REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE UNIVERSITE DE BATNA FACULTE DE LA TECHNOLOGIE DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE MEMOIRE

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1 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE UNIVERSITE DE BATNA FACULTE DE LA TECHNOLOGIE DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE Laboatoe de Sytème Populon-Inducton Electomagnétque LSP-IE Batna MEMOIRE Pou l obtenton du dplôme de Magte Opton : Réeaux Electque Péenté Pa RIHANI LAZHAR (Ingéneu d Etat en Electotechnque, Unveté de Batna) Thème Modélaton et Commande de la Généatce à Inducton Double Almentée Couplée u un Réeau Electque Soutenu le 19/ 01 /2012 Devant le juy compoé de : Pédent Amo GUETTAFI Pofeeu Unv. Batna Rappoteu Saïd DRID Pofeeu Unv. Batna Examnateu Djamel RAHEM Maîte de Conféence Unv. Oum El Bouagh Examnateu Bach ABDELHADI Maîte de Conféence Unv. Batna Examnateu Saïd BENAGGOUNE Maîte de Conféence Unv. Batna

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3 A la mémoe de me gand paent Rhan Mohamed Ben Al et Acha Haddad Salah A la mémoe de : Chadda Hocne, Kadjoudj Abdelhakm Enegnant à l unveté de Batna

4 Dédcace Je déde ce taval à : Me Paent Mon oncle Bouha Me Fèe et Sœu Ma femme Me Enfant Ichak,Ikam Kam et Al Tou me am A toute la pomoton Ingénoat 1994 A tou ceux qu me ont che

5 Remecement Me vf emecement à tou le enegnant qu ont contbue à ma fomaton du pmae à l unveté, à ceux qu ont maqué ma fomaton d électotechnque : Rachd Abdeemed, Nat-Sad Mohamed ad, Guettaf Amo, Maakouf Abdealam Betta Amma utout à Mon encadeu D : Dd Sad pou on outen, et conel duant la éalaton de ce taval, à M : Benaggoune Sad pou on encouagement an ouble le membe de juy Djamel Rahem et Bach Abdelhad qu honoent pa leu péence à l évaluaton de ce modete taval. Je ten également à emece me am qu ne ceent de me poue a epende me étude apè cette longue péode d élognement, Ahmed manou, Redha Benzd,,Fezan yane, bekat Abdelhakm, Dab Taha. A tou le collègue du taval.

6 Rhan Lazha

7 Sommae SOMMAIRE NOTATIONS 1 INTRODUCTION GENERALE 1 Contexte & Poblématque 2 2 Objectf du mémoe 3 3 Stuctue de la thèe 3 CHAPITRE 1 GENERATEURS ELECTRIQUE UTILISES DANS LES RESEAUX ELECTRIQUES 1.1 Intoducton Généateu électque et confguaton Sytème utlant la machne aynchone Machne aynchone à oto bobné et double almentaton Sytème utlant la machne ynchone Machne à tuctue pécale Lmte Réactve de Généateu Concluon 16 CHAPITRE 2 MODELISATION DE LA GENERATRICE A INDUCTION DOUBLE ALIMENTEE 2.1. Intoducton Modélaton vectoelle de la GADA Réféentel d obevaton Mode de fonctonnement de la GIDA 23

8 Sommae GIDA autonome GIDA non autonome Smulaton de la GIDA couplée au éeau Dcuon de Réultat Concluon 33 CHAPITRE 3 COMMANDE VECTORIELLE DE LA GENERATRICE A INDUCTION DOUBLE ALIMENTEE 3.1 Intoducton Pncpe de la commande à flux oenté Applcaton de la commande vectoelle à la GIDA Commande decte La commande ndecte Smulaton La commande ndecte en boucle ouvete Intepétaton de éultat La commande ndecte en boucle femée Intepétaton de éultat de mulaton obtenu Concluon 46 CHAPITRE 4 CAPACITE DE PUISSANCE DE LA GENERATRICE A INDUCTION DOUBLE ALIMENTEE 4.1 Intoducton Modèle de GIDA en égme pemanant Etude analytque pa ccut équvalent Le puance actve et éactve de la GIDA Capacté de puance P_Q de la GIDA Concluon 56

9 Sommae CONCLUSION GENERALE 1 Contexte 57 2 Pepectve 58 BIBLIOGRAPHIE Réféence bblogaphque 59

10 NOTATIONS ET SYMBOLES (*), : Indce du oto, du tato. d, q : Indce de compoante othogonale decte et en quadatue x : Gandeu complexe tel que : x = x d + jxq où j = -1 * x R, R P, Q, S, P mec L, L x peut ête tenon u, couant ou flux f : Complexe conjugué : Rétance tatoque, otoque : Puance actve tato/oto : Puance éactve tato/oto : Puance appaente tato/oto : Puance mécanque : Inductance cyclque pope tatoque, otoque T, T : Contante de temp tatoque, otoque (T =L, /R, ) : Coeffcent de dpeon total = 1 - M 2 /( L L ) M q d W w w P éf : Inductance cyclque mutuelle tato-oto : Poton abolue du oto : Angle de chage : Vtee du oto : Pulaton de couant tatoque : Pulaton de couant otoque : Nombe de pae de pôle : Indce ndquant la éféence (la congne) ~ : Symbole ndquant la meue ^ : Symbole ndquant l etmaton * : Symbole ndquant la commande g Ce f ou f : glement de la machne aynchone : Couple électomagnétque : Féquence du Réeau MADA, GIDA: Machne Aynchone double almentée /Généatce à nducton double almentée (*) : D aute notaton et ymbole pécfque peuvent ête défn dan le chapte, l y a leu 1

11 Intoducton généale INTRODUCTION GENERALE 1. CONTEXTE & PROBLEMATIQUE L augmentaton de la demande énegétque de plu en plu et le gand déf qu affonte le monde de no jou. L accoement apde de l actvté ndutelle dan le pay développé et l nvetement de entepe dan le pay qu auent un coût de poducton mon élevé a accu tè apdement la demande mondale d énege. Cette augmentaton e tadut, en éalté, pa une augmentaton de px du pétole qu epéente la ouce la plu mpotante de l énege. La éeve mondale du pétole dmnue de plu en plu et dan le année qu uvent l n y aua pa aez du pétole pou couv la demande. Le clmat de la tee évolue ve le mauva et le ouce natuelle d eau e aéfent. L énege nucléae n et pa dponble pou tout le monde pou de aon poltque, technologque ou fnancèe, on ntallaton coûte che et elle peut ête dangeeue au nveau écologque. L utlaton de ce ouce conventonnelle et alo lmtée ou n et pa encouagée pou de aon lée à l envonnement. Pou toute ce aon le monde e dge ve le ouce enouvelable, le olel, le vent, le couant ou-man et d aute pou podue de l électcté. Actuellement l électcté enouvelable ne fat qu une pette poton de l énege podute ma cette poton va augmente de plu en plu. Le ouce d énege enouvelable, vu leu puance et leu ntallaton dan le éeaux de dtbuton, ont appelée au la poducton décentalée ou la généaton d énege dpeée. Le éeaux de dtbuton ont la denèe phae dan la pocédue de tanpot de l énege électque à pat de centale de poducton aux conommateu. La poducton décentalée baée u de unté de poducton tadtonnelle, enouvelable ou cogénéaton, ntalle de plu en plu dan le éeaux de dtbuton. Le généateu électque avec de tubne à combuton, le mco-tubne à combuton, le éolenne, le hydolenne, le photovoltaïque et d aute généateu peuvent e touve en cogénéaton dan un même éeau. Le éeau de dtbuton et devenu un éeau peque complet compoé de poducteu, de conommateu et de la tanmon. L écoulement de puance et le blan de tenon ne dépendent plu de conommateu ma au de poducteu. Le poblème de la tablté ben connu dan le éeaux de tanpot et alo nouveau dan le éeaux de dtbuton. Le tablté angulae, de tenon et de féquence dovent ête evue, [1], ce qu gnfe que la tablté et toujou un poblème actuel. 2

