Commande vectorielle avec observateur de vitesse d une pompe asynchrone couplée à un générateur photovoltaïque

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1 Revue de Enege Renouvelable CICME 8 Soue (8) Commande vectoelle avec obevateu de vtee d une ome aynchone coulée à un généateu hotovoltaïque G. Boukettaya *, R. ndoul et. Oual aboatoe de Nanomatéaux et Sytème ou l Enege, Cente de Recheche et de Technologe de l Enege, B.P. 95, Hammam f, 5, Tune Unté de Recheche u la Commande vancée et le Management de l Enege, ENIS, B.P.W, 338, Tune Réumé - objectf de ce ae et d aue une commande vectoelle an cateu aocée à une électoome aynchone mmegée. a confguaton de ce ytème comote un généateu hotovoltaïque, un bu PV, un flte PV connecté à un hacheu uvolteu, un bu DC et un onduleu de tenon almentant une machne aynchone coulée à une ome centfuge. objectf de ce ytème conte à aue un fonctonnement à uance maxmale du ytème hotovoltaïque ou dvee condton clmatque. adataton ente le généateu hotovoltaïque et la chage a été effectuée, moyennant le conveteu DC/DC. Une technque de commande vectoelle an cateu et déveloée et éentée dan ce ae. Cette technque de commande baée u l obevateu adatatf de uenbege d ode édut a em d aue une afate econttuton de gandeu de commande, qu et néceae ou le bon fonctonnement de la tuctue d étude, tout en éduant la comlexté du ytème. a contucton de cet obevateu et baée u la théoe de tablté au en de yaonov. De bonne efomance en égme tatque et dynamque ont u ête obevée aè mulaton de la tuctue ooée avec la tatége de commande an cateu. Mot clé: Sytème hotovoltaïque - Contôle MPPT - Commande vectoelle - Obevateu adatatf.. INTRODUCTION e omage hotovoltaïque e fat a l ntemédae d un moteu, que ce ot à couant contnu ou altenatf, entaînant une ome qu lu et dectement coulée ou ubven aux beon en almentaton d eau otable atculèement en mleu ual ou ou de te olé ot ou de beon d gaton ou d abeuvage ou le bétal []. e chox d une ome e fea en foncton de caactétque hydaulque de l ntallaton envagée (débt, hauteu manométque totale, etc.) et également en foncton de condton atculèe d utlaton (ut, foage, omage de vèe, etc.) [, ]. En généal, ou le fable nveaux de omage, on utle de ome de uface alo que ou le ofondeu lu motante, on utle de ome mmegée. la emèe èe de la omoton du hotovoltaïque, et à caue du manque de oulee de la commande de moteu aynchone, on utlat le moteu à couant contnu. Deu l évoluton de l électonque de uance et de nouvelle technque de commande de machne électque, le ome à moteu aynchone, qu elle oent en uface ou mmegée [3], ont déoma le lu utlée. a commande vectoelle ntodute a Blachke [4, 5], fût la emèe technque caable de dote la machne aynchone de nouvelle efomance au mon comaable à celle de la machne à couant contnu. Cette technque conte à ééce * boukettayaghada@yahoo.f _ dha.andoul@cten.nt.tn _ abdeazak.oual@en.nu.tn

