9) et duant l intevalle de conduction de tansisto S, nous avons: (II.26) Pa conte duant l intevalle de conduction de la diode, nous avons: A pati de l équation (II.22), on peut écie: = De l équation (II.23), il vient: En utilisant l équation (II.26), il vient: Et à pati des équations (II.19), (II.2) et (II.21) on a : (II.27) (II.28) (II.29) (II.3) (II.31) (II.32) (II.33) En emplaçant l équation (II.33) dans l équation (II.3) et les équations (II.31), (II.32) dans l équation (II.29) Ce qui nous donne en définitive : (II.34) (II.35) Page 23

34 Chapite II Convetisseus DC-DC dans les systèmes PV = (II.36) (II.37) II Dimensionnement des composants La figue II.11 epésente le schéma d un convetisseu Cuk elié à la sotie du panneau photovoltaïque (PV) dont le point de puissance maximale est défini pa une tension V=36 V et un couant I=29.45 A. Calculons la tension de sotie, le appot cyclique et le couant de sotie, sachant que la ésistance de chage est R=15.8 Ω. La puissance consommée pa la chage est : La puissance doit ête égale à la puissance maximale founie pa le panneau photovoltaique 16, 15.8 Ω la tension de sotie est égale à : 4 À pati l équation (II.1) :.52 Et à pati l équation (II.6), le couant de chage est : II Calcul des inductances La taille de l inductance dépend de l ondulation du couant de l'inductance fixée généalement à 5% du couant moyen de l inductance [4]. A pati de l équation (II.36), l inductance calculée pa : = Pou.525, 36, 5, on touve : Et à pati de l équation (II.35), l inductance est calculée pa : = = Donc : Pou.525, 36, 5, on touve : II Calcul des capacités Les capacités des condensateus sont calculées en supposant que les ondulations de tension ne dépassent 5% de leus valeus moyennes. A pati de l équation (II.34), la capacité est calculée pa : Page 24

35 Chapite II Convetisseus DC-DC dans les systèmes PV Pou 36,.525, 5, 15.8Ω, 76, on touve : μ A pati de l équation (II.37), la capacité est calculée pa : Pou 1.332,.525, 4, 5, on touve : μ II Choix de la diode Quand l inteupteu de puissance est bloqué la diode conduit et pemet le passage du couant pou l inductance. Les citèes les plus impotants pou le choix de la diode sont : La apidité de la commutation, la tension de claquage, le couant qui la tavese, sa tension invese ce qui va éduie au minimum la dissipation de puissance [1]. II Pincipe du PWM Dans les convetisseus DC-DC, la tension de sotie doit ête égulée pou ête constamment égale à une tension de éféence, du fait que la tension d alimentation V et les caactéistiques de la chage peuvent vaie. Une méthode pou égule la tension de sotie afin d obteni une tension moyenne fixe consiste à ajuste en pemanence le appot cyclique de commande de l inteupteu sans modifie T. Cette méthode qui consiste à faie vaie la lageu des impulsions de commande de l inteupteu est appelée méthode de Modulation de Lageu d Impulsion (MLI) ou encoe PWM (Pulse Width Modulation). Le signal de contôle de l inteupteu S deva ête élaboé pa compaaison ente le appot cyclique D et une tension en dents de scie comme suit : Compaateu Figue II.1: Pincipe du PWM (DC/DC) Page 25

36 Chapite II Convetisseus DC-DC dans les systèmes PV. - Losque > VDS : S = 1, l inteupteu S est commandé à la femetue (état ON). - Losque < VDS : S =, l inteupteu S est commandé à l ouvetue (état OFF). II Résultats de Simulation La figue II.11 monte le schéma du cicuit du Cuk alimentant une chage ésistive R. PWM D PV Figue II.11: Cicuit électique d un convetisseu DC-DC de type Cuk La simulation du Cuk a été éalisée en utilisant les paamètes suivants : Tension d entée 36 Couant d entée Ω.12 μ.1665 μ Page 26

37 Chapite II Convetisseus DC-DC dans les systèmes PV tension d'entée(v) temps(s) Figue II.12: Tension d entée du convetisseu Cuk tension de sotie(v) temps(s) Figue II.13: Tension de sotie du convetisseu Cuk Page 27

38 Chapite II Convetisseus DC-DC dans les systèmes PV couant d'entée(a) temps(s) Figue II.14: Couant d entée du convetisseu Cuk couant de sotie(a) temps(s) Figue II.15 : Couant de sotie du convetisseu Cuk Les ésultats de simulation montent que la tension de sotie illustée pa la figue II.13 est confome à celle calculée théoiquement. La tension d entée est poche de leu valeu calculée théoiquement, ceci est dû à l influence des petes dans les composants de puissances non pisent en compte los du dimensionnement des convetisseus. Page 28

39 Chapite II Convetisseus DC-DC dans les systèmes PV II.2 Pousuite du point de puissance maximale II.2.1 Intoduction Les cellules photovoltaïques sont utilisées pou founi de l énegie dans de nombeuses applications électiques. Pou obteni la puissance maximale du panneau solaie, l algoithme de pousuite du point de puissance maximale (Maximum Powe Point Tacking : MPPT) est utilisé pou contôle les vaiations de la caactéistique couant-tension des cellules. A note que la caactéistique d une cellule est affectée pa l éclaiement et la tempéatue. Note système doit donc pouvoi évolue, apidement et efficacement, en fonction des changements d illuminations et vaiation du point de puissance maximale (Maximum Powe Point : MPP) [8]. Une possibilité auait été de fixe un point de fonctionnement, en abaissant la tension du panneau et dans un même temps en augmentant le couant. O ceci n est plus valable losque le point de puissance maximale change. Ainsi le système MPPT doit suive le point de fonctionnement optimal du panneau [3]. Dans le domaine de la convesion d'énegie, la commande MPPT contôle le convetisseu DC-DC assuant l'inteface de puissance du généateu photovoltaïque et la chage. Cette commande pemet au généateu d'énegie de founi une puissance maximale [12]. Dans ce contexte plusieus méthodes de pousuite et algoithmes ont été mises en application, chacune pésente des avantages et des inconvénients. Ce chapite donne une pésentation généale des deux méthodes de pousuite du point de puissance maximale les plus épandues. II.2.2 Algoithme de petubation et d obsevation II Algoithme P&O simple C est l algoithme de pousuite du PPM le plus utilisé, et comme son nom l indique, il est basé su la petubation du système pa l augmentation ou la diminution de ou en agissant diectement su le appot cyclique du convetisseu DC-DC, puis l obsevation de l effet su la puissance de sotie du panneau. Si la valeu de la puissance actuelle P(k) du panneau est supéieue à la valeu pécédente P (k-1) alos on gade la même diection de la petubation pécédente sinon on invese la petubation du cycle pécédent. La figue II.16 donne l oganigamme de cet algoithme. Avec cet algoithme la tension de fonctionnement est petubée à chaque cycle du MPPT. Dès que le MPP sea atteint, V oscillea autou de la tension idéale de fonctionnement. Ceci cause une pete de puissance qui dépend de la lageu du pas d'une petubation simple. Si la lageu du pas est gande, l'algoithme MPPT éponda apidement aux changements soudains des conditions de fonctionnement, mais les petes seont accues dans les conditions stables ou lentement changeantes [13]. Si la lageu du pas est tès petite, les petes dans les conditions stables ou lentement changeantes seont éduites, mais le système ne poua plus suive les changements apides de la tempéatue ou de l'insolation. L inconvénient de la méthode P&O est losqu une augmentation butale de l ensoleillement est poduite on aua une augmentation de la puissance du panneau, l algoithme pécédent éagit comme si cette augmentation est poduite pa l effet de petubation pécédente, alos il continue dans la même diection qui est une mauvaise diection, ce qu il éloigne du vai point de puissance maximale. Page 29

40 Chapite II Convetisseus DC-DC dans les systèmes PV Ce pocessus continu jusqu à la stabilité de l ensoleillement où il evient au vai point de puissance maximale. Ceci cause un etad de éponse los des changements soudains des conditions de fonctionnement et des petes de puissance [12]. II Algoithme P&O amélioé Pou emédie à l inconvénient de la méthode P&O simple, une vesion amélioée de l algoithme P&O est poposée. On intoduit une nouvelle condition à la banche Oui de la condition. Si est positif dans les deux cycles pécédents de petubation ou si la diection de petubation était dans la même diection dans les deux cycles pécédents, alos la pochaine petubation sea invesée pa appot à la pécédente sans pise en compte de la diection de vaiation de la puissance [13]. Début Mesue I k, V k P k I k V k ΔP k P k P k 1 ΔV k V k V k 1 Non ΔP k Oui Oui ΔV k ΔV k Oui Non Non Augmente la tension Diminue la tension Diminue la tension Augmente la tension V k 1 V k P k 1 P k Figue II.16 : Oganigamme de l algoithme de petubation et d obsevation (P&O) Page 3