12 Intoducton généale Ben que le capacté de puance du généateu ynchone aent été ntenvement étudée, le capacté de puance de la généatce à nducton double almentée (GIDA) ont peu connue. Ce gene de généateu et lagement épandu dan le applcaton à vtee vaable tel que l'énege éolenne, et e poblté de puance éactve dovent ête connue afn de pojete le poblté éactve de feme de vent elon le exgence de code de éeaux électque [2], [3], [4] et [5]. Connue depu 1899, la généatce à nducton double almentée, et une machne aynchone tphaée à oto bobné almentée pa e deux amatue : le tato et le oto. Elle a été d abod étudée pou ête utlée en tant que moteu à gande vtee. Le poblème d ntablté encontée dé lo l ont fat abandonne pou un temp. Gâce au pogè de technologe péctée, dvee applcaton de ce type de machne ont alo devenue poble dont l ntéêt éde pncpalement dan le poblté de contôle du flux de puance pou le égme caactétque hypo-ynchone et hype-ynchone, cela étant au ben dan le fonctonnement moteu que généateu [6]. 2. OBJECTIF DU MEMOIRE : Le péent mémoe tate le poblème du contôle de puance actve et éactve de la généatce double almentée à bae de commande vectoelle pa oentaton du flux tatoque. An qu une étude de la capacté de puance actve et éactve. 3. STRUCTURE DU MEMOIRE : Le péent taval et tuctué en quate chapte: Chapte 1 : Généateu Electque utlé dan le Réeaux Electque Le peme chapte péentea une decpton de généateu électque utlé dan le éeaux et leu confguaton, an que quelque technque de commande de puance. La capacté du généateu ynchone ea également expoée. Chapte 2 : Modélaton de la Généatce à Inducton Double Almentée Dan ce chapte ea péentée la modélaton de la généatce à nducton à oto bobné dan un éféentel commun. Cec a pou objectf la connaance du compotement de ce type de machne dan le deux égme de fonctonnement hypo-ynchone et hype-ynchone. 3

13 Intoducton généale Chapte 3 : Commande Vectoelle de la Généatce à Inducton Double Almentée Dan ce chapte ea expoe la lo de commande pou la GIDA baée u l oentaton du flux tatoque tout en mpoant une othogonalté ente ce flux et la tenon tatoque dan le ouc d avo une commande lnéae et découplée ente le puance actve et éactve tatoque. Chapte 4 : Capacté de Puance de la Généatce à Inducton Double Almentée Ce chapte tatea l analye pa le ccut équvalent de la GIDA en égme pemanent afn de détemne le capacté de puance de ce type de machne et leu lmte de fonctonnement. Enfn, ce taval ea clôtué pa une concluon généale où l ea expoé un blan et le pepectve à ven. 4

14 Chapte 1 Le Généateu Electque utlé dan le Réeaux Electque CHAPITRE 1 GENERATEURS ELECTRIQUES UTILISES DANS LES RESEAUX ELECTRIQUES 1.1 INTRODUCTION La echeche dan le domane de énege enouvelable et en plen développement depu quelque année patout à tave le monde, que ce ot l'énege maémotce, ou l'énege éolenne. De pa on caactèe peudo aléatoe, l'énege éolenne poe beaucoup de déf afn d'avo une poducton de puance électque contante, et un facteu de puance au poche de l'unté que poble. Deux appoche ont poble : un entaînement à vtee contante et un entaînement à vtee vaable. La poducton d énege électque à vtee fxe et peu ouhatable, ca le compotement dynamque en ca de défaut et potentellement dangeeux. [7], [8] et [9]. Le accodement de généateu éolen au éeau extant poe plueu poblème. Ca la modélaton de phénomène mécanque entant en jeu dan la puance tanme au oto du moteu d'une éolenne a pem de conclue que le couple électomagnétque du moteu n'état pa contant ma péodque à caue de l'effet d'ombe de la tou [10]. La conéquence majeue de ce couple non contant et la péence d'ocllaton de tenon au pont de 5

15 Chapte 1 Le Généateu Electque utlé dan le Réeaux Electque accodement au éeau électque, ocllaton ont plu mpotante dan le ca d un éeau fable. De plu l'utlaton de machne aynchone (MAS) comme généateu entaîne une dégadaton du facteu de puance, à caue de la néceté de foun de la puance éactve à la machne. Il exte deux type de égulaton du facteu de puance : ü Sot la compenaton éactve et fate de manèe globale avant le pont de accodement ou PCC (Pont of Common Couplng). Cette technque a cependant le déavantage de ne pa ten compte de chaque éolenne. ü Sot la compenaton et fate éolenne pa éolenne, en utlant un montage dt de Schebu. De plu en plu, l'utlaton de montage à vtee vaable à tenon et féquence contante et néceae. La machne aynchone à oto bobné et de plu en plu utlée, ca à tave le ccut du oto, un églage de puance éactve et poble pa le montage de type Schebu. Celu-c conte en un conveteu de puance lé au oto et au éeau, de fat que on dmenonnement ne dépend que d'une fable pate de la puance électque totale (énege de glement). Le dmenonnement du conveteu dépend de plueu paamète [11]: ü la vaaton de vtee condéée (autou de la vtee de ynchonme), ü la valeu abolue de puance éactve généée ou conommée au oto, ü le caactétque de la machne. L'avantage de cette confguaton éde dan le coût peu élevé du conveteu, puque celu-c n'et dmenonné que pou envon 20 % de la puance électque totale. En oute, le montage pemet un contôle découplé puance actve / puance éactve, pou avo un facteu de puance untae. Le objectf pncpaux du ytème de commande ont le uvant : ü Obten un facteu de puance untae côté tato, ü Obten une puance actve et une tenon contante côté tato, ce malgé le ocllaton de couple due au compotement mécanque de l'éolenne. Le contôle de la puance actve et de la puance éactve et éalé va le couant otoque pou avo un contôle découplé [12]. Il exte plueu méthode de contôle de puance éactve u une machne aynchone à oto bobné. Elle ont toute baée u le pncpe de la commande vectoelle pa oentaton du flux en utlant le ytème de Schebu. Cette commande pemet d'obten un facteu de puance untae au tato [13]- [18]. Le fonctonnement dan le mode hypo-ynchone et hype-ynchone ont poble. 6

16 Chapte 1 Le Généateu Electque utlé dan le Réeaux Electque L utlaton du ccut équvalent de la machne en égme pemanent pemet d'avo la melleue compenaton éactve poble, tout en abaant au mnmum la puance eque pou le conveteu [19]. Le contôle dect de puance actve et éactve au tato (ou DPC, Dect Powe Contol) et une méthode qu emble tè obute ca elle n'utle que le meue de couant et tenon éel pou calcule le puance électque au tato. Elle et ndépendante de paamète de la machne et ne nécete pa de capteu de poton du oto. Son pncpe et dentque à la commande DTC pou le fonctonnement moteu [20] et [21]. 1.2 GENERATEURS ELECTRIQUES ET CONFIGURATIONS L énege cnétque du vent et convete en énege mécanque pa l éolenne. Enute, la vtee de otaton de l éolenne (de 10 à 200 t/mn) et adaptée à celle de la généatce claque avec un multplcateu de vtee. La généatce a pou ôle de convet l énege mécanque en énege électque. Le généateu peut enut ête lé dectement ou ndectement au éeau. S l et lé dectement au éeau, alo l dot toune à vtee fxe [22]. S la vtee et tè vaable, le généateu et lé ndectement au éeau à tave un conveteu de puance. Ce type de chaîne pemet d utle une machne ynchone, aynchone ou encoe machne pécale. Cec entaîne une améloaton du endement énegétque du ytème SYSTEMES UTILISANT LA MACHINE ASYNCHRONE Le machne électque aynchone ont le plu mple à fabque et le mon coûteue. Elle ont l avantage d ête tandadée, fabquée en gande quantté et dan une tè gande échelle de puance. Elle ont au le mon exgeante en teme d enteten et péentent un taux de défallance tè peu élevé. Une topologe conte à ele dectement une MAS à cage d écueul au éeau (vo Fg.(1.1)) Un multplcateu et aocé à la machne et un banc de condenateu aue a magnétaton. La vtee de otaton peut alo ête fablement vaable, lmtée pa le glement maxmum de la MAS [22]. Son pncpal nconvénent et d une pat l mpoblté de fonctonnement à vtee vaable, ce qu édut la puance pouvant ête puée du vent et d aute pat le poblème d accochage / décochage au éeau. 7

17 Chapte 1 Le Généateu Electque utlé dan le Réeaux Electque Sen de tanfet d énege Sytème d entanement MAS Réeau Compenaton. de éactf Fg. (1.1) Machne aynchone avec laon decte au éeau Dan le année 90, le dano ont ajouté une deuxème machne électque pou pouvo fae fonctonne l éolenne à deux vtee et an augmente le endement énegétque de leu aéogénéateu. On dpoe an d un généateu deux en un. Cette dpoton et pa exemple utlée u cetane éolenne de manèe à popoe deux égme de otaton, l un apde en jounée, l aute plu lent pou la nut, ce qu epéente une augmentaton du pod et de l encombement de l'enemble. L ntoducton de conveteu de puance ente la machne et le éeau pemet de découple la féquence du éeau et la vtee de otaton de la machne, et an de fae fonctonne l aéogénéateu à vtee vaable. Le dpotf de bae et epéenté u la Fgue (1.2). Le conveteu utlé ont dmenonné pou la totalté pa cette puance échangée ente la machne et le éeau. Il epéentent donc un coût mpotant, de pete non néglgeable (juqu'à 3% de la puance nomnale de la machne) et entaînent de petubaton qu nuent au endement et à la qualté de l'énege délvée. De plu, la péence de capacté et ndpenable pou foun l'énege éactve néceae à la magnétaton de la machne. Cette énege ne peut pa ête foune pa le éeau ca le edeeu et undectonnel. Ce nconvénent ont fené le développement ndutel de cette tuctue [23]. Sen de tanfet d énege Redeeu Onduleu Sytème d entanement MAS Réeau Compenaton. de éactf Fg.(1.2) Machne aynchone avec laon ndecte au éeau 8

