Modélisation et commande d une génératrice synchrone à aimant permanant pour la production et l injection des énergies offshores dans un réseau

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Roger Ménard
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89 juille 04, h Moélisio e oe ue géérrie syhroe à i er our l rouio e l ijeio es éergies offsho s u réseu Morlye Sekou AMARA, Mou Bïlo AMARA, Bryi DAYO, Hi GUAOUS, boroe GREAH, Uiversié e Hvre, e

1 89 juille 04, h Moélisio e oe ue géérrie syhroe à i er our l rouio e l ijeio es éergies offsho s u réseu Morlye Sekou AMARA, Mou Bïlo AMARA, Bryi DAYO, Hi GUAOUS, boroe GREAH, Uiversié e Hvre, e Hvre, Fre boroe USA, IUT e herbourgoeville Uiversié e e, Fre rsekou0@gil.o, r@uivlehvre.fr, bryi.kyo@uivlehvre.fr RESUME e rile rie l uilisio ue Géérrie Syhroe à Ai Per our l rouio éergie éoliee offshore e l ijeio e l éergie rouie s u réseu ifii. objeif e e rvil es e fe l oélisio e l siulio u sysèe e rouio éergie éoliee e e oe es robléiques e rouio es éergies offsho qui so ere u : les robléiques ereie e l géérrie ; les robléiques e vriios e e fore viesse u ve. oribuio e e rile es riilee bsée sur l srégie e orôle u sysèe e rouio éergie bsé sur l Mhie Syhroe à Ai Per (). Pour orer les erfores es orreeurs PI, quelques résuls e siulios u sysèe Turbie e 5MW so réseés e lysés. MOTSES : Eergie offshore, Eergie éoliee, Mhie syhroe à i er, Puisse ive, uisse réive, Ijeio éergie offshore s le réseu.. Irouio éolie offshore érré e reier e Euroe, uiue l reière fere offshore éé osruie e 99 à u Derk, e que l lur es 5 feres e oério à l fi e l ée 0 so lolisées e Euroe. E effe, o oi u eu lus e 4 GW éolie offshore isllé s le oe à l fi e l ée 0, o,8 GW e Euroe, riilee u Derk e u RoyueUi. e erier é eveu es eriè ées l loooive euroéee []. Auellee, les géérries les lus uilisées s l rouio éergie éoliee so bsées sur l géérrie syhroe à ouble lieio e elle syhroe à i er. Fe ux robléiques e l rouio es éergies éoliees ou hyroliees offsho, l géérrie syhroe à i er résee es vges qui so ere ure [] : l bsee e ui exiio ; l bsee e ulilieur e viesse ; fible ereie. Quelques ehologies bsées sur l syhroe à i er exise éjà. es le s e l offshore Arev M5000 [], uilis ue hie syhroe à i er e 5MW e e esio oile. k ve overisseur PS e lefore ABB 6000 es e vee euis l fi e 009 [4,5]. Ds e rile, les ueurs roose ue éue e oélisio e e siulios ooreeles u sysèe e rouio es éergies offsho bsé sur ue hie syhroe à i er oeé u réseu. e sysèe éuié es réseé r l Figure.. Il ore: ue urbie oeée à ue hie syhroe à i ere() e 5MW ss ulilieur e viesse ; u overisseur sique u ôé e l géérrie jou le rôle e reseur (M); u overisseur sique u ôé réseu jou le rôle ouleur (R) ; le réseu s lequel es ijeée l éergie rouie. Turbie e Ω Is M Ire Io Io R Trsforeur I Réseu Fig.: Sysèe e rouio éergie offshore.

fr RESUME e rile rie l uilisio ue Géérrie Syhroe à Ai Per our l rouio éergie éoliee offshore e l ijeio e l éergie rouie s u réseu ifii.

