Contrôle d une génératrice asynchrone à cage dédiée à la conversion de l énergie éolienne

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1 JCGE8 YON, 16 et 17 décebe 8 Contôle d une généatce aynchone à cage dédée à la conveon de l énege éolenne K Idjdaene 1, 1 Dépateent d Electotechnque, Unveté de Béjaa (Algée) aboatoe d Electotechnque et d Electonque de Puance (EP), lle (Fance) Eal : djdaene@yahoo Réué Dan cette councaton, nou étudon le contôle de la tenon à la ote dune généatce aynchone connectée à un onduleu/edeeu à MI Ce dpotf et detné à une applcaton de conveon d énege éolenne dan le ca d un te olé Deux technque de coande ont tetée et copaée: la coande vectoelle à flux otoque oenté et le contôle dect du couple (DTC) Dan le deux ca, l effet de la atuaton et p en copte dan le odèle de la achne De éultat de ulaton ont péenté dan le ca de vaaton de la vtee du oto Mot clé Généatce Aynchone, Eolenne, Coande Vectoelle, DTC, Satuaton I INTRODUCTION e achne aynchone ont lageent utlée dan le doane de la conveon de l énege éolenne [1] Dan le ca de la poducton de ae, on utle de plu en plu de tuctue à oto bobné [] [5] En connectant le bobnage otoque au éeau à tave un edeeu et un onduleu à MI, l et poble de contôle le gleent et de fae fonctonne la tuctue à vtee vaable Dan le ca de fonctonneent autonoe, lutlaton de achne aynchone à cage et plu couante [6] [1] Ce denèe ont plueu avantage tel leu obutee, un enteten édut et un coût lté a achne aynchone ne dpoant pa de bobnage dexctaton, l et néceae de lu foun lénege agnétante Dan le ca dun fonctonneent en généateu, cette énege peut ête généée pa une battee de condenateu connecté en paallèle au bobnage tatoque ou en utlant un conveteu et une capacté connectée du côté contnu du conveteu [1], [6] Toutefo, en fonctonneent autonoe, la vtee de otaton et la chage nétant pa fxe, la tenon tatoque peut vae dan de gande popoton Il devent alo néceae d utle un ytèe de égulaton appopé afn de anten la tenon de ote à une apltude et une féquence contante De tavaux ont été éalé dan ce en [6] [9] en contôlant le dpotf conttué dune généatce aynchone connectée à un edeeu et un onduleu coandé en Modulaton de ageu d Ipulon (MI) utlaton d un edeeu à MI peet, en contôlant la féquence de gnaux de éféence, de anten un gleent négatf afn que la achne fonctonne en généatce Pa alleu, le déphaage ente le gnaux de éféence et le couant tatoque peet de contôle le flux de la puance éactve et an anten une agnétaton optale de la achne Dfféente tatége de coande ont été popoée [6], [7], [13], [14] Dan cette councaton, nou péenton la copaaon de deux tatége de coande e ytèe étudé pouvant ête édut à la achne connectée au edeeu débtant u une chage équvalente, l objectf du ytèe de contôle et de anten contante la tenon du bu contnu Nou copaon alo le pefoance d une coande vectoelle à flux otoque et d une coande baée u le contôle dect du couple Apè lntoducton du ytèe étudé, nou péenteon le odèle de la achne Ce dene, u du odèle claque dan le epèe de Pak, pend en copte le effet de la atuaton agnétque pa une nducton vaable a deuxèe pate et dédée à la péentaton de deux tatége de coande tetée Enfn, dan la denèe pate de la councaton, nou péenteon de éultat de ulaton utlant le deux tatége lo de vaaton de la vtee du oto II E SYSTEME ETUDIE e ytèe global étudé et conttué d une tubne éolenne, d une généatce aynchone et d un onduleu/edeeu à MI Dan le ca d un fonctonneent en autonoe avec une chage équlbée, l et poble de aene la chage du côté contnu Pa conéquent, l étude de la coande peut e etende à celle de la tenon contnue à la ote du edeeu à MI e ytèe étudé et alo plfé coe onté à la fgue 1 Tubne M ultplcateu Généatce Aynchone abc Onduleu/ Redeeu Algothe de co ande Φ d-ef -ef dc c C Fg 1 Schéa de pncpe du ytèe étudé R R