18 Chapte 1 Le Généateu Electque utlé dan le Réeaux Electque MACHINE ASYNCHRONE A ROTOR BOBINE ET DOUBLE ALIMENTATION (MADA) Comme c et le ca pou un tato claque, le machne aynchone à oto bobné ont de enoulement logé dan de encoche. Le couant otoque cculent va de anneaux qu glent conte de bala généalement en cabone monté u le châ du généateu (vo Fg.(1.3)). Contaement aux machne à cage dectement connectée au éeau, le machne aynchone à oto bobné pemettent, pa un églage dynamque du glement, de adapte aux vaaton de puance foune pa la tubne, augmentant an le endement du ytème. Ve l onduleu Stato Roto Ve le Réeau Fg. (1.3) Machne à nducton à oto bobné Ce machne ont un peu plu complexe que de machne aynchone à cage avec lequelle elle ont en commun de nécete un multplcateu de vtee. Leu obutee et légèement dmnuée pa la péence de ytème à bague et bala, ma le bénéfce du fonctonnement à vtee vaable et un avantage uffant pou que de tè nombeux fabcant (Veta, Gamea, ) utlent ce type de machne. A. Machne aynchone à double almentaton à énege otoque dpée La Fgue (1.4) monte la confguaton qu pemet une vaaton lmtée de la vtee à envon 10% autou de la vtee de ynchonme pa le changement de la étance du oto. Oute, la plage de vaaton de vtee et lmtée, l nconvénent de cette oluton et la dpaton de la puance oto dan le élément étf dmnue le endement du ytème de conveon [24]. 9

19 Chapte 1 Le Généateu Electque utlé dan le Réeaux Electque RESEAU f ENERGIE REDRESSEUR Sytème d entanement MADA R ENERGIE Fg.(1.4) MADA avec contôle du glement pa l'énege dpée Au leu de dpe la puance dponble au oto pa effet joule, on peut écupée cette puance en la envoyant u le éeau électque. Cec améloe le endement du ytème. Le conveteu et dmenonné pou tante eulement la puance otoque, (ot envon 25% de la puance nomnal) pou obten un glement maxmal et donc la puance tatoque nomnal. C et un compom qu mène à une melleue captue de l énege éolenne et à une fable fluctuaton de la puance du coté du éeau [25]. Puque le conveteu tatque dot eulement gée la puance de glement à fable communcaton. Dan ce ca, le enoulement du tato ont dectement connecté au éeau. Deux opton de conveteu au oto ont alo utlée. Dan la pemèe un conveteu ou la méthode Schebu éale le égme hypo/hype ynchone. Ce ca favoe le fonctonnement à couple contant. Dan la econde opton, un conveteu à deux étage undectonnel et utlé ou qu et appelé méthode Kame ou égme hype ynchone [26]. B. MADA tuctue de Kame L'enemble edeeu onduleu et alo dmenonné pou une facton de la puance nomnale de la machne. Ce dpotf pemet de fae vae la plage de conducton de dode, de ende vaable la puance extate du ccut otoque et donc le glement de la généatce aynchone (vo Fg.(1.5)). L'utlaton de thyto pou l'onduleu nut au 10

20 Chapte 1 Le Généateu Electque utlé dan le Réeaux Electque facteu de puance, de plu le edeeu et undectonnel (tanfet d'énege unquement du oto de la machne ve le éeau) donc le ytème ne peut podue de l'énege que pou de vtee de otaton upéeue au ynchonme. Cette oluton n et plu utlée au poft de la tuctue de Schebu avec conveteu à IGBT [27]. ENERGIE ( f ) P RESEAU P. (1 + g ) ( f ) Sytème d entanement MADA ( g. f ) REDRESSEUR Onduleu P.g ENERGIE ( f ) Fg. (1.5) Stuctue de Kame C. MADA tuctue de Schebu avec cycloconveteu. Afn d'autoe un flux d'énege bdectonnel ente le oto et le éeau, l'aocaton edeeu onduleu peut ête emplacée pa un cycloconveteu (vo Fg.(1.6)), l'enemble et alo appelé tuctue de Schebu. Comme le flux de la puance et bdectonnel, l et poble d augmente ou de dmnue l énege de glement et an fae fonctonne la machne en généatce ou en moteu [23]. Son utlaton génèe pa conéquent de petubaton hamonque mpotante qu nuent au facteu de puance du dpotf. Le pogè de l électonque de puance ont condut au emplacement du cycloconveteu pa une tuctue à deux conveteu à IGBT commandé en MLI. RESEAU ( f ) ENERGIE Sytème d entanement MADA ENERGIE Fg. (1.6) Stuctue de Schebu avec cycloconveteu. 11

21 RESEc Chapte 1 Le Généateu Electque utlé dan le Réeaux Electque D. MADA tuctue de Schebu avec conveteu en cacade La fgue Fg.(1.7) monte une confguaton avec la Machne Aynchone à Double Almentaton (MADA) à la patculaté de dpoe de deux bobnage tphaé au tato et au oto. L un et elé dectement au éeau et tanfèe la plu gande pate de la puance alo que l aute de monde puance pemet de fae vae le couant otoque d exctaton de la MADA. C et u ce bobnage de monde puance que le conveteu de puance, compoé d un enemble de deux conveteu à IGBT commandé en MLI, en cacade, et néé afn de contôle le flux et la vtee de otaton de la généatce aynchone du coté de la machne et contôle au de puance actve et éactve tantée du coté du éeau. Un tel dpotf a l avantage de fonctonne à vtee vaable en faant nteven un conveteu de fable puance. S le glement ete nféeu à ± 30 % autou du ynchonme, le conveteu et alo dmenonné pou un te de la puance nomnale de la machne et e pete epéentent mon de 1% de cette puance. La péence d'un conveteu à MLI peut toutefo entaîne de utenon mpotante dan le enoulement otoque. RESEAU ( f ) ENERGIE Sytème d entanement ( f ) P MADA ( g. f ) Red Com Ond P.g ENERGIE ( f ) Fg. (1.7) Stuctue de Schebu avec conveteu en cacade 12

22 Chapte 1 Le Généateu Electque utlé dan le Réeaux Electque SYSTEMES UTILISANT LA MACHINE SYNCHRONE Le machne ynchone ont connue pou off de couple tè mpotant à dmenon géométque convenable. Elle peuvent donc ête utlée en entaînement dect u le tubne éolenne (an multplcateu mécanque), pou mnme la mantenance et accoîte la fablté. Le machne ynchone à oto bobné : font appel, le plu ouvent, à une exctatce aocée à un edeeu tounant, pou élmne tout contact glant. Le oto peut ête à pôle le ou allant et et généalement équpé de ccut amoteu. Pou cetane applcaton à fote puance et à gande vtee (30 MV et t/mn pa exemple), on utle un oto cylndque maf. Ma l et poble de affanch de l applcaton à gande vtee en utlant une machne ynchone à amant pemanent bae vtee à gand nombe de pae de pôle [28]. Le machne ynchone à amant pemanent : Le développement de matéaux magnétque a pem la contucton de machne ynchone à amant pemanent à de coût qu devennent compéttf. Le machne de ce type ont à gand nombe de pôle et pemettent de développe de couple mécanque condéable. L avantage d avo un bon endement et un bon couple maque, Le nducteu à amant à haute énege pemettent de gagne envon 25% de mae pa appot à ceux de type bobné. Ce qualté ont conte balancée pa un coût plu élevé que la MAS. Le conveteu de féquence mpoe. C et pouquo le machne à entaînement dect ont toute à vtee vaable. Ma leu nconvénent pncpal povent de l abence de poblté de églage du flux d exctaton. Le couplage de ce machne avec l électonque de puance devent de plu en plu vable économquement, ce qu en fat un concuent éeux de généatce aynchone à double almentaton. Le ytème de ce type ont un taux de défallance jugé fable gâce à la uppeon de cetane ouce de défaut : uppeon du multplcateu de vtee et du ytème de bague et bala pou le généatce à amant (vo Fg.(1.8)) [22]. Le fa d enteten ont alo mnmé ce qu et tè ntéeant dan le applcaton éolenne, en patcule dan le te dffclement acceble (offhoe pa exemple). La péence 13