2 . Moélisio es élées u sysèe. Moèle e l urbie e e l Mhie Syhroe à Ai Pere uisse héorique liquée à l urbie es oée r (), où ρ es l sse voluique e l', S es l surfe ule blyée r l urbie; β es l'gle e lge es les, v es l viesse u ve e [ / s], [6]. P ( λ, β ) ρ S v () e ror ere l viesse e l urbie e l viesse u ve es exrié r (), où Ω es l viesse e roio e l urbie; R es le ryo es les. Ω λ v R e oeffiie e uisse() résee ue liie héorique e 0,59 elée "liie e Bez". ee liie 'es jis eie s l rique [6]. e oeffiie eu êre esié à l'ie e (), [7]. ( λ, β ) ( ) ( β ) si ( A) () ( λ ) ( β ) π ( λ 0.) A ( β ) e oule éique e l'éoliee obeu à r e l uisse éique es exrié r (4). P Ω équio éique u sysèe es exriée r (5), où J e J résee eivee les oes 'ierie e l urbie e le gééreur; f v es le oeffiie es froees viueux u gééreur; es l viesse e roio u gééreur. Ω (5) ( J J ) f v Ω e e oèle yique e l s le reère q es réseé r (6), où R s es l résise sorique, e q so les iues s le reère q, I e I so les ours soriques, Ω es l viesse élerique e l e φ es le flux rée e l, [8]. I I Rs Ω q Ω R s q q I I U U Ω ϕ q Ds le re e e rile, les ueurs o oé ue à ôle lisse ( q s ) our les siulios u sysèe e rouio éergie éoliee offshore.. Moèle es overisseurs e u réseu élerique e sysèe réseé r l figure isose eux overisseurs siques o le reseur u ôé e l hie e l ouleur u ôé réseu. e oèle u reseur es oé r (7), où es l ié u bus oiu ; I s,i s e I s so les ours rihsés soriques e l géérrie, S, S b e S so les sigux PWM e I o es le our ouleur. ( S s S b s S s ) I o e oèle e l ouleur es réseé r (8), où s, sb e s so les esios rihsées à l sorie e l ouleur e es l esio u bus oiu. S Sb S S b Sb S b e oèle u réseu es réseé sur l figure. Sur ee figure, le réseu es oeé à l'ouleur u oye 'u rsforeur qui es érilisé r le ror e rsforio. () (4) (6) (7) (8)

/ s], [6]. P ( λ, β ) ρ S v () e ror ere l viesse e l urbie e l viesse u ve es exrié r (), où Ω es l viesse e roio e l urbie; R es le ryo es les.

3 e R N e R e R Fig: Moèle u réseu élerique. e oèle lyique u réseu élerique es réseé r (9), où e, e e e résee l fore éleroorie u réseu, R e so eivee l résise e l'iue es liges. e e e R R R I I I. Srégies e orôle u sysèe e rouio éergie éoliee srégie uilisée ore: le orôle e l viesse e l ; le orôle es uisses ive e réive, le orôle e l esio u bus oiu.. orôle e l viesse e es uisses ijeées s le réseu Pour orôler l viesse e l, l référee oile e l viesse exriée r (0) éé uilisée. ee référee es obeue à r e l ehique e MPPT. srégie e oe e l viesse e l es illusrée sur l figure. Ω ref λ o v (0) P R (9) e λ o R Ωref Ω Moèle Ω J*s f e Fig: Srégie e orôle e l viesse. Pref Iq Ω s Qref Q I Iqref Iref R qref ref ref ref ref PMW Iq I Ouleur Fig4: Srégie e orôle es uisses ijeées. I I I Réseu es oeffiies u réguleur PI obeue à r e l'lyse e boule ferée so exriés s (), où ω e so eivee l yique u sysèe, e le es e réose u sysèe [9]. ξ ω J, 5.8 ω () i ω J es uisses ive e réive ijeées s le réseu so lulées r les équios suives : P Q q e hoix 'u sysèe 'xes élé e 90 e rer sur le veeur e esio u réseu ( 0 e q s ) es beuou lus vgeux [0]. Ave ee orieio, les équios eviee: P s I Q s I q srégie e orôle es uisses ive e réive es réseée sur l Figure4. es oeffiies es PI uilisés s les boules iere e exere so eivee réseés r l équio (4). q q q () ()

. orôle e l viesse e es uisses ijeées s le réseu Pour orôler l viesse e l, l référee oile e l viesse exriée r (0) éé uilisée. ee référee es obeue à r e l ehique e MPPT.

