Magister en : Electrotechnique

انج س ت انجضائش ت انذ مشاط ت انشعب ت République Algéienne Démocatique et Populaie صاسة انتعه ى انعان انبحث انعه Minitèe de l Eneignement Supéieu et de la Recheche Scientifique Univeité Mohamed Khide Bika Faculté de Science et de la technologie Dépatement : Génie électique Ref : جايعت يح ذ خ ضش بسكشة كه ت انعه و انتك ن ج ا قسم : الهندسة الكهربائية المرجع : Mémoie péenté en vue de l obtention du diplôme de Magite en : Electotechnique Option : Enegie Renouvelable Simulation de la commande vectoielle pa égulateu à mode gliant d une chaîne éolienne à bae d une machine aynchone à double alimentation Péenté pa : Bennou Cheif Soutenu publiquement le 19/11/212 Devant le juy compoé de : P. Achou BETKA Pofeeu Péident Univeité de Bika D. Amo BOUREK Maîte de Conféence A Rappoteu Univeité de Bika D. Abdelhamid BENAKCHA Maîte de Conféence A Examinateu Univeité de Bika D. Aezki MENACER Maîte de Conféence A Examinateu Univeité de Bika

Remeciement Le tavaux péenté dan ce mémoie ont été effectué au ein du laboatoie de génie électique de l univeité de Bika (LGEB) Aini, je tien à expime me vif emeciement à Monieu Amo BOUREK, maîte de conféence de l univeité de Bika, pou avoi diigé ce tavail, et pou la confiance et l'intéêt qu'il a témoigné tout au long de la éaliation de ce tavail. Me emeciement ditingué vont à Monieu Achou BETKA, pofeeu de l univeité de Bika, pou m'avoi fait l'honneu de péide le juy. Je emecie vivement Monieu Abdelhamid BENAKCHA, maîte de conféence de l univeité de Bika, pou avoi accepté d'examine ce mémoie. Me vif emeciement vont aui à monieu Aezki MENACER, Maîte de conféence de l univeité de Bika pou avoi accepte d'examine ce tavail en me faiant l honneu de paticipe à ce juy. Enfin je emecie tou ceux qui ont paticipé de pé ou de loin à l'élaboation de ce tavail.

يهخص: زا انع م عانج إشكان ت انتحكى بإستشات ج ت ان ظ اال ضالل تطب م ا ف ظاو تح م انطالت ان ائ ت انزي حت ي عهى ياك ت اليتضاي ت راث تغز ت يضد جت ( انساك ي ص ل يباششة بانشبكت ايا انذ اس فب اسطت يم و عهى انتسهسم يع ي ب(. ز انتم ت جذث فعان ت ا ف تغ ش ب ت اال ظ ت باستخذاي ا نما ان شالبت غ ش انخط ت. ان ذف ي رنك تطب ك ز اإلستشات ج ت نهتحكى ف تبادل انمذسة انفعانت انمذسة انشجع ت نهساك بتغز ت انذ اس ب اسطت يح ل ث ائ االتجا. تائج ان حاكاة انعذد ت انت تى انحص ل عه ا تظ ش اال ت او ان تضا ذ ي زا انتحكى ف أ ظ ت انطالت. كه اث يفتاح : انمذسة. ياك ة اليتضاي ت راث تغز ت يضد جت ان ظ اال ضالق ي انتحكى انشعاع انتحكى ف Réumé : Ce tavail péente une technique de commande pa mode gliant appliquée au ytème de conveion d énegie éolienne équipée d une généatice aynchone à double alimentation. Cette technique touve a plu fote jutification aux poblème d incetitude du modèle pa l utiliation d une loi de commande non linéaie. L objectif et d applique cette commande pou contôle l échange de puiance active et éactive généée pa la machine aynchone avec le éeau en agiant u le ignaux otoique via un convetieu bidiectionnel. Le éultat de imulation numéique obtenu montent l intéêt coiant d une telle commande dan le ytème électique. Mot clé : généatice aynchone à double alimentation, mode gliant, commande vectoielle, contôle de puiance Abtact: Thi wok peent a technique of liding mode contol applied to the ytem of wind enegy conveion equipped with a doubly-fed induction geneato. Thi technique find it tonget jutification fo model uncetainty poblem by uing a nonlinea contol law. The goal i to apply thi command to contol the exchange of active and eactive powe geneated by the doubly-fed induction geneato with the netwok acting on the oto ignal via a bidiectional convete. The numeical imulation eult obtained how the gowing inteet of uch a contol in electical ytem. Keywod: doubly-fed induction geneato, liding mode, oiented flux contol, powe contol.

Notation et ymbole ymbole V : Vitee du vent P V : Denité de pobabilité de la vitee du vent P V k : Facteu de fome de la coube C : Facteu d échelle de la coube P V V moy : Vitee moyenne du vent ff : Féquence de vent clam V 1 V 2 S P P C m mt p R P V n n 1 2 et : Vitee du vent en amont de l aéogénéateu : Vitee du vent en aval de l aéogénéateu : Mae volumique de l ai : Suface balayée pa le pâle : Puiance extaite du vent : Puiance totale du vent : Coefficient de puiance : Rayon de pale : Vitee de otation avant le multiplicateu : Vitee de otation apè multiplicateu : Puiance nominale : Vitee nominale du vent V : Vitee du vent etimée : Vitee de otation etimée de la tubine t.et C. : Couple etimé de la tubine g et V max : Vitee maximale du vent V min : Vitee minimale du vent : Angle de calage opt : Vitee de otation optimale de la généatice min : Vitee de otation minimale de la généatice max : Vitee de otation maximale de la généatice : Vitee pécifique : Vitee pécifique optimale opt P : Vaiation de puiance V : Vaiation de la vitee de vent C : Couple électomagnétique em C : Couple aéodynamique avant multiplicateu ae C : Couple mécanique apè multiplicateu g C : Couple électomagnétique de éféence em ef : Vitee de otation de éféence ef : Vitee de otation de la machine t : Vitee de otation de la tubine F : fonction de tanfèe du égulateu de vitee J : moment d inetie totale

Notation et ymbole J m J t cpmax : moment d inetie de la machine : moment d inetie de la tubine : Vitee pécifique coepondant à Cp max C : Couple éitant dû au fottement V : Vitee du vent en un point t V t : Vitee du vent lentement vaiable V t t : Vitee du vent tubillant L v K C f f v t m t abc : Echelle de longueu de la tubulence : Ecat type de la tubulence : Coefficient d intenité de la tubulence : Coefficient de couple : Coefficient de fottement de la machine : Coefficient de fottement de la tubine V : Tenion imple du tato de la MADA V : Tenion imple du oto de la MADA abc I : Couant du tato de la MADA abc I : Couant du oto de la MADA abc : Flux tatoique de la MADA abc abc : Flux otoique de la MADA R : Réitance d une phae due tato R : Réitance d une phae du oto L : Inductance pope d une phae du tato L : Inductance pope d une phae du oto M : Inductance mutuelle ente phae du tato M : Inductance mutuelle ente phae du tato et du oto M : Inductance mutuelle ente phae du oto M : Inductance mutuelle maximale n : Nombe de paie de pôle p V d, V : Compoante de la tenion tatoique epectivement uivant l axe d et q q V d, V : Compoante de la tenion otoique epectivement uivant l axe d et q q I d, I : Compoante du couant tatoique epectivement uivant l axe d et q q I d, I : Compoante du couant otoique epectivement uivant l axe d et q q q, : Compoante du flux tatoique epectivement uivant l axe d et q q d, : Compoante du flux otoique epectivement uivant l axe d et q q P : Matice de tanfomation diecte de PARK P : Matice de tanfomation invee de PARK 1 coo : Vitee de otation du epèe de PARK : Vitee électique du champ tounant : Vitee électique du oto

Notation et ymbole gl : Vitee angulaie du gliement V : Tenion efficace de la ligne abc R l L l : Réitance de la ligne : Inductance de la ligne S abc : Etat de inteupteu de l onduleu U dc : Tenion aux bone du bu continu (tenion edeée) P Q P Q ef : Puiance active tatoique : Puiance éactive tatoique : Puiance active otoique : Puiance éactive otoique P : Puiance active de éféence tatoique Q : Puiance éactive de éféence tatoique ef S x : Suface de gliement d une vaiable à égule S x : Déivé de la uface de gliement d une vaiable à égule V x : Fonction de Lyapunov S P : Suface de gliement pou puiance active S Q : Suface de gliement pou puiance éactive e x : Eeu ente la éféence et la vaiable à égule u n : Degé elatif de la uface de gliement : Commande dicontinue u : Commande équivalente eq f f g G RMG : Féquence tatoique : Féquence otoique : Gliement : Gain du multiplicateu : égulateu à mode gliant

Sommaie Sommaie : Intoduction généale... 1 Chapite 1 : conveion de l énegie éolienne : pincipe et modéliation de tubine 1. Intoduction... 3 2. Hitoique... 3 3. Deciptif et qualité de l énegie éolienne... 4 3.1 Définition de l énegie éolienne... 4 3.2 Oigine du Vent... 4 3.3 Caactéitique hoizontale du vent... 4 3.3.1 Ditibution de Weibull... 5 3.3.2 Ditibution hybide de Weibull... 5 3.3.3 Ditibution de Rayleigh... 6 4. Le difféent type d éolienne... 6 4.1 Eolienne à axe hoizontal... 6 4.2 Eolienne à axe vetical (VAWT)... 7 5. Pincipaux compoant d une éolienne à axe hoizontal... 7 6. Enegie cinétique du vent et conveion en énegie mécanique... 9 6.1 Loi de Betz notion théoique... 9 6.2 Poduction d énegie mécanique... 11 7. Régulation mécanique de la puiance d une éolienne... 12 7.1 Le ytème «pitch»... 12 7.2 Le ytème «tall»... 13 7.3 Poduction optimale d'énegie... 14 8. Le difféent type d MPPT éolien... 14 8.1 Maximiation de la puiance an la connaiance de la coube caactéitique de la voilue... 15 8.2 Maximiation de la puiance avec connaiance de la coube caactéitique de la voilue... 15 8.3 Maximiation de la puiance avec aeviement de la vitee... 15 8.4 Maximiation de la puiance an aeviement de la vitee... 16 9. Type de machine électique... 16 9.1 Généatice aynchone à cage... 17 9.2 Machine aynchone à double alimentation (MADA)... 18 9.3 Généatice ynchone... 19 1. Avantage et inconvénient de l énegie éolienne... 2 11. Modéliation de la patie mécanique de la chaîne de conveion... 21 11.1 Modéliation de la vitee du vent... 21 11.1.1 Expeion du vent en un point fixe... 21 11.1.2 Filte patial... 22 11.2 Modèle de la tubine...24 11.2.1 Modéliation de l abe de la machine...25 11.2.3 Modéliation du multiplicateu... 25 12. Concluion... 26

Sommaie Chapite 2 : Etude et modéliation de la machine aynchone à double alimentation 1. Intoduction... 27 2. Stuctue de la machine... 27 3. Pincipe de fonctionnement de la machine aynchone à double alimentation... 27 4. Claification de machine à double alimentation... 28 5. Domaine d application de la MADA... 29 5.1 Fonctionnement moteu pou application indutiel... 29 5.1.1 Fonctionnement en moteu avec deux convetieu... 3 5.1.2 Fonctionnement en moteu avec un eul convetieu... 3 5.2 Sytème de généation éolienne à vitee vaiable... 31 6. Difféente tuctue d alimentation de la MADA dan le ytème éolien... 32 6.1 Machine aynchone à double alimentation «type buhle»... 32 6.2 MADA à énegie otoique diipée... 32 6.3 Stuctue de kame... 33 6.4 Stuctue de Schebiu avec convetieu MLI... 33 6.5 Stuctue de Schebiu avec cyclo-convetieu... 34 6.6 Convetieu Maticiel... 34 7. Mode de fonctionnement de la MADA... 35 7.1 Fonctionnement en mode moteu hypoynchone... 35 7.2 Fonctionnement en mode moteu hypeynchone... 35 7.3 Fonctionnement en mode généateu hypoynchone... 36 7.4 Fonctionnement en mode généateu hypeynchone... 36 8. Modéliation de la machine à double alimentation... 37 8.1 Hypothèe implificatice... 37 8.2 Modèle de la MADA dan le epèe abc... 37 8.3 Changement de epèe... 4 8.3.1 Tanfomation de Pak... 4 8.3.2 Equation électique et magnétique dan le ytème d axe (d, q)... 41 8.4 Choix du éféentiel... 42 8.5 Modèle biphaé de la MADA lié au champ tounant... 42 8.6 Mie ou fome d équation d état... 44 9. Simulation de la machine aynchone a double alimentation... 44 1. Modéliation de l alimentation de la MADA commandée pa le oto... 48 1.1 Stuctue généale du edeeu MLI... 49 1.1.1 Pincipe de fonctionnement en edeeu MLI... 5 1.1.2 Repéentation fonctionnelle du edeeu MLI dan le éféentiel tiphaé.. 51 1.1.2 Réultat de imulation... 53 1.2 Modéliation de l onduleu tiphaé à MLI... 53 11. Concluion... 55 Chapite 3 : contôle de la puiance active et éactive pa de égulateu PI 1. Intoduction... 56 2. Pincipe de la commande vectoielle... 57 3. Modèle de la MADA avec oientation du flux tatoique... 57 3.1 Choix du éféentiel pou le modèle diphaé... 58 4. Réultat de imulation... 61

Sommaie 4.1 Eai 1 : fonctionnement à vitee fixe... 61 4.1.1 Intepétation de éultat... 64 4.2 Eai du fonctionnement en MPPT... 64 4.2.1 Statégie MPPT... 64 4.2.2 Réultat de imulation... 65 4.2.3 Intepétation de éultat... 68 5. Concluion... 68 Chapite 4 : contôle de la puiance active et éactive pa de égulateu à mode gliant 1. Intoduction... 69 2. Pincipe de la commande pa mode de gliement de ytème à tuctue vaiable... 69 3. Conception de la commande pa mode de gliement... 7 3.1 Choix de uface de gliement... 71 3.2 Condition de convegence... 7 3.3 Fonction de Lyapunov... 72 4. Détemination de la loi de commande... 72 4.1 La commande équivalente... 72 4.2 La commande dicontinue de bae... 74 5. Utiliation du RMG pou le contôle de la puiance active et éactive de la MADA... 76 5.1 Contôle de la puiance active... 77 5.2 Contôle de la puiance éactive... 77 5.3 Calcul de paamète K Vq et K Vd... 78 6. Réultat de imulation... 8 6.1 Eai de fonctionnement à vitee fixe... 8 6.1.1 Intepétation de éultat... 82 6.2 Eai de fonctionnement en MPPT... 82 6.2.1 Intepétation de éultat... 85 7. Compaaion ente la commande pa égulateu PI et RMG... 86 7.1 Vaiation de la éitance otoique... 87 7.2 Vaiation de la vitee du vent... 88 8. Concluion... 89 Concluion généale... 9 Annexe Bibiliogaphie

Lite de figue : Lite de figue : Fig.1.1: Conveion de l'énegie cinétique du vent... 4 Fig.1.2 :Type de montage de la voilue a) upwind b) downwind... 7 Fig.1.3 :Tubine à axe vetical... 7 Fig.1.4 : pincipaux patie d'une éolienne... 8 Fig.1.5: Tube de couant autou d'une éolienne... 9 Fig.1.6: Coefficient de puiance... 1 Fig.1.7: Coefficient de puiance pou difféent type d éolienne... 1 Fig.1.8: Puiance théoique diponible pou un type d'éolienne donné... 11 Fig.1.9 :Caactéitique puiance/vitee du vent d une éolienne claique... 12 Fig.1.1 La caactéitique d une éolienne en fonction de pou difféente valeu de.. 13 Fig.1.11 : Puiance founie d une éolienne en fonction a la vitee... 13 Fig1.12 : Loi de commande optimale d'une éolienne à vitee vaiable... 14 Fig.1.13 : bouclage de la geneatice au éeau... 14 Fig.1.14 : Sytème éolien baé u la machine aynchone à cage... 17 Fig 1.15: Sytème éolien baé u la machine aynchone à cage à féquence vaiable... 18 Fig.1.16 : Sytème éolien baé u la machine aynchone à oto bobiné vaiation de la vitee de otation pa églage de la éitance du oto... 18 Fig.1.17: Sytème éolien baé u la machine aynchone à double alimentation égulation de la vitee de otation pa action u le gliement... 19 Fig.1.18 Sytème éolien baé u la machine ynchone à aimant pemanent... 19 Fig.1.19 : Sytème éolien baé u la machine ynchone... 2 Fig.1.2: Contuction d une éie tempoelle de la vitee du vent... 22 Fig.1.21 : Pofil de vent dué de 3... 23 Fig.1.22 : définition de 3 niveaux du vent avant et apè le filte patial... 23 Fig.1.23 : (a) Coefficient de la puiance et (b) puiance mécanique de la tubine... 25 Fig 1.24 : Schéma ynoptique du modèle dynamique de la tubine éolienne... 26 Fig.2.1 : Stuctue du tato et de contact otoique de la MADA... 27 Fig.2.2 : Schéma de pincipe d une imple MADA... 28 Fig.2.3 : Schéma de pincipe de deux MADA en cacade... 28 Fig.2.4: Schéma de pincipe de deux machine aynchone eliée mécaniquement et électiquement pa le oto... 29 Fig.2.5: Schéma d un ytème utiliant une MADA en moteu alimenté pa deux convetieu... 3 Fig.2.6 : Schéma d un ytème utiliant une MADA en moteu alimenté pa un eul convetieu... 31 Fig..2.7 : Schéma de l alimentation de la MADA pou une application généatice... 31 Fig. 2.8 : Machine aynchone à double bobinage au tato... 32 Fig.2.9 : Vaiation de la vitee pa églage de la éitance du oto... 32 Fig.2.1 : Stuctue de kame... 33 Fig.2.11: Stuctue de Schebiu avec convetieu MLI... 33 Fig.2.12: Stuctue de Schebiu avec cycloconvetieu... 34 Fig.2.13: Stuctue avec convetieu maticiel... 35

Lite de figue : Fig.2.14 :Fonctionnement en mode moteu hypoynchone... 35 Fig.2.15 :Fonctionnement en mode moteu hypeynchone... 36 Fig.2.16 :Fonctionnement en mode généateu hypoynchone... 36 Fig.2.17 :Fonctionnement en mode généateu hypeynchone... 36 Fig.2.18 :Repéentation chématique d une MADA... 37 Fig.2.19 :Repéentation de la MADA dan le epèe de Pak... 4 Fig.2.2 :Compoante du flux tatoique... 45 Fig.2.21 :Compoante du couant tatoique... 45 Fig.2.22 : Vitee et couple électomagnétique... 45 Fig.2.23 :Puiance active et éactive du tato... 46 Fig.2.24 :Vitee et couple électomagnétique... 47 Fig.2.25 :Couant tatoique et otoique... 47 Fig.2.26: Stuctue d alimentation de la MADA pa un cacade onduleu- edeeu MLI... 47 Fig. 2.27 :Signal de poteue et le ignaux de éféence... 48 Fig.2.28 : Modulateu MLI à bande d hytééi... 48 Fig.2.29 : Schéma de pincipe d un edeeu MLI... 49 Fig.2.3 : Schéma fonctionnel d un edeeu MLI... 5 Fig.2.31 : Redeeu MLI tiphaé et a commande... 53 Fig.2.32 : Allue de la tenion du bu continu U dc et du couant de chage i ch... 53 Fig.2.33 : Tenion de otie d une phae de l onduleu... 54 Fig.3.1 : Oientation de flux tatoique... 58 Fig.3.2 : Schéma bloc de la tuctue de commande pa oientation du flux tatoique de la MADA alimentée en tenion... 61 Fig.3.3: Vitee de otation et le couant de la phae a du tato... 62 Fig.3.4: Puiance active de tato avec un zoom... 62 Fig.3.5 :Puiance éactive de tato avec un zoom... 62 Fig.3.6 :Couant tatoique elon l axe d et l axe q... 63 Fig.3.7 :Puiance active et éactive du oto... 63 Fig.3.8. : Tenion et le couant otoique... 63 Fig.3.9: Schéma-bloc de la tatégie MPPT an meue de la vitee du vent... 65 Fig.3.1 :Vitee du vent et C t coefficient de puiance C p... 66 Fig.3.11: Couple de la tubine et le couple de la généatice C em... 66 Fig.3.12: Puiance active et éactive du tato avec un zoom... 66 Fig.3.13: Couant d une phae du tato et le gliement g... 67 Fig.3.14: Puiance active et éactive du oto... 67 Fig.3.15: Tenion et le couant otoique... 67 Fig.4.1 : Mode de fonctionnement dan le plan de phae... 7 Fig.4.2 : Tajectoie de l état vi-à-vi de la uface... 72 Fig.4.3 : Schéma fonctionnelle de la commande équivalente... 73 Fig.4.4: Commande équivalente u eq... 74 Fig.4.5 : Fonction «ign»... 74 Fig.4.6 : Commande adoucie «at»... 75