2 R epéente la étance de chage aenée du côté contnu et C et la capacté de fltage en ote edeeu III MODEE DE A GENERATRICE ASYNCHRONE e odèle utlé pou la ulaton du fonctonneent de la achne aynchone tent en copte l effet de la atuaton de atéaux En effet, l entefe de achne aynchone étant généaleent fable, la non lnéaté de atéaux agnétque a un effet non néglgeable [1], [15] Cet effet et dffcle à appéhende dan le ca de odèle tphaé claque Pa conéquent, on adopte généaleent de odèle dphaé pou en ten copte d une anèe globale Cela uppoe évdeent que lnducton et hoogène dan la totalté de la tuctue Dan note appoche, nou adopton le odèle de Pak d-q de la achne aynchone effet de la atuaton et p en copte pa l nteédae d une nductance de agnétaton Cette denèe et appoxée pa un polynôe en foncton du couant de agnétaton e dfféent développeent aboutent alo au ytèe atcel uvant [15] : v d R v q ωa l = R ω l l + l l l ω l a R ω l R + d l + + d ω (l + ) d q q d ω a R d + d l + + ωa ω + (l ) R q q q q dd dt dq dt d d dt dq dt Avec : ω = ω p () d a + q = (3) d q d = + (4) q d q = + (5) d = (6) d q d q (1) Ce odèle de la achne aynchone peut ête exploté dan un epèe lé au chap tounant (ω a =ω ) pou l applcaton de la coande vectoelle et dan un epèe lé au tato (ω a =) pou celle du contôle dect du couple évoluton de l nductance de agnétaton de la achne étudée en foncton du couant et epéentée u la fgue uvante [15] : (H) (A) Fg Coube de agnétaton (A) IV CONTROE DE A GENERATRICE ASYNCHRONE objectf de coande popoée et de contôle la tenon contnue en entée de l onduleu A pat de la valeu déée de la tenon contnue, l et poble dexpe celle de la puance de éféence pa : V = P (7) dc éf dc éf Où dc epéente le couant de ote du edeeu En néglgeant le dfféente pete, on obtent alo decteent l expeon du couple électoagnétque pa : P éf T = (8) e e contôle de la tenon peut donc effectue pa l nteédae du églage du couple électoagnétque, ce qu event à la êe déache que celle utlée dan le ca d une coande claque en fonctonneent oteu A Coande vectoelle e odèle de la achne aynchone p pou l élaboaton de la coande et le odèle lnéaé dan un epèe lé au chap tounant et la coande et une coande vectoelle à flux otoque oenté claque de la achne aynchone : l oentaton du epèe et choe de telle ote que Φ d = Φ et on coande le flux Φ pou le anten contant a e en œuve de la coande nécete d ete le couple électoagnétque, le flux otoque et la pulaton tatoque ω e couple électoagnétque expe à pat du couant q pa : Te = p Φ (9) q e flux otoque et, quant à lu, foncton du couant d et la contante de tep otoque T = /R : Φ d = (1) 1 + T