41 Chapite II Convetisseus DC-DC dans les systèmes PV II Commande MPPT Comme expliqué dans la section pécédente, l'algoithme MPPT indique à un contôleu de MPPT comment déplace la tension d'opéation. Puis, il est la tâche d'un contôleu de MPPT d'appote la tension à un niveau désié et de la mainteni. Il y a plusieus méthodes employées pou éalise le MPPT [4]. II Commande diecte Suivant la figue II.17, cette méthode de contôle est plus simple et emploie seulement une boucle d'avetissement, et elle effectue l'ajustement du appot cyclique dans l'algoithme MPPT. La ésistance vue pa le PV est la ésistance d'entée du convetisseu. Dans un convetisseu Cuk, la ésistance d entée est expimée en fonction de la ésistance de chage pa : (II.38) : la ésistance de la chage D: le appot cyclique du convetisseu Cuk. Selon l équation (II.6), l augmentation de D diminuea la ésistance d'entée ( ), ainsi la tension d'opéation du PV se déplace ves la gauche. De même, la diminution de D augmentea ), ainsi la tension d'opéation se déplace ves la doite. L algoithme de pousuite (P&O) pend la décision comment déplace la tension d'opéation. La éponse tempoelle de l'étage de puissance et de la souce de PV est elativement lente (1 à 5 millisecondes selon le type de chage) [4]. II Commande diecte de la sotie Cette méthode est une vaiante de la commande diecte exigeant uniquement deux capteus l un pou la tension et l aute pou le couant de sotie. Les deux méthodes mentionnées ci-dessus emploient des capteus d'entée ce qui pemet d avoi une commande pécise du point de fonctionnement du module. Cependant, elles exigent habituellement d'autes capteus pou détecte l'état de sutension et de suintensité de la chage. La nécessité de quate capteus end difficile la éduction du coût du système. Cette méthode détecte la vaiation de puissance du PV côté sotie du convetisseu et utilise le appot cyclique comme vaiable de contôle. La figue II.18 monte l'oganigamme de l'algoithme en question. Il petube le appot cyclique et mesue la puissance de sotie du convetisseu. Si la puissance augmente, le appot cyclique est encoe petubé dans la même diection; dans le cas contaie la diection sea envesée [4]. II Limitations du MPPT L'inconvénient pincipal du MPPT est qu'il n'y a aucun contôle de la sotie tandis qu'il dépiste un point de puissance maximum. Il ne peut pas égle l'entée et la sotie en même temps. En éalité le convetisseu DC-DC utilisé dans le MPPT n'est pas 1% efficace. Le gain d'efficacité du MPPT est gand, mais le système doit teni compte des petes d'efficacité du convetisseu DC-DC. Il y a un compomis à teni en compte ente l'efficacité et le coût. Il est Page 31

42 Chapite II Convetisseus DC-DC dans les systèmes PV également nécessaie de cheche d'autes méthodes d'amélioation de l'efficacité telles que l'utilisation d'un taqueu du soleil [4]. Convetisseu DC-DC Chage Panneau PV PWM Algoithme MPPT avec appot cyclique Figue II.17: Schéma fonctionnel du MPPT avec une commande diecte Page 32

43 Chapite II Convetisseus DC-DC dans les systèmes PV Début Mesue de, 1 Non Oui Oui D k D k 1 D k D k 1 Oui Non Non Diminue le appot cyclique Augmente le appot cyclique Diminue le appot cyclique Augmente le appot cyclique 1 D k 1 D k Figue II.18: Oganigamme de l algoithme petubation et obsevation à contôle diect II Simulations du MPPT avec une chage ésistive La figue II.19 monte le schéma bloc du système simulé. Il compend le module BP SX 15 S avec une iadiation G=1 / et de tempéatue T=25 qui alimente un convetisseu DC-DC (Cuk), Ce denie est contôlé pa l algoithme MPPT et alimente à son tou une chage ésistive R= 16 Ω. Le MPPT utilisé est à base de contôle diect de la sotie. Page 33

44 Chapite II Convetisseus DC-DC dans les systèmes PV Panneau PWM MPPT II Résultats de simulation Figue II.19 : Schéma du convetisseu Cuk contôlé pa MPPT Les figues suivantes epésentent les ésultats de simulation de l association panneauconvetisseu DC-DC pou G=1 / avec T=25C : tension de sotie(v) temps(s) Figue II.2 : Tension de sotie du convetisseu Cuk (P&O) Page 34

45 Chapite II Convetisseus DC-DC dans les systèmes PV tension d'entée(v) temps(s) Figue II.21: Tension d entée du convetisseu Cuk (P&O) 15 1 puissance(w) temps(s) Figue II.22: Puissance d entée du convetisseu Cuk (P&O) Page 35

46 Chapite II Convetisseus DC-DC dans les systèmes PV Les ésultats de simulation montent que les tensions sont tès poches de leus valeus calculées théoiquement, ceci est dû à l influence des petes dans les composants de puissances non pisent en compte los du dimensionnement des convetisseus. II.2.3 Méthodes à conte éaction de tension Dans ce cas on se epose su le contôle de la tension de fonctionnement des panneaux pa la compaaison de cette tension avec une tension de éféence. Cela génèe une tension d eeu qui fait vaie le appot cyclique de la PWM de commande afin d annule cette eeu. II Méthode à tension de éféence fixe A cause de la dépendance de la tension du panneau avec l ensoleillement et la tempéatue, la tension de puissance maximale est déviée, alos la tension de éféence doit ête coigée pou difféents ensoleillements et tempéatues au long des péiodes de l année [13]. Dans cette méthode la tension de éféence est pédéfinie. Elle coespond à la tension moyenne de l intevalle des points de puissances maximales elevées pa des tests sous difféentes conditions d ensoleillement et de tempéatue. Afin de génée le maximum de puissance on fait vaie simplement les difféents facteus de pondéation los de la mise au point. La figue II.23 pésente le schéma synoptique de cette méthode. Convetisseu DC -DC Chage D Panneau PWM Figue II.23: Pincipe de la méthode à conte éaction de tension avec éféence La patie commande à pou objectif de détemine les valeus de consigne pou la valeu de la tension de sotie du hacheu ainsi que pou le couant ciculant dans ce denie. Plusieus containtes doivent ête appliquées au système de commande de ce hacheu de manièe à assue un fonctionnement coect. Nous définissons le mode de fonctionnement pou le égulateu de tension. dans ce mode, seul le églage de la tension pa le contôle du appot cyclique de la commande de l inteupteu.la valeu de la tension U este dans les limites imposées [U min,u max ]= [35.45]. pou fixe la tension de sotie à une éféence, on effectue un test su la valeu de cette tension et on validea un appot cyclique (commande) suivant son niveau [2]. Page 36

47 Chapite II Convetisseus DC-DC dans les systèmes PV Début D =,5 ΔD =,1 Captue de V entée et V sotie V entée = V ef Oui Oui V entée >V ef Non D = D - ΔD D = D + ΔD D=,1 Oui Oui D=,9 Non D = D + ΔD D = D - ΔD Non Figue II.24: Oganigamme de l algoithme à tension de éféence fixe. II Simulations du MPPT su une chage inductive quelconque autou de la puissance maximale de GPV La figue II.23 monte le schéma bloc du système simulé. Il compend le généateu PV avec une iadiation G=1 / qui alimente un convetisseu DC-DC (Cuk,). Ce denie est contôlé pa l algoithme MPPT et alimente à son tou une chage inductive quelconque. Le MPPT utilisé est à base de contôle diect de la sotie. II Résultats de simulation Les figues suivantes epésentent les ésultats de simulation de l association panneauconvetisseu DC-DC pou G=1 / avec T=25C : Page 37

48 Chapite II Convetisseus DC-DC dans les systèmes PV tension de sotie(v) temps(s) Figue II.25: Tension de sotie du convetisseu Cuk (CRT) tension d'entée(v) temps(s) Figue II.26: Tension d entée du convetisseu Cuk (CRT) Page 38

49 Chapite II Convetisseus DC-DC dans les systèmes PV D apès les ésultats de simulation obtenus, on emaque que la pousuite du point de puissance maximale basée su l algoithme de commande diecte de la sotie est pefomante soit du coté pousuite du point de puissance maximale du système photovoltaïque soit du côté de égle la tension désiée du sotie ;ca le égulateu gèe le système suivant les fonctions décites pécédemment.la tension de sotie se stabilise à la tension de éféence voulue apès un égime tansitoie causé pa l accumulation d énegie dans la bobine. II.3 Conclusion Dans ce chapite nous avons pésenté toutes les équations qui égissent le fonctionnement et le pincipe de fonctionnement des convetisseus de type Cuk. Les ésultats de simulation ont monté la validité de la méthode adoptée pou le dimensionnement des composants. Puis, nous avons mis en évidence la conception d un système photovoltaïque optimisé et pa natue difficile. En effet, côté souce, pou un panneau photovoltaïque, la poduction de puissance vaie fotement en fonction de l éclaiement, de la tempéatue, mais aussi du vieillissement global du système. Nous avons monté également que tel panneau fonctionne le plus souvent possible dans son égime optimal, la solution communément adoptée est d intoduie un convetisseu statique qui jouea le ôle d adaptateu souce-chage. La commande MPPT pemet de faie fonctionne un panneau photovoltaïque de façon à poduie en pemanence le maximum de sa puissance. Page 39

50 Chapite III Etude du compotement de la MAS en pésence d un défaut au GPV Chapite III Etude du compotement de la MAS en pésence d un défaut au GPV III.1 Intoduction Entaine des chages à vitesse vaiable, tout en contôlant la vitesse ou le couple, est devenu incontounable dans les industies modenes. De la monte au concasseu, en passant pa l électoménage, les systèmes de taction, de levage, les applications sont innombables et vaiés, de même que les solutions techniques. Toutefois, depuis une vingtaine d années, les entainements pa moteus électiques connaissent un esso impotant. Ceci est du en gande patie aux pogès éalisés dans le domaine de la commande des machines a couant altenatif, et est gâce au développement de la technologie des composants de l électonique de puissance, et l appaition des pocessus numéiques a féquence élevée et a fote puissance de calcul [14, 15]. Dans ce chapite, on pésentea, dans une pemièe patie, la modélisation d une machine asynchone associée à un convetisseu statique (un onduleu à MLI). La simulation du compotement de la machine asynchone en état sein, ainsi en cas de défaillance à la fin de ce chapite. III.2 Modélisation de la MAS Les modèles des machines électiques les plus utilisés sont basés su la théoie unifiée des machines électiques classiques, dite encoe théoie généalisé. Cette théoie est basée su la tansfomation de Pak, qui appote les équations électiques statoiques et otoiques à un système catésien d axes, «d, q» [16]. III.2.1 Hypothèses simplificatices Les phénomènes physiques inhéents au fonctionnement du système peuvent ête patiellement ou totalement pis en compte dans un modèle. Ils découlent plusieus niveaux de modélisation liés aux hypothèses simplificatices associées [14]. On adopte les hypothèses suivantes [17]: entefe constant, cicuit magnétique non satué et à peméabilité constante, petes feomagnétiques négligeables, la constance des inductances popes..., La figue (III.1) tié du [17] epésente la distibution spatiale des enoulements statoiques et otoiques d une telle machine asynchone. Page 4