Lite de figue : Fig.4.7 : Commande intégale... 76 Fig.4.8: Schéma bloc de la tuctue de commande pa mode gliant... 78 Fig.4.9 : Puiance active du tato avec un zoom... 8 Fig.4.1 :Puiance éactive du tato avec un zoom... 8 Fig.4.11 :Compoante du couant du oto oto I d et I q... 81 Fig.4.12 :Tenion et couant otoique... 81 Fig.4.13 :Puiance active et éactive otoique... 81 Fig.4.14: Vitee de otation V(m/) et couant du tato... 82 Fig.4.15 :Vitee du vent et coefficient de puiance Cp... 82 Fig4.16 : Puiance active et éactive du tato... 83 Fig4.17 : Puiance active et la puiance éactive du oto... 83 Fig4.18 : Couant et le tenion otoique... 83 Fig4.19: Couple de la tubine et le couple de la généatice... 84 Fig4.2 :Vitee de otation du généatice et le gliement... 84 Fig4.21 :Couant du tato... 84 Fig.4.22 :Puiance active et éactive du tato obtenue pa égulateu PI... 86 Fig.4.23 :Puiance active et éactive du tato obtenue pa RMG... 86 Fig.4.24 :Puiance active et éactive du tato obtenue pa égulateu PI avec une augmentation de 3% de la eitance otoique... 87 Fig.4.25 :Puiance active et éactive du tato obtenue pa RMG avec une augmentation de 3% de la eitance otoique... 87 Fig.4.26 :Pofil du vent utilié... 88 Fig.4.27 :Puiance active et éactive du tato obtenue pa égulateu PI... 88 Fig.4.28 :Puiance active et éactive du tato obtenue pa RMG... 89

Lite de figue :

Intoduction généale Intoduction généale : La coiance contante de la conommation d énegie ou toute e fome et le effet polluant aocié, pincipalement caué pa la combution de énegie foile, ont au cœu de la poblématique du développement duable et du oin de l envionnement dan une dicuion pou l aveni de la planète. Le ecteu de la généation électique et le pemie conommateu d énegie pimaie et le deux tie de e ouce ont de cabuant foile. Il et techniquement et économiquement capable de faie de effot impotant pou éduie le atteinte de l activité humaine u le climat et l envionnement. Une de poibilité et d accoîte le taux de poduction d électicité à pati de eouce de type non-foile et enouvelable [1]. Dan ce contexte généal, note étude intéee à la filièe éolienne qui emble une de plu pometteue avec un taux de coiance mondial tè élevé[2]. Si la filièe du «gand éolien» (feme de fote puiance, ite offhoe, ) et en pleine expanion, l idée de décentalie l énegie en poduiant de petite quantité de façon localiée (poche du beoin) et de plu en plu péente. Pami le application potentielle de ce qu on à l habitude de qualifie de «petit éolien» (gamme juqu à 1kW), on peut cite le domaine de l électification uale pou une conommation locale d électicité ou pou a tanfomation ve d aute ecteu énegétique : pompage, taitement de l eau, électolye de l eau et tockage d hydogène à plu long teme,...au delà de ce éeaux iolé, on pale aui aujoud hui d intégation de énegie enouvelable en ite ubain. En effet, uite notamment aux incident écemment intevenu u le éeaux nationaux et intenationaux, et dan le contexte «délicat» de la déèglementation du ecteu de l énegie, l idée d un habitat patiellement, voi totalement autonome en énegie («bâtiment zéo énegie») fait on chemin. O, pou ce qui concene l éolien, le giement à poximité de habitation ont nettement moin égulie et a pioi moin pefomant que le ite dégagé et néceitent impéativement une getion optimiée (ytème à féquence vaiable, ) tout en etant peu coûteue. La multiplication de éolienne a conduit le checheu en génie électique à mene de invetigation de façon à amélioe l'efficacité de la conveion électomécanique et la qualité de l'énegie founie [3]. De no jou, la machine aynchone double alimentation (MADA) et la machine à vitee vaiable la plu couamment utiliée dan de unité de poduction éolienne upéieue 1

Intoduction généale à 1MW. Pou une même puiance de poduction, celle-ci pemet de éduie la puiance de convetieu de puiance tout en généant une puiance de otie impotante pa appot aux aute technologie de machine [4]. Le éolienne ont aui équipée d un ytème de commande baé u le convetieu d électonique de puiance pou adapte aux condition de vent. L enemble de l éolienne et contôlé de manièe à maximie en pemanence la puiance poduite en echechant chaque foi le point de fonctionnement à maximum de puiance. Le péent mémoie décit une étude u l'utiliation d une machine de type aynchone à double alimentation dan un ytème éolien. Un état de l at de l énegie éolienne ea péenté dan le pemie chapite de ce mémoie. Dan ce cade, la technologie éolienne et alo abodée. Le méthode de deciption du giement éolien ont donnée, ce qui et un de facteu du choix de la configuation de la chaîne éolienne. L achitectue de chaîne de conveion d énegie ont donné en aociation avec difféent type de généatice. A la fin de ce chapite, nou avon donné un modèle de la patie mécanique de la chaîne de conveion utiliée (vent et tubine éolienne). La patie électique de la chaîne de conveion étudiée et conacée à la machine aynchone à double alimentation et le convetieu d électonique de puiance qui ont le ujet du deuxième chapite. On péentea de généalité u la MADA, e application, e difféent mode de fonctionnement uivi pa un état de l at u la conveion électomécanique à tave le difféent type de généatice utiliée et le convetieu qui leu ont aocié. Enuite, on péentea la modéliation de la MADA, a mie en équation pemetta de imule ont modèle dan le mode moteu et généateu. On teminea cette patie pa la modéliation de l alimentation de la machine qui e compoe d un edeeu et d un onduleu épaé pa un bu continu. Le toiième chapite ea conacé à la commande vectoielle en puiance active et éactive tatoique de la machine aynchone à double alimentation qui et entaînée pa la tubine éolienne. Dan le chapite quate, nou intoduion un égulateu à mode gliant pou contôle la puiance active et éactive du tato. Enuite, une étude compaative de épone donnée pa ce égulateu à ceux donnée pa le égulateu PI, ea effectuée. Finalement, on teminea ce mémoie pa une concluion généale qui éume le éultat obtenu et expoe quelque pepective de echeche futue. 2

Chapite 1 : conveion de l énegie éolienne : pincipe et modéliation de tubine

Chapite 1 Conveion de l énegie éolienne : pincipe et modéliation de tubine 1. Intoduction Depui l'utiliation du moulin à vent, la technologie de capteu éolien n'a ceé d'évolue. C'et au début de année quaante que de vai pototype d'éolienne à pâle pofilée ont été utilié avec uccè pou génée l'électicité. Pluieu technologie ont utiliée pou capte l'énegie du vent (capteu à axe vetical ou à axe hoizontal) et le tuctue de capteu ont de plu en plu pefomante. Oute le caactéitique mécanique de l'éolienne, l'efficacité de la conveion de l'énegie mécanique en énegie électique et tè impotante. Là encoe, de nombeux dipoitif exitent et, pou la plupat, il utilient de machine ynchone et aynchone. Le tatégie de commande de ce machine et leu éventuelle inteface de connexion au éeau doivent pemette de capte un maximum d'énegie u une plage de vaiation de vitee de vent la plu lage poible, ceci dan le but d'amélioe la entabilité de intallation éolienne. 2. Hitoique Il y a plu de 3 an déjà, l énegie du vent était tanfomée en énegie mécanique, d une pat u tee pa le moulin et de ytème de pompage de 1'eau, d aute pat en me, pa le bateaux [5]. La généation d'énegie électique pa le vent a débute à la fin du 19 eme iècle. Pami le pionnie on peut cite Paul La Cou au Danemak qui a aocié une dynamo à une éolienne en 1891. Dan le année 195. Johanne Juul (élève de Paul La Cou) devient aui un pionnie dan l'utiliation de 1'énegie éolienne en contuiant le pemièe éolienne poduiant du couant altenatif. La pemièe cie pétolièe en 1973 contibua à éveille 1'intéêt pou 1'énegie éolienne dan pluieu pay. Le USA ont notamment lancé en Califonie une opéation a gande échelle au début de année 198 en paant de 7MWen 1981 a 386 MW en 1985. Aujoud'hui, le étude potent u l'amélioation de l'aéogénéateu aini que u la chaine de conveion de 1'énegie du vent en énegie électique exploitable pa le éeau. Le pemièe éolienne mettent en œuve une généatice aynchone liée aux pâle pa 1'intemédiaie d une boite de vitee, fonctionnant à vitee fixe et diectement eliée au éeau (pa d inteface électonique). Cette technologie et utout employée au Danemak dan le année 197. Le ytème le plu écent e diigent d une pat ve la vitee vaiable pou maximie la puiance captée du vent avec 1'inetion d électonique ente la généatice et le éeau, et d aute pat ve l'utiliation de généatice péciale tounant a bae vitee afin de 'affanchi du éducteu de vitee [6]. 3

Chapite 1 Conveion de l énegie éolienne : pincipe et modéliation de tubine 3. Deciptif et qualité de l'énegie éolienne : 3.1 Définition de l'énegie éolienne : Un aéogénéateu, plu communément appelé éolienne, et un dipoitif qui tanfome une patie de l'énegie cinétique du vent (fluide en mouvement) en énegie mécanique diponible u un abe de tanmiion pui en énegie électique pa l'intemédiaie d'une généatice (figue 1.1) [3]. MULTIPLICATEUR DE VITESSE ALTERNATEUR ELECTRIQUE NACELLE PALE ROTOE DE GENERATEUR ENERGIE CINETIQUE ENERGIE MECANIQUE ENERGIE ELCTRIQUE Fig.1.1: Conveion de l'énegie cinétique du vent 3.2 Oigine du vent : Du fait que la tee et onde, le ayonnement olaie abobé diffèe aux pôle et à l équateu. En effet, l énegie abobée à l équateu et upéieue à celle abobée aux pôle. Cette vaiation entaîne une difféence de tempéatue en deux point qui induit de difféence de denité de mae d ai povoquant leu déplacement d une altitude à une aute. Ce déplacement ont influencé pa la foce de Coioli qui exece pependiculaiement à la diection du mouvement ve l et dan l hémiphèe nod et ve l ouet dan l hémiphèe ud. On pouait aiément pévoi la diection de vent dominant i elle n étaient pa petubée pa le oage, le obtacle natuel ou le dépeion cyclonique [7]. 3.3 Caactéitique hoizontale de vent : Le étude de modéliation de la ditibution de vitee du vent ont été oientée ve de modèle aociant puiance et exponentielle. Le modèle uuel étant [8] : la ditibution de Weibull. la ditibution hybide de Weibull. et la ditibution de Rayleigh. 4

Chapite 1 3.3.1 Ditibution de Weibull : Conveion de l énegie éolienne : pincipe et modéliation de tubine Comme c et difficile de manipule l enemble de donnée elative à une ditibution de la féquence du vent, il et plu convenable pou de conidéation théoique, de modélie l hitogamme de féquence de vitee du vent pa une fonction mathématique continue que pa une table de valeu dicète. On peut donc opte pou le modèle de Weibull. En effet, pou de péiode allant de quelque emaine juqu à une année, la fonction de Weibull epéente aionnablement le vitee obevée. Il agit d une fonction de denité de pobabilité, expimant ou la fome: Avec P V k1 k V C k V f V e (1.1) C C : et la denité de pobabilité de la vitee V ; k le facteu de fome de la coube (an dimenion) et C le facteu d échelle de la coube en m/. La vitee moyenne du vent peut ête touvée en intégant la fonction denité de pobabilité, oit donc la fomule (1.1) : V moy V dv V f (1.2) Aini, la ditibution de Weibull peut facilite beaucoup de calcul endu néceaie pa l analye de donnée du vent [8]. 3.3.2 Ditibution hybide de Weibull : La ditibution hybide de Weibull, et utiliée loque la féquence de vent calme enegitée, u un ite donné, et upéieue ou égale à 15%. En effet, cette popotion ne peut pa ête négligée et doit ête pie en compte lo de la caactéiation d un ite du point de vue éolien. Cette ditibution écit : f f V 1 ff V ff ; k C V C k1 k V exp C Où ff epéente la féquence de vent calme. ; V V (1.3) 5

Chapite 1 Conveion de l énegie éolienne : pincipe et modéliation de tubine Il exite de nombeue méthode pou détemine k et C à pati d une ditibution de vent donnée [8]: 1.125Vmoy C k 1 B 1 moy 3.3.3 Ditibution de Rayleigh : 1 B.483 Vmoy 2.81V 1.51.89 La ditibution de Rayleigh et un ca paticulie de la ditibution de Weibull pou le ca où le facteu de fome k et égal à 2. Sa denité de pobabilité et donnée pa : 2 V C (1.4) V f V 2 e (1.7) 2 C Toutefoi la ditibution de Weibull claique (fonction de deux paamète) et la plu indiquée. L'utiliation de ce deux paamète pemet l évaluation d un nombe impotant de popiété de la ditibution, d'où une meilleue caactéiation de ite [7]. 4. Le difféent type d éolienne : Le éolienne e divient en deux gande famille : celle à axe vetical et celle à axe hoizontal. 4.1 Eolienne à axe hoizontal : Le voilue à axe hoizontal ont de loin le plu utiliée actuellement. Le difféente contuction de aéogénéateu utilient le voilue à deux, toi pale (le plu couante) et le multipale. La voilue peut ête placée avant la nacelle (upwind) et alo un ytème mécanique d oientation de la uface active de l éolienne «face au vent» et néceaie. Une aute olution qui pemet d allége la contuction pa la uppeion de toute mécanique d oientation et l emplacement de la tubine deièe la nacelle (downwind). Dan ce ca la tubine e place automatiquement face au vent. La figue 1.2 monte le deux pocédé [2]. 6

Chapite 1 Conveion de l énegie éolienne : pincipe et modéliation de tubine Vent Vent (a) 4.2 Eolienne à axe vetical (VAWT): Une aute famille d éolienne et baée u le voilue à axe vetical. Ce type d éolienne et tè peu épandu et aez mal connue. Elle peuvent avoi un intéêt dan cetain ecteu d application. Il exite pincipalement toi technologie : Le tubine Daieu claique ou à pale doite (H-type) et la tubine de type Savoniu, comme monté à la figue 1.3. Toute ce voilue ont à deux ou pluieu pale [2]. (b) Fig.1.2 : Type de montage de la voilue a) upwind b) downwind Roto De Savoniu Roto De Daieu Roto en H Fig.1.3 : Tubine à axe vetical 5. Pincipaux compoant d une éolienne à axe hoizontal: Il exite pluieu configuation poible d'aéogénéateu qui peuvent avoi de difféence impotante. Néanmoin, une éolienne "claique" et généalement contituée de toi élément pincipaux: Le mât, généalement un tube d'acie ou éventuellement un teilli métallique, doit ête le plu haut poible pou évite le petubation pè du ol. 7

Chapite 1 Conveion de l énegie éolienne : pincipe et modéliation de tubine La nacelle egoupe tou le élément mécanique pemettant de couple le oto éolien au généateu électique : abe lent et apide, oulement, multiplicateu. Le fein à dique, difféent du fein aéodynamique, qui pemet d'aête le ytème en ca de uchage. Le oto, fomé pa le pale aemblée dan leu moyeu. Le ytème électomécanique (intégé dan la nacelle), qui tanfome l énegie mécanique tanmie pa la tubine en énegie électique et qui egoupe une généatice électique avec on envionnement. Le ytème d inteconnexion, qui elie le ytème électomécanique (poducteu d électicité) au conommateu d électicité. Le ytème de contôle (utilié généalement pou le ytème éolien de gande puiance), compotant un dipoitif qui uveille en pemanence l'état de l'éolienne tout en contôlant le dipoitif d'oientation et eaye aui de la mette fonctionne à ce puiance maximale. En ca de défaillance (pa exemple uchauffe du multiplicateu ou de la généatice, etc.), le ytème aête automatiquement l'éolienne [9]. Pâle Suface balayée Diamète du oto Nacelle contenant le multiplicateu et le généateu Hauteu du moyeu Mat Câble électique outeain (vue de face) Fondation (Vue latéale) Fig.1.4 : pincipaux patie d'une éolienne [3] 8

Chapite 1 Conveion de l énegie éolienne : pincipe et modéliation de tubine 6. Enegie cinétique du vent et conveion en énegie mécanique : 6.1 Loi de Betz notion théoique : Conidéon le ytème éolien à axe hoizontal epéenté u la (figue 1.5) u lequel on a epéenté la vitee du vent V1 en amont de l'aéogénéateu et la vitee V2 en aval. En uppoant que la vitee du vent taveant le oto et égale à la moyenne ente la vitee du vent non petubé à l'avant de l'éolienne V 1 et la vitee du vent apè paage à tave le oto V2 oit V1 V 2 2 pale en une econde et [1]:, la mae d'ai en mouvement de denité taveant la uface S de V 2 * * 1 V m S (1.8) 2 La puiance P m alo extaite 'expime pa la moitié du poduit de la mae et de la diminution de la vitee du vent (econde loi de Newton) : 1 2 2 P m * m* V (1.9) Soit en emplaçant m pa on expeion dan (1.9): P m 2 2 * S * ( V1 V2 )( V1 V2 ) (1.1) 4 V 1 V 2 S 1 S 2 Un vent théoiquement non petubé taveeait cette même uface S an diminution de vitee, oit à la vitee V 1, la puiance Pmt coepondante eait alo : et alo : Fig.1.5: Tube de couant autou d'une éolienne 3 * S * V P 1 mt (1.11) 2 Le atio ente la puiance extaite du vent et la puiance totale théoiquement diponible P P m mt V 1 V 2 1 V 1 V 2 9 2 1 2 (1.12)

Chapite 1 Conveion de l énegie éolienne : pincipe et modéliation de tubine Si on epéente la caactéitique coepondante à l'équation ci-deu (figue 1.6), on 'apeçoit que le atio P P appelé aui coefficient de puiance m mt p C péente un maximum de 16 27 oit. 59. C'et cette limite théoique appelée limite de Betz qui fixe la puiance maximale extactible pou une vitee de vent donnée [3]. Fig.1.6: Coefficient de puiance Lambda Fig.1.7: Coefficient de puiance pou difféent type d éolienne [2] Le éolienne à mache lente ont munie d'un gand nombe de pale (ente 2 et 4), leu inetie impotante impoe en généal une limitation du diamète à envion 8 m. Leu coefficient de puiance (figue 1.7) atteint apidement a valeu maximale lo de la montée en vitee mai décoît également apidement pa la uite. Le éolienne à mache apide ont beaucoup plu épandue et patiquement toute dédiée à la poduction d'énegie électique. Elle poèdent généalement ente 1 et 3 pale fixe ou oientable pou contôle la vitee de otation. Le pale peuvent atteinde de longueu de 6 m pou de éolienne de pluieu mégawatt [2].. 1