2 76 G. Boukettaya et al. le modèle dynamque de la machne aynchone dan un éféentel tounant avec le flux du oto. Pa cette tanfomaton, l ufft de manten le flux du oto contant ou aue le découlage ente la vtee et le flux de la machne. Dan la lttéatue, lueu méthode ont ooée ou découle la commande dan le ca de la égulaton du flux du tato, flux du oto et flux d'entefe du moteu aynchone. Pou note alcaton, la ome centfuge étant mmegée, et l accè à l abe de la machne et généalement moble. a vtee mécanque étant une gandeu de commande, l y a alo néceté de emlace le cateu de vtee. D aute at, l ndute e monte ouvent ntéeée a la éducton du nombe de cateu. En effet, ce dene contbuent à augmente la comlexté et le coût de l ntallaton. n, la commande an cateu mécanque (vtee, oton et coule de chage) et devenue un ujet de éoccuaton majeu, en eayant de fae eml la foncton du cateu avec de algothme de calcul qu vont an econtue la vtee de la machne [6]. Il exte de nombeue technque d obevaton claée en foncton de to ctèe dfféent [7, 8]. e eme ctèe e bae u la natue du ytème condéé. On dtngue de obevateu ou le ytème lnéae et non lnéae. e deuxème ctèe et foncton de l envonnement. On dtngue alo deux tye: l obevateu détemnte qu ne end a en condéaton le etubaton extene du ytème et l obevateu tochatque qu e bae u la éence de but. e dene ctèe et la dmenon du vecteu d état. On a l obevateu d ode len ou édut. e méthode d etmaton de la vtee an déveloée ont dvée en deux goue. e eme utle le comoante fondamentale de tenon et de couant tatoque: on ale d etmaton ndecte, le econd e bae u l njecton de comoante à haute féquence ou l almentaton et u l utlaton de hamonque d encoche de la machne: on ale d etmaton decte [5].. PRESENTTION ET MODEISTION DE STRUCTURE Cette tuctue éentée à la fgue, comote un généateu hotovoltaïque, un bu PV, un flte PV connecté à un hacheu MPPT, un bu DC et un onduleu de tenon lé à la chage qu et dan note alcaton une ome aynchone mmegée de uance égale à 75 W. e gement olae et caactéé a une uance nomnale de l ode de 96 W ou le condton tandad d enolellement et de teméatue ( E W / m, T 5 C ). Fg. : Reéentaton de la tuctue de omage hotovoltaïque

3 CICME 8: Commande vectoelle avec obevateu de vtee d une ome 77. e généateu olae e cellule olae hotovoltaïque ont de em-conducteu caable de convet dectement la lumèe en électcté. a coube caactétque, montée dan la fgue, e dtngue a la tenon à ccut ouvet V co, la tenon à uance maxmale V ot, le couant de cout-ccut I cc et le couant à uance maxmale I ot. Rauchenbach [9] a déveloé de équaton qu emettent de génée la coube I d une cellule à at de ce 4 valeu. e couant aux bone de la cellule PV et tel que : V I Icc c ex () c.vco caactétque ( ) V Fg. : Caactétque Couant Tenon I ( V ) du généateu olae e contante c et c ont défne a: c ( Iot Icc ) ex ( Vot c.vco ) (Vot Vco ) c ln ( Iot Icc ) a tenon coeondante au maxmum de uance l équaton: () V ot et calculée a [ + ΔV ( T T )] + K V ln( E E ) K [ V ln( E E )] V ot Vot ot T + T (3) où Vot et la tenon au ont de uance maxmale en condton tandad [], Δ V ot et le coeffcent de teméatue de la tenon au ont de uance maxmale, K et K ont de aamète contant. e couant coeondant au maxmum de uance Iot et calculé a l équaton: [ ] ( E E ) + Δ I ( T T ) Iot Iot. ot (4) où Iot et le couant au ont de uance maxmale en condton tandad ; Δ Iot et le coeffcent de teméatue de couant au ont de uance maxmale.

4 78 G. Boukettaya et al.. e hacheu e hacheu a ou objectf de génée une tenon vaable V à at de la tenon du bu contnu côté chage V c : Vhach _ v mhach. Vc (5) v hach mhach. Où m hach et l ndce de modulaton du hacheu (foncton de conveon), avec: d ( V Vhach _ v R ) (6) d t et l nductance ou la lmtaton de ondulaton de couant et étance de fute de la bobne. R et la.3 onduleu Dan le eèe de Pak, le tenon mle modulée a le conveteu du côté chage, déendent de tenon de églage du conveteu [5, ]. νd ( Vc ) νdc (7) νq ( Vc ) νqc e couant modulé a le conveteu a ou exeon ( νdc.d + νqc. q ) (8).4 a ome aynchone a motoome C et conttuée d un moteu aynchone à cage et d une ome de tye centfuge []. Dan l étude ooée, la caactétque de la ome utlée et décte a: C k ω (9) Où C et le coule de chage de la ome, k et le coeffcent contant lé à la ome et ω et la vtee de otaton électque de la machne aynchone. e modèle d état du moteu dan le eèe fxe lé au tato et eéenté a: X & ( ).X + BU () Y CX vec: X [ ψ ] T α β α ψ U ν β α ν β le vecteu de commande et Y le vecteu de ote. étant la vtee mécanque de otaton aocée à la ome. ( m ) R + R γ ; γ m ; ; σ m σ σ R σ σ B ; C et le vecteu d état, [ ] T