51 Chapite III Etude du compotement de la MAS en pésence d un défaut au GPV Figue III.1: Repésentation des enoulements de la MAS tiphasé dans l espace électique III.2.2 Equations généales de la machine III Equations des tensions Pa application de la loi de Faaday à l un des six enoulements statoiques et otoiques de la machine, la loi des mailles s expime pa la elation [17] : (III.1) On déduit pou l ensemble des phases, statoiques / et otoiques: (III. 2) Le oto étant en cout-cicuit ses tensions sont nulles. III Equations des flux La matice des flux éels fait appaaite quate sous-matices d inductances [17] : φ φ sabc abc [ ] [ s M s ] isabc [ ] [ L ] i L = M s abc (III. 3) (III.4) Page 41

52 Chapite III Etude du compotement de la MAS en pésence d un défaut au GPV Finalement : [ v ] = [ R ][ i ] + ( d / dt)[ { L ][ i ] + [ M ][ i ]} sabc s sabc s sabc s abc { } t [ v ] = [ R ][ i ] + ( d / dt) [ M ][ i ] + [ L ][ i ] abc sabc s sabc abc (III.5) (III.6) III Equations mécaniques L équation fondamentale de la mécanique décivant la dynamique du oto de la machine [14] : dω J + dt ω = p. Ω f Ω = C em C (III.7) avec : J : moment d inetie du oto, Ω : vitesse angulaie mécanique du oto, f : coefficient de fottement visqueux, C : couple électomagnétique délivé pa le moteu, em C : couple ésistant, ou de chage, ω : vitesse angulaie électique du oto. III.2.3 Modélisation de Pak de la machine asynchone III Pincipe de la tansfomation de Pak La tansfomation diecte de Pak est définie pa la matice [P]. Aux vecteus oiginaux [v abc], [i abc] et [ abc], la tansfomation de Pak fait coesponde les vecteus [v dq], [i dq] et [ dq]. La tansfomation de Pak est appliquée de manièe identique au vecteu de tensions, de couants, et de flux [x dqo]= [xo xd xq]t. Le vecteu «xo» epésente la composante homopolaie, nomale au plan fomé pa les vecteus «x a», «x b», et «x c». Les vecteus «x d» et «x q» epésentent les vecteus diphasés qui coespondent aux vecteus «x a», «x b», et «x c»[14,15 ]. La tansfomation de Pak est définie pa : [ x ] = [ P] [ ] dq x abc (III.8) Où [P] est la matice de passage diect, elle est donnée pa : [ P] cosψ cos( ψ 2π /3) cos( ψ + 2π /3) = c. sinψ sin( ψ 2π /3) sin( ψ + 2π /3) 1/ 2 1/ 2 1/ 2 (III.9) Page 42

53 Chapite III Etude du compotement de la MAS en pésence d un défaut au GPV Avec ( ψ = θ s ) pou le stato, ou ( ψ = θ ) pou le oto. c est une constante qui peut pende soit les valeus (2/3) ou 1 pou la non consevation de puissance, soit la valeu (2/3) pou une consevation de puissance [18]. Dans note cas, nous pendons : c= (2/3) ( On emaque que «θ s» et «θ» sont natuellement liés à «α» pa la elation igide : θ s θ ) = α (III.1) On déduit pa déivation : dα (ω s ω ) = = ω = dt où: pω (III.11) ω s : vitesse des axes «d, q» dans le epèe statoique, ω : vitesse des axes «d, q» dans le epèe otoiques. III Equations des tensions Les équations de Pak statoiques et otoiques s écivent : v v v v sd sq d q = Rsi = Rsi = Ri = R i sd sq d q + ( dφ + ( dφ + ( dφ + ( dφ sd sq d q / dt) / dt) + / dt) / dt) + ( dθ s / dt ) ( dθ s / dt ) ( dθ / dt ) ( dθ / dt ) φ φ φ φ sq sd q d = = (III.12) avec : ωs = dθ s / dt ω = dθ / dt (III.13) III.2.3.3Equations magnétiques φ sd φsq φ d φ q = L i s sd = L i s sq = L i = L i d q + Mi + Mi + Mi + Mi d q sd sq (III.14) III Equation mécanique dω J dt = C em C f Ω ( ΙΙ.24) (III.15) Page 43

54 Chapite III Etude du compotement de la MAS en pésence d un défaut au GPV III.2.4 Expession du couple électomagnétique Le couple électomagnétique peut pende diveses fomes, en fonction des vaiables que l on élimine (où p est le nombe de paies de pôles) [15]: C em pm ( φ i φ i ) ΙΙ = d sq q sd L (.25) (III.16) III.3 Choix du éféentiel Il y a tois tansfomations de éféentiel qui sont couamment employées dans la simulation des machines électiques. Dans chaque cas il s'agit d'assigne une vitesse paticulièe au éféentiel pou obteni une tansfomation donnée. Ces tansfomations se font dans les éféentiels suivants [19]: éféentiel (d, q) fixé au stato ou stationnaie : dθ s dθ =, = ω dt dt (III.17) La tansfomation dans le éféentiel (d, q) fixé au stato ou stationnaie pote aussi le nom de tansfomation de Clake ou tansfomation (α, β). Ce éféentiel étant fixe, la vitesse est nulle. Comme la vitesse est nulle, l angle du éféentiel demeuea constant et sa valeu est abitaie. Nous avons choisi de tavaille avec un angle nul [19]. éféentiel (d, q) fixé au oto : dθ s dθ = ω, = dt dt La vitesse du éféentiel ainsi que sa position angulaie deviennent celles du oto. éféentiel (d, q) synchone : (III.18) θ dθ = ωs, = ωs ω = d s dt dt ω Ce éféentiel toune à la vitesse du champ tounant du stato. (III.19) Le choix de tansfomation de éféentiel est essentiellement dicté pa les vaiables de phase que nous voulons obseve ainsi que I application. Si les vaiables de phases au stato et au oto ne nous intéessent pas, la machine peut ête simulée dans le éféentiel synchone sans qu'aucune tansfomation ne soit nécessaie. Si l'on désie simule cette machine dans des conditions équilibées mais que cette fois, on désie obseve les couants de phase statoiques, la tansfomation dans le éféentiel stationnaie est celle qui equiet le moins de calculs. Si pa conte on s'intéesse aux couants de phase otoiques, la tansfomation dans le éféentiel fixé au oto sea la plus avantageuse [19]. III.3.1 Réféentiel lié au champ tounant En substituant (III.17) dans(iii.12) on obtient les équations de la machine asynchone dans le epèe (d, q) lié au champ tounant : Page 44

55 Chapite III Etude du compotement de la MAS en pésence d un défaut au GPV v v v v sd sq d q = Rsi = Rsi = Ri = R i sd sq d q + ( dφ + ( dφ + ( dφ + ( dφ sd sq d q / dt) ω φ / dt) + ω φ s / dt) ( ω ω) φ / dt) + ( ω ω) φ s s s sq sd q d = = (III.2) L'avantage d'utilise ce éféentiel, est d'avoi des gandeus constantes en égime pemanent. Il est alos plus aisé de faie la égulation [19]. III.3.2 Réféentiel lié au stato Pou obteni les équations de la machine asynchone dans le éféentiel (d, q) lié au stato, il suffit donc de substitue dans le système d équations du éféentiel (d, q) abitaie (III.12) les valeus (III.17), et en emplaçant «d» pa «α» et «q» pa «β». Dans ces conditions, on obtient le système d équations (III.21) : v v v v sα sβ α β = R i s sα = Rsi = R i = R i sβ α β + ( dφ + ( dφ + ( dφ + ( dφ sα sβ α β / dt) / dt) / dt) + ω φ / dt) ω φ β β = = (III.21) C est le epèe le mieux adapté pou tavaille avec les gandeus instantanées, il possède des tensions et des couants éelles et peut ête utilisé pou étudie les égimes de démaage et de feinage des machines à couant altenatif III.4 Modélisation de la machine asynchone alimentée en tension III.4.1 Mise en équation d état Une caactéistique impotante du modèle est la natue des vaiables d'état. Dans la plupat des modèles de machines électiques, les vaiables d'état sont généalement les couants ciculant dans les dives enoulements de la machine ou les flux de ces mêmes enoulements. Le choix devait ête dicté pa le système d'équations qui equiet le moins de calcul [19]. Pou une machine asynchone alimentée en tension, les tensions statoiques «v sα» et «v sβ» epésentent les vaiables de commande, et nous considéons les couants statoiques ( i sα, isβ ), les flux otoiques ( φ α, φβ ) et la pulsation mécanique «Ω» comme vaiables d état, le couple ésistant «C» étant comme petubation.. On cheche à obteni un système d équation écit sous fome : X ο = AX + BU Y = CX (III.31) (III.22) avec : X : vecteu d état, Y : vecteu de sotie, Page 45