Puiance mécanique (Watt) Chapite 1 6.2 Poduction d énegie mécanique : Conveion de l énegie éolienne : pincipe et modéliation de tubine En combinant le équation (1.9), (1.11) et (1.12), la puiance mécanique u l'abe d'un aéogénéateu 'expime aini : Avec: 1R V 1 P P 1 P m diponible m 2 3 m Pmt C ppmt C p ( ) * * * R * V1 (1.13) Pmt 2 1 : vitee de otation avant multiplicateu et R: ayon de l'aéogénéateu. Compte tenu du appot du multiplicateu de vitee G, la puiance mécanique diponible u l'abe du généateu électique 'expime pa : P 1 R 2 2 3 mt C p.. R V1 2 kv (1.14) 1 2 : vitee de otation apè multiplicateu. Cette elation pemet d'établi un enemble de caactéitique donnant la puiance diponible en fonction de la vitee de otation de généateu pou difféente vitee du vent (figue 1.8) [3]. P m Vitee de otation du généateu (t/min) Fig.1.8: Puiance théoique diponible pou un type d'éolienne donné [3] Selon ce caactéitique, il appaaît claiement que i l éolienne et pa conéquent la généatice fonctionne à vitee fixe (pa exemple 16 t/min u la figue (1.8) le maximum théoique de coube de puiance ne ont pa exploité. Pou pouvoi optimie le tanfet de puiance et aini obteni le maximum théoique pou chaque vitee de vent, la machine deva pouvoi fonctionne ente 11 et 19 t/min pou cet exemple. 11

Chapite 1 Conveion de l énegie éolienne : pincipe et modéliation de tubine 7. Régulation mécanique de la puiance d une éolienne : L objectif de cette égulation et double, d une pat de potége l éolienne conte le vent fot et d aute pat de délimite la puiance. En effet, la tubine éolienne et dimenionnée pou founi une puiance nominale Pn à une vitee de vent nominale V n, au delà de cette vitee, le paamète de la tubine doivent évolue afin de founi la puiance nominale et de ne pa poduie au delà d une vitee maximalev max qui pouait endommage la tubine. On peut défini quate zone de fonctionnement, figue (1.9) [11]: La zone I: le vent n et pa uffiant pou faie fonctionne la tubine La zone II: la puiance founie pa l abe va dépende de la vitee du vent La zone III: la vitee de otation et maintenue contante pa égulation de la vitee et La puiance P founie ete égale à P n La zone IV: la vitee du vent et top impotante, pou ne pa détéioe le généateu o éolien, le pale de la tubine ont mie en dapeaux ( 9 ) P I II III IV P n V min V n V max Fig.1.9 : Caactéitique puiance/vitee du vent d une éolienne claique Il exitent pluieu ytème de égulation de vitee pou la tubine, on va intéee pou note pat aux ytème le plu couamment utilié à avoi : Le ytème «pitch» ou «pa de calage vaiable» Le ytème «tall» ou «à décochage aéodynamique» V 7.1 Le ytème «pitch» : La figue 1.1 nou monte l évolution de la caactéitique d une éolienne en fonction de. Plu l angle de calage ea impotant, moin la tubine captea l énegie cinétique du vent. Le pale ont face au vent pou de vent faible afin d en extaie le maximum de puiance pui loque le vent nominal V n et atteint, elle inclinent pou atteinde la poition «dapeau» à la vitee du vent maximale. 12

Chapite 1 Conveion de l énegie éolienne : pincipe et modéliation de tubine Puiance électique (kw) Coefficient de puiance Cp Angle de calage de pale Plan de otation à Vent Fig.1.1 Caactéitique d une éolienne en fonction de pou difféente valeu de [12] Le ytème «pitch» a pou avantage de pemette un contôle actif de la puiance ou une lage plage de vitee du vent. L angle de calage de pale peut ête déteminé afin d optimie la conveion d énegie quand le vent évolue entev min et V n, le contôle de l angle de calage pemet également de égule la vitee loquev faible et facilité pa le changement de l angle de calage [12]. 7.2 Le ytème «tall» : Vn et le démaage à vitee du vent Le ytème «tall» et beaucoup moin loud et moin coûteux que le ytème décit pécédemment. En effet, c et le pofil de pale établi lo de la contuction qui fixe le caactéitique aéodynamique. Le pale ont conçue avec un pofil, qui pemet d obteni une décoiance buque de la potance à pati d une vitee donnée pou laquelle la puiance doit ête diminuée. Le éolienne munie du ytème tall génèent une puiance électique vaiable dont la valeu maximale coepond à la puiance nominale de la machine. En deou de cette valeu, la puiance founie coît avec la vitee du vent. Au-delà, la puiance founie décoît avec la vitee du vent figue (1.11). P (w) Rappot de vitee P n Vitee du vent (m/h) V n V (m/h) Fig.1.11 : Puiance founie d une éolienne en fonction de a vitee 13

Chapite 1 Conveion de l énegie éolienne : pincipe et modéliation de tubine En compaaion avec le pitch, le «tall» a pou avantage l abence de ytème de contôle d angle de calage. La contuction et donc plu imple et moin coûteue. Pa conte la puiance active n et pa contôlable [11]. 7.3 Poduction optimale d'énegie : Dan un ytème de poduction d'énegie pa éolienne fonctionnant à vitee vaiable, on chechea ytématiquement le égime optimal en exploitant le maximum du éeau de coube de la figue (1.11). Ce qui ignifie que pou un égime de fonctionnement donné (vitee du vent fixe), on ouhaite que la puiance founie oit maximale ce qui coepond à une valeu de donnée appelée opt. La vitee de otation optimale optéultante et alo donnée pa [11] : opt max I II III min Vitee du vent V min V max Fig1.12 : Loi de commande optimale d'une éolienne à vitee vaiable V La généatice founit alo de l'énegie électique à féquence vaiable et il et néceaie d'ajoute une inteface d'électonique de puiance ente celle-ci et le éeau (Figue 1.13). Signal altenatif Généatice à couant altenatif Inteface électonique Réeau altenatif Fig.1.13 : bouclage de la généatice au éeau 8. Le difféent type d MPPT éolien: La puiance captuée pa la tubine éolienne peut ête maximiée en ajutant le coefficient C. Ce coefficient étant dépendant de la vitee de la généatice. L utiliation d une p éolienne à vitee vaiable pemet de maximie cette puiance. Il et donc néceaie de concevoi de tatégie de commande pemettant de maximie la puiance électique généée (donc le couple) en ajutant la vitee de otation de la tubine à a valeu de éféence quelle que oit la vitee du vent conidéée comme gandeu petubatice. Pou cela, on peut ditingue deux appoche (type) poible [9] : 14

Chapite 1 Conveion de l énegie éolienne : pincipe et modéliation de tubine La pemièe, la moin claique, conidèe que la caactéitique C p n et pa connue ; La econde façon d agi, plu épandue, uppoe que cette caactéitique de voilue et connue. Il uffit de uive la coube de puiance optimale comme caactéitique de chage pou que l éolienne oit dan le condition optimale. 8.1 Maximiation de la puiance an la connaiance de la coube caactéitique de la voilue: Pou l étude de la commande pemettant d effectue une echeche du point maximal de la puiance an la connaiance de la coube caactéitique C, une tuctue avec edeeu MLI tiphaé peut ête utiliée. Cette tuctue aue un contôle dynamique en vitee ou en couple de la généatice aynchone ce qui pemet facilement de déplace le point de fonctionnement u toute la plage de vitee de otation et aini d effectue pa ce biai une echeche de la puiance maximale ouhaitée. En l abence de toute connaiance de caactéitique de voilue, de algoithme de compotement ont à teni afin de convege ve le point optimal. Ce algoithme dépendent de vaiation de puiance exemple : p P et de vitee V Pa Si on meue une augmentation de puiance P uite à un incément poitif de vitee, on doit continue à accélée la voilue ( V ). On e itue alo u la patie gauche de la cloche P. ef 8.2 Maximiation de la puiance avec connaiance de la coube caactéitique de la voilue: Une aute façon de pocéde conite en un peudo echeche du point maximal de puiance en connaiant la coube caactéitique de la voilue éolienne à pilote. Ce méthode pemettent de e appoche apidement de l optimum à l aide de meue imple, intene au convetieu mécano électique, c et-à-die an obligation de captue de la vitee du vent. Cette façon de pocéde exige au contucteu de la voilue de eai de caactéiation (extéieu, ouffleie) ou de imulation du pofil de pale. 8.3 Maximiation de la puiance avec aeviement de la vitee : Si on uppoe que la généatice et idéale, donc quelle que oit la puiance généée, le couple électomagnétique (c.-à-d: C em C em ef détemine la vitee de la tubine C développé et à tout intant égal à a valeu de éféence Cem ef, em ). Le technique d extaction du maximum de puiance conitent à t qui pemet d obteni le maximum de puiance généée. La vitee de la généatice égale à t (pa de multiplicateu) et influencée pa 15

Chapite 1 Conveion de l énegie éolienne : pincipe et modéliation de tubine l application de toi couple : le couple éolien C, le couple électomagnétique éitant C. En egoupant l action de ce toi couple on peut écie [9]: d 1 dt J C g C em C Avec J : l inetie de la tubine plu l inetie de la généatice. tubine Pa de pobabilité d ' excitation de féquence de éonance de élément de l éolienne, 16 g Cem et le couple (1.15) Cette tuctue de commande conite à égle le couple appaaiant u l abe de la C ae de manièe à fixe a vitee à une éféence. Pou éalie ceci, l utiliation d un aeviement de vitee et indipenable. Alo le couple électomagnétique de éféence Cem ef pemettant d obteni une vitee mécanique égale à la vitee de éféence ef u la elation uivante: et baé C F (1.16) emef F : Fonction de tanfet du égulateu de vitee. Cette vitee de éféence efe ef dépend de la vitee de la tubine à fixe t pou maximie la puiance extaite. La éféence de la vitee de la tubine coepond à celle de la valeu optimale du atio de vitee cp max ( contant) pemettant d obteni la valeu maximale de C p. Alo on peut écie [9] : RV. ef (1.17) opt 8.4 Maximiation de la puiance an aeviement de la vitee : Cette econde tuctue de commande epoe u l hypothèe que la vitee du vent vaie tè peu en égime pemanent. Dan ce ca, à pati de l équation dynamique de la tubine, on obtient l équation tatique décivant le égime pemanent de la tubine : d 1 dt J 9. Type de machine électique C C C g em (1.18) La configuation électique d un aéogénéateu a une gande influence u on fonctionnement. Le fait qu'une éolienne fonctionne à vitee fixe ou à vitee vaiable dépend pa exemple de cette configuation. Le avantage pincipaux de deux type de fonctionnement ont le uivant [13]: Fonctionnement à vitee fixe Sytème électique plu imple, Plu gande fiabilité,

Chapite 1 Conveion de l énegie éolienne : pincipe et modéliation de tubine Pa beoin de ytème électonique de commande, Moin che. Fonctionnement à vitee vaiable Augmentation du endement énegétique, Réduction de ocillation du couple dan le tain de puiance, Réduction de effot ubi pa le tain de puiance, Généation d une puiance électique d une meilleue qualité. Le deux type de machine électique le plu utilié dan l'indutie éolienne ont le machine ynchone et le machine aynchone ou leu divee vaiante. On donne pa la uite le pincipale caactéitique de chaque type de ce machine. 9.1 Généatice aynchone à cage : C et dan le gande puiance (au-delà de 1 kw) que l on enconte de ytème elié au éeau et poduiant au fil du vent. Le machine aynchone à cage ne néceitent qu une intallation aez ommaie. Elle ont ouvent aociée à une batteie de condenateu de compenation de la puiance éactive, et à un démaeu automatique pogeif à gadateu ou à éitance pemettant de limite le égime tanitoie d appel de couant au moment de la connexion au éeau. Dan le ca de aéogénéateu de dimenion impotante (puiance, ayon de pale), la vitee de otation et peu élevée, ce que néceite d inée un multiplicateu mécanique de vitee comme le monte la figue (1.14) [14]. A vitee de otation fixe MAS Réeau Banc du condenateu A deux vitee de otation MAS Commutation Banc du condenateu Fig.1.14 : Sytème éolien baé u la machine aynchone à cage 17

Chapite 1 Conveion de l énegie éolienne : pincipe et modéliation de tubine Une aute tuctue conite à utilie un vaiateu de féquence, mai cette olution et globalement coûteue (vaiateu de féquence dimenionné pou la puiance tanitoie, et multiplicateu de vitee) et donc tè aement exploitée figue (1.15) [14]. MAS Fig 1.15: Sytème éolien baé u la machine aynchone à cage à féquence vaiable 9.2 Machine aynchone à double alimentation (MADA) Avec le généatice aynchone, c et actuellement l une de deux olution concuente en éolien à vitee vaiable. Le tato de la généatice et diectement couplé au éeau, le plu ouvent pa un tanfomateu. A la place du oto à cage d écueuil, ce machine aynchone ont un oto bobiné dont le églage électonique aue la vaiation du gliement. La chaîne oto pemet aini à l enemble de fonctionne à vitee vaiable u une plage de vitee qui dépend du type et du dimenionnement de la chaîne oto. La figue (1.16) monte la technologie (Optilip de Veta) qui pemet une vaiation limitée de la vitee à envion 1% autou de la vitee de ynchonime pa le changement de la éitance du oto. Oute la plage de vaiation de vitee limitée, l inconvénient de cette olution et la diipation de la puiance oto dan le élément éitif [15]. MADA = Fig.1.16 : Sytème éolien baé u la machine aynchone à oto bobiné vaiation de la vitee de otation pa églage de la éitance du oto Une aute olution utilie une inteface d électonique de puiance qui et contituée de deux convetieu (onduleu éveible à bae de compoant emi-conducteu commandable IGBT ou IGCT contôlé pa Modulation de Lageu d impulion MLI), la tuctue de cette technologie et le moyen de contôle aocié ont péenté u la figue (1.17) [15]. 18

Chapite 1 Conveion de l énegie éolienne : pincipe et modéliation de tubine MADA Fig.1.17: Sytème éolien baé u la machine aynchone à double alimentation égulation de la vitee de otation pa action u le gliement 9.3 Généatice ynchone : Le machine ynchone ont connue pou offi de couple tè impotant à dimenion géométique convenable. Elle peuvent donc ête utiliée en entaînement diect u le tubine éolienne. Le cicuit d excitation de l inducteu demande la péence du éeau et une founitue de la puiance éactive. Le ite iolé ne ont pa adapté à ce généatice qu en péence d une batteie de condenateu ou d une ouce de tenion indépendante. Le développement de matéiaux magnétique a pemi la contuction de machine ynchone à aimant pemanent à de coût qui deviennent compétitif. Le machine de ce type ont à gand nombe de pôle et pemettent de développe de couple mécanique conidéable. Le couplage de ce machine avec l électonique de puiance devient de plu en plu viable économiquement, ce qui en fait un concuent éieux de généatice aynchone à double alimentation, figue (1.18) [2]. PMSM Fig.1.18 Sytème éolien baé u la machine ynchone à aimant pemanent 19

Chapite 1 Conveion de l énegie éolienne : pincipe et modéliation de tubine Une aute olution (figue 1.19) et le edeement à diode placé diectement deièe la généatice. L optimiation de la getion énegétique n et alo poible que i l excitation et églable [2]. SM PM Fig.1.19 : Sytème éolien baé u la machine ynchone 1. Avantage et inconvénient de l énegie éolienne : La coiance de l énegie éolienne et évidemment liée aux avantage de l utiliation de ce type d énegie. Cette ouce d énegie a également de inconvénient qu il faut étudie, afin que ceuxci ne deviennent pa un fein à on développement. a. Avantage L énegie éolienne et avant tout une énegie qui epecte l envionnement, L exploitation d énegie éolienne ne poduit pa d émiion de CO2, L énegie éolienne et une énegie enouvelable, L énegie éolienne n et pa non plu une énegie de ique comme l et l énegie nucléaie et ne poduit évidemment pa de déchet adioactif, Le éolienne en fonctionnement peuvent facilement ête aêtée, Le pac éolien e démontent tè facilement et ne laient pa de tace [16], peut ête entable dan le égion éloignée et ventée (ite iolé), peut ête complémentaie de filièe taditionnelle [17], La péiode de haute poductivité e itue en hive (vent plu fot), ce qui coepond à la péiode de l année où la demande et plu fote. b. Le inconvénient: Même 'il ne ont pa nombeux, l éolien a quelque inconvénient : L'impact viuel. ça ete néanmoin un thème ubjectif [13], Le buit de pale, L'impact u le oieaux (le ite éolien ne doivent pa ête implante u le pacou migatoie de oieaux), 2

Chapite 1 Conveion de l énegie éolienne : pincipe et modéliation de tubine La qualité de la puiance électique : la ouce d'énegie éolienne étant tochatique, la puiance électique poduite pa le aéogénéateu n'et pa contante [13]. 11. Modéliation de la patie mécanique de la chaine de conveion : 11.1 Modéliation de la vitee du vent : Le vent ne peut pa ête epéenté pa de expeion excluivement déteminite. La modéliation du vent n et pa une choe aiée ca le vaiation patiale vont du kilomète au centimète et celle dan le temp de la econde à de moi [18]. Cependant, le vent peut ête epéenté pa une gandeu aléatoie définie pa de paamète tatitique. De nombeux tavaux u la modéliation du vent ont été éalié. L'un de pincipe etenu conite à génée l allue tempoelle du vent à pati d'un buit blanc u lequel on applique une fonction de tanfet à détemine. Le paamète de cette fonction de tanfet dépendent de gandeu caactéitique du ite et de la natue du vent [19]. 11.1.1 Expeion du vent en un point fixe : La vitee V t compoante moyenne le fluctuation La compoante V t t : du vent en un point peut ête décompoée en une omme d une V t (lentement vaiable) et d une compoante vaiable epéentant t Vt V t V t (1.19) V t et donnée pa [14]: t V.2in.147t 2in.2665t in1.293t.2in3. t V moy 6645 (1.2) La compoante epéentant la tubulence V t t et caactéiée pa 1'échelle de longueu L v, et 1'écat type v de cette tubulence. L'échelle de longueu de la tubulence et aociée à la taille moyenne de toubillon. La définition de la compoante tubulente e fait en 2 étape [19]: 1 ee étape : econtitution du pecte de la tubulence à pati d'un buit filté. II et poible de 1'appoche pa la fonction de tanfet ou la fome uivante : Kv m1. Tv. 1 T. 1. m. T. 1 (1.21) v 2 v Avec m2. 25et m 1. 4 21