23 Chapte 1 Le Généateu Electque utlé dan le Réeaux Electque oblgatoe de l électonque de puance pemet enfn une égulaton mple de la vtee de otaton et donc une optmaton énegétque effcace. Red Commandé Onduleu Réeau Sytème d entanement MSAP Fg. (1.8) Sytème baé u la machne ynchone à amant pemanent Il exte plueu ytème utlant le machne ynchone à amant pemanent dédée aux applcaton éolenne, de machne de contucton tandad (amantaton adale) aux généatce dcoïde (champ axal), ou encoe à oto extéeu MACHINES A STRUCTURES SPECIALES Pam le généatce à l étude, plu patculèement pou le entaînement dect, fguent le machne à éluctance vaable pue ou exctée. C et leu potentel de fable coût et de obutee qu condut à ce echeche. C et de machne dédée aux applcaton éolenne ou de machne offant de caactétque ntéeante pou la bae vtee de otaton. On notea que malgé on potentel, la MRV n a pa encoe touvé on applcaton dan l éolen [17]. A. Machne à éluctance vaable (MRV) pue La tuctue de la MRV dte «pue» et tè mple et compoée d un oto paf et d enoulement concentque au tato. Pou un gand nombe de dent, le dent du tato ont egoupée en plot afn de faclte le bobnage de la machne, on obtent alo une machne à plot denté. Le pncpal avantage de cette tuctue et d aue un fonctonnement bae vtee (gand nombe de dent) tout en conevant un bobnage éalable en utlant une MRV à plot denté. B. Machne à éluctance vaable (MRV) exctée Cetane MRV peuvent ntége une exctaton au oto ou au tato. Cette exctaton et effectuée pa un ccut électque d exctaton ou ben pa de amant pemanent. Le 14

24 Chapte 1 Le Généateu Electque utlé dan le Réeaux Electque machne à amant peuvent condue à un gan en puance contebalançant le coût de amant à une tuctue ntègant toujou une exctaton [17]. 1.3 LIMITES REACTIVES DES GENERATEURS Il et ben connu que le généateu ont une capacté de puance actve maxmale à ne pa dépaé, an qu une plage de puance éactve lmtée. Fgue (1.9) epéente la coube de la capacté éactve d'une généatce ynchone avec l'hypothèe que la tenon à ce bone et contante. Elle monte que, le généateu et utlé à un facteu de puance en deou de a valeu nomnale, le domane de chauffage lmte et en fat dépaé, donc, l'engagement de coût, anomalement, plu la dpaton de la chaleu que on fonctonnement nomal au égme nomnal du facteu de puance. En pncpe, au égme nomnal du facteu de puance (0,8), la puance éactve et toujou dan la bonne popoton avec la puance appaente, et le chauffage et encoe dan la plage autoé. Echauffement dû au couant maxmal P Pont de fonctonnement nomnal V I V E X Echauffement dû au champ magnétque maxmal 2 V - X Q Fg. (1.9) Coube lmte de la capacté éactve d un généateu ynchone La capacté maxmale de puance éactve coepond à la puance éactve maxmum que le généateu peut podue en fonctonnant avec un facteu de puance "AV". La capacté mnmale de puance éactve coepond à la puance éactve maxmum que le généateu peut abobe en fonctonnant avec un facteu de puance "AR". Ce lmtaton ont une foncton de la puance actve du généateu, c.-à-d., à meue que la vae puance augmente, le lmtaton de puance éactve dmnuent. 15

25 Chapte 1 Le Généateu Electque utlé dan le Réeaux Electque La fgue (1.10) epéente une coube typque de la capacté d un généateu, qu monte le lmtaton de puance actve et éactve. Coj = 0.8 AV Puance éactve (VAR) Coj = 1 Coj = 0.8 AR Puance actve (W) Fg. (1.10) Coube typque de la capacté éactve d'un généateu ynchone 1.4 CONCLUSION Une bève decpton du gement éolen, a été péentée dan ce chapte. Quelque noton pncpale u le dfféent type d éolenne dan le contexte de la généaton électque ma cette étude e lmteont unquement au ca de éolenne à axe hozontal. Nou avon déct le dfféent élément d une éolenne et le pncpale technque adoptée pou la égulaton de la puance aéodynamque ecuelle pa la tubne (le calage vaable ou le décochage aéodynamque). La econde pate du chapte péente quelque noton pncpale au ujet de la technologe éolenne : péence ou abence de multplcateu de vtee, généatce aynchone, généatce ynchone, généatce a éluctance vaable. Pu nou avon établ une étude u le deux gande famlle d éolenne extante, à avo le éolenne à vtee fxe et le éolenne à vtee vaable. Le fonctonnement à vtee vaable utlant une MADA, dont le enoulement tatoque ont elé à un éeau électque tphaé, tand que le enoulement otoque ont connecté à un onduleu de tenon qu pemet d optme l énege captée pa l éolenne. Cec donne l occaon d utle de conveteu 16

26 Chapte 1 Le Généateu Electque utlé dan le Réeaux Electque à tanto IGBT plu pett et donc mon coûteux. L nconvénent de ce ytème et la péence de bala au oto, ce qu demande un taval de mantenance égule. Pou le fonctonnement à vtee fxe, la généatce aynchone à cage et actuellement la machne électque dont l uage et le plu épandu dan la poducton d énege d ogne éolenne. Son pncpal ntéêt éde dan l abence de contact électque pa balacollecteu, ce qu condut à une tuctue mple, obute et facle à contue. On dtngue plueu utlaton: tout d'abod l'almentaton de te non accodé au éeau de façon autonome u de chage olée qu coepondent à de machne aynchone à cage d'écueul auto-exctée pa un banc de condenateu auant a magnétaton ont de quelque watt à quelque klowatt. C et ce pont qu fea l objet du chapte uvant. 17

27 Chapte 2 Modélaton de la Généatce à Inducton Double Almentée CHAPITRE 2 MODELISATION DE LA GENERATRICE A INDUCTION DOUBLE ALIMENTEE «GIDA» 2.1. INTRODUCTION A tave ce chapte, nou eayon d abode la modélaton de la GIDA, en généateu. Cec a pou objectf de compende le compotement de ce type de machne dan e dfféent égme de fonctonnement, éventuellement lo de on contôle (commande). Le modèle de la GIDA et développé en utlant le epéentaton vectoelle complexe afn d'obten un modèle mple [29], [30] et [31]. Le éultat de cette modélaton eont éalé pa mulaton numéque u une machne de 4 kw (vo Annexe). 18

28 Chapte 2 Modélaton de la Généatce à Inducton Double Almentée 2.2 MODELISATION VECTORIELLE DE LA GADA Cette ecton déct le modèle dynamque d'une machne à nducton tphaé ymétque à oto bobné. La machne à nducton e compoe pncpalement de deux pate, tato (Fg 2.1) et oto (Fg 2.2). Le oto toune à l'ntéeu de la cavté de la machne et et épaé du tato pa un entefe. Fg. (2.1) Stato du moteu à nducton Fg. (2.2) Roto bobné En pncpe le ccut électque du tato et du oto ont conttué de to enoulement dentque couplé en étole (ou en tangle) à la eule dfféence et que celu du oto et elé à to ou quate bague u lequelle glent de bala. Le to enoulement du tato A, B et C ont paallèle aux enoulement du oto et ont dtbué nuoïdalement, décalé de 120 degé l un pa appot à l aute (Fg 2.3). u A A R dy A dt R dy a dt q a u a Stato Roto Fg. (2.3) Modèle dynamque dan une DFIM à to axe Souvent la machne et contute avec plueu pae de pôle en elant le enoulement en paallèle et le bobne eont décalée de 120. Dan ce ca la machne donne un couple plu gand et une vtee de otaton édute. Chaque enoulement de deux amatue et pacouu pa un ytème de couant équlbé : k (, ) 2( k -1) p = M (, ) co( w(, ) t - ) (2.1) 3 M : Valeu maxmale et égale à eff 2 k = 1, 2, 3 ; Indce de phae A k=1, B k=2 et C k=3 19

29 Chapte 2 Modélaton de la Généatce à Inducton Double Almentée w : Pulaton du tato ou du oto. (, ) Le équaton de tenon de ccut otoque et tatoque (la lo de Lenz aocée à la lo d Ohm) [32]-[37], vo Fg. (2. 3). Dé lo, on peut éce: - u - u - u A B C = R = R = R - A - B - C - d + f dt d - + f dt d - + f dt A B C (2.2) Où R et la étance de enoulement du tato, et le équaton équvalente pou de enoulement du oto eont à leu tou comme ut : - u - u - u A B C = R = R = R - A - B - C - d + f dt d - + f dt d - + f dt A B C Où R, et la étance de enoulement du oto. (2.3) [ x ] = x peut ête epéenté vectoellement pa un vecteu x, 1 x 2 x3 Un vecteu tphaé [ ] t appelé phaeu. On peut généale la noton du phaeu u toute le gandeu électque couant, tenon ou flux. Alo on éca pou x quelconque : jz x = x e = x + a x + a x 3 (2.4) Avec : 2p j 3 2 = a = e et 1+ a + a 0 Pa adopton de l expeon (2.4), on pae du concept tenon, couant et flux de phae à celu du concept tenon, couant et flux d amatue d où (2.3) et (2.4) eont donnée comme ut : 20

30 Chapte 2 Modélaton de la Généatce à Inducton Double Almentée 21 dt d R u dt d R u ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( f f + = + = (2.5) Le elaton du flux embaé dan chacune de deux amatue ont donnée comme ut : q q f f j j e M L e M L - + = + = ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( (2.6) (), () : ndce expoant ndquant le éféentel de meue pope à chaque amatue tato ; oto. En utlant (2.5) et (2.6), on obtent : ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( q - q + + = + + = j j e dt d M dt d L R u e dt d M dt d L R u (2.7) Le elaton (2.7) défnent le modèle électomagnétque vectoel complexe de la machne aynchone double exctaton dan de éféentel épaé,.e la meue de chaque gandeu et éalée dan on pope éféentel. Le équaton vectoelle et dfféentelle de (2.6) et (2.7) epéentent l nteacton électomagnétque de la machne à nducton à double almentaton ymétque que ce ot en égme pemanent ou en tantoe. Elle dovent ête complétée pa le équaton de puance actve et éactve de deux amatue. Le puance au tato peuvent ête écte comme ut : ) ( ) ( * * u Q u P Ä = Á Ä = Â (2.8) Le puance au oto ont donnée comme ut :: ) ( ) ( * * u Q u P Ä = Á Ä = Â (2.9) 2.3 REFERENTIELS D OBSERVATIONS D habtude la modélaton de machne et fate dan un éféentel appelé éféentel commun d obevaton T ob dan lequel toute le vaable dovent y ête appotée. A cette fn, de elaton de paage ente éféentel ont défne.