56 Chapite III Etude du compotement de la MAS en pésence d un défaut au GPV Page 46 A : matice d évolution d état du système, B : matice de commande (d entée), U : vecteu du système de commande, C : matice d obsevation. Les équations d'état de la patie électique de note modèle s'obtiennent en substituant les flux de (III.14) dans les équations des tensions (III.21) puis en isolant les déivées des couants et des flux. On obtient alos le système d équations (III.23) suivant : ( ) ΙΙ + = = = = β α β β β α α α β β α β β α β α α α φ ωφ φ ωφ φ φ σ φ ωφ γ σ ωφ φ γ s s s s s s s s s s T i T M T i T M v L T k k i i v L k T k i i pa identification : ( ) , 1 1, 1 1 ΙΙ = = = C L L B T T M T T M T k k k T k A s s σ σ ω ω ω γ ω γ avec : ), ( 1 2 s s s T L M R L et L L M k + = = σ γ σ L s L M 2 =1 σ : Facteu de dispesion, R L T = : Constante du temps otoique. (III.24) (III.23)

57 Chapite III Etude du compotement de la MAS en pésence d un défaut au GPV III.4.2 Equations mécaniques De (III.15), l expession du couple électomagnétique expimé dans note éféentiel (α, β) ), et celle du mouvement sont donnée pa : Cem = dω J dt pm ( φ i L α s β φ i ) β sα + C + f Ω = C em (III. 25) III.5 Modélisation de l alimentation de la MAS Les onduleus de tension, associés aux machines à couant altenatif, sont de nos jous tès lagement utilisés dans les systèmes d'entaînemen industiels. En pemie lieu, les pogès en matièe de semi-conducteu ont pemis la éalisation de convetisseus statiques de plus en plus pefomants. En second lieu, l'évolution des techniques numéiques, notamment l'utilisation sans cesse gandissante des pocesseus de signaux (DSP, "Digital Signal Pocessing") et des systèmes à base d'achitectuee econfiguable (FPGA,"Field Pogammable Gate Aay"), pemet désomais d'exécute en temps éel des algoithmes complexes de contôle des convetisseus [2]. III.5.1 Modélisation de l onduleu de tension tiphasé Un onduleu de tension tiphasé est constitué de tois cellules (bas) de commutation de deux inteupteus. Pou chaque inteupteu est fomé pa un tansisto (ou un thyisto) monté en tête- le bêche avec une diode de écupéation. Pou assue la continuité des couants altenatifs et évite cout-cicuitage de la souce, les inteupteus k 11 et k 12, k 21 et k 22, k 31 et k 32 doivent ête contôlé de manièe complémentaie [14, 21,17]. Le schéma stuctuel de l onduleu de tension alimentantt le stato du moteu asynchone est donné pa la figue (III.2) : Figue III.2 : Schéma d un onduleu de tensionn tiphasée alimentant le stato de la MAS Pou simplifie l étude, on supposea que [21] : la commutation des inteupteus est instantanée, la chute de tension aux bones des inteupteus est négligeable, Page 47

58 Chapite III Etude du compotement de la MAS en pésence d un défaut au GPV la chage tiphasé est équilibée, couplé en étoile avec un neute isolé. D où on pésente chaque paie tansisto-diode pa une seule inteuptice bidiectionnelle. On k ci, on Figue III.3 : Inteupteu bidiectionnel de paie tansisto-diode définit la fonction de connexion f ci (c {1, 2, 3}, i { 1, 2}) comme l état de l inteupteu a : f f f = 1 f = 1 f = 1 f (III. 26) avec : f ci f ci =1 si l inteupteu est femé, = si l inteupteu est ouvet. L onduleu est alimenté pa un généateu photovoltaïque, d amplitude «U c». Les potentiels des nœuds «a», «b» et «c» de l onduleu tiphasé pa appot au point milieu fictif «n» sont donnés pa les tensions suivantes : v v v an bn cn = = = f f f U U U c c c (III. 27) Les tensions composés délivées pa cet onduleu sont donnés pa : u u u sab sbc sca = U ( f c = U c ( f = U ( f c f f f ) ) ) (III.28) Pou une chage tiphasé équilibée, couplé statoiques simpless sont eliés pa : en étoile avec un neute isolé, les tensions v sa v + sb + v sc = Les tensions simples sont liées aux tensions composées pa : (III. 29) Page 48

59 Chapite III Etude du compotement de la MAS en pésence d un défaut au GPV v v v sa sb sc 1 = ( u 3 1 = ( u 3 1 = ( u 3 sab sbc sca u u u sca sab sbc ) ) ) (III.3) Apès aangement les équations des deux systèmes (II.28) et (II.3), on obtient le système maticielle suivant : v v v sa sb sc Uc = f 1 f 2 f (III.31) Pou détemine les fonctions «f ci», on pésentea dans ce qui suit la statégie de commande de l onduleu. III.5.2 Commande de l onduleu pa la statégie tiangulo-sinusoïdale La MLI Sinus-Tiangle utilise le pincipe d'intesection ente une éféence sinusoïdale de féquence f, appelée modulante, et un signal tiangulaie de haute féquence f p, appelée la poteuse P, pou détemine les instants de commutation. Le schéma de pincipe est donné pa la figue (III.4) [2]. Figue III.4: Pincipe de la MLI Sinus-Tiangle(DC/AC) Les signaux de éféence sont définis pa [22]: V efj π ( t) = Vm sin 2πft 2( j 1), j = 1,2,3 3 (III.32) La poteuse est donnée pa [21]: Page 49

60 Chapite III Etude du compotement de la MAS en pésence d un défaut au GPV V p V ( t) = V pm pm 4t T p 4t + T p ( 4n + 1) ( 4n + 3) si t [ nt p n + 1 si t [ T 2 n + 1, T p ] 2 p, ( n + 1) T ] p (III.33) avec : T p péiode de V p La commande MLI est caactéisée pa les deux paamètes [16] : l indice de modulation m égal au appot de la féquence de modulation su la féquence de éféence, Le coefficient de églage en tension égal au appot de l amplitude de la tension de éféence à la valeu cête (U c /2) de l onde de modulation. Notez que l augmentation de m ejette les pemies hamoniques non nuls ves les féquences élevées et donc facilite le filtage. Mais m est limité pa le temps de commutation des inteupteus du l onduleu et donc pa la lageu minimale des impulsions [16]. Alos, le choix de m pocède d un compomis ente la neutalisation des hamoniques et le endement de l onduleu, dans note tavail nous avons pend m=1. Tandis que, pa action su on peut faie vaie la valeu efficace du fondamental de la tension de sotie. III.6 Simulation du compotement du système en état sain III.6.1 paamètes de la machine asynchone Pou toute simulation dans ce mémoie, nous avons adopté une machine asynchone de puissance 5.5Kw dont les caactéistiques suivantes : La tension nominale : U=22/38V. Le couant nominal : 21/12A. Féquence du éseau : 5 Hz. Vitesse nominale : Nn= 293 t/mn. Nombe de paies de pôles : p = 1. Résistance statoique : Rs = 2.25 Ohm. Inductance cyclique statoique : Ls =.1232 H. Résistance otoique : R =.7 Ohm. Inductance cyclique otoique : L =.1122 H Inductance mutuelle cyclique : M =.1118 H. Constante de temps otoique : T =.16 s. Constante de temps statoique : Ts =.546 s. Coefficient de dispesion : σ= Moment d inetie : J =.38 kg.m2. Tableau III.1 : les paamètes de la machine asynchone Page 5

61 Chapite III Etude du compotement de la MAS en pésence d un défaut au GPV III.6.1 Schéma de Simulation du compotement du système La figue (III.5) illuste le schéma bloc de l alimentation (GPV) Onduleu- MAS fait pa le logiciel Simulink sous Matlab. Figue III.5 : Bloc de simulation de l alimentation de la MAS La figue (III.6) donne les ésultats de simulation du système (généateu PV-Onduleu-Mas) en état sain (égime de fonctionnement nomal), tel qu on a illusté : la tension de sotie de GPV, le couant statoique, le flux otoique, le couple électomagnétique et la vitesse de otation de la MAS en pésence de la chage. 6 5 tension de GPV (V) temps(s) (a) Tension de sotie du GPV(V) Page 51

62 Chapite III Etude du compotement de la MAS en pésence d un défaut au GPV couant ids(a) temps(s) (b)réponse du couant statoique i ds (A) flux fd(wb) temps(s) (c) Réponse du flux otoique Φ d (Wb) couple(nm) temps(s) (d) Réponse du couple électomagnétique C em (N.m) Page 52

63 Chapite III Etude du compotement de la MAS en pésence d un défaut au GPV vitesse(ad/sec) temps(s) (e) Réponse de la vitesse de otation w (ad/sec) Figue III.6: Résultat de simulation de l alimentation(gpv)-onduleu-mas en état sain los d'une application d'un couple ésistant (C =15N.m) à (t=1.4 s). III.6.2 Intepétation des coubes On note que la vitesse de otation est atteigne la vitesse nominale (3 ad/s) dans un temps lent, l application d une petubation à l instant (t=1.4s) povoque une chute de la vitesse. Ainsi que les oscillations du couple ont appau los du démaage. Ces oscillations sont dues pincipalement à la pésence des hamoniques dans les tensions délivées pa l onduleu. III.7 Simulation du compotement du système en cas de défaut On va étudie les défauts de la tension d alimentation, tels que le cout cicuit du généateu photovoltaïque. On va cée un cout cicuit su le généateu PV à l instant (t=1.8s). L évolution de la tension d alimentation (GPV), couant statoique, du flux otoique, du couple électomagnétique et de la vitesse de otation de la MAS alimentée pa un onduleu tiphasé en pésence de la chage (C= 15N.m) à (t=1.4s), sont illustés à la figue (III.7). Page 53