3 a connaance de ω peet d aue la valdté de équaton ca le éféentel «dq» dot uve contaent le chap tounant Pou cela, on e et de la elaton angulae ntene ω = ω + ω, avec ω = p a vtee de otaton de la achne et euée et celle du chap otoque et etée On obtent alo pou ω : ω q p T Φ = + (11) e flux et donc églable pa l nteédae du couant d, et le couple pa q a e en œuve de la coande nécete la connaance de dfféent paaète de la achne aynchone (, et T ) Ce dene ne ont pa contant de pat la non lnéaté de atéaux Néanon, dan le ca où le flux et contôlé à une valeu contante, ce paaète peuvent ête condéé contant pou cet état agnétque On peut alo détene la valeu pe pa l nductance agnétante pou le flux de éféence et, en uppoant que cet état agnétque et antenu à cette valeu, on détene le aute paaète du odèle de coande e valeu obtenue ne ont pa péce en ége tantoe a cela peet de plfe la coande et de ne pa avo ecou à de coecteu adaptatf An, en condéant le ége peanent coandé, le flux otoque et unqueent poté pa l axe d et antenu à la valeu Φ d-éf En ntoduant l expeon du odule du couant agnétant, on peut alo éce : Φ d éf Φ éf = (1) 3 d nteecton ente la caactétque ( ) et la coube défne pa (1), peet de détene la valeu de l nductance agnétante à condée pou la coande a fgue 3 éue l algothe de la coande vectoelle adoptée : P d q Etaton de flux et de la poton tatoque Φ d θ Il et à note que la puance de éféence étant calculée en conventon écepteu u la chage, nou nveon le gne du couant q-ef pou aue un fonctonneent généateu B Contôle dect du couple Claqueent, la coande pa un contôle dect du couple et élaboée à pat de expeon du odèle de la achne aynchone expée dan le epèe tatoque [16] An, l apltude du flux tatoque et etée à pat de e copoante uvant le axe α et β [16], [17]: Φ Φ α β t () t = ( V α R α ) t () t = ( V β R β ) + dt dt (13) Φ = Φ α Φ β (14) e couple électoagnétque obtent enute pa : T e ( Φ Φ ) = p (15) α β β α e coecteu de flux a pou but de anten lextété du vecteu Φ dan une bande cculae autou de la valeu de éféence e coecteu de couple eplt la êe foncton pou ce dene Dan le ca d un fonctonneent en généateu, la éféence du couple et négatve a fgue 4 donne la tuctue du contôle dect du couple adoptée pou l applcaton étudée abc Tanfoée de Concoda α β V α V β Eq (11) Eq (1) Φ α Φ β Eq (13) T e S a S b S c Table de coutaton Φ Φ -ef C flx N C cpl Φ d-éf IP d-éf a-éf -1 T e-ef b-éf P ef IP -éf P éf T e-éf IP -1 q-éf 3 c-éf -ef p Fg 3 Algothe de la coande vectoelle Φ d Fg 4 Algothe du contôle dect du couple a table de coande donnée c-deou et contute en foncton de l état de vaable C flx du coecteu de flux et C cpl, du coecteu du couple et de la zone N de la poton de

4 Φ C et une table tandad pou un fonctonneent 4 quadant C flx =1 N C cpl = 1 V V 3 V 4 V 5 V 6 V 1 C cpl = V 7 V V 7 V V 7 V de éféence, otoque, et choe à Φ d-ef = 7Wb allue du flux otoque et donnée pa la fgue 6 et celle de la tenon contnue à la ote du edeeu pa la fgue 7 On peut contate que le deux gandeu ont ben égulée et que le flux et nenble aux vaaton de la vtee Dan le ca de la tenon, la épone à une vaaton de vtee et elatveent apde et ne dépae pa 5 % de la valeu de éféence lo de deux petubaton C cpl =-1 V 6 V 1 V V 3 V 4 V 5 C flx = C cpl = 1 V 3 V 4 V 5 V 6 V 1 V C cpl = V V 7 V V 7 V V 7 C cpl =-1 V 5 V 6 V 1 V V 3 V 4 TABEAU 1 TABE DE COMMUTATION Φd (Wb) Avec : V =[ ]; V 1 =[1 ]; V =[1 1 ]; V 3 =[ 1 ]; V 4 =[ 1 1]; V 5 =[ 1]; V 6 =[1 1]; V 7 =[1 1 1]; e vecteu V et V 7 ont cho altenatveent de anèe à ne le nobe de coutaton dan le ba de l onduleu Il et à note que dan le ca de la coande decte du couple, l effet de la non lnéaté de atéaux et plcteent p en copte étant donné que le gandeu d état électque ont conttuée pa le flux Vdc (V) Fg 6 Flux otoque V RESUTATS DE SIMUATION e fonctonneent du dpotf coplet a été ulé ou l envonneent MATAB -SIMUINK avec un pa de calcul de 1μ Dan un pee tep, le odèle de la achne, tenant copte de la