31 Chapte 2 Modélaton de la Généatce à Inducton Double Almentée RELATION DE PASSAGE ENTRE REFERENTIELS Sachant que la nome de x, défne pa x et nvaante quelque oent le epèe en otaton, on peut éce le elaton uvante, vo Fg. (2.4) : x ( ) = x. e jq ( ) jq ( T) jqt ; ; x = x. e x = x. e (2.10) avec (), () et (T) défnent le ndce epectvement dan le epèe du tato, du oto et du epèe tounant. Le appot ente le dfféente elaton (2.10) pemet de donne le elaton de paage typque ente epèe tel que : Paage tato oto et écpoquement, appot ( ) ( ) x / x de (2.10) ( ) ( ) x = x. e jq ( ) ( ) ou x = x. e - jq (2.11) Paage tato T ob et écpoquement, appot x ( ) / x ( T) x ( ) ( T) = x. e jqob ou x ( T) ( ) = x. e - jqob (2.12) Paage oto T ob et écpoquement, appot x ( ) / x ( T) ( ) ( T) j( qob -q) =. x x e ou ( T) ( ) - j( qob -q) =. x x e (2.13) EQUATIONS DES TENSIONS Pou éce le expeon de (2.5) dan le éféentel commun d obevaton, l ufft d utle le elaton de paage (2.12) et (2.13), l vent alo: u u = R. = R. df + + j. wob. f dt df + + j.( wob - w). f dt (2.14) EQUATIONS DES FLUX Le elaton gde flux couant dan le éféentel commun eont à leu tou donnée comme f f = L. = L. + M. + M. (2.15) CHOIX DU REFERENTIEL COMMUN L étude analytque de la machne aynchone à l ade de compoante 2D, nécete l utlaton d un éféentel qu pemet de mplfe au maxmum le expeon vectoelle (2.14) et (2.15). Il exte dfféente poblté pou le chox du epèe d axe (D, Q) qu e 22

32 Chapte 2 Modélaton de la Généatce à Inducton Double Almentée fat en foncton de l applcaton, vo Fg.(2.4), le to ca ouvent enconté ont le uvant : - Réféentel commun lé au tato w ob = 0 ; - Réféentel commun lé au oto w = w = p. W ; ob - Réféentel commun lé au ynchonme tatoque w ob = w ; w = ( w - w) Réféentel ynchone Axe Commun Q w Réféentel lé au oto w q Axe Commun D q Réféentel lé au tato Fg. (2.4) Chox du éféentel dan un ytème d axe commun 2.4 MODE DE FONCTIONNEMENT DE LA GIDA Le équaton vectoelle de tenon tatoque et otoque, péentée en notaton complexe, d une machne à nducton ont donnée pa le ytème (2.7). La fgue (2.5) llute le chéma équvalent de la machne double almentée pou un éventuel fonctonnement en généateu. L d dt R. R. L d dt u - jq d(. e ) M dt jq d(. e ) M dt u Fg. (2.5) Schéma équvalent la DFIG (couplée au éeau) 23

33 Chapte 2 Modélaton de la Généatce à Inducton Double Almentée Pou le applcaton de la DFIM en généateu,.e. DFIG, le éeau mpoe a tenon et a féquence (V, f ) (généatce non autonome), la tenon du oto aua pou ôle le contôle du flux de puance actve et éactve ente la machne et le éeau. Pou une généatce autonome, débtant u un te olé, le poblème devent plu complexe, ca l faut contôle au la tenon et la féquence du coté du tato GIDA AUTONOME L adopton de conventon ²généateu² au tato et ²écepteu² au oto donne leu au changement de gne u le couant tel que : - : : généateu écepteu (2.16) S u et une tenon de commande, u, et appaaent comme vaable d état. Le ytème (2.14) avec la condton (2.16) ne peut admette une oluton détemnée ca le nombe de vaable et upéeu au nombe d équaton. An, l équaton de la chage (2.17) enlève cette ndétemnaton. Le paamète R, L et C de la chage ont ndexé pa l ndce chage. u d 1 = R + Lchage + ò dt dt C chage. (2.17) chage La féquence de la tenon ndute au tato et donnée pa : pw f = ± f (2.18) 2 p GIDA NON AUTONOME On peut epeente le ytème dan le chéma de la fgue (2.6), avec la menton que le éeau et un éeau nfn, ce qu pemettea à la machne de fonctonne à tenon et féquence tatoque fxe. An la machne fonctonnea à un flux contant. La puance mécanque et convete en puance électque au toto, alo la GIDA débte u le éeau. 24

34 Chapte 2 Modélaton de la Généatce à Inducton Double Almentée ~ Réeau (U, f) Commande PWM Sytème d entaînement Conveteu de féquence Fg.(2.6) Schéma epéentant le fonctonnement non autonome du GIDA. La mulaton a été éalée dan le condton uvante : Le tato et couplé dectement à un éeau nfn d une tenon et fequence contante(220v, 50Hz). L almentaton du oto et auée pa un conveteu de féquence dont la tenon et églable en ampltude et en féquence. La féquence de la tenon du oto (f ) et dédute de l équaton de l autoplotage (2.18) en mpoant une féquence f = SIMULATION DE LA GIDA COUPLEE AU RESEAU La fgue (2.7) llute l ampltude de la tenon mpoée au oto de la GIDA pou deux mode de fonctonnement : 1- hypo-ynchone (125 d/) 2- hype-ynchone (188d/). 25

35 Chapte 2 Modélaton de la Généatce à Inducton Double Almentée Ampltude de la tenon du oto (V) temp () Fg.(2.7) Pofle de l ampltude de la tenon du oto mpoée à la GIDA Réultat de mulaton 1. Fonctonnement, hypo-ynchone Le fgue de (2.8) à (2.13) llutent, epectvement, la puance actve et la puance éactve du tato, la puance actve et la puance éactve du oto, le couant d une phae du tato et le couant d une phae du oto. Ce éultat ont donné pou le même condton que pécédemment (vtee 125d/). 26

36 Chapte 2 Modélaton de la Généatce à Inducton Double Almentée Puance actve du tato (W) temp t) Fg.(2.8) Puance actve du tato pou dfféente ampltude de la tenon otoque Puance éactve du tato (VAR) temp () Fg.(2.9) Puance éactve du tato pou dfféente ampltude de la tenon otoque 27

37 Chapte 2 Modélaton de la Généatce à Inducton Double Almentée Puance actve du oto (W) temp () Fg.(2.10) Puance actve du oto pou dfféente ampltude de la tenon otoque Puance éactve du oto (VAR) temp () Fg.(2.11) Puance éactve du oto pou dfféente ampltude de la tenon otoque 28

38 Chapte 2 Modélaton de la Généatce à Inducton Double Almentée Couant tatoque (A) temp () Fg.(2.12) Couant du tato pou dfféente ampltude de la tenon otoque Couant du oto (A) temp (A) Fg.(2.13) Couant du oto pou dfféente ampltude de la tenon otoque 29

39 Chapte 2 Modélaton de la Généatce à Inducton Double Almentée 2. Fonctonnement, hype-ynchone Le fgue de (2.14) à (2.19) llutent, epectvement, la puance actve et la puance éactve du tato, la puance actve et la puance éactve du oto, le couant d une phae du tato et le couant d une phae du oto. Ce éultat ont donné pou le même condton que pécédemment (vtee 188d/). x Puance avtve du tato (W) temp () Fg.(2.14) Puance actve du tato pou dfféente ampltude de la tenon otoque 30

40 Chapte 2 Modélaton de la Généatce à Inducton Double Almentée Puance éactve du tato (VAR) x temp () Fg.(2.15) Puance éactve du tato pou dfféente ampltude de la tenon otoque Puance avtve du oto (W) temp () Fg.(2.16) Puance actve du oto pou dfféente ampltude de la tenon otoque 31