64 Chapite III Etude du compotement de la MAS en pésence d un défaut au GPV 6 5 tension de GPV(V) temps(s) (a) Tension de sotie du GPV(V) couant ids(a) temps(s) (b) Réponse du couant statoique(a) flux otoique fd(wb) temps(s) (c) Réponse du flux otoique(wb) Page 54

65 Chapite III Etude du compotement de la MAS en pésence d un défaut au GPV couple(nm) temps(s) (d) Réponse du couple électomagnétique C em (N.m) vitesse(ad/s) temps(s) (e) Réponse de la vitesse de otation w (ad/sec) Figue III.7 : Résultats de simulation de la MAS en cas de cout cicuit de la tension d alimentation à (t=1.8 s), avec une chage de (C =15N.m) à (t=1.4 s). III.8 Intepétation des ésultats Les ésultats de simulation sont pésentés dans les Figues [III.6, III.7]. Ces denièes epésentent les coubes d évolution des difféents paamètes : tension, couant, flux, couple et vitesse. Le caactèe des gaphes monte, en phase de démaage, que le moteu subit un allongement du égime tansitoie. Dans les égimes anomaux, les gandeus électiques sont caactéisées pa une vaiation busque au moment de l application du défaut (1.8 Sec). Il est à signale que le défaut de cout cicuit de tension influe su les compotements mécaniques du moteu, cette influence est caactéisée pa une chute de la valeu de la vitesse, ainsi que la vaiation (oscillation) du couple électomagnétique. Page 55

66 Chapite III Etude du compotement de la MAS en pésence d un défaut au GPV III.9 Conclusion On a pésenté dans ce chapite la modélisation de la machine asynchone tiphasée, en mettant en exigence la complexité et la non linéaité du modèle. Pa la suite, et en se basant su un ensemble d hypothèses simplificatices, le modèle de la MAS dans le epèe de Pak a été établi dans le but de linéaise le système et facilite l'étude. Puis, on a abodé la modélisation de la patie d'alimentation, le pincipe de fonctionnement et de commande de l'onduleu de tension tiphasée a été pésenté en donnant le pincipe de MLI tiangulo-sinusoïdale. Dans la denièe patie, on a pésenté la simulation de la machine asynchone dans les deux cas : état sain et d aute en pésence de défaut. Apès l étude du compotement de la machine asynchone en état sain et en état défaillant, nous consacons le denie chapite à l étude des éseaux de neuones atificiels pou la détection des défauts de la patie d'alimentation (généateu photovoltaïque). Page 56

67 ChapiteIV Diagnostic d un généateu photovoltaïque pa éseaux de neuones atificiels Chapite IV Diagnostic d un généateu photovoltaïque pa éseaux de neuones atificiels (RNA) IV.1 Intoduction. Pami les méthodes développées pou acquéi les connaissances à pati d exemples, les RNA sont paticulièement intéessants. En effet, ils font peuve de gandes capacités pou généalise les connaissances contenues dans la base d exemples. De plus, ils sont peu sensibles aux données appoximatives et à la pésence de données incoectes dans la base d exemple utilisée los de leu appentissage. L appoche altenative a été poposée dès l oigine. Biomimétique, le connexionnisme (l utilisation des éseaux de neuones fomels) poposait de constuie un système diectement inspié de ce que l ont s avait alos de la stuctue du ceveau. L idée consiste à die que l intelligence est patie intégante du ceveau ; en conséquence, si l on pavient à en epoduie la stuctue et la dynamique, on aua éalisé un atefact doté d intelligence. IV.2 Teminologie pope au diagnostic Il semble intéessant, de appele les pincipaux temes utilisés en diagnostic des systèmes. La teminologie suivante sea adoptée : a) Système physique Un système physique est un ensemble d éléments (composants, constituants) inteconnectés ou en inteaction oganisés pou éalise une fonction [24]. b) Composant Un composant est une patie du système choisie selon des citèes liés à la modélisation. En tout pemie lieu, le compotement de éféence de ce composant est bien adapté dans le sens où il peut ête défaillant ou sevi de suppot à la popagation des pannes dans le système. Un composant doit ête simple à modélise dans le sens où cela doit ête natuel : il peut s agi d un composant (physique ou logique) complet du système ou d une patie pafaitement délimitée de ce composant, Page 57

68 ChapiteIV Diagnostic d un généateu photovoltaïque pa éseaux de neuones atificiels d un goupe de composants. Le compotement du composant élémentaie n est pas décomposable ou alos cette décomposition n est pas souhaitée, il constitue une «bique» du compotement du système [23]. c) Modèle Un modèle d un système physique est une desciption de sa stuctue et une epésentation compotementale ou fonctionnelle de chacun de ses composants. Une epésentation compotementale est constituée de elations ente diveses vaiables du système, appelées classiquement elations de causes à effets. Une epésentation fonctionnelle est plus abstaite puisqu elle ne s adesse qu aux objectifs pésumés que le système physique doit empli. Le niveau stuctuel, quant à lui, s appuie su la stuctue éelle du système physique et décit les inteconnections ente ses difféents éléments ou constituants. Les niveaux compotemental et fonctionnel compennent des elations ente des gandeus physiques (vaiables) et pemettent de mette en évidence la pésence d un événement anomal ou anomalie. Le niveau stuctuel, quant à lui, pemet de détemine l élément affecté pa le défaut. L intéêt de cette décomposition est de appele que, puisqu un modèle contient toute l infomation elative à un système physique, il est utilisable ensuite pa la pocédue de diagnostic [23]. d) Défaut On considèe comme défaut tout écat ente la caactéistique obsevée su le dispositif et la caactéistique de éféence, losque celui-ci est en dehos des spécifications [24]. Un défaut n'implique pas nécessaiement une défaillance [23] e) Défaillance Une défaillance définit une anomalie fonctionnelle au sein d un système physique, c est-à-die caactéise son incapacité à accompli cetaines fonctions qui lui sont assignées [24]. Les défauts incluent dans les défaillances mais la écipoque n'est pas vaie. Un système peut empli sa fonction tout en pésentant une anomalie de compotement. Pa exemple, une machine électique peut poduie un buit anomal tout en entaînant coectement une chage, en supposant que telle soit sa fonction. Le buit anomal est un défaut qui peut pemette de pésage d'une défaillance à veni. La echeche de défauts est donc fondamentale en diagnostic [23]. Page 58

69 ChapiteIV Diagnostic d un généateu photovoltaïque pa éseaux de neuones atificiels f) Cause de défaillance La nome définit la cause de défaillance pa «les ciconstances liées à la conception, la fabication ou l emploi et qui ont entaîné la défaillance» [24, 25]. g) Dégadation Une dégadation est l état d un ensemble qui pésente [24, 25] : une pete de pefomances d une des fonctions assuées pa l ensemble. un sous-ensemble lui-même dégadé, voie défaillant (sans conséquence fonctionnelle su l ensemble). h) Sûeté de Fonctionnement La sûeté de fonctionnement est également appelée «Science des défaillances». Cette discipline intevient non seulement au niveau du poduit fini (système existant) mais aussi au niveau conceptuel pou la éalisation d un système ou la connexion de plusieus sous-systèmes (sutout s ils sont de natues difféentes). La sûeté de fonctionnement consiste à connaîte, évalue, pévoi, mesue, et maîtise les défaillances des systèmes [24]. i) Panne La panne est l inaptitude d un dispositif à accompli une fonction equise. Il est clai que dès l appaition d une défaillance, caactéisée pa la cessation du dispositif à accompli sa fonction, on déclaea le dispositif en panne. Pa conséquent, une panne ésulte toujous d une défaillance [1]. j) Symptôme Caactèe distinctif d'un état fonctionnel anomal [23]. k) Résidu Un ésidu est un signal potentiellement indicateu de défauts. Il eflète la cohéence des données vis-à-vis du modèle compotemental du système [26]. l) Diagnostic Un diagnostic est un état expliqué d un système physique compatible avec les infomations disponibles su le compotement éel du système et avec le modèle de compotement de éféence Page 59

70 ChapiteIV Diagnostic d un généateu photovoltaïque pa éseaux de neuones atificiels disponible. Habituellement, le diagnostic est expimé pa les états des composants ou les états des elations de desciption du compotement [23]. m) Petubation Entée du système physique qui n est pas une commande. Autement dit, c est une entée non contôlée. La figue (IV.1) epésente les anomalies suivant leu citicité. Il existe également une citicité coissante ente défaillance et panne. De la non confomité (ou anomalie) dans le cas d une défaillance, on passe à une inaptitude à accompli une fonction dans le cas d une panne [23]. Figue IV.1: Anomalies et Obsevations classées pa citicité coissante. Page 6

71 ChapiteIV Diagnostic d un généateu photovoltaïque pa éseaux de neuones atificiels Ces notions sont illustées à pati de l'exemple d un moteu devant assue une fonction de ventilation (tableau 1.1). Définition illustée Événement (exemple) Ecat au Compotement nominal (couant, vitesse) Aptitude à Rempli la Fonction de ventilation Petubation Vaiation de tempéatue extéieue (nomal) Petit Totale défaut Fot échauffement (anomal) Moyen Totale Défaillance Déclenchement intemittent d un elais themique stoppant le ventilateu jusqu à Gand Patielle ce qu une épaation soit effectuée Panne Suite aux fots échauffements épétitifs, les isolants sont pogessivement endommagés: un cout-cicuit appaaît; le Gand Nulle moteu ne peut plus toune jusqu à ce qu une épaation soit effectuée. Tableau IV.1: Illustation des définitions à l aide d un moteu de ventilateu. IV.3 Les appoches usuelles de détection Dans ce paagaphe, on va pésente les pincipales méthodes utilisées en diagnostic de systèmes physiques, à savoi [14]: Méthodes basées su les modèles analytiques, Méthodes sans modèle analytique. Les pincipales méthodes de diagnostics sont oganisées su la figue (IV.2) : Page 61