4 i ii R, i.97. Méhoe e orôle e l esio u bus oiu srégie e orôle e l esio u bus es illusrée sur l figure 5, où le our I qref es obeue à r e l boule e oe e l esio e I ref es fixé à zéro our obe u feur e uisse égl à. Reseur (4) Is Ire Io e Is Is Io ref Iref Iref0 PWM Fig5: orôle e l esio u bus oiu. es exsios es oeffiies u orreeur PI uilisé so réseées r (5). 4 Résuls e siulios i ξ ω ω 5.8, ω (5) Pour l siulio u sysèe, l vleur oyee e l viesse u ve es fixée à / s e l référee e l viesse e l urbie éoliee ref es esiée à r e (0). référee e l uisse réive Q ref es eivee fixée à (500 ; 0 ; 500) kar. elle e l uisse ive es fixée à 40 % e l uisse éique e l éoliee. référee e l esio u bus oiu es eivee fixée à 600 e 000. e réseu es suosé e uisse ifiie e qui ere ijeer oue l rouio ss ories. figure 6 ore l vriio e l viesse u ve, où les vleurs iiles e xiles so eivee e 5 / s e 8 / s. e résul u orôle e l viesse éique e l es réseé sur l figure 7. es ourbes ore que l srégie e orôle roosée es sisfise, 'es à e l viesse esurée es que ieique à l référee obeue r l MPPT. figure 8 résee les ours esurés sur le bus oiu, où le our resé I re es ieique u our ijeé s l ouleur. ee églié es ue à l é e hrge u oeseur u bus oiu (I o 0). e résul u orôle e l uisse ive es réseé sur figure 9, où il oe rfiee l ige es ours resé e oulé. e résul u orôle e l esio u bus oiu es réseé sur figure 0 où l esio esurée es ieique elle e l référee. e résul u orôle e l uisse réive es réseé sur figure. Ere 0 e 0 s le sysèe fouri e l uisse réive (Q500kAr) ; e 0 à 0 s, le sysèe es à feur e uisse uie (Q0) e e 0 à 0 le sysèe bsorbe e l uisse réive (Q500kAr). Fig.6: Profil u ve. Fig.7: Résul u orôle e l viesse.

uisse égl à. Reseur (4) Is Ire Io e Is Is Io ref Iref Iref0 PWM Fig5: orôle e l esio u bus oiu. es exsios es oeffiies u orreeur PI uilisé so réseées r (5). 4 Résuls e siulios i ξ ω ω 5.

5 Fig.8: ours esurés sur le bus oiu. Fig.9. orôle e l uisse ive. Fig.0: Résul u orôle e l esio u bus. Fig.: Résul u orôle e l uisse réive. 5. olusio Ds e rile, les ueurs o roosé ue srégie e orôle u sysèe e rouio éergie éoliee offshore bsé sur ue géérrie syhroe à i er. E se bs sur l siliié e l oe r ror à ue hie syhroe à ouble lieio, ue géérrie syhroe à i er seble êre bie ée our les sysèes e rouio es éergies éoliees offsho. es résuls e siulios so sisfiss r ils ore ue boe oore ere les greurs esurées e les greurs e référees. 6. Referees [] Globl Wi Eergy ouil, 0. [].E.A. Silv, D. S. Olive Jr.,.H.S.. Brreo, R.P.T. Bsoé, A Novel Threehse Reifier wih High Power For for Wi Eergy oversio Syses, Power Elerois of., 009, OBEP '09, [] Arev, M5000 Tehil, Prou brohure, 00 [Olie]. Avilble: h:// AREAwi TehilD.f. [4] B. Bklu S. Eber, The wi ower overer for oorrow is lrey here, i EWEA, Brussels, Belgiu, Seeber 0,. 9. [5] ABB, Offshore bu olie, Prou review, 008. [Olie]. Avilble: h://www05.bb.o/globl/so/so7. sf/veriyisly/548e e4574b90065bf0/$file/56 6%08 eg7i.f. [6] F. D. Bihi, H. D. Bis, R. J. Mz, Wi urbie orol syses, Gery, Sriger, 007. [7] B. Sigh S. Shry, Sloe wi eergy oversio syse wih syhroous geeror, Jourl of Power Elerois, vol. 0, o. 5, Se. 00. [8] A. E. Fizgerl,. igsley, S. D. Us, "Eleri Mhiery," New York: MGrwHill, 00. [9] Ti, G. Sri, G. Telleri, M. Suserregui, A., "Mehoology for soohoeio of oubly fe iuio geerors ohe gri", IEEE Trsios o Eergyoversio, 009, 4, [0] T. Sejyu, R. Skoo, N. Urski, Ouu ower levelig of wi urbie geeror for ll oerig regios by ih gle orol, IEEE Trs. Eergy oversio, vol., o., , 006.

E se bs sur l siliié e l oe r ror à ue hie syhroe à ouble lieio, ue géérrie syhroe à i er seble êre bie ée our les sysèes e rouio es éergies éoliees offsho.

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