41 Chapte 2 Modélaton de la Généatce à Inducton Double Almentée Puance éactve du oto (VAR) temp () Fg.(2.17) Puance éactve du oto pou dfféente ampltude de la tenon otoque couant du tato (A) temp () Fg.(2.18) Couant du tato pou dfféente ampltude de la tenon otoque 32

42 Chapte 2 Modélaton de la Généatce à Inducton Double Almentée Couant du oto (A) temp () Fg.(2.19) Couant du oto pou dfféente ampltude de la tenon otoque DISCUSSIONS DES RESULTATS La mulaton du modèle monte claement le capacté de la GIDA à fonctonne en égme généatce couplée u un éeau nfn dan le égme hypo- hypeynchone. Le éultat ndquent que l ampltude de tenon du oto nflue dectement u la tablté de la machne et u l écoulement de puance. 2.5 CONCLUSION Comme concluon on peut de que le fonctonnement natuel de la MADA et donné pa la contbuton de deux amatue tatoque et otoque almentée pa deux ouce de couant altenatf. Ce denèe founent à la fo l exctaton pou la magnétaton de la machne en teme d énege éactve et la puance actve pou le développement du couple dan la phae de motoaton et la puance électque dan celle de généaton. En double exctaton, la otaton de champ tounant du tato et du oto devent foncton de féquence epectvement mpoée pa le deux ouce d almentaton extene. De ce fat, une cetane ynchonaton ente le deux champ et exgée afn de gaant une tablté à 33

43 Chapte 2 Modélaton de la Généatce à Inducton Double Almentée la machne. Pa analoge, on et donc en péence du poblème de tablté de la machne ynchone. En effet, le féquence mpoée pa le deux ouce extene confèent à la machne aynchone double almentée une vtee contante comme le ca de la machne ynchone. Pa conéquent, an le ecou au contôle tct de la poton elatve ente le deux foce magnétomotce développée pa le deux amatue de la machne, le que d ntablté devent mmnent. 34

44 Chapte 3 Commande Vectoelle de la Généatce à Inducton Double Almentée CHAPITRE 3 COMMANDE VECTORIELLE DE LA GENERATRICE A INDUCTION DOUBLE ALIMENTEE 3.1 INTRODUCTION La commande vectoelle et l une de technque le plu utlée pou la commande de machne électque. Elle epoe u une lo de commande conduant à une caactétque de églage mlae à celle d une machne à couant contnu à exctaton épaée. Pou le ca du contôle vectoel de la DFIG, l ea queton de maîte le échange d'énege et notamment le tanfet de puance actve et éactve envoyée u le éeau. Pou le ca de ce taval, le éféentel (d, q) et callé u le flux tatoque. La commande concene, ben entendu, le puance envoyée u le éeau, donc du coté du tato (conventon 35

45 Chapte 3 Commande Vectoelle de la Généatce à Inducton Double Almentée généateu) et pa conéquent le oto ea condéé comme un ogane de commande (conventon écepteu). 3.2 PRINCIPE DE LA COMMANDE A FLUX ORIENTE Dan ce taval, l ea expoé le développement de la commande vectoelle à flux tatoque oenté de la GIDA. An, comme l et monté dan la fgue (3.1), le flux ea callé u l axe d et la tenon du tato u l axe q, cette denèe contante et favoable pou dpoe d un modèle de commande mplfé. Axe d Axe q V f Axe du Roto ax q q q Axe du Stato Fg. (3.1) Oentaton du flux tatoque. 3.3 APPLICATION DE LA COMMANDE VECTORIELLE A LA GIDA Le modèle bphaé équvalent de la GIDA expmé dan le éféentel (d,q) et donné pa le ytème d équaton dfféentelle uvant: d fd V d = R d + - w fq dt dfq V q = R q + +wf dt d (3.1) dfd V d = R d + -( w -w) fq dt dfq Vq = R q + + ( w -w)f dt d Avec: 36

46 Chapte 3 Commande Vectoelle de la Généatce à Inducton Double Almentée fd = L d + M d fq = fd = fq = L q L d L q + M q + M d + M q (3.2) Le puance actve et éactve du coté tatoque ont donnée pa le expeon uvante: P = Âe Q = Ám V ( V * ) V = Vd d + ( * ) = Vq d - Vd q q q (3.3) La contante d oentaton du flux tatoque pemet d éce fq = 0et f d = f (avec l'hypothèe d'un flux tatoque contant). An à pat de (3.2), on obtent le expeon uvante d q = - = - M L M L d q + f L (3.4) S l'on néglge la étance du tato, ce qu et une hypothèe valable pou le machne de moyenne et gande puance utlée dan l'énege éolenne [28]. En tenant compte de l oentaton du flux et de la tenon du tato (valeu contante, mpoé pa le éeau) elon la fgue (3.1), on peut éce d apè le deux pemèe équaton du ytème (3.1) ce qu ut: V V d q = = df dt w f = 0 (3.5) = V D où V f = (3.6) w 37

47 Chapte 3 Commande Vectoelle de la Généatce à Inducton Double Almentée En njectant (3.6) dan (3.2), on aua f f M V d = L I d + Lw q = L I q (3.7) En emplaçant le expeon (3.5) et (3.6) dan (3.3), on obtent P = -V M q L Q = -V M d L f + V L = -V M d L + V 2 L w (3.8) Il eot de l expeon (3.8) que le contôle de puance actve et éactve au tato et découplé. La puance actve au tato podute pa la machne et contôlée pa la compoante q. S la tenon et la féquence ont mpoée pa le éeau, la puance éactve peut ête contôlée pa la compoante d et éventuellement contôlée à zéo pou obten un facteu de puance untae au tato. En emplaçant (3.7) dan le expeon de tenon otoque dan le ytème d'équaton (3.1) on a:. V d V q d = d R d + L dt - g w L q d q = R q + L + g w dt L M V d + g L (3.9) D apè (3.9), la commande vectoelle de la GIDA event alo à contôle le deux puance P et Q pa le compoante V d et V q. A Pat de équaton (3.8) et (3.9), on peut établ le chéma bloc de la GIDA, vo Fg. (3.2). 38

48 Chapte 3 Commande Vectoelle de la Généatce à Inducton Double Almentée MV g L V q R 1 + L I q - M V L P V d R 1 + L g w L g w L I d - M V L 2 V L w Q Fg. (3.2) Schéma bloc de la GIDA ou le contante du flux et de la tenon oenté S l'on obeve le chéma de la Fgue (3.2), on 'apeçot que le couant otoque ont lé M V aux puance actve et éactve pa le teme L. Le modèle (3.9) et non lnéae à caue de teme de couplage gw L q et gw L d. Le teme de couplage condéé ont ouvent condéé comme de petubaton à compene pou obten une commande découplée,.e. en élmnant le nteacton ente la commande de puance decte et en quadatue. Pou éale la commande bouclée, de égulateu claque de type PI ont utlé. Ce type de égulateu aue une eeu tatque nulle gâce à l acton ntégale tand que la apdté de la épone et étable pa l acton popotonnelle [28]. Une tuctue pa boucle mbquée ea utlée pou pouvo contôle épaément le puance Q et P. A cet effet, deux mode de contôle ont popoée: COMMANDE DIRECTE Dan le contôle vectoel dect, l dée u la égulaton conte à contôle ndépendamment et dectement le puance P et Q de la GIDA, dan lequel on néglgea 39

49 Chapte 3 Commande Vectoelle de la Généatce à Inducton Double Almentée le teme de couplage. Le chéma de la fgue (3.3) péente le pncpe de la commande dte decte. P ef Régulateu_P * V q gm V L R V Mω PWM & Conveteu GIDA P me Meue de puance actve et éactve Q me Réeau Q ef Régulateu_Q * V d Fg. (3.3) Schéma de pncpe de la commande decte La gandeu eentelle à contôle avec une gande dynamque et la puance actve, ca elle pemetta à la machne de fonctonne à a puance maxmale afn d obten un bon endement de l enemble du ytème. Cependant, l et au néceae de ben contôle la puance éactve de ote que a congne ea mantenue nulle pou éale un facteu de puance untae côté tato COMMANDE INDIRECTE Afn d'améloe la commande pécédente, on ntodut un algothme de commande ndecte de puance actve et éactve de la GIDA en foncton de couant otoque, d où le teme de couplage gw L q et gw L d condéé comme étant de petubaton non néglgeable, et eont compené. La commande, an découplée, et éalée au moyen de égulateu PI. Il exte deux méthode de découplage en boucle ouvete et en boucle femée pou contôle le puance tatoque. En boucle ouvete, le puance ne ont pa contôlée et elle le devennent en boucle femée. 40