atuaton, a été valdé pou dfféent pont de fonctonneent non coandé [15] e deux tatége ntodute pécédeent ont alo été tetée dan le ca de vaaton de la vtee otoque Dan ce qu ut, nou détallon le apect elatf à chacune de deux tatége et nou copaon de éultat de ulaton Dan le deux tatége, la éféence de la tenon à la ote du edeeu et pe égale à -ef = 465V Pa alleu, le êe vaaton de vtee, donnée à la fgue 5, ont tetée Fg 7 Tenon edeée Su la fgue 8 nou epéenton le évoluton de couant d et q Coe ecopté, l allue du couant d et lae à celle du flux otoque Ce dene et ben égulé et nenble aux vaaton de la vtee e couant q, quant à lu, épond à ce denèe pou adapte le couple pou que la tenon, et donc la puance généée, deeuent contante égale aux valeu de éféence d dq (A) q (t/n) Fg 5 Vtee d entaîneent A Coande vectoelle Dan le ca de la coande vectoelle la valeu du flux Fg 8 Couant uvant le axe dect et en quadatue a fgue 9 onte un agandeent de l évoluton tepoelle d un couant de phae tatoque apltude an que la féquence adaptent ute à la vaaton de la vtee

5 Φ α Φ β a (A) Φαβ (Wb) Fg 9 Couant tatoque Fg 1 Flux dan le epèe de Concoda B Contôle dect du couple Dan le ca de la coande decte du couple, la éféence du flux, tatoque, et égaleent pe égale à Φ ef = 7Wb a fgue 1 onte l évoluton de deux copoante du flux Une fo le ége tantoe dépaé, la valeu du odule du flux ete poche de celle de éféence et n et pa nfluencée pa le vaaton de la vtee αβ (A) α β Fg 13 Couant tatoque dan le epèe de Concoda Φβ (Wb) Un agandeent tepoel d un couant de phae lo d une vaaton de vtee et égaleent onté à la fgue 14 à encoe, nou contaton l effet de la vaaton de la vtee u la féquence de couant évoluton du couant de phae et tè poche de celle obtenue pa la coande vectoelle Φ α (Wb) Fg 1 Flux tatoque a épone de la tenon edeée et appoxatveent au apde que dan le ca de la coande vectoelle (Fg 11) Cela et égaleent le ca de la ejecton de petubaton Conttuée dan note ca pa le vaaton de la vtee a (A) Vdc (V) Fg 14 Couant tatoque Su le tableau, nou péenton d une anèe ynthétque, le féquence de gnaux tatoque obtenue pa le deux tatége de coande lo de dfféente vtee de otaton Fg 11 Tenon edeée Su le fgue uvante, nou péenton le allue de flux et de couant uvant le axe α et β tatoque Dan le deux ca, nou eaquon netteent la vaaton de la féquence due à celle de la vtee En evanche, le apltude du flux deeuent contante ute à la égulaton de ce dene (Fg 1) VITESSE D ENTRAINEMENT FREQUENCE STATORIQUE COMMANDE VECTROIEE CONTROE DIRECT DU COUPE 75 t/n 46,89 HZ 45,4545 HZ 9 t/n 56,1798 HZ 55,5556 HZ 6 t/n 35,113 HZ 34,466 HZ TABEAU FREQUENCES STATORIQUES

6 Au tave de éultat de ulaton obtenu, le deux tatége de coende eblent donne de éultat tè poche en tee de dynaque et de éjecton de petubaton Néanon, étant donné que la coande decte du couple ndut de pete, pa coutaton et fe, qu ont plu élevée de pat la féquence aléatoe et elatveent élevée du conveteu, de étude plu appofonde u la qualté de l énege et u le endeent du dpotf coandé pa le deux tatége feont l objet de futu tavaux VI CONCUSION Dan cette councaton, nou avon péenté l étude du contôle de la tenon contnue d un ytèe conttué dune généatce aynchone débtant u un edeeu à MI Deux tatége de coande ont popoée a peèe et baée u la coande vectoelle à flux otoque oenté et la econde u la coande decte du couple En utlant un odèle analytque tenant copte de la atuaton, le deux tatége ont été étudée à l ade de ulaton effectuée ou