72 ChapiteIV Diagnostic d un généateu photovoltaïque pa éseaux de neuones atificiels Méthodes de diagnostic Appoche modèle Appoche sans modèle Espace de paité Obsevateus Reconnaissance des fomes Systèmes d inféence flous Estimation paamétique Réseaux de neuones atificiels Figue IV.2: Pincipales méthodes utilisées en diagnostic des systèmes physiques IV.3.1 Appoche avec modèle Ces méthodes eposent su l'utilisation de modèles du pocessus à suveille incluant ou non l'influence des défauts et des petubations su l'état et la sotie. La sotie du modèle est compaée aux données accessibles pou fome un ésidu exploité pou alimente un mécanisme dédié à la détection des défauts. Selon ce mécanisme de diagnostic, on distingue [27]: la suveillance pa les obsevateus, la suveillance pa edondance analytique (espace de paité), la suveillance pa estimation paamétique [27]. IV Diagnostic de défauts pa obsevateus Les obsevateus sont généalement utilisés dans la synthèse des lois de commande des machines à induction. Ils sont sensés pou fonctionne dans le contexte d'un système sans défaut : ils sont donc choisis et calculés en fonction de citèes de stabilité et de pefomance. Un défaut se taduisant pa la uptue des hypothèses d'équilibe du modèle, il peut se évéle dans la uptue des Page 62

73 ChapiteIV Diagnostic d un généateu photovoltaïque pa éseaux de neuones atificiels gandeus obsevées pa appot aux gandeus mesuées. La compaaison de la sotie éelle avec la sotie obsevée peut donc founi des infomations exploitables pou la détection et la localisation des défauts. On utilise généalement les obsevateus de Luenbege, les obsevateus à entées inconnues ou les obsevateus à gand gain...etc. [27]. IV Diagnostic de défauts pa edondance analytique Comme pou les obsevateus, la edondance analytique et la pojection dans l'espace de paité sont basées su l'exploitation des ésidus issus du modèle de bon fonctionnement. La philosophie de cette appoche est d'exploite la edondance analytique existant dans les équations d'état losque celles-ci sont écites su un hoizon d'obsevation. Le vecteu de ésidus est alos génèe en pojetant les mesues obsevées su cet hoizon dans un espace appelé espace de paité [27]. IV Diagnostic de défauts pa estimation paamétique Dans la plupat des cas patiques les paamètes de pocessus ne sont pas patiellement connus ou ne sont pas connus du tout. Puis, ils peuvent ête déteminés avec des méthodes d estimation paamétique en mesuant l'entée et les signaux de sotie si la stuctue modèle de base est connue [28]. Cette appoche possède l avantage d appote de l infomation su la taille des déviations. Toutefois, un des inconvénients majeus de la méthode éside dans la nécessité d avoi un système physique excité en pemanence. Ceci pose des poblèmes patiques dans le cas de pocédés dangeeux ou fonctionnant en mode stationnaie. De plus, les elations ente les paamètes mathématiques et physiques ne sont pas toujous invesibles de façon unitaie, ce qui complique la tâche du diagnostic basé su les ésidus [27]. IV.3.2 Appoche sans modèle IV Diagnostic de défauts pa econnaissance des fomes La Reconnaissance des Fomes est un des nombeux aspects de l'intelligence atificielle ou plus exactement de l'intelligence calculatoie. A pati d'un ensemble de données ou d'infomations appises, elle offe la possibilité d'intepéte toute nouvelle obsevation (ou fome) [29]. Les méthodes de diagnostic qui utilisent la econnaissance des fomes sont peut nombeux à ce jou. Un vecteu de paamètes, appelé vecteu de fome, est extait à pati de plusieus mesues. Page 63

74 ChapiteIV Diagnostic d un généateu photovoltaïque pa éseaux de neuones atificiels Les ègles de décisions adoptées pemettent de classe les obsevations, décites pa le vecteu de fome, pa appot aux difféents modes de fonctionnement connus avec et sans défaut [3]. Pou classe ces obsevations, il faut obligatoiement ête en mesue de founi les données pou tel ou tel mode de fonctionnement (fonctionnement avec oto sain à % de chage ou alos fonctionnent avec bae cassée à 1% de chage pa exemple). Pou cela, il faut dispose d une base de données, ce qui pemetta ensuite de constuie la classe coespondante au défaut cée (possibles pou les machines de petites et moyennes puissances). Une aute voie consisteait à calcule les paamètes du vecteu de fome en effectuant des simulations numéiques de la machine étudiée (indispensable pou les moteus de fotes puissances). Dans la denièe configuation, il faut un model compotemental de la machine elativement pécis pou obteni des paamètes les plus poches possibles de la éalité [3]. IV Diagnostic de défauts pa systèmes d inféence flous Pendant les vingt denièes années, les systèmes d inféence floue (SIF) dont les bases elèvent de la théoie des ensembles flous de «Zadeh» sont devenus tès populaies. Les applications dans le taitement du signal, la modélisation, la commande, la supevision de pocédés et la pise de décision sont en effet autant d applications qui démontent la capacité des SIF à taite des poblèmes non linéaies gâce à l utilisation de connaissances expetes. La stuctue de base d un SIF est constituée de [23] : un unives de discous qui contient les fonctions d appatenance des vaiables d entée et de sotie à des classes. Ces fonctions peuvent avoi difféentes fomes, les plus usuelles étant les fomes tiangulaies, tapézoïdales, et gaussiennes, une base de connaissance qui egoupe les ègles liant les vaiables d entées et de soties sous la fome «Si Alos», un mécanisme de aisonnement qui base son fonctionnement su la logique du modus ponens généalisé. Les «SIF» peuvent ête qualifiées de méthode «boîte gise» IV Diagnostic de défauts pa éseaux de neuones atificiels Ces denièes années, la suveillance et la détection de défauts des machines électiques se sont déplacées des techniques taditionnelles aux techniques d'intelligence atificielle (IA) Les tendances de echeches pouvent que les techniques (IA) auont un plus gand ôle dans le système Page 64

75 ChapiteIV Diagnostic d un généateu photovoltaïque pa éseaux de neuones atificiels diagnostique de moteus électiques avec la paticabilité, la sensibilité, la fiabilité, et l automation [31]. Quand la connaissance su le pocédé à suveille n est pas suffisante et que le développement d un modèle de connaissance du pocédé est impossible, l utilisation de modèle dit «boîte noie» peut ête envisagée. Pou cela des éseaux de neuones atificiels (RNA) ont été lagement utilisés [23]. Denièement, les éseaux de neuones ont connu une utilisation lage en ce qui concene la modélisation, la commande et la suveillance des systèmes industiels [32]. Un éseau de neuone est en fait un modèle de calcul dont la conception est tès schématiquement inspiée du fonctionnement de vais neuones humains. Cette technique est placée dans la famille des méthodes de l intelligence atificielle qu ils enichissent en pemettant de pende des décisions s appuyant davantage su la peception que su le aisonnement logique fomel [33]. Dans les années 194, les neuologues Waen Stugis McCulloch et Walte Pitts menèent les pemies tavaux su les éseaux de neuones. Ils constituèent un modèle simplifié de neuone biologique communément appelé neuone fomel. Ils montèent également théoiquement que des éseaux de neuones fomels simples peuvent éalise des fonctions logiques, aithmétiques complexes [33]. De manièe généale, l utilisation des RNA se fait en deux phases. Tout d abod, la synthèse du éseau est éalisée et compend plusieus étapes : le choix du type de éseau, du type de neuones, du nombe de couches, des méthodes d appentissage [23]. Pou identifie des défauts dans un système, le diagnostic éalisé pa éseaux de neuones doit dispose d un nombe suffisant d exemples de bon fonctionnement et de défauts pou pouvoi les appende. Pendant la phase d appentissage, les exemples sont pésentés au éseau en entée avec les diagnostics coespondants à la sotie. Le éseau s auto-oganise, appenant à elie les exemples montés aux diagnostics. Apès l appentissage, le éseau ne econnaît pas seulement les exemples appis mais également des paadigmes leu essemblant, ce qui coespond à une cetaine obustesse pa appot aux défomations de signaux pa le buit. Cependant, l inconvénient majeu est d aive à détemine une méthodologie pou maîtise les poblèmes inhéents, qui sont pincipalement le choix de la stuctue, de la taille du éseau et des algoithmes d appentissage pou un poblème pécis [33]. Page 65

76 ChapiteIV Diagnostic d un généateu photovoltaïque pa éseaux de neuones atificiels Pa conte, la pincipale aison de leu intéêt en diagnostic industiel est leu faculté et de mémoisation d un gand volume d infomation [33]. Leu faible sensibilité aux buits de mesue, leu capacité à ésoude des poblèmes non linéaies et multivaiables, à stocke la connaissance de manièe compacte, à appende en ligne et en temps éel, sont de popiétés qui les endent attayants pou cette utilisation [23]. Leu emploi peut alos se faie à tois niveaux [23]: comme modèle du système à suveille en état nomal et génée un ésidu d eeu ente les obsevations et les pédictions, comme système d évaluation de ésidus pou le diagnostic, ou comme système de détection en une étape (en tant que classificateus). IV.4 Synthèse des RNA et simulation sous MATLAB IV.4.1 Desciption du éseau de neuone utilisé Le éseau de neuones poposé est un éseau multicouche de (1-5-1) dont l achitectue adoptée est illustée su la figue (IV.3). Figue IV.3 : L achitectue du éseau neuonal poposé. Chaque neuone est connecté à l'ensemble des neuones de la couche suivante pa des connexions dont les poids sont des nombes éels quelconques. On note w x;y le poids de la connexion ente les neuones x et y. Page 66