Chapite 1 Conveion de l énegie éolienne : pincipe et modéliation de tubine Le calcul de paamète mathématique donné pa le elation uivante [2] : t K v ett v, et aez complexe. Il peuvent ête i Lv T v V (1.22) i i t k V (1.23) v, v i K i v i Tv 2 (1.24) T 2 eme étape : définition de l'écat type de la tubulence v, l'écat type dépend de la vitee moyenne V t et d'un coefficient K qui epéente l'intenité de la tubulence. t K V (1.25) v. Aini, à pati d'un buit blanc gauien en entée, il et poible de détemine la compoante de la tubulence et donc de génée une éie tempoelle de la vitee vent en un point comme péente u la figue (1.2), le vent et défini pa 3 paamète - une vitee lentement vaiable V t - un coefficient de vaiance K (compi ente.1 en me et.25 dan une zone tubulente) V t du - une échelle de longueu de tubulence L v. (compi ente 1 en me et 5 dan une zone tubulente) Pou note ca, nou avon choii un jeu de paamète coepondant à un ite côtie ( K. 13 et L 125 ) [19]. v V t Recontuction du pecte de la tubulence v V t t + + V t Fig.1.2: Contuction d une éie tempoelle de la vitee du vent 11.1.2 Filte patial: La vitee du vent en un point de l aie balayée pa l aéotubine doit pemette de etouve le couple éolien poche de celui que poduiait le champ de vitee du vent éel incident u toute l aie balayée pa le oto. Il a été démonté expéimentalement que eule le compoante bae féquence du vent incident e etouvaient dan le couple total poduit pa le pale. Pa conte, l aéotubine filte le fluctuation haute féquence. On 22

vitee du vent (m/) vitee du vent (m/) vitee de vent (m/) Vitee du vent (m/) Vitee du vent (m/) vitee de vent (m/) Chapite 1 Conveion de l énegie éolienne : pincipe et modéliation de tubine econtitue cet effet en appliquant u la vitee intantanée du vent un filte dont la fonction de tanfet et donnée ci-deou : 2 b. H f (1.25) b 2 b. a... 1 Le paamète a et empiique et vaut.55. Le paamète b et fonction ente aute du ayon de pale de l éolienne R. La figue 1.22 monte l évolution de la vitee du vent avant et apè le filte patial [19]. a 25 2 21 2 Zoom 15 19 1 18 17 5 16 5 1 15 2 25 3 temp () 15 2 25 3 35 4 45 temp () Fig.1.21 : Pofil du vent dué de 3 25 25 2 2 15 15 1 1 5 5 2 4 6 8 1 temp () a 2 4 6 8 1 temp () Fig.1.22 : Définition de 3 niveaux du vent a) avant et b) apè le filte patial b 23

Chapite 1 11.2 Modèle de la tubine : Conveion de l énegie éolienne : pincipe et modéliation de tubine La modéliation de la tubine éolienne et baée u la loi de betz [21]. L expeion de la puiance totale du vent Pmt en fonction de la vitee du vent V, la uface biliée pa le pale S, la denité d ai et donnée pa [22]: 1 Pmt SV 2 La puiance mécanique de la tubine éolienne et déteminée pa [22] : Où le coefficient de la puiance P m 3 (1.26) P C, (1.27) v p C p et en fonction de la vitee pécifique qui et le appot de la vitee linéaie en bout de pale de la tubine amenée à la vitee de vent, oit [23] : Avec: t R t (1.28) V v la vitee angulaie de la tubine (ad/)., R longueu de pale. L évolution du coefficient de puiance et une donnée pécifique à chaque éolienne. A pati de elevé éalié u une éolienne, l expeion du coefficient de puiance a été appochée, pou ce type de tubine, pa l équation uivante [24]: 21 116 C,.22.4 5 i p e (1.29) i 1 1.35 Avec :.8 3 i 1 On uppoe que la vitee de la tubine n et pa églable aini que l angle de calage. Nou allon donc pende en compte cette appoximation. Dan ce en nou péenton la coube de vaiation du coefficient de puiance C p et celle de la puiance mécanique en fonction de (appot de vitee pécifique) et ce difféente valeu de calage de pale. La figue (1.24.a) epéente la caactéitique C p en fonction de la vitee pécifique avec de difféente valeu de l angle de calage. La valeu maximale de Cp (Cpmax=.42) et atteinte pou o 1 et 8. Cette valeu paticulièe de et définie comme la valeu nominale opt. Afin d optimie la conveion de puiance, il faut donc eaye de coneve cette vitee éduite, c et-à-die modifie la vitee de otation loque la vitee du vent vaie. 24

coefficient de puiance Cp la puiance captee pa la tubine (W) Chapite 1 Conveion de l énegie éolienne : pincipe et modéliation de tubine.5.4.3 B=1 B=4 B=8 B=16 5 4 3 B=1 B=4 B=8 B=16.2.1 -.1 -.2 2 1-1 -2 Connaiant la vitee de la tubine, le couple déteminé pa [19]: C 1 C 2 aéodynamique et donc diectement p 3 ae. S. V (1.3) t 11.2.1 Modéliation de l abe de la machine : L équation difféentielle qui caactéie le compotement mécanique de l enemble tubine et généateu et donnée pa : Où: J t et -.3 2 4 6 8 1 12 14 appot pécifique de vitee appot pécifique de vitee (a) (b) Fig.1.23 : (a) Coefficient de la puiance et (b) puiance mécanique de la tubine d (1.31) dt J t J m Cg Cem f m ft -3 2 4 6 8 1 12 14 J m ont le inetie de la tubine et de la machine epectivement, f m le coefficient de fottement de la machine, ft le coefficient de fottement de pale et C g le couple tatique founie pa l éolienne. Dan note application, nou ne conidéon que le coefficient de fottement aocié à la généatice (celui de la voilue ne ea pa pi en compte). Le modèle qui caactéie le compotement mécanique de la chaîne éolienne et donné pa [23]: C d dt g J t Cem f m (1.34) 11.2.3 Modéliation du multiplicateu : Le multiplicateu de gain G pemet d adapte le gandeu mécanique (la vitee et le couple) de la tubine et la généatice qui expime: t (1.35) G C C ae g G (1.36) 25

Chapite 1 Conveion de l énegie éolienne : pincipe et modéliation de tubine En e baant u le équation pécédente, on peut donne Le chéma ynoptique du modèle dynamique de la tubine comme il et péenté dan la figue (1.3): f, fr, t 1 G C p V v 1 S V 2 Fig.1.24 : Schéma ynoptique du modèle dynamique de la tubine éolienne 12. Concluion : Dan ce chapite nou avon donné une vue d enemble de difféente tubine éolienne utiliée dan l indutie modene pou la poduction d énegie électique. Afin d aive à une meilleue compéhenion du fonctionnement de tubine éolienne, patant de la conveion de l énegie cinétique du vent en énegie mécanique pa la tubine (Loi de Betz), nou avon décit de façon explicite le difféent élément contitutif de la tubine aini que le mode de égulation de la vitee de otation (pitch, tall). 3 C ae g Enfin nou avon établi un modèle mathématique de la tubine à pati de e équation caactéitique. Il et à note que pou qu un pojet éolien oit entable, il et eentiel de aue que l on dipoe d une eouce uffiante ca la vitee moyenne du vent u un ite et un facteu déteminant du fait que l énegie poduite vaie popotionnellement au cube de cette vitee. Un ite idéal bénéficie de vent aez fot et contant. Dan ce qui uit nou allon étudie le généateu le plu utilié dan la conveion de l énegie mécanique de la tubine en énegie électique, notamment le généatice aynchone à double alimentation. C em 1 G C + - 1 J f g 26

Chapite 2 : Etude et modéliation de la machine aynchone à double alimentation

Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation 1. Intoduction L'objectif de ce chapite et de mene une étude théoique u la machine aynchone à double alimentation concenant on pincipe de fonctionnement, le difféente tatégie de commande, et évalue le pefomance appotée pa cette machine. On péentea aui a modéliation dan le epèe de Pak avec e deux alimentation, l une alimente le tato avec un couplage diect au éeau et l'aute alimente le oto à féquence vaiable. 2. Stuctue de la machine : Une MADA a un tato identique à celui (d une machine aynchone à cage ou d'une machine ynchone). C et le oto qui diffèe adicalement ca il n et pa compoé d aimant ou d une cage d'écueuil mai d'enoulement tiphaé dipoé de la même manièe que le enoulement tatoique. On peut voi u la figue (2.1) que le enoulement otoique ont connecté en étoile et le toi phae ont eliée à un ytème de contact gliant (balai-bague collectice) pemettant d avoi accè aux tenion et couant du oto [25]. Roto Balai Axe Bague Fig.2.1 : Stuctue du tato et de contact otoique de la MADA 3. Pincipe de fonctionnement de la machine aynchone a double alimentation Pou un fonctionnement nomal de la machine aynchone en égime établi, il faut que le vecteu de foce magnétomotice du tato et du oto oient immobile dan l epace l un pa appot à l aute. Et du moment que le vecteu éultant de fmm de enoulement tatoique toune dan l epace avec une vitee angulaie 2.. f, et le oto toune avec la vitee, alo pou que cette condition oit véifiée, il faut que le vecteu de fmm de enoulement otoique toune pa appot au oto avec une vitee gl telle que : g (2.1) gl Où : g et le gliement et gl et la vitee angulaie de gliement. Si la vitee de la machine et inféieue à la vitee de ynchonime, le en de otation de deux vecteu ont identique, dan le ca contaie, quand la vitee et upéieue à la vitee de ynchonime le en eont oppoé. 27

Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation Pou que la otation du vecteu éultant de fmm pa appot au oto e éalie, le couant dan 2.. ; c et à die : gl f l enoulement otoique doit avoi une féquence f, définie à pati de f g. (2.2) f 4. Claification de machine à double alimentation En effet, la dénomination Machine à double alimentation concene aui bien le fonctionnement en mode généateu que le fonctionnement en mode moteu et peut 'adee à une multitude de configuation. Nou pouon touve un ecenement de cetain tavaux où le MADA ont claée uivant leu achitectue. Dan chacune de clae, le auteu appellent le équation fondamentale, et le pincipale application. On ne citea ici que le ix gande clae qu'il ditinguent [26]: a. MADA imple dont le enoulement tatoique ont connectée à un éeau tiphaé, le oto et elié à on pope onduleu (Single Doubly Fed Induction Machine). La figue (2.2) péente un chéma de pincipe de cette catégoie de MADA. Réeau tiphaé Enoulement tatoique MADA b. MADA en "cacade" (Cacaded Doubly Fed Induction Machine), deux MADA dont le oto ont couplé électiquement et mécaniquement, la figue (2.3) péente le chéma de pincipe de deux machine aynchone à oto bobiné pemettant d'obteni un ytème à double alimentation. Le enoulement tatoique ont elié à deux ouce de tenion tiphaée. MADA Enoulement otoique alimenté pa un onduleu Fig.2.2 : Schéma de pincipe d une imple MADA Enoulement tatoique de la MADA1 1 Enoulement tatoique de la MADA 2 MADA1 Couplage mécanique MADA2 Couplage électique MADA ente le enoulement MADA otoique Fig.2.3 : Schéma de pincipe de deux MADA en cacade 28

Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation c. MADA cacadée à un epèe, il 'agit de deux machine à cage dont l'axe otoique et identique. Le bae otoique ont coiée ente le deux machine. Une machine a on tato elié au éeau, l'aute à un onduleu. (Single Fame Cacaded Doubly Fed Induction Machine). d. MADA an balai, machine tè poche de la pécédente auf que cette foi ci, le deux enoulement tatoique appatiennent à un cicuit magnétique commun. Le oto et commun et à cage d'écueuil. (Buhle Doubly Fed Machine). Nou péenton u la figue (2.4) un chéma de pincipe de ce type de machine. Enoulement tatoique 1 Enoulement tatoique 2 Roto à cage Fig.2.4: Schéma de pincipe de deux machine aynchone eliée mécaniquement et électiquement pa le oto. e. MADA à éluctance, machine utiliant le pincipe d'un oto de moteu à éluctance vaiable. Elle et nommée «Doubly Fed Reluctance Machine». f. MADA "tandem" (Tandem Induction Machine), machine poédant un oto à cage et deux enoulement tatoique. Un tato et fixe tandi que l'aute peut ête tounant. 5. Domaine d application de la MADA : La littéatue attete du gand intéêt accodé aujoud hui à la machine doublement alimentée pou divee application : en tant que généatice pou le énegie enouvelable ou en tant que moteu pou cetaine application indutielle comme le laminage, la taction feoviaie ou encoe la populion maitime [27]. 5.1 Fonctionnement moteu dan le application indutiel La machine aynchone à double alimentation été conçue pou fonctionne en moteu u une gande plage de vaiation de vitee comme pemièe application. L utiliation d une MADA pemet de vaie la vitee pa action u la féquence d alimentation de enoulement otoique, ce dipoitif ea donc économique quand on place le convetieu ente le oto et le éeau en éduiant leu taille d envion 7% [16]. 29

Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation La MADA peut ête utiliée aui dan d aute application impotante néceitant un fot couple de démaage, telle que [28]: La métallugie avec le enouleue et le déouleue de bobine. La taction, avec notamment de application de type tanpot ubain ou populion maitime. Et enfin l application de levage, le aceneu, le monte-chage etc... On note que le application de la MADA en moteu ont elativement tè limitée, pami celle-ci on touve pincipalement, la taction électique et le ytème de pompage. 5.1.1 Fonctionnement en moteu avec deux convetieu : Ce type d alimentation peut pende difféente fome : Deux onduleu alimenté pa leu pope edeeu confomément à la figue (2.5), Deux onduleu alimenté en paallèle pa un edeeu commun, Deux cyclo-convetieu. Puiance électique founie au tato Réeau MADA Puiance électique founie au oto P mec MADA Fig.2.5: Schéma d un ytem utiliant une MADA en moteu alimenté pa deux convetieu 5.1.2 Fonctionnement en moteu avec un eul convetieu : Dan ce type de fonctionnement, le tato et elié au éeau à féquence et tenion contante, tandi que le oto et elié à on pope convetieu qui peut ête un cycloconvetieu ou une aociation edeeu-onduleu. Cette olution pemet de éduie fotement la puiance du convetieu. La figue (2.6) péente le chéma de pincipe de cette catégoie [29]. 3

Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation Réeau Puiance électique founie au tato MADA P mec Puiance électique du oto Fig.2.6 : Schéma d un MADA ytème utiliant une MADA en moteu alimenté pa un eul convetieu 5.2 Sytème de généation éolienne à vitee vaiable : Une éolienne à vitee vaiable a pou ôle de conveti 1 ' énegie cinétique du vent en énegie électique avec un endement optimié. Pa conéquent le difféent élément du ytème éolien ont conçu pou maximie cette conveion énegétique et d une manièe généale une bonne adéquation ente le caactéitique couple/vitee de la tubine et de la généatice électique et indipenable. Dan le ytème éolien de poduction de 1'énegie électique à vitee vaiable, il exite une olution nouvelle et oiginale, utiliant la machine aynchone à oto bobiné. Cette olution et plu attactive pou toute le application où le vaiation de vitee ont limitée autou de celle de ynchonime dont 1'objectif d ' avoi un convetieu de puiance dimenionné à une faction de 2-3 % de toute la puiance du ytème, et qui pemet de minimie le pete et éduie le coût de celui-ci [29]. La configuation, lagement épandue dan le ytème éolien à vitee vaiable avec MADA, et epéentée pa la figue (2.7). Elle conite à alimente le oto pa un convetieu et à lie le tato diectement au éeau [27]. Puiance électique founie au éeau Réeau MADA P mec MADA Puiance électique au oto Fig.2.7 : Schéma de l alimentation de la MADA pou une application généatice 31

Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation 6. Difféente tuctue d alimentation de la MADA dan le ytème éolien: 6.1 Machine aynchone à double alimentation «type buhle» : Pou éalie une double alimentation pa le tato, la machine aynchone et munie de deux bobinage tatoique ditinct figue (2.8). Un de bobinage et diectement connecté au éeau et contitue le pincipal uppot de tanmiion de l énegie généée. On peut contôle la vitee de la généatice autou d un point de fonctionnement en agiant u le tenion appliquée au econd bobinage tatoique qui ea appelé enoulement d excitation. Cet enoulement et connecté à de convetieu d électonique de puiance qui ont dimenionné pou une faction de la puiance nominale de la tubine, le coût en touve éduit. La machine n a pa de contact gliant mai poède deux tato à nombe de paie de pôle difféent ce qui augmente on diamète et a complexité de fabication. Il a été véifié que cette tuctue génèe de puiance fluctuante u le éeau [31]. Ce ytème n a pa été exploité indutiellement mai exite à l état de pototype Réeau MADA MADA Fig. 2.8 : Machine aynchone à double bobinage au tato tatoique 6.2 MADA à énegie otoique diipée: Le tato de la généatice et diectement couplé au éeau, et le églage électonique de l énegie du oto aue la vaiation du gliement. La chaîne oto pemet aini à l enemble de fonctionne à vitee vaiable. Cette configuation pemet une vaiation limitée de la vitee à envion 1% autou de la vitee de ynchonime pa le changement de la éitance oto. Oute la plage de vaiation de vitee limitée, l inconvénient de cette olution et la diipation de la puiance otoique dan le élément éitif figue (2.9) [32]. Réeau MADA Fig.2.9 : Vaiation de la vitee pa églage de la éitance du oto MADA 32

Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation 6.3 Stuctue de kame : La tuctue d alimentation de Kame compote un edeeu à diode u le côté du oto et un onduleu non autonome u le côté éeau, figue (2.1) [33]. L onduleu à thyito non autonome applique à ce edeeu une tenion qui vaie pa action u l angle d amoçage. Ce dipoitif pemet de faie vaie la plage de conduction de diode, de ende vaiable la puiance extaite du cicuit otoique et donc le gliement de la généatice aynchone. Le pincipal avantage et que l onduleu et aez claique, et moin coûteux, puiqu il agit d un onduleu non autonome dont le commutation ont auée pa le éeau [31]. Réeau MADA MADA Fig.2.1 : Stuctue de kame 6.4 Stuctue de Schebiu avec convetieu MLI : Le tato de la généatice et diectement couplé au éeau et tanfèe la plu gande patie de la puiance alo que le oto de moinde puiance pemet de faie vaie le couant otoique d excitation de la MADA figue (2.11). C et u ce bobinage de moinde puiance que le convetieu de puiance, compoé d un enemble à deux convetieu à IGBT commandé en MLI, en cacade, et inéé afin de contôle le flux et la vitee de otation de la généatice aynchone du coté de la machine et contôle aui de puiance active et éactive tanitée du côté du éeau [34]. MADA P f 1 g P. Réeau f MADA g. P f Fig.2.11: Stuctue de Schebiu avec convetieu MLI 33

Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation 6.5 Stuctue de Schebiu avec cyclo-convetieu : Afin d'autoie un flux d'énegie bidiectionnel ente le oto et le éeau, l'aociation edeeu onduleu peut ête emplacée pa un cyclo-convetieu figue (2.12), l'enemble et alo appelé tuctue de Schebiu. Comme le flux de la puiance et bidiectionnel, il et poible d augmente ou de diminue l énegie de gliement et aini faie fonctionne la machine en généatice ou en moteu. Son utiliation génèe pa conéquent de petubation hamonique impotante qui nuient au facteu de puiance du dipoitif. Le pogè de l électonique de puiance ont conduit au emplacement du cycloconvetieu pa une tuctue à deux convetieu à IGBT commandé en MLI [3]. Réeau Énegie Énegie MADA Fig.2.12: Stuctue de chebiu avec cycloconvetieu 6.6 Convetieu Maticiel : Le convetieu maticiel et une nouvelle généation de convetieu diect AC /AC, qui et contitué pa de inteupteu MA de puiance bidiectionnel ulta apide. Généalement il a une topologie d'une ouce DA de tenion. L'appaition de IGBT et de contôleu puiant DSP pemettent de mette en évidence le convetieu maticiel et d'exploite le haute pefomance appotée pa celui-ci pa appot aux convetieu de puiance taditionnel. La tenion à la otie de celui-ci et fomée pa de ection de tenion d'entée à 1'aide de technique de commande MLI intelligente. A 1'entée du convetieu maticiel, on place un filte LC pou le filtage de hamonique. La éaliation patique du convetieu maticiel exige de inteupteu bidiectionnel capable de bloque la tenion et le couant dan le deux diection, mai juqu'à no jou ce gene d'inteupteu ne ont pa diponible ce qui mène à éalie ce denie pa la combinaion d'inteupteu comme le IGBT, MCT, IGCT et MOSFET avec le diode figue (2.13) [3]. 34