l envonneent MATAB -SIMUINK Nou avon teté leu épone loque la vtee du oto vae e éultat obtenu ontent que le deux tatége peuvent ête utlée pou ce contôle Ce éultat devont ête coplété pa une analye de pete généée pa chacune de deux tatége VII ANNEXE e tableau 3 donne le paaète de la achne étudée PARAMETRE VAEUR PARAMETRE VAEUR P N 5,5 KW J,3 kg U N 3/4 V d,5 N/ad -1 I N 3,8/13,7 A R 1,7131 F 5 HZ R 1,9511 N N 69 t/n p 4 TABEAU 3 PARAMETRE DE A MACHINE REFERENCES [1] A Neba, R Ibtouen and O Touha, Dynac pefoance of elfexcted nducton geneato feedng dffeent tatc load, Elec Eng Seban J, vol 3, no 1, Jun 5, pp [] R Pena, JC Clae and G M Ahe Doubly fed nducton geneato ung back-to-back PWM convete and t applcaton to vaablepeed wnd-enegy geneaton, IEE Pvoc Elect Powe Appl, Vo1 143, No 3, May 1996, pp [3] C Dufou and J Belange, A Real-Te Sulato fo Doubly Fed Inducton Geneato baed Wnd Tubne Applcaton, 35th Annual Conf IEEE Powe Elect Specalt, Aachen, Geany, 4, pp [4] A Peteon, Hanefo and T Thnge, Copaon Between Stato-Flux and Gd-Flux-Oented Roto Cuent Contol of Doubly- Fed Inducton Geneato, 35th Annual Conf IEEE Powe Elect Specalt, Aachen, Geany, 4, pp [5] l de Alega, J Andeu, P Ibaez, J Vllate and I Gabola, Novel Powe Eo Vecto Contol fo Wnd Tubne wth Doubly Fed Inducton Geneato, The 3th Annual Conf IEEE Ind Elect Socety, Novebe 6, 4, Euan, Koea, pp [6] D Seyou and C Gantha, Tenal voltage of a wnd tubne dven olated nducton geneato ung tato oented feld contol, IEEE Tan Ind App, pp , 3 [7] E ev and Y W ao, Roto flux oented nducton achne a a DC powe geneato, n Poc 8th Eu Conf Powe Electc and Applcaton, auanne, 1999, pp 1 8 [8] S N Bhada, K Venkata Ratna, and A Manjunath, Stady of voltage buld up n a elf-excted, vaable peed nducton geneato/tatc nvete yte wth DC de capacto, n Poc Inten Conf Powe Electonc, Dve and Enegy Syte, Vol, 1996, pp [9] M S Manda, R O ya and S R Slva, An altenatve olated wnd electc pupng yte ung nducton achne, IEEE Tan Enegy Conveon, Vol 14, No 4, Decebe 1999 pp [1] S S Muthy, C Paabhu, A K Tandon and M O Vahya Analy of ee copenated elf-excted nducton geneato fo autonoou powe geneaton, IEEE Conf Powe Electonc, Dve and Enegy Syte fo Indutal Gowth, 1996, pp [11] S M Alghuwanew, Steady-tate analy of a elf-excted nducton geneato elf-egulated by hunt atuable eacto, IEEE Int Conf Electcal Machne and Dve, 1997, pp [1] R Bonet and R Rajakauna, Self-excted nducton geneato wth excellent voltage and fequency contol, IEE Poc-Gen Tan Dt Vol 145, N 1, Januay 1998, pp [13] E G Maa and JA Polo Gantha, Self excted nducton geneato contolled by a VS-PWM b-dectonal convete fo ual applcaton, IEEE Tan Ind App, Vol 1, 1998, pp [14] V N Nandakua, K Yadukua, T Suehkua, S Ragupath and R K Hegde, A Wnd Dven Self-Excted Inducton Geneato wth Tenal Voltage Contolle and Potecton Ccut, IEEE Powe Conv Conf, 1993, pp [15] D Rekoua, K Idjdaene T Rekoua, and A Tounz, An appoach fo the odellng of an autonoou nducton geneato takng nto account the atuaton effect, Ee Elec Pow Syt Int J, vol 4, no 1, pp 1 5, Dec 5 [16] Y A Chapu, Contôle Dect du couple d une achne Aynchone pa l oentaton de on flux tatoque, Thèe de Doctoat, Inttut Natonal Polytechnque, Genoble, Fance, 1996 [17] D Rekoua, T Rekoua and S Alloune, Swtchng Statege n dect toque contol of nducton achne: Modellng and ulaton, n Poc 8th Int Conf Modellng and ulaton, yon, Fance, July 4-7, 4, pp

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