50 Chapte 3 Commande Vectoelle de la Généatce à Inducton Double Almentée A. La commande ndecte en boucle ouvete Le chéma de l'enemble commande bloc découplage machne et lluté u la fgue Dan cette méthode, le découplage e fat au nveau de ote de égulateu en couant otoque an aucun etou au ytème, en mpoant le tenon de éféence V * et * d V q qu convennent. De ce fat, la commande pa boucle mbquée (ntene) qu contôle le couant et alo applquée à la GIDA pou de aon de écuté de fonctonnement [28]. En oute, la commande ndecte an bouclage de puance (en boucle ouvete) pemet de contôle épaément le couant puance P et Q en boucle ouvete. d et q en boucle femée et le g.w.l. d Q ef P ef V 2 L w - LS M.VS - LS M.VS * q * d PI PI g.m.vs L * V q * V d PWM & Conveteu d q Meue de couant GIDA P me Q me Réeau g.w.l. q Fg. (3.4) Schéma de la commande ndecte an contôle de puance B. commande ndecte en boucle femé Dan cette méthode, le découplage e fat au nveau de ote de égulateu en couant otoque avec un etou du ytème. Qu pemet le églage de puance, on dtngue donc, une commande pa boucle en cacade de la puance et du couant otoque pou chaque axe, puqu'elle pemet de contôle épaément le couant d et q et le puance Q et P en boucle femé. Le chéma mplfé de l'enemble commande-bloc découplage-machne [38]-[41] et lluté u la fgue (3.5). 41

51 Chapte 3 Commande Vectoelle de la Généatce à Inducton Double Almentée g.w.l. I d Q ef P ef Régulateu_Q Régulateu_P V 2 L w - L S M.VS - L S M.VS * q * d PI PI g.m.v S L * V q * V d PWM & Conveteu q Meue de couant d GIDA Meue de puance actve et éactve P me Q me Réeau g.w.l. I q Fg. (3.5) Schéma de la commande ndecte avec contôle de puance 3.4 SIMULATION La commande ndecte en boucle ouvete 1. Tet à vtee fxe Pou valde note appoche, le ea de mulaton u la machne de 7.5kW eont défn elon le cahe de chage uvant : ü La DFIG et entaînée à vde à la vtee de 1450 t/mn. ü pou la puance actve : à t=1 : échelon de puance actve (P ef pae de 0 à 2000W). à t=2 : échelon de puance actve (P ef pae de 2000 à 7500W). à t=4 : échelon de puance actve (P ef pae de 7500 à 5500W). ü Pou la puance éactve : La congne de la puance éactve et mantenue a zéo le long de mulaton afn d'aue un facteu de puance untae coté tatoque. Q ef = 0 VAR. 2. Réultat La Fgue (3.6) epéente la puance actve et éactve du tato et la Fgue (3.7) epéente le couant otoque dect et quadatque à vtee de otaton fxe. 42

52 Chapte 3 Commande Vectoelle de la Généatce à Inducton Double Almentée Puance actve tatoque (W) t() Puance eactve tatoque (VAR) t() Fg. (3.6) Suv de congne de puance actve et éactve tatoque Couant otoque en quadatque (A) t() Couant otoque en dect (A) Iq ef Iq Id ef Id t() Fg. (3.7) Le allue de couant otoque dect et quadatque. 3. Tet à vtee vaable La GIDA et entaînée à vde à la vtee de 300d/, [vo Fg. (3.7)], apè 1 une puance P = W et njectée au éeau. Apè 2.5, à la même puance, la vtee et édute à 150 d/. La puance éactve et mantenue à zéo. 43

53 Chapte 3 Commande Vectoelle de la Généatce à Inducton Double Almentée 350 l'évouluton de la vtee otoque (Rad/) t() Refeence de la puance actve tatoque (Wat) t() Fg. (3.8) Le éféence de la vtee otoque et de la puane actve tatoque 4. Réultat La Fgue (3.9) epéente la puance actve et éactve du tato à vtee de otaton vaable P(W) Changement de la vtee 1000 Q(VAR) Fg. (3.9) Le puance actve et éactve tatoque Intepétaton de éultat On emaque une bonne pouute de puance actve et éactve du tato que e ot à vtee fxe [vo Fg. (3.7)]. Pendant la vaaton de vtee cette pouute et mauvae [vo 44

54 Chapte 3 Commande Vectoelle de la Généatce à Inducton Double Almentée Fg. (3.8)].. On contat une fable eeu tatque. La puance éactve et qu et mantenue à 0 kvar ce qu coepond ben à un facteu de puance untae. Le couant du oto uvent une évoluton nomale uvant le puance actve et éactve du tato Fg. (3.7) La commande ndecte en boucle femée ü La DFIG et entaînée à vde à la vtee de 1450 t/mn. ü pou la puance actve : à t=1 : échelon de puance actve (P ef pae de 0 à 2000W). à t=2 : échelon de puance actve (P ef pae de 2000 à 7500W). à t=4 : échelon de puance actve (P ef pae de 7500 à 5500W). ü Pou la puance éactve : La congne de la puance éactve et mantenue a zéo le long de mulaton afn d'aue un facteu de puance untae coté tatoque. Q ef = 0 VAR. La Fgue (3.10) epéente le puance actve et éactve du tato et la Fgue (3.11) epéente le couant otoque dect et quadatque à vtee de otaton fxe P(W) temp() Q(VAR) temp() Fg. (3.10) Le puance actve et éactve tatoque. 45

55 Chapte 3 Commande Vectoelle de la Généatce à Inducton Double Almentée Id ef Id Iq(A) 10 Id(A) Iq Iq ef temp temp Fg. (3.11) Le couant dect et quadatue otoque Intepétaton de éultat de mulaton obtenu On emaque une bonne pouute de puance actve et éactve du tato que e ot à vtee fxe ou vaable [vo Fg. (3.9)]. On contate que l eeu tatque et nulle. La puance éactve et qu et mantenue à 0 VAR ce qu coepond ben à un facteu de puance untae. Le couant du oto, Fg. (3.11), ont une dynamque plu apde pa apot à ceux en BO Fg.(3.7) CONCLUSION Pam le avantage de la GIDA et l utlaton d un eul conveteu de puance édute au oto aocé à une commande vectoelle mple où l on peut contôle le flux d énege à vtee vaable. Le découplage ente la puance actve et éactve du tato pemet de gade le facteu de puance pè de l'unté. La mulaton de la commande vectoelle met en exegue le capacté de la GADA à tavalle en généatce couplée au éeau. Ma l et néceae de connaîte le lmte de ce capacté, cec fea l objet du chapte uvant. 46

56 Chapte 4 Capacté de Puance de la GIDA CHAPITRE 4 LA CAPACITE DES PUISSANCES DE LA GENERATRICE A INDUCTION DOUBLE ALIMENTEE 4.1 INTRODUCTION Ben que le capacté de puance du généateu ynchone ont été ntenvement étudée, le capacté de puance de la généatce à nducton double almentée (GIDA) ont peu connue. Ce gene de généateu et lagement épandu dan le applcaton à vtee vaable tel que l'énege éolenne, et e poblté de puance éactve dovent ête connue afn de pojete le poblté éactve de feme de vent elon le exgence de code de éeaux électque. Le puance actve et éactve de la GIDA peuvent ête expmée en foncton de tenon tatoque et otoque, pemettant la epéentaton gaphque de lmte de la capacté de puance d une manèe analogue à celle du généateu ynchone. Pendant le denèe année, la confguaton la plu utlée dan de pojet de puance a été la GIDA. Dan la lttéatue, cette confguaton et connue comme type C qu et monté u le fgue (4.1), [42]. L'avantage pncpal de cette confguaton et qu'l pemet l'opéaton de vaable-vtee. Le conveteu almentent le ccut de bae féquence de oto de la glle. Le conveteu ont patellement meué exgeant une puance évaluée envon de 30% de l'etmaton de généateu. Habtuellement, le glement va ente 30% à la vtee hypo-ynchone et -30% à la vtee hype-ynchone [43]-[51]. 47

57 Chapte 4 Capacté de Puance de la GIDA P P mec Réeau (U, f) ~ P gen Hype-Synchone P < 0 Bu contnu GIDA Sytème d entaînement P > 0 Hypo-Synchone Conveteu côté éeau Conveteu côté oto Fg. (4.1) Confguaton de la GIDA couplée u un éeau nfn. Généalement, le conveteu du côté éeau et commandé pou avo un facteu de puance untae et avec une tenon du bu contnu contante. Le conveteu du côté oto et habtuellement commandé pou contôle la puance actve et éactve du tato de la GIDA. On uppoe que ce conveteu fount de tenon tphaée nuoïdale à la féquence de glement. Pa conéquent, uppoant que le conveteu ont an pete, la puance nette njectée pa le généateu à la glle et donné comme ut : P Q gen gen = P = Q - P (4.1) Où P et Q ont le puance actve et éactve du tato. P et la puance actve njectée pa le conveteu du côté oto de la GIDA. 4.2 MODELE DE GIDA EN REGIME PERMANANT Afn de compende le lmte de capacté de la machne, une analye en égme pemanant du modèle de la GIDA et néceae. Le modèle de la GIDA et développé dan le éféentel ynchone, donc toute le vaable ont contnue. Pa conéquent, le chéma équvalent en égme pemanant de la GIDA peut ête obtenu, le équaton équlbée uvante ont obtenue. 48