Filte d entée LC Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation Réeau P P S 11 S 12 S 13 MADA S 21 S 22 S 23 S 31 S 32 S 33 Fig.2.13: Stuctue avec convetieu maticiel 7. Mode de fonctionnement de la MADA: Comme la machine aynchone claique, la MADA pemet de fonctionne en moteu ou en généateu mai la gande difféence éide dan le fait que la MADA, ce n et plu la vitee de otation qui impoe le mode MA de fonctionnement moteu ou généateu. Effectivement, une DA machine à cage doit toune en deou de a vitee de ynchonime pou ête en moteu et en deu pou ête en généateu. Ici, c et la commande de tenion otoique qui pemet de gée le champ magnétique à l intéieu de la machine, offant aini la poibilité de fonctionne en hype ou hypo ynchonime aui bien en mode moteu qu en mode généateu. Nou allon péente ucceivement ce difféent mode de fonctionnement [35] : 7.1 Fonctionnement en mode moteu hypoynchone : La figue (2.14) monte que la puiance et founie pa le éeau au tato et la puiance de gliement tanite pa le oto pou ête éinjecte au éeau. On a donc un fonctionnement moteu au deou de la vitee de ynchonime. Ce égime et généalement connu come mode de écupéation de l énegie de gliement. La machine aynchone à cage claique peut fonctionne aini mai la puiance de gliement et alo diipée en pete joule dan le oto. P Réeau Pm MADA P Fig.2.14 : Fonctionnement en mode moteu hypoynchone 7.2 Fonctionnement en mode moteu hypeynchone : La figue (2.15) monte que la puiance et founie pa le éeau au tato, la puiance de gliement et également founie pa le éeau au oto, on a donc un fonctionnement moteu au deu de la vitee de ynchonime. La machine aynchone à cage ne peut pa avoi ce mode de fonctionnement. 35

Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation P Réeau Pm MADA Fig.2.15 : Fonctionnement en mode moteu hypeynchone 7.3 Fonctionnement en mode généateu hypoynchone : La figue (2.16) monte que la puiance et alo founie au éeau pa le tato. La puiance de gliement et aui founie pa le tato. On a donc un fonctionnement généateu en deou de la vitee de ynchonime. La machine aynchone claique ne peut pa avoi ce mode de fonctionnement. P P Réeau Pm MADA P Fig.2.16 : Fonctionnement en mode généateu hypoynchone 7.4 Fonctionnement en mode généateu hypeynchone : La figue (2.17) monte que la puiance et alo founie au éeau pa le tato et la puiance de gliement et écupéée via le oto pou ête éinjectée au éeau. On a donc un fonctionnement généateu au deu de la vitee de ynchonime. La machine aynchone à cage peut avoi ce mode de fonctionnement mai dan ce ca la puiance de gliement et diipée comme de pete joule dan le oto. P Réeau Pm MADA P Fig.2.17 : Fonctionnement en mode généateu hypeynchone 36

Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation 8. Modéliation de la machine à double alimentation La machine aynchone et epéentée u la figue (2.18) pa ce ix enoulement dan l epace électique. L angle θ epèe le décalage de l axe de la phae otoique (OAR) pa appot à l axe fixe de la phae tatoique (OAS). AS AR O Fig.2.18 : Repéentation chématique du modèle d une MADA 8.1 Hypothèe implificatice : Pou cette mie en équation, nou uppoon que le bobinage et epati de manièe à donne une f.m.m. inuoïdale 'il et alimente pa de couant inuoïdaux. Nou uppoeon également que nou tavaillon en égime non atué. Nou négligeon le phénomène d'hytééi, le couant de Foucault et effet de peau. Enfin, le égime homopolaie et nul puique le neute n et pa elié. Ce choi ignifient ente aute que : Le flux ont additif. Le inductance pope ont contante. Il y a une vaiation inuoïdale de inductance mutuelle ente le enoulement tatoique et otoique en fonction de 1'angle électique de leu axe magnétique. 8.2 Modèle de la MADA dan le epèe abc : Avec le hypothèe citée ci deu, le équation électique de phae tatoique et otoique qui décivent le fonctionnement de la machine écivent comme uit : d. V V R. I R I dt d dt (2.3) 37

Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation Avec : Gandeu tatoique : Gandeu otoique : T V V a V b V c T I I a I b I c a b T c T V V a V b V c T I I a I b I c a b T c,, Le flux tatoique et otoique en fonction de couant, de inductance pope et de inductance mutuelle, ont expimé pa le équation uivante : Où : L. I M. I M. I L. I M. I M. I R, R : ont le matice de éitance tatoique et otoique. L, L : ont le matice de inductance pope tatoique et otoique. M, M : ont le matice de inductance mutuelle ente le tato et le oto. M, M : ont le matice de inductance mutuelle tatoique-tatoique et otoiqueotoique. Avec : (2.4) R R. I R R. I L L. I L L. I 33 33 33 33 (2.5) (2.6) co2. 3 co2. 3 2. 3 co2. 3 2. 3 co 2. 3 M M. co (2.7) co co2. 3 co2. 3 2. 3 co2. 3 2. 3 co 2. 3 M M.. co (2.8) co 38

Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation Avec : I 3* 3 : et la matice identité d ode 3. co co 2. 3 co 4. 3 4. 3 co co 2. 3 2. 3 co 4. 3 co M M. co (2.9) co M T M (2.1) M : et le maximum d inductance mutuelle ente une phae tatoique et ente une phae otoique pou. L énegie magnétique peut ête calculée à pati de l expeion uivante : W mag 2 1 T T I I (2.11) Le couple électomagnétique expime pa le déivé de l énegie électomagnétique pa appot à l angle géométique de otation du oto [37] : On peut déduie : C e Wmag Wmag n p (2.12) geom elect C e n p 2 I T d d M I elect L équation du mouvement (mécanique) et : (2.13) J m d dt f m Cem C (2.14) Où : (2.15) n p Avec : J m moment d inetie de la machine, Cem couple électomagnétique C couple éitant, et f m coefficient de fottement de la machine. 39

Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation Nou contaton la complexité de équation électique et l équation mécanique de la machine aynchone qui ne peuvent ête facilement exploitée à caue de dimenion de matice entant dan le calcul et de la dépendance de la matice inductance vi à vi de la poition de l axe otoique pa appot à l axe tatoique, qui et vaiable dan le temp. 8.3 Changement de epèe : Le but d un changement de epèe et de ende l écitue de équation de la machine plu imple à exploite. Dan note étude nou avon utilié la tanfomation de Pak 8.3.1 La tanfomation de Pak : Afin de echeche le loi de contôle d une machine à couant altenatif, nou pouvon la modélie dan un epèe (d, q) tounant dont l oientation et à pioi abitaie. Ce modèle et obtenu apè tanfomation vituelle de la machine tiphaée en une machine diphaée équivalente [35]. Cette tanfomation qui pemet le paage du ytème tiphaé au ytème biphaé effectue en faiant coeponde aux vaiable éelle leu compoante homopolaie, diecte et en quadatue, figue (2.19). AS q AR P e q V q O e q V q e V d d e V d d d Fig.2.19 : Repéentation de la MADA dan le epèe de Pak Donc pou le paage du ytème tiphaé au ytème biphaé en utilie la matice P : 2 4 co( ) co( ) co( ) 3 3 2 2 4 P in( ) in( ) in( ) (2.15) 3 3 3 1 1 1 2 2 2 4

Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation Le changement de vaiable elatif aux couant, tenion et flux et défini pa la tanfomation (2.15) : x x x d q o xa P xb (2.15) x c Avec x : tenion, couant ou flux, et le indice uivant epéentent : o : indice de l axe homopolaie. d : indice de l axe diect. q : indice de l axe en quadatue. et pou la tanfomation invee on utilie la matice 1 P : co( ) in( ) 1 1 2 2 P co( ) in( ) 1 (2.16) 3 3 4 4 co( ) in( ) 1 3 3 Alo le vaiable éelle ont obtenue à pati de vaiable biphaée x x x a b c xd 1 P xq (2.17) x o 8.3.2 Equation électique et magnétique dan le ytème d axe (d, q) : Avec : Le expeion de tenion tatoique et otoique uivant l axe (d, q) ont donnée pa : V V V V d q d q R I R I R I R I d q d q d dt d dt d dt d dt d q d q coo coo ( ( coo : Vitee du ytème d axe (d, q). coo coo q d ) ) q d (2.18) 41

Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation Le expeion de flux tatoique et otoique dan le ytème (d, q) d q d q LI LI L I L I d q d q MI MI MI MI d q d q (2.19) 8.4 Choix du éféentiel : Pou étudie la théoie de poceu tanitoie de machine électique, il et ecommandé de choii un ytème d axe de éféence qui pemet d abouti au ytème difféentiel le plu imple poible, ca le éultat final et indépendant du choix du ytème de coodonnée. On touve que le calcul peut ête plu ou moin complexe. A pati du ytème d axe (d, q) on peut avoi d aute axe qui ont de ca paticulie. Dan la uite, le compoante homopolaie ont uppoée nulle : Réféentiel fixé pa appot au tato : = coo Réféentiel fixé pa appot au oto : Réféentiel fixé pa appot au champ tounant : coo Cette denièe epéentation qui fait coeponde de gandeu continue aux gandeu inuoïdale en égime pemanent, la conception du contôle vectoiel pa oientation du flux néceite ce choix et le modèle d action dépendent de la poition du éféentiel pa appot aux dive axe de flux. 8.5 Modèle biphaé de la MADA lié au champ tounant : On expime le tenion pa : coo V V V V d q d q R. I R. I R. I R. I d q d q dd. q dt dq. d dt dd q dt dq d dt (2.2) 42

Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation D aute pat, on peut déduie l expeion de la puiance électomagnétique de la machine dan le epèe de Pak apè le calcul de la puiance intantanée comme uit [37]: 3 t V. I V. I V. I V I P d d q q d d q. q (2.22) 2 En emplaçant V d, Vq, Vd et V q pa leu expeion, on aua : 3 2 2 t. R. I I P t P t P t P t P t P t (2.23) j j mg Pj d q : epéente le pete joule dan l enoulement de tato. 2 3 2 2 Pj t. R. I d Iq : epéente le pete joule dan l enoulement de oto. 2 3 P mgt. d. Id q. Iq : epéente l échange d énegie électomagnétique avec la ouce 2 tatoique. 3 P mgt. d. Id q. Iq : epéente l échange d énegie électomagnétique avec la ouce 2 otoique. 3 Pem t.. q. I d. d. I q q. I d d. I q epéente la puiance 2 électomagnétique. En utiliant le expeion de flux magnétique péentée dan (2.21), on obtient : 3 P emt.. d. Iq q. Id (2.24) 2 Sachant que : P em t. Cem et. np On déduit l expeion du couple électomagnétique : 3 C em. np. d. I q q. I d (2.25) 2 Pa ailleu, le puiance active et éactive tatoique et otoique ont donnée pa : 3 P V did VqIq Puiance tatoique : 2 3 Q V qid VdIq 2 mg em Puiance otoique : 3 P VdI 2 3 Q V qi 2 d d V q V d I I q q 43

Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation 8.6 Mie ou fome d équation d état : Le équation (2.2) peuvent ête dipoée ou la fome de epéentation d état. On choiit pou vecteu d état x,, I, I, on touve le équation d état ou fome maticielle : d q d q dx L. A. x BU. dt y C. x (2.26) Avec : T U V, V, V, V, I 4* 4 d q d q B, A M L R L R L R. R M L R. M L R. M L et 1 M L L 1 M L 1 1 2 C. 1 ( M / L L ) : Coefficient de dipeion. 9. Simulation de la machine aynchone a double alimentation : A l aide du logiciel MATLAB/imulink, la imulation de la machine aynchone à double alimentation pou le deux type de fonctionnement moteu et généateu a été faite. Son modèle et baé u le équation obtenue avec la tanfomation de Pak (epèe (d, q)) lié au champ tounant. Le éultat monté u le figue ci-deou ont ceux obtenu pa le modèle d une machine de puiance 3 KW. Le éultat de imulation de la machine aynchone fonctionnant en moteu à oto en cout cicuit ont péenté u le figue (2.2), (2.21), (2.22), (2.23) concenant epectivement le vaiable d état,, I, I la vitee, le couple et la puiance active et éactive du tato. d q d q 44

la vitee (t/min) couple cem (N.m) Id (A) Iq (A) Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation -1.15-1.1 Φd (Wb) -1.2-1.3-1.4-1.5-1.6-1.7-1.8-1.9 Φq (Wb).1.5 -.5 -.1-2 1 2 3 4 5 temp () 1 2 3 4 5 temp () Fig.2.2 : Compoante du flux tatoique 8 8 6 6 4 4 2 2-2 1 2 3 4 5 temp () -2 1 2 3 4 5 temp () Fig.2.21 : Compoante du couant tatoique 2 15 3 25 2 1 5-5 1 2 3 4 5 temp () 15 1 5-5 1 2 3 4 5 temp () Fig.2.22 : Vitee et couple électomagnétique C em 45

P (w) Q (va) Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation 4 x 14 5 x 14 3 4 2 3 1 2 1-1 1 2 3 4 5 temp () 1 2 3 4 5 temp () Fig.2.23 : Puiance active et éactive du tato La imulation effectue au dépat, d un démaage à vide. On emaque que le égime tanitoie et ocillatoie pou toute le gandeu de la machine. Apè que le égime pemanent établi, on applique à l intant t=1, un couple de chage à la machine C=+2Nm qu on annule à t=2 enuite à l intant t=3, on applique un couple de chage C=-2Nm qu on annule à t=4. Apè l application de cette petubation, nou obevon une bonne tabilité de la machine. Néanmoin, nou emaquon une vaiation de la vitee taduite pa un gliement upplémentaie (+g, ou -g). Noton qu à vide la vitee du oto et poche de la vitee de ynchonime (gliement nul), au moment où on applique un couple éitant C=+2N.m, la vitee diminue (augmentation du gliement) et pou C=-2N.m, la vitee augmente (diminution du gliement) le couple électomagnétique épond au couple éitant aini que le couant de phae, mai nou emaquon que ce deux gandeu péentent de pic gênant (le effet du égime tanitoie), qui peuvent endommage la machine. Comme on peut ouligne un aute point impotant, c et la vaiation notée au niveau du flux lo de l application du couple éitant, ceci met en évidence l abence de découplage. On emaque aui que le égime de fonctionnement de la machine (moteu ou généatice) dépend de la vitee de otation hypo ou hypeynchone Le éultat de imulation monté u le figue ci-deou ont ceux obtenu pa le modèle d une machine aynchone à double alimentation, fonctionnement moteu, alimenté diectement pa deux ouce de tenion tiphaée pafaite. L une au niveau du tato avec une féquence du éeau qui et de 5 Hz et d amplitude 22V, et l aute au niveau du oto avec une 46

couant tatoique (A) couant otoique (A) la vitee de otation (t/min) couple cem (Nm) Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation amplitude de 12 V et une féquence égale à 1Hz. Le figue (2.24), (2.25), illutent la vitee, le couant otoique, le couant tatoique, le couple électomagnétique. 2 3 15 25 2 1 5 15 1 5-5.5 1 1.5 2 temp () -5.5 1 1.5 2 temp () Fig.2.24 : Vitee et couple électomagnétique 15 1 1 5 5-5 -5-1 -1.5 1 1.5 2 temp () -15.5 1 1.5 2 temp () Fig.2.25 : Couant tatoique et otoique -.5.5 Φd (Wb) -1 Φq (Wb) -1.5 -.5-2.5 1 1.5 2 temp() -1.5 1 1.5 2 temp () Fig.2.2 : Compoante du flux tatoique 47

Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation Le éultat de imulation de la MADA epoté u le figue ci-deu, montent claiement le capacité de la MADA à fonctionne en égime hypeynchone même i la féquence tatoique et fixée à 5Hz. La MADA ne peut démae diectement en mode double alimentée, elle doit avoi un oto en cout-cicuité pou a mie en mache en aynchone. A l intant t=1, on alimente le oto pa une tenion de 12V et de 1Hz. 1. Modéliation de l alimentation de la MADA commandée pa le oto : Dan cette patie, nou péenton l alimentation de la généatice à double alimentation dont le tato et couplé diectement au éeau et le oto pa une cacade edeeu- onduleu à MLI figue (2.26). Réeau GADA MADA a. MLI à poteue tiangulaie : Dan la méthode de la MLI à poteue tiangulaie, montée dan la figue 2.27, l eeu ente le ignal de éféence (couant ou tenion) et une onde tiangulaie (poteue) d une amplitude et d une féquence fixe définit le intant de commutation de inteupteu à l aide d un compaateu. Commande MLI Fig.2.26: Stuctue d alimentation de la MADA pa une cacade onduleu- edeeu à MLI 3 2 1-1 -2-3.5.1.15.2 temp () Fig. 2.27 : ignal de poteue et ignaux de éféence 48

Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation b. MLI à bande hytééi La méthode de la bande d hytééi pemet la commutation de inteupteu du edeeu loque l eeu ente le ignal et a conigne excède une amplitude fixée. Cette amplitude et communément appelée fouchette ou bande d hytééi. Cette technique ne demande qu un compaateu à hytééi pa phae. Le compaateu à hytééi fonctionne elon le pincipe expliqué dan la figue (2.28). L inteupteu ouve i l eeu devient inféieue à - H/ 2, et il e feme i cette denièe et upéieue à + H/ 2, où H epéente la fouchette (ou lageu de la bande) d hytééi. Si l eeu et maintenant compie ente -H/ 2 et +H/ 2 (c et-à-die, qu elle vaie à l intéieu de la fouchette d hytééi), l inteupteu ne commute pa [24]. Sotie du compaateu 1 -H/2 H/2 Signal d eeu Fig.2.28 : Modulateu MLI à bande d hytééi 1.1 Stuctue généale du edeeu MLI : La technologie employée conite à modifie la tuctue intene du edeeu en emplaçant le thyito pa de inteupteu entièement commandable à l ouvetue et à la femetue : tanito MOSFET pou le moyenne et petite puiance, tanito IGBT ou thyito GTO pou le fote puiance, en anti paallèle avec de diode. Pou la commande on utilie la technique de la modulation de lageu d impulion. La figue 2.29 monte le chéma de pincipe d un edeeu MLI [39]. 49

Récepteu Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation I dc V a e a e b R V b R V c L L I a I b I c v a K 11 K 12 v b K 21 K 22 v c K 31 K 32 U dc e c R L Commande MLI Fig.2.29 : Schéma de pincipe d un edeeu MLI [4] 1.1.1 Pincipe de fonctionnement en edeeu MLI : La éveibilité en couant de l onduleu MLI de tenion autoie on fonctionnement en edeeu MLI de couant. Il agit alo d alimente une chage (paive ou active) en continu à pati d un éeau altenatif, le couant pélevé u ce éeau étant inuoïdale et éventuellement, en phae avec la tenion. On peut donc, avec un edeeu MLI, obteni un facteu de puiance tè poche de l unité. On peut aui égle, pa le contôle, l énegie éactive abobée ou founie. Toutefoi, ce edeeu peut ête à tuctue couant ou à tuctue tenion. Le couant de ligne et commandé pa la chute de tenion de la ligne poduite pa l inductance L, et la éitance R de la ligne et la tenion d entée du edeeu v a b, c,.le pont edeeu et contitué de toi ba chaque ba compote deux tanito bipolaie (thyito) en antipaallèle avec de diode comme il et epéenté dan la figue (2.29), chaque inteupteu peut ête commandé en ouvetue et en femetue. La tenion d enté v a b, c, et en fonction de état de ce inteupteu. Le tableau uivant donne le huit état poible de ce inteupteu [4] : k S a S b S c V ab V bc V ca 1 U dc - U dc 1 1 1 u d - u d 2 1 - U dc u d 3 1 1 - U dc U dc 4 1 - U dc U dc 5 1 1 U dc - U dc 6 7 1 1 1 5

Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation 51 Tableau (2.1) : état poible de inteupteu et tenion d entée aociée S a, S b, S c ont le état de inteupteu k 11, k 21, k 31. De cette table, on peut écie le tenion d entée du edeeu d`une manièe généale comme uit : dc a c ca dc c b bc dc b a ab U S S V U S S V U S S V... (2.27) D où on peut déduie le tenion imple : dc c c dc b b dc a a U f V U f V U f V... (2.27) Avec : 3 2. 3 2. 3 2. b a c c a c b b c b a a S S S f S S S f S S S f (2.28) 1.1.2 Repéentation fonctionnelle du edeeu MLI dan le éféentiel tiphaé Le équation de tenion pou le ytème tiphaé équilibé an neute peuvent ête écite comme: c b a c b a c b a c b a v v v i i i dt d L i i i R e e e.. (2.29) Et la tenion d'enté du edeeu peut ête écite comme uit : c a n n n dc n S S U v 3 1. (2.3) n=a ou b ou c. Pa ailleu, on peut écie le couant du bu continu comme : c dc i dt du C. (2.31) Le couant dan la capacité peut écie aui: ch dc c i i i (2.32) ch c c b b a a dc i i S i S i S dt du C.... (2.33) Donc, pou le coté altenatif du edeeu on peut écie:

Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation 52 c b a c dc c c a n n c dc c c c c b a b dc b c a n n b dc b b b c b a a dc a c a n n a dc a a a S S S S U e S S U e R i dt di L S S S S U e S S U e R i dt di L S S S S U e S S U e R i dt di L 3 1 3 1.. 3 1 3 1.. 3 1 3 1.. (2.34) La combinaion de équation (2.33), (2.34) nou pemet de tace le chéma fonctionnel tiphaé epéenté dan la figue (2.3). Le contôle de la tenion continue dc U exige une boucle d aeviement femée. Pou cela, il faut égle cette tenion de otie en fonction de la chage utiliée. Pou accompli cette tache, la tenion de otie du edeeu et meuée et compaée à une éféence ef dc U. La otie du égulateu poduit le ode de commande pou le tanito du edeeu comme l indique la figue (2.31) [41]. Fig.2.3 : Schéma fonctionnel d un edeeu MLI R L. 1 e a a S a V I a f a 3 1 + + + + + + C. 1 dc U + _ R L. 1 e b b S b V I b f b R L. 1 e c c S c V I c f c + _ + _ + _ + - - + _ + _ I ch + _

tenion du bu continu U dc (V) tenion de bu continue (V) couant de le chage (A) PI Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation e a e b e c I a R L I b R L I c R L in in 12 in 12 S a S b S c Commande MLI _ + _ + _ + U dc } _ + I max Chage U dc-ef Fig.2.31 : Redeeu MLI tiphaé et a commande. 1.1.2 Réultat de imulation : Le fonctionnement était en edeeu et le couant de chage et poitif ( i ). A l intant t =1, on fait change le mode de fonctionnement pa inveion du en du couant de chage i donc en fonctionnement onduleu. ch ch 12 15 1 1 8 6 4 2 5-5 -1-2.5 1 1.5 2 temp () Fig.2.32 : Allue de la tenion du bu continu -15.5 1 1.5 2 temp() U dc et du couant de chage i ch 1.2 Modéliation de l onduleu tiphaé à MLI : L onduleu et un convetieu d électonique de puiance qui pemet la conveion continue altenative. Il fonctionne en commutation focée et conçu généalement à bae de tanito. Il pemet d impoe à la machine de tenion ou de couant à amplitude et féquence vaiable [28]. 53

teion Va (V) Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation Cet onduleu à commutation commandé et contitué de toi banche dipoée de la même manièe que dan le edeeu commandé [37]. Le couple d inteupteu (K 11 et K 12 ), (K 21 et K 22 ), (K 31 et K 32 ) doivent ête commandé de manièe complémentaie pou aue la continuité de couant altenatif dan la chage d une pat, et d évite le cout- cicuit de la ouce d aute pat. L état de inteupteu, uppoé pafait, peut ête défini pa toi gandeu booléenne de commande. Le équation intantanée de tenion imple à la otie de l onduleu en fonction de gandeu de commande ont donnée pa [42] : v v v an bn cn 1 U 3 dc 2 1 1 1 2 1 1 f 1 f 2 f 1 2 3 (2.35) Ce vaiable de commande f 1, f2, f3 péentent de ignaux logique (1 ou ) déduit de l application de la technique à MLI, ou pa compaaion ente le couant de otie couant de éféence l onduleu. i a b, cef i a b, c, et le,.la figue uivante péente la tenion d une phae de otie de.8.6.4.2 -.2 -.4 -.6 -.8.2.4.6.8.1.12.14.16.18.2 temp () Fig.2.33 : Tenion de otie d une phae de l onduleu 54

Chapite 2 Etude et modéliation de la machine aynchone a double alimentation 11. Concluion : Dan ce chapite, on a péenté une bève étude u la machine aynchone à double alimentation, a tuctue, on pincipe de fonctionnement et le difféente tatégie de a commande aini que e domaine d application. On a aui péenté le modèle de la machine dan le epèe (a,b,c) auquel on a appliqué la tanfomation de Pak pou le ende linéaie et plu adapté à la commande. Enuite, on a modélié le ytème d alimentation qui compote le edeeu, le filte et l onduleu. Pou ce denie, on a appliqué la technique de la MLI à hytééi pou le commande. La modéliation de la MADA et de on ytème d alimentation a pou but de facilite la mie en œuve de la commande. La commande vectoielle ea le ujet du chapite uivant. 55

Chapite 3 : contôle de la puiance active et éactive pa de égulateu PI

Chapite 3 Contôle de la puiance active et éactive pa de égulateu PI 1. Intoduction : Une bonne commande de machine à couant altenatif à vitee vaiable et auée i nou gaantion un bon découplage ente e gandeu électomagnétique. Ceci et éalié pa oientation de ce denie dan un epèe (d,q) tounant à la vitee de otation du champ tounant. Si cela et éalié, nou pouvon appoche on compotement de celle d un moteu à couant continu à excitation indépendante où nou etouvon un découplage natuel ente le couant d excitation qui cée le flux et le couant d induit founiant le couple électomagnétique néceaie pou la faie toune [43],[44]. La commande vectoielle pa oientation du flux péente une olution attactive pou éalie de meilleue pefomance dan le application à vitee vaiable pou le ca de la machine aynchone double alimentée aui bien en fonctionnement généateu que moteu. Dan cette optique, nou avon popoé une loi de commande pou la MADA baée u l oientation du flux tatoique, utiliée pou la faie fonctionne en généatice. Cette denièe met en évidence le elation ente le gandeu tatoique et otoique. Ce elation vont pemette d'agi u le ignaux otoique en vue de contôle l'échange de puiance active et éactive ente le tato de la machine et le éeau [31]. 2. Pincipe de la commande vectoielle : La commande pa oientation de flux popoé pa Blachke, et une technique de commande claique pou l entaînement de machine aynchone. L idée fondamentale de cette méthode de commande et de amene le compotement de la machine aynchone à celui d une machine à couant continu. Cette méthode e bae u la tanfomation de vaiable électique de la machine ve un éféentiel qui toune avec le vecteu du flux. Afin d obteni un contôle analogue à celui de la machine à couant continu à excitation épaée, I d et analogue au couant d excitation, tandi que le couant I q et analogue au couant d induit. Pa conéquent, le deux compoante I d et I q ont mutuellement découplée [44]. De nombeue vaiété de commande ont été péentée dan la littéatue, que l on peut clae uivant la ouce d énegie : Commande en tenion. Commande en couant. Suivant l oientation du epèe : Le flux otoique. Le flux tatoique. Le flux d entefe. 56

Chapite 3 Contôle de la puiance active et éactive pa de égulateu PI Suivant la détemination de la poition du flux : Diecte pa meue ou obevation de vecteu flux (module, phae). Indiecte pa contôle de la féquence du gliement. 3. Modèle de la MADA avec oientation du flux tatoique : On appelle d abod le ytème d équation difféentielle de la machine : V V V V d q d q R. I R. I R. I R. I d q d q dd. q dt dq. d dt dd dt dq dt Pou la machine aynchone à double alimentation le vaiable de contôle ont le tenion tatoique et otoique. En conidéant le flux tatoique et le couant otoique comme de vecteu d état. Le équation (2.2) peuvent ête dipoée ou la fome d une epéentation d état comme uite : q d (3.1) dx L. A. x BU. dt y C. x (3.2) U V, V, V, V, 4* 4 Avec : T d q d q B I, x,, I, I T d q d q A M L R L R L R.. R M L R. M L R. M L 1 M et L L 1 M L 57

Chapite 3 Contôle de la puiance active et éactive pa de égulateu PI 3.1 Choix du éféentiel pou le modèle diphaé : En appliquant la technique d'oientation du flux tatoique u le modèle de la machine (oientant le epèe de Pak pou que le flux tatoique uivant l axe q oit contamment nul). Nou pouvon écie :, d q V V V V d q d q R. I R. I R. I R. I d q d q d dt. d d dt d dt d q d Dan le epèe tiphaé (a, b, c), la tenion aux bone d une phae n du tato expimé pa la elation généale : V n q d (3.3) dn RI n (3.4) dt De plu, i on néglige la éitance de enoulement tatoique, hypothèe éalite pou le machine de fote puiance utiliée pou la poduction éolienne, le équation de tenion tatoique de la machine e éduient à [42] : V n dn (3.5) dt Cette elation monte qu un epèe lié au flux tatoique toune alo à la même vitee angulaie que le vecteu de tenion tatoique et qu il et en avance de ( / 2 ) u ce même vecteu. Toujou dan l hypothèe d un flux tatoique contant, on peut écie : V, Vq V (3.6) d Le pincipe d oientation de la tenion et du flux tatoique et illuté u la figue (3.1) q d V a a Fig.3.1 : Oientation du flux tatoique 58

Chapite 3 Contôle de la puiance active et éactive pa de égulateu PI Dan l'hypothèe où le flux det maintenu contant (ce qui et aué pa la péence d'un éeau table connecté au tato). Le choix de ce epèe end le couple électomagnétique poduit pa la machine et pa conéquent la puiance active uniquement dépendant du couant otoique d axe q. L expeion du couple électomagnétique devient alo : M C e np d. I q (3.7) L En utiliant le implification ci-deu, nou pouvon implifie le équation de tenion et de flux tatoique comme uit : V V d q d q V L I L I q d d MI MI q d A pati de équation (3.9), nou pouvon alo écie le équation liant le couant tatoique aux couant otoique: I I d q M I L L M I q L d Dan un epèe diphaé quelconque, le puiance active et éactive tatoique d une machine aynchone écivent: P V Q V d q. I. I d d V q V d. I. I q q L adaptation de ce équation au ytème d axe choii et aux hypothèe implificatice effectuée dan note ca ( V ) donne: d P Vq. I Q Vq. I q d En emplaçant le couant tatoique pa leu valeu de l équation (3.1) dan l équation (3.12), nou obtenon le expeion uivante pou le puiance active et éactive: (3.8) (3.9) (3.1) (3.11) (3.12) M L P V Q V L I q V M L I d (3.13) 59

Chapite 3 Contôle de la puiance active et éactive pa de égulateu PI En tiant ( V / ) de l équation (3.8), l expeion de la puiance éactive devient : Q 2 V V. M L. L I d (3.14) Ce équation montent qu on a un découplage ente le commande de puiance où la puiance active peut ête commandée pa la compoante en quadatue du couant I q. La puiance éactive peut ête commandée pa la compoante diecte du couant I d[45]. On conidèe le tenion otoique V d, V q comme vaiable de commande qui ont généée pa le bloc de contôle à flux oienté et le couant otoique I d d état. Ce gandeu ont en fonction de gandeu de conigne P ef et Q ef., I q comme vaiable P Q ef ef Le équation de flux d LI q LI d L I q L I M V I qef L V VM I L L d q d q MI MI MI MI d q d q En emplaçant le couant tatoique pa leu expeion, on aua : def (3.15) (3.16) d q L L M L M L 2 2 I I d q MV L (3.17) A pati de ce équation, le expeion de tenion deviennent : V V d q RI R I d q L L M L M L 2 2 di dt di dt d q g L g L M L M L 2 2 I I q d MV g L S (3.18) V d et V q : ont le compoante diphaée de tenion otoique à impoe à la machine pou obteni le couant otoique voulu ; M L L 2 et le teme de couplage ente le deux axe ; 6

Chapite 3 Contôle de la puiance active et éactive pa de égulateu PI 2 M g L. I d L epéente une foce électomotice dépendante de la vitee de otation. Le équation (3.15), (3.18) pemettent d'établi un chéma bloc du ytème électique à égule figue (3.3). MVv g L P ef L M. V v I qef + PI + + V q P I d M g L L 2 MADA 2 V L. I q M g L L 2 Q Q ef L M. V S I def + PI + V d Fig.3.2 : Schéma bloc de la tuctue de commande pa oientation du flux tatoique de la MADA alimentée en tenion 4. Réultat de imulation : 4.1 Eai 1 : fonctionnement à vitee fixe Le pemie eai conite à applique aux entée de commande de échelon de puiance active et éactive, alo que la machine et entainée a vitee fixe de 16 t/min. Pou la puiance active : De t= à t=1 : un échelon négatif de -5 W, De t=1 à t=3 : un échelon négatif de -3 W, De t=3 à t=5 : un échelon négatif de -2 W. Pou la puiance éactive : De t= à t=2 : un échelon négatif de -4 VAR, De t=2 à t=4 : un échelon poitif de 4VAR, De t=4 à t=5 : un échelon nul de VAR. 61

Q (VAR) Q (VAR) P (W) P (W) vitee de otation (t/min) I-a (A) Chapite 3 Contôle de la puiance active et éactive pa de égulateu PI 161 15 16.5 1 5 16 1599.5-5 -1 1599 1 2 3 4 5 temp () -15 1 2 3 4 5 temp () Fig.3.3: Vitee de otation et couant de la phae a du tato. -5-1 -15-5 -1-15 -2-25 -3-2 -25 Zoom -35 1 2 3 4 5 temp () -3.9.95 1 1.5 1.1 1.15 temp () Fig.3.4: Puiance active de tato avec un zoom. 1 4 3 5 2 1 Zoom -1-2 -3-5 1 2 3 4 5 temp () -4 1.92 1.94 1.96 1.98 2 2.2 2.4 2.6 2.8 2.1 temp () Fig.3.5 : Puiance éactive de tato avec un zoom. 62

Tenion otoique (V) tenion otoique (V) le couant otoique (A) Couant otoique (A) P (W) Q (VAR) Id (A) Iq (A) Chapite 3 Contôle de la puiance active et éactive pa de égulateu PI 7 15 6 5 4 1 3 2 5 1 1 2 3 4 5 temp () 1 2 3 4 5 temp () Fig.3.6 : Couant tatoique elon l axe d et l axe q -5-1 25 2 15 1-15 -2 5-5 -25 1 2 3 4 5 temp () -1 1 2 3 4 5 temp () Fig.3.7 : Puiance active et éactive du oto 4 2 15 2-2 -4 1 5-5 -1-15.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 temp () Fig.3.8. : Tenion et couant otoique -2 1 2 3 4 5 temp () 63

Chapite 3 Contôle de la puiance active et éactive pa de égulateu PI 4.1.1 Intepétation de éultat : On obeve une dynamique qui éagit apidement pou la puiance éactive et celle de la puiance active du tato avec un temp de épone de.1. La puiance active du côté tatoique et négative ce qui ignifie que le éeau dan ce ca et un écepteu de l énegie founie pa la MADA, La puiance éactive et églable elon le beoin du éeau (ajutement u le co ), et le deux ont découplée ente eux (la puiance active et commandée pa la compoante I q et la puiance éactive pa le compoante I d ). On obeve aui u la coube de puiance active otoique que cette denièe et négative et a valeu et jutifiée pa le égime de fonctionnement hypeynchone de la machine. Dan ce ca la généatice founit la puiance de gliement au éeau à tave le oto de la machine, ce qui donne un avantage à la MADA en égime hypeynchone. 4.2 Eai du fonctionnement en MPPT : 4.2.1 Statégie MPPT : La vitee du vent étant difficilement meuable, une tatégie MPPT an cette meue et péentée. Nou uppoon que la vitee du vent et contante u la péiode d étude, la vitee de otation de la tubine et uppoée contante au egad de l inetie impotante de celle-ci. Si nou négligeon le coefficient de fottement de l abe mécanique, on peut écie elon l équation (1.18) : Tel que la tubine : Cg C em (3.19) C g : et le couple execé u l abe apè le multiplicateu. Alo, la éféence du couple électomagnétique de la tubine et obtenu à pati du couple de C em Cae ef (3.2) G Afin d atteinde la valeu optimale de la vitee de otation otoique loque la vitee du vent et modifiée, le coefficient de puiance doit ête maintenu à a valeu maximale ( C ). Alo, le couple aéodynamique abobé et expimé pa [4]: pmax C 1 3 ae C pmax. S. V (3.21) 2. t La vitee de otation de la tubine et etimée à pati de la vitee de la généatice pa : 64

Chapite 3 Contôle de la puiance active et éactive pa de égulateu PI t (3.22) G Pou une valeu contante de l angle d incidence de la pale et du appot de vitee égale à a valeu optimale opt, la vitee du vent peut ête etimée : V R t (3.23) opt Alo, le couple électomagnétique de éféence et obtenu pa [4]: C emef 1 2 G opt 3 C pmax R 2 2 (3.24) f, fr, t 1 G C p V 1 2 C ae 1 g 3. S V + - G C 1 J f g 1 2 t C p max S.. V 3 C Cem ef g. et 1 G V et R t. et opt t.et 1 g G MPPT Fig.3.9: Schéma-bloc de la tatégie MPPT an meue de la vitee du vent 4.2.2 Réultat de imulation : Vitee de vent vaiable avec l implémentation de l algoithme MPPT L angle de calage et fixé à o 1. La éféence de puiance et choiie elon l MMPT. Un échelon de la puiance éactive de pou mainteni le facteu de puiance à l unité. 65

P (W) Q (VAR) Q (VAR) P (W) couple de la tubine (N.m) couple electomagntique (N.m) vitee du vent (m/) Cp Chapite 3 Contôle de la puiance active et éactive pa de égulateu PI 14 12 1 8.468.467.467.467.466 6 4 2 1 2 3 4 5 temp ().465.465.464.464.463.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 temp () Fig.3.1 : Vitee du vent et coefficient de puiance C p -1-1 -2-3 -4-5 -6-7 -8-9 1 2 3 4 5 temp () -2-3 -4-5 -6-7 -8-9 -1 1 2 3 4 5 temp () Fig.3.11: Couple de la tubine C t et couple électomagnétique C em -22-24 5-26 -28 1 1-21 -212 Zoom 8 8 6 Zoom -5-1 -15-214 -216 1.75 1.8 1.85 1.9 1.95 2 temp () 6 4 4 2.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 temp () -2-25 2-3 1 2 3 4 5 temp () -2 1 2 3 4 5 temp () Fig.3.12: Puiance active et éactive du tato avec un zoom 66

tenion otoique (V) couant otoique (A) P (W) Q (VAR) couant tatoique (A) le gliement Chapite 3 Contôle de la puiance active et éactive pa de égulateu PI 15 1.2 1 1 5.8-5 -1.6.4.2-15 1 2 3 4 5 temp () -.2 1 2 3 4 5 temp () Fig.3.13: Couant d une phae du tato et gliement g 3 14 2 12 1 1-1 -2 8 6 4 2-3 1 2 3 4 5 temp () 1 2 3 4 5 temp () Fig.3.14: Puiance active et éactive du oto 5 4 3 15 1 2 1-1 -2-3 -4 5-5 -1-5 1 2 3 4 5 temp () -15 1 2 3 4 5 temp () Fig.3.15: Tenion (V a, V b, V c ) et couant otoique (I a, I b, I c ) 67