5 CICME 8: Commande vectoelle avec obevateu de vtee d une ome 79 γ γ γ γ γ γ ( ) m m équaton mécanque du moteu éct: d J C em C d t () 4. COMMNDE DE MS 4. Commande vectoelle de la MS Cette méthode et baée u le chox d un eèe de éféence, lé au flux otoque. S on décomoe le couant tatoque dan le eèe de Pak, en e comoante d uvant le flux otoque et q en quadatue avec on flux, on met en évdence une commande découlée du flux et du coule [7]. Dan cette alcaton, on effectue un découlage a comenaton défne a: νd νdc νdc () νq νqc νqc vec ν ω σ + m dc q R ψ ν ω σ m qc d ωψ ν σ + (3) + m dc d R R d ν σ + + m qc q R R q Pou calcule le égulateu de flux, on utle la méthode de l otmum ymétque. a foncton de tanfet du ytème et aochée a: α Gϕ ( ) (4) + γ e gan ootonnel et ntégal ont défn eectvement a: K γ γ et K (5) α a α a a e aot a et défn tel que Δ ϕ et com ente 45 et 6 :

6 8 G. Boukettaya et al. Δ ϕ π a tg + (6) 4 Pou calcule le égulateu de coule, on utle la méthode du lacement de ôle. a foncton de tanfet du ytème et défne a: K G ( ) c c +. (7) vec: * K c γ ψ et γ On condèe un égulateu défn a: + C( ) c (8) c a foncton de tanfet en boucle femée eut alo ête amenée à une foncton de eme ode aoché de contante de tem égale à Cem. On a alo : c et c Cem Kc (9) Pou calcule le égulateu de vtee, on utle la méthode de l otmum ymétque. a foncton de tanfet du ytème et défne a: G () J.( + c. ) e gan ootonnel et ntégal ont défn eectvement a: J J K et K () a. c a a. c 4. Commande an cateu de la MS Dan la atque, le obevateu détemnte euvent ende deux fome dfféente [5, 6]: obevateu d ode édut où eulement le vaable d état non meuable du ytème ont econtute, et l obevateu d ode comlet ou lequel toute le vaable d état ont econtute. Note but étant d etme le flux et la vtee mécanque de la machne aynchone, e denèe gandeu ont condéée comme vaable d état, la contucton d un obevateu non lnéae va ête lu dffcle [9, 7]. Pou cela, le flux ont condéé comme de vaable d état tand que la vtee et condéée comme un aamète. e eèe fxe lé au tato et utlé, an la matce d état va déende unquement de la vtee mécanque. Fg. 3: Stuctue de la commande vectoelle en tenon du moteu aynchone

7 CICME 8: Commande vectoelle avec obevateu de vtee d une ome 8 a fgue 4 eéente le chéma ynotque de l obevateu étudé. Fg. 4: Schéma ynotque de l obevateu adatatf de uenbege obevateu de uenbege et un obevateu contut à at d un modèle détemnte du oceu condéé. a théoe de cet obevateu ou le modèle lnéae a été éentée a D.G. uenbege au début de année 7 [4]. Pou la valdaton exémentale, la matce d état du ytème, dot ête ecalculée à chaque ntant d échantllonnage. fn d aue une mlémentaton en tem éel fonctonnant à féquence uffante, nou devon édue la comlexté de l obevateu. Nou océdeon donc à la éducton de l ode de l obevateu, en condéant le couant tatoque comme de entée. e vecteu d état de l obevateu et alo comlètement en flux otoque. On condèe la dtbuton uvante du modèle d état de la machne aynchone: ( ) ( ) ( ) + ψ ψ 4 Y U. d B g g () avec γ γ, ( ) γ γ γ γ, m m ( ) et σ σ B obevateu de flux d ode édut et défn a: ( ) + + ψ ψ g ĝ ĝ G ˆ (3)