58 Chapte 4 Capacté de Puance de la GIDA V V V d q V g d q g = -R = -R d q R = g R = g d q + X - X + X - X q d m q m d - X + X - X + X m q m d q d (4.2) Rappelant que la elaton ente le vaable peuvent ête epéentée vectoellement pa de phaeu [52], [53]. An, en utlant le équaton (4.2), on obtent le équaton uvante : V = -( R V g R = ( g + jx ) + jx ) + jx - jx m m (4.3) Le équaton (4.3) défnent le modèle de la GIDA en égme pemanant (vo Fg. (4.2)). V R jx l jx m g R jx l V g Fg. (4.2) Schéma équvalent de la machne à nducton double almentée. 4.3 ETUDE ANALYTIQUE PAR CIRCUIT EQUIVALENT Suppoant que le en de couant de la machne ont défn comme l ndque la fgue (4.2), la puance électomagnétque qu tavee l entefe et njectée pa la ouce g V apè qu on etanche le pete dan la étance g R, alo on peut éce : V g * Pem = Â( ) - R g 2 (4.4) Avec  et la pate éelle. La puance électomagnétque peut ête écte comme ut [42] : 49

59 Chapte 4 Capacté de Puance de la GIDA em mec * P = P + Â( V ) - R 2 (4.5) En compaant (4.4) et (4.5), la puance ea: P mec 2 ( P - R ) 1- g = (4.6) g La fgue (4.3) epéente le chéma équvalent modfé dont le quel et péenté la puance mécanque et la puance njectée pa le conveteu coté oto. La puance au tato et égale à (P mec + P - P loe = P ) Þ P gen =P - P =P mec - P loe ) ( 1- g) V g ( 1- g) R g V R jx l jx m R g jx l Puance mécanque V Puance électque otoque Fg. (4.3) Schéma équvalent modfé de la GIDA Le endement (h) de la GIDA dépond de on mode de fonctonnement. S elle fonctonne en moteu alo P gen > -P mec, pa conte en généateu P gen < -P mec, donc : P P - P gen mec loe h gen = = (4.7) Pmec Pmec ( 1- g) 2 1 P - R g g h gen = (4.8) 2 ( 1- g) ( P - R) g Dan le ca ou V =0, on etouve le endement de machne à nducton à oto en cout-ccut 50

60 Chapte 4 Capacté de Puance de la GIDA 1 h gen = (4.9) ( 1- g) -1 mot gen - Celu du moteu et l nvee : h = h = ( 1 g). 4.4 LES PUISSANCES ACTIVE ET REACTIVE DE LA GIDA Afn de compende l'effet de tenon du oto, la puance actve et éactve délvé pa le généateu et obtenue pou deux ca. Dan le peme, on uppoe que V d =0 tand que V q vae de -20V à +20V. Dan le econd, on uppoe que V q =0 tand que V d vae de -20V à +20V. Le fgue (4.4) et (4.5) epéentent le puance actve et éactve généée pa la GIDA pou dfféente tenon otoque V d et V q augmentaton de Vq augmentaton de Vq Puance généée (W) puance éactve du tato (VAR) glement (g) glement (g) Fg. (4.4) Le puance généée en foncton du glement pou dfféent V q avec V d = augmentaton de Vd 0 augmentaton de Vd Puance actve généée (W) Puance éctve du tato (VAR) glement (g) glement (g) Fg. (4.5) Le puance généée en foncton du glement pou dfféent V d avec V q = 0. 51

61 Chapte 4 Capacté de Puance de la GIDA 52 Quand la tenon de oto Vq augmente, la caactétque actve de la puance et décalée ve le haut, c.-à-d., une puance plu actve change de en, cependant, une puance plu éactve et généée pa la machne (vo Fg (4.4)). S la tenon du oto Vd augmente, la caactétque de puance éactve et décalée ve le haut, et change de en. La puance actve augmente et dépond du égme de fonctonnement hypo/hype ynchone (vo Fg (4.5)). Ce éultat montent la capacté de la GIDA à podue de la puance éactve. En plu, l et évdent l extence d un couplage fot ente le deux pae (P gen, V q ) et (Q gen, V d ) et un couplage fable ente le deux pae (P gen,v d ) et (Q gen,v q ). 4.5 CAPACITES DES PUISSANCES P_Q DE LA GIDA La capacté en puance éactve de la machne à nducton double almentée et mlae à celle du généateu ynchone. Elle dépendent de la puance actve podute, du glement et de lmtaton due aux couant tatoque et otoque maxmaux an que la tenon du oto maxmal [52] et [53]. Afn de compende la coube de capacté de puance, le elaton uvante ont obtenue à pat du chéma équvalent (Fg. (4.2)). ú û ù ê ë é ú ú û ù ê ê ë é = ú ú û ù ê ê ë é m m jx g R jx jx jx R g V V ) ( ) ( (4.10) ú ú û ù ê ê ë é = ú û ù ê ë é g V V Y (4.11) ú û ù ê ë é = ú û ù ê ë é ú ú ú ú û ù ê ê ê ê ë é = ú ú ú û ù ê ê ê ë é 2 m m m V G V jx R X jx g R jx R jx jx R jx jx R 1 g V ) ( (4.12) ú û ù ê ë é = ú û ù ê ë é ú ú ú ú ú û ù ê ê ê ê ê ë é = ú ú ú û ù ê ê ê ë é m m m 2 m m V B V jx jx R jx 1 jx X jx R jx g R jx jx g R g V ) )( ( (4.13) Avec Y=Z -1

62 Chapte 4 Capacté de Puance de la GIDA Condéant que le conveteu et le bu contnu ont an pete et le conveteu de côté éeau et fonctonne à facteu de puance untae. Toute la puance njectée pa la généatce à nducton double almentée et égale à S S - Â{ S } gen = où S et la puance appaente au tato et S et la puance appaente au oto. En utlant l'équaton (4.12), ce puance ont défne pa, S -1 - jx = V = V (4.14) * * 2 m * ( G11V + G12 ) = V + V R - jx R - jx S 2 * * jgx m * R Xm 2 = V = V ( G11V + G12) = V + g( + jx + ) (4.15) R + jx g R + jx Généalement, R<<X et R <<X. Le étance de équaton (4.14) et (4.15) peuvent ête néglgée. An la puance du oto P = Â( S )» gâ( S ) = gp. La fgue (4.6), epéente le flux de puance dan la GIDA pou le mode de fonctonnement hypo et hype-ynchone. En éumé, S = S - gp. gen P mec P P gen» (1-g)P GIDA P» gp g > 0 (hypo-synchone) g < 0 (hype-synchone) Fg. (4.6) Flux de puance dan la machne à nducton double almentée. 1. Couant tatoque maxmal: On uppoe que le vecteu de tenon tatoque et la éféence de phae V = V e j0, le couant otoque = I e - jg, le couant tatoque pa le généateu et obtenu comme ut = I e - jl, la puance appaente njectée 53

63 Chapte 4 Capacté de Puance de la GIDA * S = V (4.16) * * S = V = g B V + B )( B V + B ) (4.17) ( 11 S Le équaton (4.16) et (4.17) epéente une ellpe dont le centée à l'ogne dan le plan P- Q. Pou I =I max on peut défn la 1 e lmte de fonctonnement. Fg. (4.7) Puance actve généée Pen (W) Hypo-ynchone I _max Hype-ynchone Puance éactve généée Qen (VAR) Fg. (4.7) La capacté de la GIDA en foncton du couant tatoque maxmal 2. Couant otoque maxmal: La puance appaente peut ête éécte en foncton du couant otoque comme ut : S gen 2 V» jx V» jx 2 V = - j X X + X X + X 2 m m * V I - gâ( S ) * V I X + ( 1- g) X - gâ( S ) m V I X co d + j X m V I n d (4.18) 54

64 Chapte 4 Capacté de Puance de la GIDA L équaton (4.18) epéente une ellpe dont le cente et (0, I =I max on peut défn le lmte de la capacté de la GIDA (vo Fg. (4.8)). 2 V ) dan le plan P-Q. Pou X 1000 Puance actve généée (W) V ( 0, X ) Hypo-ynchone Hype-ynchone I _max Puance éactve généée (VAR) Fg. (4.8). La capacté de la GIDA en foncton du couant otoque maxmal La Fgue (4.9) epéente le coube de la capacté pou de vtee hypo-ynchone et hype-ynchone dan le plan P_Q. utlant le deux lmte cté pécédemment pou défn le capacté de la GIDA. La lmte de la capacté Puance actve généée (W) Puance éactve généée (VAR) Fonctonnement hypo-ynchone Fg. (4.9) La lmte de la capacté de la GIDA Puance actve généée (W) Puance éactve généée (VAR) Fonctonnement hype-ynchone 55