Chapite 3 Contôle de la puiance active et éactive pa de égulateu PI 4.2.3 Intepétation de éultat : Nou avon applique à note éolienne un pofil de vent qui et péenté dan la figue (3.1). Le coube de caactéitique mécanique (coefficient de puiance C p, couple de la tubine C t et celle de la généatice C em ont péenté dan le figue (3.1) et (3.11)). Nou avon enuite péenté la puiance active et éactive du tato, figue (3.12), le couant du tato et le gliement dan la figue (3.13), la puiance active et éactive du oto la figue (3.14), la tenion et le couant otoique dan la figue la figue (3.15). Une petite vaiation de la vitee du vent intoduit une gande vaiation de la puiance extaite ca elle et popotionnelle au cube de la vitee du vent. Cette puiance et appliquée au ytème de églage pou que la puiance active du oto uit cette puiance, et la puiance éactive du tato et églée uivant le beoin du éeau (coection du facteu de puiance) figue (3.1). La puiance active du tato uit donc a éféence pou pemette à l éolienne à fonctionne dan le condition optimale. Cette manièe de fonctionnement et jutifiée pa la valeu maximale du coefficient de puiance (C p =.43). Comme le monte la coube de la puiance active otoique, cette puiance évolue en fonction de la puiance active du tato et la valeu de gliement g ; ce qui véifie l expeion P=-g*P. Nou avon également péenté le vaiation de tenion et de couant otoique afin de mette en évidence le changement du fonctionnement. 5. Concluion : Ce chapite nou a pemi d étudie et d applique la commande vectoielle en puiance active et éactive tatoique de la généatice aynchone à double alimentation. Le choix de l oientation du flux a été pi en oientant le flux tatoique elon l axe d. La méthode du flux oienté et appliquée depui quelque année à la MADA ete la méthode la plu épandue. En effet, celle-ci nou pemet non eulement de implifie le modèle de la machine mai aui de découple la égulation du couple et celle du flux. A pati de la imulation numéique, on a contaté qu effectivement la technique d oientation du flux tatoique pemet de découple le flux et le puiance de ote que la compoante diecte du couant otoique contôle la puiance éactive, et la compoante en quadatue contôle la puiance active. Ceci nou pemet d obteni de pefomance dynamique élevée imilaie à celle de la MCC. 68

Chapite 4 : contôle de la puiance active et éactive pa de égulateu à mode gliant

Chapite 4 contôle de la puiance et éactive pa de égulateu à mode gliant 1. Intoduction : La théoie de ytème à tuctue vaiable (SSV) et le mode gliant a fait l'objet d'étude détaillée au cou de tente denièe année aui bien pa le checheu oviétique, que pa le checheu de aute pay. La dicuion qui a eu lieu au 1 e conge de 1'IFAC en 196 ente Neimak et Fillipov a été concluante dan la meue ou un nouveau poblème u la théoie de mode gliant a été poé. Ce n'et que duant cette dicuion que 1'ambigüité de la détemination du compotement dynamique du ytème commandé u la uface de commutation a été levée. La technique de mode gliant conite à amene la tajectoie d'état d'un ytème ve la uface de gliement et de la faie commute a l'aide d'une logique de commutation appopié autou de celle-ci juqu'au point d'équilibe, d'où le phénomène de gliement [46]. Dan ce chapite, nou monton comment la commande pa mode de gliement peut ête appliquée au contôle de la MADA. Pou cela, nou péenton tout d abod un appel théoique u la commande pa mode de gliement de ytème à tuctue vaiable, nou abodon enuite la conception de l algoithme de commande avec ce difféente étape, nou donnon aui l application de la commande u la MADA et nou allon enfin monte le avantage appoté pa ce type de églage pa appot à ceux obtenu pa le égulateu claique PI, apè illutation et viualiation de éultat de imulation. 2. Pincipe de la commande pa mode de gliement de ytème à tuctue vaiable : Etant un ca paticulie de la commande à tuctue vaiable, la commande pa mode gliant (CMG) a été lagement utiliée dan la littéatue. Ce uccè et dû à a implicité de mie en œuve et à a obutee vi-à-vi de vaiation paamétique et de petubation extene. Il agit de défini d abod une uface dite de gliement qui epéente la dynamique déiée, pui ynthétie une loi de commande qui doit agi u le ytème en deux phae. Dan la pemièe, on foce le ytème à ejoinde cette uface, et dan la econde phae on doit aue le maintient de gliement le long de cette uface pou atteinde l oigine du plan de phae comme monté u la figue (4.1) [47].. 69

Chapite 4 contôle de la puiance et éactive pa de égulateu à mode gliant Fig.4.1 : Mode de fonctionnement dan le plan de phae La tajectoie dan le plan de phae et contituée de toi patie ditincte [47]: Le mode de convegence (MC) : duant lequel la vaiable à égule e déplace à pati de n impote quel point du plan de phae ve la uface de commutation Sx l atteint dan un temp fini. Ce mode et caactéié pa la loi de commande et le citèe de convegence. Le mode de gliement (MG) : duant lequel la vaiable d état a atteint la uface gliante et tend ve l oigine du plan de phae. La dynamique dan ce mode et caactéiée pa le choix de la uface de gliement x S. et Le mode de égime pemanent (MRP) : il et ajouté pou l étude de la épone du ytème autou de on point d équilibe. Il caactéie la qualité et la pefomance de la commande. Il et utilié pécialement pou l étude de ytème non linéaie. 3. Conception de la commande pa mode de gliement : Le avantage de la commande pa mode de gliement ont impotant et multiple, comme la haute péciion, la tabilité, la implicité, un temp de épone tè faible et notamment la obutee. Ceci lui pemet d'ête paticulièement adapté pou taite le ytème à modèle impéci, dû oit à un poblème d'identification oit à un poblème de modéliation. Souvent, il et péféable de pécifie la dynamique du ytème duant le mode de convegence. Dan ce ca, la tuctue du contôleu compote deux patie. Une pemièe continue epéentant la dynamique du ytème duant le mode de gliement et une aute dicontinue epéentant la dynamique du ytème duant le mode de convegence. Cette deuxième et impotante dan la commande non linéaie, ca elle a pou ôle d'élimine le effet d'impéciion et de petubation u le modèle. 7

Chapite 4 contôle de la puiance et éactive pa de égulateu à mode gliant La conception de cette commande peut ête diviée en toi étape pincipale tè dépendante. Ce étape concenent [48]: Le choix de uface. L établiement de condition d exitence et de convegence La détemination de la loi de commande. 3.1 Choix de uface de gliement : On conidèe le modèle d état uivant : x A x B U n m Où x R et le vecteu d état, R U le vecteu de commande, avec n m. Généalement, le choix du nombe de uface de gliement et égal à la dimenion du vecteu de commandeu. Afin d aue la convegence d une vaiable d état x ve a valeu de éféence x d, pluieu tavaux popoent la fome généale uivante : Avec : : gain poitif, e x x d S x 1 x: écat de la vaiable à égule, (4.1) d ex (4.2) dt : degé elatif, c et le plu petit entie poitif epéentant le nombe de foi qu il faut déive S afin de faie appaaite la commande, tel que : auant la contôlabilité; U équation difféentielle linéaie autonome dont la épone coect du gain et c et l objectif de la commande. 3.2 Condition de convegence : S x et une e x tend ve zéo pou un choix Le condition de convegence pemettent aux dynamique du ytème de convege ve le uface de gliement. Nou etenon de la littéatue deux condition, celle-ci coepondent au mode de convegence de l état du ytème [49]. x S x S (4.3) 71

Chapite 4 contôle de la puiance et éactive pa de égulateu à mode gliant Dan cette condition, il faut intoduie pou gauche et à doite de la uface de commutation. Puique Sxet a déivée x S, le valeu jute à S x change de igne aux deux coté de la uface de commutation. La condition (4.3) et équivalente à exige que la déivée de S x doive aui change de igne loqu'on pae d'un côté à l'aute de la uface de commutation [48]. 3.3 Fonction de Lyapunov : Il agit de fomule une fonction calaie poitive x V pou le vaiable d état du ytème, et de choii la loi de commutation qui fea décoîte cette fonctionv x fonction et généalement utiliée pou gaanti la tabilité de ytème non linéaie. En définiant la fonction de Lyapunov pa : Et a déivée pa : V V x x. Cette 1 2 S x (4.4) 2 xsx S (4.5) Pou que la fonction de Lyapunov décoie, il uffit d aue que a déivée oit négative. Ceci et véifié i : x S x S (4.6) Cette équation monte que le caé de la ditance ve la uface, meué pa S 2 x, diminue tout le temp, contaignant la tajectoie du ytème à e diige ve la uface de deux coté (figue 4.2). Cette condition uppoe un égime gliant idéal [49]. Fig.4.2 : Tajectoie de l état vi-à-vi de la uface 4. Détemination de la loi de commande : Dan la théoie de la CSV, il y a de difféente manièe de choii le paamète pou défini une logique de commutation. Dan la littéatue, il y a toi type de tuctue tè épandue, la commande pa conte-éaction linéaie à gain commuté, la commande pa elai, et la commande équivalente. Le deux denièe appoche, ont le péféée dan la commande de machine électique pace qu'elle ont plu appopiée. 72 S x

Chapite 4 contôle de la puiance et éactive pa de égulateu à mode gliant Dan note ca, la méthode choiie et celle de la commande équivalente, chématiée u la figue (4.3) [5]. u u n 1 1-1 + u eq + u Petubation Sytème Sotie 4.1 La commande équivalente : La commande équivalente et augmentée pa un teme appelé action de la commande dicontinueu n, pou atifaie le condition d'atteinte de la uface S commande et écite comme uit: x. Dan ce condition la u u eq u n (4.7) La pemièe étape, et de défini une entée u eq u la uface de commutation x La déivée de la uface S. S x et [51]: S S S S. x x x x Ax Bx. u eq Bxu n, de telle façon que la tajectoie d'état ete (4.8) La commande équivalente et déteminée duant la phae de gliement et la phae du égime pemanent en identifiant que S x, et pa conéquent x Dan ce condition la olution de l'équation (4.8) et alo : u eq S B x S x x Avec la condition que: Bx Une foi ueq Fig.4.3 : Schéma fonctionnelle de la commande équivalente 1. S x Ax x S Loi de commutation S, et u. n (4.9) définit, (4.9) et ubtituée dan le ytème (4.8), pou avoi la nouvelle expeion de la déivée de la uface : S S. x x, t Bx, tu n (4.1) 73

Chapite 4 contôle de la puiance et éactive pa de égulateu à mode gliant La commande ueq peut ête intepétée comme étant la valeu moyenne que pend la commande u lo de commutation apide ente u u max et u min u u max u eq u (figue 4.4) [51]. t u min Fig.4.4: Commande équivalente u eq 4.2 La commande dicontinue de bae : La commande un et définie duant le mode de convegence et doit atifaie la condition S. S. Afin de atifaie cette condition, le igne de un doit ête oppoé à celui S x de Sx, t. Bx, t. La commande u n, et donnée pa la fome de bae qui et celle d'un elai epéenté pa la fonction «ign» figue(4.5) : x u n K. ign S (4.11) u n K S x K Fig.4.5 : Fonction «ign» Cependant l utiliation de la commande de type elai peut povoque de dynamique indéiable caactéiée pa le phénomène de chatting. 74

Chapite 4 contôle de la puiance et éactive pa de égulateu à mode gliant D'aute méthode ont popoée pou limite ce phénomène, on utilie pou la commande pa égulateu à mode gliant la commande dite douce à un eul euil, elle et donnée pa le ytème (4.12) et epéentée u la figue.4.6. 1 K. S u n K. ign x i Sx Sx i Sx Cette fonction et connue aui pa, la fonction atuation «at». u n (4.12) K S x K Le ocillation de haute féquence qui appaaient u le épone en égime gliant peuvent ête évitée en endant continue la commande dicontinue u n.pou cela, on emplace la fonction ign pa la fonction intégale. Elle et définie comme uit [51]: Avec: Fig.4.6 : Commande adoucie «at» Sx x u K S n (4.13) i Sx Sxdt i Sx i Sx Sxdt i Sx (4.14) (4.15) Où:,,,, ont de contante poitive. 75

Chapite 4 contôle de la puiance et éactive pa de égulateu à mode gliant La commande et illutée à la figue (4.7): K u n Sx 5. Utiliation du RMG pou le contôle de la puiance active et éactive de la MADA : 5.1 Contôle de la puiance active : Pou contôle la puiance active on pend 1, l expeion de la uface de contôle de la puiance active a pou fome : S P La déivée de la uface et : P ef P (4.16) S P Pef P (4.17) Comme nou l avon monté dan le chapite pécédent, la puiance active peut ête donnée (contôlée) en fonction du couant I q. K Fig.4.7 : Commande intégale On emplace l expeion de la puiance active (3.12) dan (4.17) : M S P Pef V I q (4.18) L On tie l expeion du couant I q de l équation de la tenion V q (3.18) S P P ef V M V LL q R I q g L I d MV g L En emplaçant l expeion de Vq pa Vqeq Vqn commande appaaît claiement dan l équation uivante : S P Pef V Vq eq Vq. n R Iq gli d g LL L M (4.19) MV. (4.2) 76

Chapite 4 contôle de la puiance et éactive pa de égulateu à mode gliant V q. n. Duant le mode de gliement et en égime pemanent, on a : S P, S P On tie de l équation pécédente la gandeu de commande équivalente V q. eq qui écit : et Et L L MV V q. eq Pef R Iq gli d g (4.21) VM L P Vq. n KVqign S (4.22) KVq Et un gain poitif qui ea calculé pa la uite. 5.2 Contôle de la puiance éactive : Pou 1, l expeion de la uface de contôle de la puiance éactive a pou fome : S Q Qef Q La déivée de la uface et : S (4.23) Q Qef Q (4.24) On emplace l expeion de la puiance éactive (3.15) M S (4.25) Q Q ef V I d L On tie l expeion du couant I d de l équation de la tenion V d (3.18) S M Q Q V V R I g L I ef L L d d q (4.26) D où l expeion de V d Vd. eq Vd. n En emplaçant cette expeion dan l équation (4.26), nou touvon : M Q Q V V V S ef d. eq d. n R Id gli q (2.27) LL Duant le mode de gliement et le égime pemanent, nou avon: S Q, S Q V d. n. D où nou déduion : V L L d. eq Qef R Id gli q (4.28) VM et 77

Chapite 4 Et contôle de la puiance et éactive pa de égulateu à mode gliant V d Q. n KVdign S (4.29) KVd Et un gain poitif qui ea calculé pa la uite. On peut éume ce équation pa la figue (4.8) : P ef P i q + q n S(P) + + Calcul de Vq eq V V q MADA P i d Q Calcul de Vq eq Q Q ef + S(Q) Vd n + + V d Fig.4.8: Schéma bloc de la tuctue de commande pa mode gliant 5.3 Calcul de paamète K Vq et K Vd : Ce paamète ont choii de façon à : aue la apidité de la convegence, impoe la dynamique en mode de convegence et de gliement, limite le couant à une valeu admiible pou un couple maximal. Calcul de K Vq : Duant le mode de convegence, pou que la condition S P S P Selon le théoème de Lyapunov (4.6) : Si S P S P oit véifiée, on poe: (4.19) M MV Pef V KVq R Iq gli d g LL L K Vq LL P V M ef R I q g L I d MV g L (4.3) (4.31) Si S P S P 78

Chapite 4 contôle de la puiance et éactive pa de égulateu à mode gliant (4.19) M MV Pef V KVq R Iq gli d g LL L (4.32) K Vq L L P VM ef R I q g L I d MV g L (4.33) A pati de ce deux équation : K Vq LL P V M ef R I q g L I d MV g L (4.34) Calcul de K Vd : Duant le mode de convegence, pou que la condition S Q S Q Selon le théoème de Lyapunov (4.6) : Si S Q S Q oit véifiée, on poe: (4.27) Q V K R I g L I ef M L L Vd d q (4.35) K Vd LL Q V M ef R I d g L I q (4.36) Si S Q S Q (4.27) Q V K R I g L I ef M L L Vd d q (4.37) A pati de ce deux équation : K Vd L L Q VM ef R I d g L I q (4.38) K Vd LL Q V M ef R I d g L I q (4.39) 79

Q (VAR) Q (VAR) P (W) P (W) Chapite 4 contôle de la puiance et éactive pa de égulateu à mode gliant 6. Réultat de imulation : 6.1 Eai de fonctionnement à vitee fixe : Le pemie eai conite à applique aux entée de commande de échelon de puiance active et éactive, alo que la machine et entainée a vitee fixe de 16 t/min. Pou la puiance active : De t= à t=1 : un échelon négatif de -5 W, De t=1 à t=3 : un échelon négatif de -3 W, De t=3 à t=5 : un échelon négatif de -2 W. Pou la puiance éactive : De t= à t=2 : un échelon négatif de -4 VAR, De t=2 à t=4 : un échelon poitif de 4VAR, De t=4 à t=5 : un échelon nul de VAR. -5-1 -15-5 -1-15 -2-2 -25-3 -35 1 2 3 4 5 temp () -25-3.8.85.9.95 1 1.5 1.1 1.15 temp () Fig.4.9 : Puiance active du tato avec un zoom 1 8 6 4 4 3 2 1 2-2 -4-6 1 2 3 4 5 temp () -1-2 -3-4 1.95 1.96 1.97 1.98 1.99 2 2.1 2.2 2.3 2.4 temp () Fig.4.1 : Puiance éactive du tato avec un zoom 8