8 8 G. Boukettaya et al. g tel que: g G et la matce d obevablté d ode édut. g g e déveloement du modèle (3) de l obevateu d ode édut donne en utlant l équaton (): ĝ ( ) ( ) g ψ ˆ ψ + + G + ψ + B U (4) En effectuant le changement de vaable uvant: z ψ + G (5) e nouveau modèle d état de l obevateu d ode édut et: ĝ z M z M G + ( + G ) + G B U (6) vec: M ( ˆ ) + G ( ˆ ) Sot e le vecteu eéentant l eeu d etmaton du flux: e ψ ψ [ eψ α. eψ β ] T (7) équaton dfféentelle eéentant l eeu d etmaton de état et étable en effectuant la dfféence ente le équaton (3) et (), on a alo: e ( ( ) + G ( )) e + Δ ψ (8) vec: Δ ( ) Pou aue la convegence de l obevatoe, on dot aue la tablté aymtotque du ytème (8). objectf de contucton d un obevateu adatatf e tadut donc a la détemnaton de coeffcent de la matce G et de la lo défnant ˆ ou avo un ytème aymtotquement table. Pou détemne la lo de commande d etmaton de la vtee mécanque, on défnt la foncton de yaonuv uvante: V e T Pe + λ ( Δ ) (9) où λ et un coeffcent de ondéaton otf. Pou que le ytème (8) ot dt quadatquement table, l faut que la dévée de la foncton de yaunov ot défne négatve. a condton de tablté et alo défne a l néquaton: T e ( ( ˆ ) ( ˆ T + G )) P + P ( ( ˆ ) + G ( ˆ )) + ς Δ dˆ ( e ψˆ e ˆ ) + λ Δ < ψ β a ϕa ψ β a emèe condton de yaunov et: ( ( ˆ ) ( ˆ T + G )) P + P ( ( ˆ ) + G ( ˆ )) d t e (3) < (3)

9 CICME 8: Commande vectoelle avec obevateu de vtee d une ome 83 a véfcaton de la emèe condton de yaunov va aue la détemnaton de coeffcent de la matce d obevablté. On défnt a M ( ˆ ) + G ( ˆ ) la matce d état de l obevateu édut modfé. S M et table, alo l exte deux matce P P T > et Q Q T > tel que: M T P + P M Q < (3) lo, la matce de l obevateu édut modfé et table et véfe la emèe condton de yaunov ou le condton uvante choe u la matce d obevablté G tel que: g g g g < (33) a econde condton de yaunov et: dˆ ς Δ ( eψ ψˆ e ) ˆ + λ Δ β α ϕ α ψβ d t < (34) a éoluton de la econde condton de yaunov (34) donne la lo d adataton aocée à la vtee: dˆ d t ς Δ λ ( eψ ψˆ α e ˆ ) β ϕα ψ β (35) 5. RESUTTS DE SIMUTION e mulaton effectuée ou valde l étude déveloée, ont été effectuée ou Matlab Smulnk. a ome aynchone étudée de uance égale à 75 W et de contante de coule k.77 5, oède le caactétque uvante: R.6, R 7,. 5,. 7, M., J.,, f Pou une congne de vtee fxée à Π, on obeve dan la fgue 5, que la éone de la commande an cateu avec obevateu d ode édut ut afatement la éféence. Fg. 5: Vtee mécanque Fg. 6: Eeu en vtee