77 ChapiteIV Diagnostic d un généateu photovoltaïque pa éseaux de neuones atificiels IV.4.2 Étude du éseau de neuone utilisé [14,32] Il y avait tois études pincipales : constuction du bloc RNA, acquisition des données (base d appentissage), test de éseau. IV Constuction du bloc de éseaux de neuones [14,26] La figue (IV.3) monte bien que note éseau est constitué de tois couches à savoi : Une couche d entée composée d un seul neuone, dont le ôle est de tansmette la valeu d entée qui coespond à la tension de sotie du GPV vaiable (V) ves la couche suivante appelée couche cachée. Une couche cachée dotée de cinq neuones avec des fonctions d activations choisies de type sigmoïde. une couche de sotie, cette couche est composée d une seule neuone, la sotie de neuone soit ou 1. IV Acquisition des données (base d appentissage) Avant la constuction du système du bloc RNA, on doit tout d'abod accéde à la base d'appentissage. Celle-ci peut se mette sous fome de tableau (matice). Ce denie est constitué de vecteus qui epésentent la couche d'entée du RNA, où chaque vecteu est constitué de 1 paamète [14]. On constuit une base de données tès iches (fonctionnements nomaux et anomaux), qui possèdent beaucoup d'infomations su le défaut. Pou cette phase on a éalisé les taches suivantes: la machine a été simulée en égime nomal (état sain), la machine a été simulée en égime anomale (en pésence de défauts : cout cicuit du GPV), puis nous a vous pis les valeus dans chaque cas y compis l état sein. En fait, pou passe à l'étape de classification nous disposons du défaut y compis l état sain (le tableau IV.1). Catégoie Type de défaut Symbole Code 1 État sain ES 2 Cout cicuit CC 1 Tableau IV.2: Classification des difféents défauts IV Résultats d'essais du éseau su le GPV On a effectué un appentissage automatique à l'aide du logiciel Matlab jusqu'à l obtention d eeu quadatique plus petite de «7.6974e-14» (voi figues IV.4) apès 56 itéations. Page 67

78 ChapiteIV Diagnostic d un généateu photovoltaïque pa éseaux de neuones atificiels Figue IV.4: Evaluation de l eeu quadatique en fonction du nombe d itéations d appentissage IV Conception du RNA sous Simulink La conception du RNA sous Simulink est epésentée su la figue (Figue IV.5) IV Test du éseau Figue IV.5 : Réseau de neuones atificiel sous Simulink Alos que les tests de généalisations concenent la véification des pefomances d'un éseau de neuones et sa capacité de généalisation. Une fois le éseau calculé, il faut toujous pocéde à des tests afin de véifie que note éseau éagit coectement. Page 68

79 ChapiteIV Diagnostic d un généateu photovoltaïque pa éseaux de neuones atificiels Instants d application à t =1s à t = 1.8s Type de défaut Cout cicuit égime nomal Tableau IV.3 : Difféents défauts Cette fois-ci, nous avons appliqué des défauts à des instants difféents su le RNA (tableau IV.3) La figue (IV.6) epésente le ésultat du test, donné pa la éponse de tension de sotie du GPV et le couant statoique su difféents états de fonctionnement. couant ids(a) tension de G P V (v) sotie de RNA CC ES 2 temps(s) temps(s) temps(s) Figue IV.6: Evolution du couant statoique et de la tension de sotie du GPV su difféents états de fonctionnement (en appliquant un cout cicuit). IV.5 Intepétation des ésultats D'apès les ésultats obtenus dans la phase du test, on constate que les soties du éseau suivent confomément aux soties désiées péétablies aupaavant. En effet, il est évident que les tests du éseau de neuone su les exemples ont donné de meilleus ésultats, ca tous les types de fonctionnement (le défaut et le fonctionnement nomal) ont été identifiés exactement pa le éseau; cela peut ête expliqué pa les ésultats obtenus dans la phase d'appentissage (dont les valeus des eeus quadatiques moyennes sont poches de zéo). Page 69

80 ChapiteIV Diagnostic d un généateu photovoltaïque pa éseaux de neuones atificiels IV.6 Conclusion Dans ce chapite, nous avons étudié le éseau de neuones qui utilise des entées simples telles que les valeus de tension d alimentation (généateu photovoltaïque). Pa ailleus, pou la mise en œuve du éseau de neuones, on a tout d abod passé pa plusieus études paamétiques (choix du type de éseau, choix des entées, choix des soties...). Ces études ont été pécédées pa l opéation d acquisition des données, qui a pou but d établi la base d appentissage de éseau. Nous venons de voi dans ce chapite que les éseaux de neuones peuvent ête utilisés pou le diagnostic des défaillances dans les systèmes photovoltaïques. L efficacité de ces achitectues a été démontée pa des exemples de simulation et des ésultats satisfaisants ont été obtenus. Page 7

81 Conclusion généale Conclusion généale Dans ce tavail, il s agit de modélise, de simule et de diagnostique un généateu photovoltaïque associé à un convetisseu DC-DC contôlé pa MPPT, destiné à entaine une machine asynchone à taves d un convetisseu DC-AC. Pou ce faie, nous avons commencé pa une étude généale su la convesion photovoltaïque, suivie de l élaboation d un modèle mathématique pou le panneau PV en se basant su un cicuit équivalent à une diode. L objectif était la simulation du fonctionnement du généateu et l étude de l influence de la tempéatue et l iadiation su sa caactéistique couant-tension. A l issue des simulations effectuées, nous avons constaté une fote dépendance des pefomances du module photovoltaïque en fonction des conditions climatiques, paticulièement l iadiation solaie et la tempéatue du module. Afin d extaie le maximum de puissance disponible aux bones du généateu et de la tansfée à la chage, la technique utilisée classiquement est d utilise un étage d adaptation ente le généateu PV et la chage. Cet étage joue le ôle d inteface ente les deux éléments en assuant à taves une action de contôle, le tansfet du maximum de puissance founie pa le généateu pou qu elle soit la plus poche possible de la puissance maximale. La solution féquemment adoptée est l incopoation d un convetisseu statique qui joue le ôle d adaptateu souce-chage commandé diectement pa la technique PWM. Le choix de la stuctue de convesion est fonction de la chage à alimente. La deuxième patie de ce mémoie était l objet de dimensionnement des convetisseus DC-DC communément utilisés dans les chaines de convesion photovoltaïque. L étude pa simulation effectuée a monté la validation du calcul théoique des éléments passifs constituant ces convetisseus. Pou fonctionne un généateu photovoltaïque de façon à poduie en pemanence le maximum de sa puissance, le convetisseu DC-DC associé doit ête contôlé pa un algoithme taqueu du point de puissance maximale. A cet effet, nous nous sommes intéessés paticulièement à l application de l algoithme basé su la petubation et l obsevation et l algoithme de conte éaction de tension dans le contôle des convetisseus DC-DC. Les ésultats de simulation ont monté de bonnes pefomances en temes de pousuite de la puissance maximale founie pa le panneau photovoltaïque. Ensuite, on a effectué la modélisation de l ensemble moteu-convetisseu statistique et leu commande afin de évéle le compotement de la machine vis-à-vis des difféentes défaillances qui peuvent sugi su cet ensemble. Dans l objectif d applique les éseaux de neuones atificiels pou la détection des défauts du généateu photovoltaïque, cela a été éalisé gâce à un logiciel utilisant MATLAB comme logiciel de simulation, et la ègle de éto popagation comme ègle d'appentissage des RNA. Pou une éventuelle continuité du pésent tavail, il est possible d énumée quelques pespectives comme suite de cette étude dont on peut cite: - Exploitation de nouveaux algoithmes MPPT; - Intoduction d autes types de convetisseus DC-DC; - Application dans les domaines de pompage et de poduction de l énegie électique. Page 71

82 Bibliogaphie Bibliogaphie [1] : R. Jimmy et al., Le pompage photovoltaïque, Édition Multi mondes, [2] : B. Flèche & D. Delagnes, Enegie solaie photovoltaïque, juin 27. [3] : S. Masoum et al., Micopocesso-contolled new class of optimal battey chages fo photovoltaic application, Vol. 19, Septembe 24. [4] : A. Oi, Design and simulation of photovoltaïque wate pumping système, Thèse de Magiste de l univesité Califonia, USA, Septembe 25. [5] : A. Fotin, Analyse numéique pou ingénieus, 2 édition, Pesses intenationales polytechnique, [6] : M. Angel et al., Conception et éalisation de modules photovoltaïques électonique, Laboatoie d Analyse et d Achitectues des Systèmes (LAAS-CNRS). [7] : BP Sola BP SX15-15W Multi-cystalline photovoltaic Module Data sheet. [8] : L. Potin et al., Convetisseus photovoltaïques, Technique de l ingénieu, taité génie électique, pp 3-36, [9] : M. Hadjab, Développement des pefomances d un système photovoltaïque, mémoie de Magiste, univesité de Sidi Bèl Abbès, Jan 211. [1] : P. Lefank, Etude conception et éalisation de cicuits de commande d'igbt de fote puissance, Thèse de doctoat, Institut National des Sciences Appliquées de Lyon, Novembe 25. [11] : D. Hat, Intoduction to powe electonics, Pentice Hall Inc, [12] : F. Chekied, Etude et implémentation d une commande MPPT neuo-floue su FPGA, Mémoie de Magiste de l Ecole Nationale Polytechnique, Alge, 28. [13] : J. Fadat, Chaîne de convesion d énegie photovoltaïque, Commande MPPT, La Revue 3EI n 43 Décembe 25, ESIEE-Amiens 14 Quai de la Somme BP Amiens. [14] : D. Khodja, Elaboation d un Système Intelligent de Diagnostic Automatique en Temps Réel des Moteus à Induction, Thèse de Doctoat, Univesité de Boumedès, Avil 27. [15] : G. Stutze, et al., Modélisation et Commande des Moteus Tiphasés, commande vectoielle des moteus synchones, commande numéique pa contôleus DSP, Edition Ellipses, Pais 2. Page 72