P (W) q (VAR) P (W) Q (VAR) tenion otoiqu (V) couant otoiqu (A) Id (A) Iq (A) Chapite 4 contôle de la puiance et éactive pa de égulateu à mode gliant 7 15 6 5 1 4 3 2 5 1 1 2 3 4 5 temp () 1 2 3 4 5 temp () Fig.4.11 : Compoante du couant du oto Id et Iq 3 2 1 2 15 1 5-1 -2-5 -1-15 -3 1 2 3 4 5 temp () Fig.4.12 : Tenion et couant otoique -2 1 2 3 4 5 temp () 6 5 4 3 4 3 2 1 2 1-1 -2-3 1 2 3 4 5 temp () -1-2 -3-4 -5 1 2 3 4 5 temp () Fig.4.13 : Puiance active et éactive otoique 81

vitee du vent (m/) Cp couant tatoique (A) vitee de otation (t/min) Chapite 4 contôle de la puiance et éactive pa de égulateu à mode gliant 15 1 161 16.8 16.6 5-5 -1-15 1 2 3 4 5 temp () 16.4 16.2 16 1599.8 1599.6 1599.4 1599.2 1599 1 2 3 4 5 temp () Fig.4.14: Vitee de otation et couant du tato Intepétation de éultat : Le figue (4.9), (4.1) montent que le puiance active et éactive uivent leu éféence. La figue (4.11) epéente le deux compoant du couant otoique, dont on peut déduie le découplage ente la commande de deux puiance (la puiance active et l image du couant I q et la puiance éactice du couant d I ). Puique la vitee de otation égale à 16t/min (figue 4.14) la puiance active otoique pend une valeu négative (figue 4.14) (cette puiance et founie au éeau). Généalement le temp de épone de ce égulateu et.1. On obeve un peu de enibilité à la vaiation de gandeu de éféence. 6.2 Eai de fonctionnement en MPPT : La généatice et entaînée pa la tubine éolienne, et cette denièe et oumie au pofil du vent péenté ci-deou. Utiliant la tatégie de l MPPT pou l enemble de la chaîne. 14 12 1 8.468.467.467.467.466 6 4 2 1 2 3 4 5 temp ().465.465.464.464.463.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 temp () Fig.4.15 : Vitee du vent V(m/) et coefficient de puiance Cp 82

le couant otoique (A) le tenion otoique (A) P (W) Q (VAR) P (W) Q (VAR) Chapite 4 contôle de la puiance et éactive pa de égulateu à mode gliant 1 1 5-5 5-1 -15-2 -25-3 1 2 3 4 5 temp () -5 1 2 3 4 5 temp () Fig4.16 : Puiance active et éactive du tato 8 15 6 4 1 5 2-2 -4-5 -1-6 1 2 3 4 5 temp () -15 1 2 3 4 5 temp () Fig4.17 : puiance active et puiance éactive du oto 15 1 1 8 6 5-5 -1 4 2-2 -4-6 -8-15 1 2 3 4 5 temp () Fig4.18 : Couant et tenion otoique -1 1 2 3 4 5 temp () 83

couant tatoique (A) vitee de otation (t/min) le gliement couple elctomagnetique (Nm) couple de la tubine (Nm) Chapite 4 contôle de la puiance et éactive pa de égulateu à mode gliant -1-2 -3-4 -5-6 -7-8 -1-2 -3-4 -5-6 -7-9 -1 1 2 3 4 5 temp () -8-9 1 2 3 4 5 temp () Fig4.19: Couple de la tubine et Couple de la généatice 18 16 14 12 1.2 1.8 1 8 6 4 2.6.4.2 1 2 3 4 5 temp () -.2 1 2 3 4 5 temp () Fig4.2 : Vitee de otation de la généatice et gliement 15 1 5-5 -1-15 1 2 3 4 5 temp () Fig4.21 : Couant du tato 84

Chapite 4 6.2.1 Intepétation : contôle de la puiance et éactive pa de égulateu à mode gliant Su la pemièe coube (figue 4.15) nou avon péenté le pofil du vent auquel et oumie cette éolienne pendant un temp t=5 et le coefficient de puiance valeu maximale (fonctionnement dan la deuxième zone MPPT) C. pmax 43. C p qui gade a La puiance active débitée pa le tato poède la même allue que la puiance mécanique de la tubine (a éféence) qui vaie uivant la vaiation du vent. La puiance éactive et nulle puique nou déion un fonctionnement avec un facteu de puiance unitaie (figue 4.16). La puiance active du oto vaie elon le mode de fonctionnement (hypo ou hypeynchone) et elon la puiance active du tato, ce qui véifie la elation P g * P (figue 4.17). Le phénomène de chatting et emaqué u le éultat obtenu, ce qui caactéie ce égulateu. Le tenion et le couant otoique ont une bae féquence qui veifie f g * f qui nou aue un fonctionnement dan la zone de la tabilité de la MADA (caactéitique couple vitee) 3% autou de la vitee de ynchonime. Le couple électomagnétique de la généatice vaie elon celle de la tubine qui et en fonction de la vitee du vent figue (4.16). Le deux couple véifient la elation de l MPPT C G *. g C em Le mode de fonctionnement de la MADA (hypo ou hype-ynchone) ont bien clai u la figue (4.2) qui epéente la vitee de otation et le gliement (vitee de ynchonime 15 t/min) Le couant du tato vaie uivant la vaiation du vent c et l image de la puiance (figue 4.21), puique nou avon conidée que l alimentation du tato et une ouce de tenion pafaite (38V, 5Hz). 85

P (W) Q (VAR) P (W) Q () Chapite 4 contôle de la puiance et éactive pa de égulateu à mode gliant 7. Compaaion ente le commande pa égulateu PI et RMG : Apè avoi effectué l'application du égulateu PI et celui pa mode de gliement dan la commande diect de la puiance active et éactive généée pa la MADA, nou nou intéeon à l'étude de la obutee de ce deux type de égulateu. En effet, pou une étude compaative plu pouée, il eait intéeant de compae le épone en puiance active et éactive de ce deux égulateu: Le ytème et oumi à de vaiation de conigne dan le difféente plage de fonctionnement (ce que taduit le figue (4.26) (4.28)), Le ytème et oumi à de vaiation de paamète du modèle (ce que taduit le figue (4.24) et (4.25)). La figue (4.22) monte la épone en puiance du ytème avec un égulateu claique PI et la figue 4.23 monte la même épone avec le égulateu à mode gliant (RMG). On emaque que le pefomance ont tè atifaiante, du point de vue pouuite de la conigne, mai d une duée de convegence de t=.5 pou le RMG plu coute que celle du égulateu PI t=.2. -29-291 -2-22 -292-293 -294-295 -296-297 -298-299 -3-31.5.1.15.2.25.3.35.4 temp ().5.1.15.2.25.3.35.4 temp () Fig.4.22 : Puiance active et éactive du tato obtenue pa égulateu PI -24-26 -28-3 -32-34 -36-38 -4-29 -291-2 -22-292 -293-294 -295-296 -297-298 -299-3 -31.5.1.15.2.25.3.35.4 temp () -24-26 -28-3 -32-34 -36-38 -4.5.1.15.2.25.3.35.4 temp () Fig.4.23 : Puiance active et éactive du tato obtenue pa RMG 86

P (W) Q (VAR) Q (VAR) P (W) Q (VAR) P (W) Q (VAR) P (W) Q (VAR) Chapite 4 contôle de la puiance et éactive pa de égulateu à mode gliant 7.1 Vaiation de la éitance otoique : La figue (4.24) epéente l'évolution de la puiance active et éactive du tato en utiliant le égulateu PI et La figue (4.25) epéente l'évolution de même puiance du tato en utiliant le égulateu RMG pou une augmentation de 3% de la éitance otoique.on contate : Une pefomance tè atifaiante, de point de vue pouuite de la conigne Une augmentation légèe de temp de convegence pou le deux égulateu. 1 1-5 -2-22 -24 Zoom -1 Zoom -1-26 -28 5-2 -3-15 -3-4 -2-32.17.18.19.2.21.22.23.24 temp (S) -5.16.18.2.22.24.26 temp (S) -25-3 -35.5.1.15.2.25.3.35.4 temp (S) -5.5.1.15.2.25.3.35.4 temp (S) Fig.4.24 : Puiance active et éactive du tato obtenue pa le égulateu PI avec une augmentation de 3% de la éitance otoique -5-28 6-2 -1-285 -29 Zoom 4-25 -3 Zoom -295-35 -15-3 2-4 -35-45 -2-31 -5-25.175.18.185.19.195.2.25.21.215.22.225 temp (S) -2.14.15.16.17.18.19.2.21.22.23.24 temp (S) -3-4 -35.5.1.15.2.25.3.35.4 temp (S) -6.5.1.15.2.25.3.35.4 temp (S) Fig.4.25 : Puiance active et éactive du tato obtenue pa RMG avec une augmentation de 3% de la éitance otoique 87

P (W) Q (VAR) vitee du vent (m/) Chapite 4 contôle de la puiance et éactive pa de égulateu à mode gliant 7.2 Vaiation de la vitee du vent : Afin de mette en évidence la obutee de la commande pa ce égulateu pa appot aux difféente vaiation de la conigne et de la petubation, nou avon utilié un pofil du vent qui et caactéié pa de vaiation buque de a valeu (figue 4.26). On contate que: Le deux égulateu péentent de pefomance atifaiante, de point de vue pouuite de la éféence. Une tè légèe difféence ente le épone de deux égulateu ca le deux ont affecté pa le vaiation buque de la vitee du vent (une petubation emaquée dan le coube de la puiance éactive à l intant de vaiation de la vitee du vent). On emaque qu à ce intant, le épone en puiance ont intantanée et péentent de pic pou le égulateu RMG. 14.5 14 13.5 13 12.5 12 11.5 1 2 3 4 5 temp () Fig.4.26 : Pofil du vent utilié -1-2 -3-4 -5-6 -7-8 -9.5.4.3.2.1 -.1 -.2 -.3 -.4 -.5-1 1 2 3 4 5 temp ().5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 temp () Fig.4.27 : Puiance active et éactive du tato obtenue pa égulateu PI 88

P (W) Q (VAR) Chapite 4 contôle de la puiance et éactive pa de égulateu à mode gliant 4 1 2 8 6-2 -4-6 -8-1 4 2-2 -12 1 2 3 4 5 temp () -4 1 2 3 4 5 temp () Fig.4.28 : Puiance active et éactive du tato obtenue pa RMG 8. Concluion : Dan ce chapite, on a péenté le pincipe de la CSV pou le difféente tuctue de la commande dicontinue u n. Nou avon étudié le technique de conception de égulateu pa mode gliant. En effet, la conception de ce égulateu pend en chage le poblème de tabilité et le pefomance déiée d'une façon ytématique. La mie en œuve de cette méthode de commande néceite pincipalement toi étape: Le choix de la uface, L'établiement de condition de la convegence, La détemination de la loi de commande. Et on a applique de la CSV à la machine aynchone à double alimentation pou le contôle de la puiance active et éactive. La fin de ce chapite et conacé à une étude compaative ente la commande vectoielle à égulateu PI et la CSV de la MADA, l application du égulateu à MG pou la commande de puiance active et éactive de la MADA donne de éultat atifaiante. Le éultat de compaaion montent qu il n y a pa de gande difféence ente le pefomance de ce deux égulateu. 89

Concluion généale Concluion généale : L objectif péalablement défini de ce tavail conitait à la modéliation et à la commande d une chaîne de conveion éolienne pa égulateu à mode gliant. A la lumièe de l étude effectuée, nou avon vu le étape ucceive pemettant d élaboe une tatégie de commande pou une généatice éolienne juqu à a mie en œuve. Dan le contexte de énegie enouvelable, un état de l at de la généation éolienne et péenté dan le pemie lieu, on appelle le concept fondamentaux de la chaîne de conveion de l énegie éolienne en énegie électique et le difféent type d éolienne avec le machine électique utiliée dan cette conveion d énegie. Ce qui nou a amené à choii la machine aynchone à double alimentation de pa ce qualité de fonctionnement. Le deuxième chapite de ce mémoie et conacé à une étude généale de la machine aynchone à double alimentation (MADA), e application, e mode de fonctionnement et e avantage. Nou avon expoé la modéliation de cette machine en utiliant la tanfomation de PARK. Une étude compaative ente le deux type de fonctionnement Moteu et Généateu a été effectuée dan le but de connaîte le compotement de ce type de machine dan e difféent égime de fonctionnement. Le éultat de imulation de ce modèle u Matlab/imulink nou confiment la poibilité de la double alimentation de la machine pa la tabilité de ce difféente gandeu étudiée pou un fonctionnement généateu et moteu. Nou avon établi un modèle de la chaîne de conveion de l éolienne baée u la machine aynchone à double alimentation. Dan ce modèle, le tato de la machine et connecté diectement au éeau électique, et le oto et elié au éeau pa l intemédiaie de convetieu électonique bidiectionnel en couant. Cette configuation nou pemet de éduie la taille de convetieu, ca il taite un tie de la puiance totale du ytème. Ce convetieu ont un edeeu à MLI de couant côté éeau (CCS) et un onduleu de tenion à MLI côté oto (CCR) elié ente eux pa un bu continu. Enuite, nou avon conacé la toiième patie à l utiliation d une commande vectoielle à oientation du flux tatoique. Nou avon intoduit enuite le contôle vectoiel pa oientation du flux tatoique de la machine aynchone à double alimentation. Ce contôle et éalié avec coélation pa de puiance de éféence afin de contôle l échange de puiance active et éactive ente le tato et le éeau. On a utilié une tatégie MPPT an aeviement de vitee au niveau de la tubine éolienne pou capte le maximum de puiance du vent. 9

Concluion généale Aini, le algoithme de églage claique, tel que le PI peuvent avée uffiant i le exigence u la péciion et le pefomance du ytème ne ont pa top ticte. Dan le quatième chapite, nou nou omme intéeé à l application de l une de technique de commande obute, nommée commande pa mode de gliement. Le éultat obtenu ont monté que cette technique de églage n a pa appoté de amélioation emaquable pa appot aux égulateu claique PI. En généale, le égulateu pa mode de gliement offent de bonne pefomance tatique et dynamique, un ejet quai-total de la petubation, comme il accodent aui une meilleue pouuite. L enemble de ce tavaux peut ête pouuivi et complété pa de pepective pouvant contibue à l amélioation de l enemble chaîne de conveion éolienne éeau de ditibution pami le pepective futue uivante : Développement d un contôle an capteu mécanique. Etude du ytème éolien penant compte de vitee élevée du vent pou applique la tatégie de églage mécanique de la vitee en utiliant l une de deux technique, le «Pitch contol» ou le «Stall contol». Etude de la MADA aociée à d aute tatégie de commande. Etude de aute technique MPPT utiliant l intelligence atificielle. La éaliation patique de la tatégie de contôle popoée. 91

Annexe Eolienne WEST WIND (Danemak) 3kW : Diamète du oto R 3.5 m pale 3 pale en fibe de vee enfocée Puiance nominale 25 W/ 3W Vitee du vent nominale 14 m/ Vitee de démaage 4 m/ Plage de vitee 2.5 /29 m/ Vitee de uvie 6 m/ Vitee de oto nominale 12/9 t/min généatice Aynchone, ynchone potection Potection automatique pa effacement latéal pogeif+fein manuel poid 19 kg Gain du multiplicateu G 7 Paamète de la machine aynchone à double alimentation : Donné de la pemièe machine à induction double alimentée : puiance nominale P n =3 kw Couant nominal I n =6 A Tenion nominale V n = 38 V compoée Reitance du tato R = 1.2 Ω Reitance du oto R = 1.8 Ω Inductance pope du tato L =.1554 H Inductance pope du oto L =.1568 H Inductance mutuelle M =.15 H Moment d inetie J =.2 kg.m 2 Coefficient de fottement f =.1 Nm./d Nombe de pôle n p =4

Annexe

Bibliogaphie : Bibliogaphie : [1] Miguel Lopez, «contibution a l'optimiation d'un ytème de conveion éolien pou une unité de poduction iolée», thèe de doctoat, univeité de Pai, 27. [2] Adam MIRECKI, «Etude compaative de chaîne de conveion d énegie dédiée à une éolienne de petite puiance»», thèe de doctoat, univeité de Touloue, 25. [3] Fédéic poitie, «étude et commande de généatice aynchone pou L'utiliation de l'énegie éolienne (machine aynchone à cage autonome -machine aynchone à double alimentation eliée au éeau)», thèe de doctoat, univeité de Nante, 23. [4] Ling PENG, «Reconfiguation du dipoitif de commande d une éolienne en ca de ceux de tenion», thèe de doctoat, univeité de Lille, 21 [5] Rachel Baïle, «analye et modéliation multifactale de vitee de vent. Application à la péviion de la eouce éolienne», thèe de doctoat ; univeité de coe, 21. [6] Luc Moeau, «modéliation, conception et commande de généatice à eluctance vaiable bae vitee», thèe de doctoat, univeité de Nante ; 25. [7] Nachida kabadji Mezouk, «évaluation du giement énegétique éolien contibution à la détemination du pofil vetical de la vitee du vent en Algéie», thèe de doctoat, univeité de Tlemcen, 26 [8] H. Faida, j. Saadi, m. Khaide,. El alami et m. Monkade, «étude et analye de donnée du vent en vue de dimenionne un ytème de poduction d énegie éolienne ca d un ite au nod du Maoc», evue de énegie enouvelable, 21 [9] Ameziane Sadek, «implantation expéimentale de l mppt pou un ytème de généation hybide olaie-éolien», thèe de magite, univeité de Batna, 29. [1] Boubekeu Boukhezza, «u le tatégie de commande pou l optimiation et la égulation de puiance de éolienne à vitee vaiable» thèe de doctoat, univeité de Pai, 26. [11] Vincent Coutecuie, «upeviion d une centale multiouce à bae d éolienne et de tockage d énegie connectée au éeau électique», thèe de doctoat, univeité de Lille ; 28. [12] Anaud Davigny, «paticipation aux evice ytème de feme d éolienne à vitee vaiable intégant du tockage inetiel d énegie», thèe de doctoat, univeité de Lille, 27. [13] Haitza Camblong, «minimiation de l impact de petubation d oigine éolienne dan la généation d électicité pa de aéogénéateu à vitee vaiable», thèe de doctoat, école nationale upéieu d at et métie cente de bodeaux, 23. [14] Abdenou Abdelli, «optimiation multicitèe d une chaîne éolienne paive» thèe de doctoat, univeité de Touloue, 27.

Bibliogaphie : [15] Alexande Teninge,«paticipation aux evice ytème De pac éolien mixte : application en milieu inulaie», thèe de doctoat, intitut polytechnique de Genoble, 29 [16] Faid Meahi, «alimentation et commande d une machine aynchone à double alimentation (application à l énegie éolienne)» mémoie de magite, école nationale polytechnique, 27. [17] Soltane Belakehal,«conception et commande de machine à aimant pemanent dédiée aux énegie enouvelable», thèe de doctoat, univeité de Contantine, 21. [18] Bice Beltan, «Contibution à la commande obute de éolienne à bae de généatice aynchone double alimentation : Du mode gliant claique au mode gliant d'ode upéieu», thèe de doctoat, univeité de Betagne Occidentale, 21. [19] Vincent Rogez, «modéliation implifiée de ouce de poduction décentaliée pou de étude de dynamique de éeaux. Application à l intégation d une poduction éolienne dan un éeau de ditibution inulaie», thèe de doctoat, univeité de Lille, 24. [2] Citian Nichita, Dago Luca, Bayima Dakyo, and Emil Ceanga, «lage band imulation of the wind peed fo eal time wind tubine imulato», IEEE tanaction on enegy conveion, vol. 17, NO. 4, Decembe 22. [21] Jamal A. Baoudi, Venkata Dinavahi, Andew M. Knight, «a eview of powe convete topologie fo wind geneato», univeity of Albeta, Edmonton, Canada, 26. [22] M.aktaujjaman, m.a. Kahem, m. Negnevitky, g. Ledwich, «moothing output powe of a doubly fed wind tubine with an enegy toage ytem», In Poceeding Autalian Univeitie Powe Engineeing Confeence 26, Melboune, Victoia, Autalia. [23] S. Belakehal*, A. Bentouni, M. Mezoug et H. Benalla, «modéliation et commande d une généatice Synchone à aimant pemanent dédiée à la conveion de l énegie éolienne», Revue de Enegie Renouvelable Vol. 13 N 1 (21) 149 161 149 [24] F. Kendouli, k. Nabti, k. Abed et h. Benalla, «modéliation, imulation et contôle d une tubine éolienne à vitee vaiable baée u la généatice aynchone à double alimentation», evue de énegie enouvelable vol. 14 n 1 (211) 19 12, univeité Mentoui, Contantine. [25] Amaud Boyette, «contôle-commande d un généateu aynchone à double alimentation avec ytème de tockage pou la poduction éolienne», thèe de doctoat, univeité de Nancy, 26. [26] Paul-Etienne Vidal, «commande non-linéaie d'une machine aynchone a double alimentation», thèe de doctoat, Intitut polytechnique de Touloue, 24. [27] Seji Khojet El Khil, «commande vectoielle d une machine aynchone doublement alimentée (MADA)», thèe de doctoat, Intitut national polytechnique de Touloue, 26. [28] Elbia Youcef, «commande floue optimiée d une machine aynchone à double alimentation et a flux oiente», Mémoie de magitèe, univeité de Batna,29.

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