10 84 G. Boukettaya et al. Fg. 7: Flux otoque Fg. 8: Eeu de flux En effet l eeu de vtee eéentée à la fgue 6 et eque nulle. a vtee econttuée, a le même ofl que celle meuée. De même le flux otoque ut afatement celu moée a la congne de éféence comme llutée à la fgue 7. eeu en flux eéentée à la fgue 8 et de l ode de -3. a commande vectoelle avec obevateu et alo valdée. e couant tatoque dan le eèe de Pak et eéenté dan la fgue 9. On eut alo emaque que le couant econttué a le vecteu d état de l obevateu et de même ofl que celu meuée. e coule de la machne aynchone, eéenté dan la fgue, convege en égme emanent ve le coule de chage moée a la ome. Fg. 9: Couant tatoque Fg. : Coule électomagnétque 6. CONCUSION Ce ae ooe une étude d une chaîne de omage hotovoltaïque. a modélaton et la mulaton du ytème global, mun d une commande vectoelle avec obevateu de vtee, ont été effectuée. a technque ooée de calcul de la matce de gan de l obevateu de uenbege conttue une aoche aez mle donnant une etmaton coecte de la vtee mécanque de la machne aynchone aocée à la ome. e éultat obtenu de la commande étable ont atfaant du ont de vue adté de convegence et tablté.

11 CICME 8: Commande vectoelle avec obevateu de vtee d une ome 85 REFERENCES [] S.R. Bull, Renewable Enegy Today and Tomoow, Poceedng of the IEEE, Vol. 89, N 8, ugut. []. Mou and. Tok, n Imoved Effcency Pemanent Magnet Buhle DC Moto PV Pumng Sytem, ahy, Jounal du aboatoe de Recheche en Hydaulque Souteane et de Suface, Recheche -. [3] W.. Wallace,.I. Jngmng and G. Shangbn, The Ue of Photovoltac fo Rual Electfcaton n Nothweten Chna, Peented at the nd Wod Confeence and Exhbton on Photovoltac Sola Enegy conveon, 6- July 998, Venna, uta. [4] J.P. Cadon et J.P. Haute, Modélaton et Commande de la Machne ynchone, Méthode et Patque de l Ingéneu, Edton Techn.. [5]. Habbad, Commande Numéque d une Machne ynchone lmentée a un Onduleu de Tenon MI, Mémoe de Doctoat,. [6] H. Tamabe, Robutee d un Contôle Vectoel de Stuctue Mnmal d une Machne ynchone, Mémoe de Magte, Unveté de Batna, 6. [7] S. Chaouach, Commande Vectoelle Robute d une Machne à Inducton an Cateu de Vtee, Mémoe de Doctoat, 5, Batna. [8]. Paladugu and B.H. Chowdhuy, Senole Contol of Invete-Fed Inducton Moto Dve, Electc Powe Sytem Reeach, Vol. 77, , 7. [9] H.S. Rauchenbach, Sola Cell ay Degn Handbook, Van Notand-Renhold, NY, 98. [] W. Xao, W.G. Dunfod and. Cael, Novel Modellng Method fo Photovoltac Cell, IEEE Powe electc ecalt confeence, PESC, achen, Gemany, 4. [] J.P. Haute et J.P. Caon, Conveteu Statque: Méthodologe Cauale de Modélaton et de Commande, Edton Techn, Pa, 999. [].. Ghonem, Degn Otmaton of Photovoltac Poweed Wate Pumng Sytem, Enegy Conveton and Management, Vol. 47, , 6. [3] C.C. Chan, W.S. eung and C.W. Ng, datve Decoulng Contol of Inducton Moto Dve, IEEE Tan. Indut. Elect. Vol. 37, N,. 4 47, 99. [4] D.G. uenbege, n Intoducton to Obeve, IEEE, Tan. utom. Cont., Vol. 6, N 6, , 97. [5] H. Kubota, K. Matue and T. Nakano, DSP-Baed Seed datve Flux Obeve of Inducton Moto, IEEE Tan. Induty l., Vol. 9, N, , 993. [6] G. Yang and T. Chn, datve-seed Identfcaton Scheme fo a Vecto-Contolled Seed Senole Invete-Inducton Moto Dve, IEEE Tanacton on ndutal electonc, Vol. 9, N 4, 993. [7] N. Benala, C. Chagne, S. Tnam, E. Eten and G. Chameno, Otmal Obeve Degn fo Senole Contol of Inducton Moto n Regeneatng Mode, IEEE, , 4:6-, 6.