83 Bibliogaphie [16] : G. Gellet et al., Actionneus Électiques, pincipes modèles commande, Edition Eyolles, Pais 2. [17] : J.P. Caon et al., Modélisation et Commande de la Machine Asynchone, Edition Technip, Pais [18] : D. Khodja et al., Diagnostic en temps éel des défaillances d un ensemble Moteu asynchone convetisseu électonique en utilisant les éseaux de neuones atificiels, Jounal d`electotekhnika, Moscou12/23, pp: [19] : R. Champagne, Simulation en temps éel à l aide de la epésentation d état : Application à un entaînement électique basé su une machine asynchone, Thèse de Doctoat de l École de Technologie Supéieue Univesité de Québec, Montéal, Canada, Juillet 21. [2] : D. Hadiouche, Contibution à l étude de la machine asynchone double étoile : modélisation, alimentation et stuctue, Thèse de Doctoat de l Univesité Heni Poincaé, Nancy-I, Fance, Décembe 21. [21] : D. Khodja et al., Toque Based Selection of ANN fo Fault Diagnosis of Asynchonous machine, ID code FR72. ICECICE 21, WCSET21, Novembe 21, Venice, Italie. [22] : D. Khodja et al, The Use of Root Mean Squae Values (RMS) fo the shotcoming diagnostic of Pemanent Magnet Synchonous Machine using Atificial Neuon Netwok Module, peiodical of AMSE Intenational 28. [23] : S. Touaf, Diagnostic Logique des Systèmes Complexes Dynamiques dans un Contexte Multi-Agent, Thèse de Doctoat de L univesité Joseph Fouie Genoble 1, Genoble, Fance, Mas 25. [24] : B. Chetate et al., Diagnostique Automatique des défaillances d un système Electomécanique pa application des Réseaux de Neuones Atificiels ; Symposium Intenational des Hydocabues, 2 29 Mai 2 Juin INHC Boumedès, Algéie. [25] : N. Moubayed, Detection et Localisation Des Défauts Dans Les Convetisseus Statiques, 6 th Intenational Confeence on Electomechanical and Powe Systems, Chişinău, Rep. Moldova, Octobe, 27. [26] : D. Khodja et al., Development of Neual Netwoks module fo fault identification in asynchonous machine using vaious types of efeence signals, 2 nd Intenational Confeence PHYSICS and CONTROL,PP , August, 24-26, Physcon 25,Saint Petesbug, Russia. [27] : S. Bachi, Contibution Au Diagnostic de la Machine Asynchone Pa Estimation Paamétique, Thèse de Doctoat de L univesité de Poities, Fance, Décembe 22. [28] : R. Isemann, Model-Based Fault Detection And Diagnosis -Status And Applications, IFAC Institute of Automatic Contol, Damstadt Univesity of Technology, Damstadt, Gemany 24. [29] : R. Casimi, Diagnostic Des Défauts Des Machines Asynchones Pa Reconnaissance Page 73 72

84 Bibliogaphie des Fomes : Application A Un Ensemble Convetisseu-Machine Asynchone, Thèse de Doctoat de L'école Centale De Lyon, Fance, Décembe 23. [3] : G. Didie, Modélisation et diagnostic de la machine asynchone en pésence de défaillances, Thèse de Doctoat de l Univesité Heni Poincaé, Nancy-I, Fance, Octobe 24. [31] : D. Khodja et al., ANN Based Double Stato Asynchonous Machine Diagnosis Taking Toque Change into Account, Intenational Symposium on Powe Elctonics, Elctical Dives, Automation and Motion, SPEEDAM 28, PP , June, 11-13, SPEEDAM 28, Ischia, Italia. ISBN: [32] : D. Khodja et al., Diagnostique en temps éel des défaillances d un ensemble Convetisseu Electonique- Machine Asynchone pa la compaaison de tois éseaux de neuones Atificiels, Revue des énegies enouvelables, ISSN , Poceeding fo the fist intenational confeence on enegy efficiency, 23. [33] : D. Khodja et al., Use of Sigmoid Function Appoximate in Ode to Implement the ANN in FPGA Devices, ID code IT4131. CSECS 21, WSEAS, Decembe 21, Athens, Geece. Page 74 Page 72

85 Résumé: Le fonctionnement optimal et continu des mécanismes industiels ne peut ête envisagé sans la pésence d un système qui pemet de péveni à l état pécoce les anomalies qui peuvent sugi au niveau des difféents oganes des équipements, et de diagnostique apidement les pannes. A cet effet, une application des éseaux de neuones atificiels pou la détection des défauts d un système photovoltaïque a été élaboée. Le tavail pésenté dans ce mémoie concene la modélisation, le diagnostic d un panneau photovoltaïque associé à un convetisseu DC-DC contôlé pa MPPT; destiné à entaine une machine asynchone à taves d un convetisseu DC-AC. Un généateu photovoltaïque peut fonctionne dans une lage gamme de tension et de couant de sotie mais il ne peut délive une puissance maximale que pou des valeus paticulièes du couant et de la tension. En effet la caactéistique I(V) du généateu dépend de l éclaiement solaie et de la tempéatue. Ces vaiations climatiques entaînent la fluctuation du point de puissance maximale. A cause de cette fluctuation, on intecale souvent ente le généateu et le écepteu un ou plusieus convetisseus statiques commandés pemettant de pousuive le point de puissance maximale. Ces commandes connues sous le nom de MPPT (Maximum Powe Point Tacking), sont associées au convetisseu DC-DC, lequel assue le couplage ente le généateu PV et la machine asynchone en foçant le pemie à délive sa puissance maximale et détecte des défauts du généateu photovoltaïque pa RNA (Réseaux de Neuones Atificiels). Mots clés: Photovoltaïque, Convetisseu, MPPT, Réseaux de Neuones Atificiels, Machine Asynchone, Diagnostic de Défauts. Abstact: Optimum opeation and continuous industial mechanisms can be contemplated without the pesence of a system that pevents the state ealy anomalies that may aise in the vaious ogans of equipment, and quickly diagnose faults. Fo this pupose, an application of atificial neual netwoks to detect defects in a photovoltaic system was developed. The wok pesented in this pape concens the modeling, the diagnosis of a photovoltaic panel associated with a DC-DC convete contolled by MPPT, intended to lead to an induction moto though a DC-AC. A photovoltaic geneato can opeate ove a wide ange of voltage and cuent output, but it can delive maximum powe fo the paticula values of cuent and voltage. Indeed, the chaacteistic I (V) of the geneato depends on the sola iadiance and tempeatue. These climatic vaiations cause fluctuations in the maximum powe point. Because of this fluctuation is often inteposed between the geneato and the eceive one o moe contolled static convetes to continue the maximum powe point. These commands known as MPPT (Maximum Powe Point Tacking), ae associated with DC-DC convete, which ensues the coupling between the PV geneato and the asynchonous machine by focing the fist to delive its maximum powe and detect defects in the photovoltaic panel with ANN (Atificial Neual Netwoks). Keywods: Photovoltaic, Convete, MPPT, Atificial Neual Netwoks, Asynchonous Machine, Faults Diagnosis. ملخص: التشغيل الا مثل لاستمرارية الا ليات الصناعية لا يتحقق إلا بوجود نظام يسمح بتدارك الحالات الشاذة التي تنشا في وقت مبكر على مستوى مختل ف الا جهزة والمعدات وسرعة تشخيص الاعطاب. لهذا الغرض هناك طريقة مقاربة تعتم د عل ى الش بكات العص بية الاص طناعية لا ج ل الكش ف ع ن العيوب المحتملة على مستوى نظام شمسي مطور. العمل المقدم في هذه المذآرة يخص نمذجة وتشخيص لوح شمسي مرآب من محول تيار DC-DC مراقب بواسطة. MPPT والمقصود هنا هو تدريب المحرك غير المتزامن من خلال المحول DC-AC والمولد الكهروضوي ي (الفوطوفولطوي) يمكن تشغيله م ن أج ل مج ال واس ع م ن ق يم التيار والتوتر الكهرباي يين المخرجين لكنه غير قادر عن إمداد القدرة القصوى من اجل قيم مخصصة من التوتر والتيار الكهرباي يين. في الواقع الخصاي ص I(V) لمولد آهروضوي ي تتعلق أساسا بالا شعاع الضوي ي ودرجة الحرارة هذه التغيرات المناخية ت و ثر أساس ا عل ى تقلب ات النقطة القصوى للقدرة المخرجة لا جل هذا نقوم با دراج محولات ساآنة لتتب ع النقط ة القص وى للق درة ب ين المول د والمس تقبل وس اي ط ال تحكم ه ذه تعرف باسم MPPT مرآبة من محول DC-DC و التي تضمن اقتران ا ب ين المح رك غي ر المت زامن والمول د الكهروض وي ي م ن خ لال إجب ار ه ذا الا خير لا عطاء القدرة القصوى والكشف عن عيوب المولد الكهروضوي ي عن طريق تقنية الشبكات العصبية الاصطناعية. الكلمات المفتاحية: فوطوفولطوي محول الشبكات العصبية الاصطناعية محرك غير متزامن تشخيص الا عطاب.