Conceton de la commande d une mcro turbne à gaz dans un mcro réseau solé en utlsant la Rerésentaton Mult-Nveaux P. LI, B. FRANÇOIS Euroean Journal of Electrcal Engneerng Vol. 12, No 5-6,. 639-668, setember 2009 EJEE 12/2009. Réseaux solés, ages X to X
2 EJEE 12/2009. Réseaux solés Conceton de la commande d une mcroturbne à gaz dans un mcroréseau solé en utlsant la rerésentaton multnveau Peng L*, **, *** Bruno Franços*, ** * Laboratore d Electrotechnue et d Electronue de Pussance de Llle (L2EP Cté Scentfue, BP 48, F-59651 Vlleneuve d Asc cedex bruno.francos@ec-llle.fr ** Ecole Centrale de Llle *** Ecole Natonale Suéreure d Arts et Méters Parsech, Centre de Llle RÉSUMÉ. Dans cet artcle, une rerésentaton ar modèles moyens our les convertsseurs est utlsée our concevor un modèle dynamue d un générateur basé sur la mcroturbne our un mcroréseau solé. Une modélsaton sécfue est conçue our uantfer les varatons énergétues au sen des éléments de stockage (rotor de la machne, bus contnu et ertes. On constate ue cette modélsaton est suffsante our concevor le dsostf de commande de l ensemble du système de génératon, y comrs de la mcroturbne, la machne synchrone et le convertsseur de fréuence. Le modèle roosé est smulé à l ade de Matlab-Smulnk M en utlsant une mcroturbne de Castone C330 en fonctonnement solé. ABSRAC. In ths aer an average mult-level reresentaton of ower electronc converters s used to desgn a dynamc model of a mcroturbne generator n an slanded mcrogrd alcaton. A dedcated mult-level modelng s desgned to uantfy energy varatons n storage elements (rotatng mass, DC bus and varous losses. We demonstrate that ths model s suffcent to desgn the control system of the entre ower generaton system, meanwhle the mcroturbne, the synchronous generator and the freuency converter. he roosed global model s smulated wth the hel of Matlab-Smulnk M by consderng a Castone C330 mcroturbne n slanded mode. MOS-CLÉS : mcroturbne, mcroréseau solé, génératon dsersée, conceton de la commande, Rerésentaton multnveau. KEYWORDS: mcroturbne, slanded mode, mcrogrd, dstrbuted generaton, control desgn, Mult-Level Reresentaton. DOI:10.3166/EJEE.12.X-X 2009 Lavoser, Pars
Commande d une mcroturbne à gaz 3 1. Introducton Les remers retours d exérence concernant les réseaux dans les îles ont montré ue la mcroturbne est une source facle à utlser our la génératon de l énerge électrue et le contrôle local d un réseau solé (Lasseter et al., 2002. Dans un mcroréseau, les mcroturbnes jouent un rôle mortant usu elles ont à contrôler la tenson et la fréuence. Ces générateurs dovent être exlotés lus effcacement u actuellement. Récemment, des convertsseurs électronues de ussance ont été utlsés our la connexon au mcroréseau et ans ntrodusent des ossbltés nouvelles de réglage. La source de ussance étudée est un générateur Castone M330 et est rerésentée à la fgure 1 (Lasseter, 2001 ; Ynger, 2001. Ce générateur est comosé d une mcroturbne à gaz, d une machne synchrone à amant ermanent de grande vtesse, d une mse en cascade de convertsseurs bdrectonnels AC-DC-AC et d un fltre de tye «LCL» our le raccordement sur le réseau. La mcroturbne à gaz (MG comrend un système d njecton contrôlée du gaz, une chambre de combuston (CC, un comresseur de gaz comrenant un étage ermettant la récuératon de la chaleur et une turbne. L utlsaton de l électronue de ussance amène à revor le dsostf de commande des turbnes à gaz u, à l orgne entraînat un alternateur synchrone drectement connecté au réseau. Actuellement, très eu d nformatons sont accessbles aurès des constructeurs concernant ce ont. L utlsaton d une structure électronue de ussance dte back to back ermet d mlanter deux tyes de stratége de commande. La remère consste à utlser la mcroturbne our contrôler la tenson du bus contnu. Dès lors, l onduleur connecté au réseau eut fonctonner en source de tenson «autonome» en mosant des tensons snusoïdales de fréuence constante (grd-formng control scheme. Cette stratége ermet d utlser la mcroturbne our fare fonctonner le mcroréseau en solé. La seconde technue consste à contrôler le bus contnu en utlsant le réseau (grd followng control scheme. Dès lors, la artcaton à la roducton de ussance actve et réactve est réglée ar deux caractérstues déendantes de la fréuence mesurée et de la tenson effcace mesurée. Cette stratége oblge à être connecté à un réseau u mose ses tensons en valeur effcace et fréuence (L et al., 2008. Lorsue le mcroréseau fonctonne en solé, la mcroturbne dot ermettre en lus de régler la tenson (valeur effcace et fréuence. L objectf de cet artcle est donc de détermner le dsostf de commande ermettant d mlémenter ces fonctonnaltés. A artr de mesures réalsées sur une mcroturbne réelle, le dsostf de commande dot être conçu our ermettre d obtenr des erformances dentues en modfant les fonctons de contrôle et en ajoutant les fonctonnaltés ermettant d assurer le fonctonnement désré dans un mcroréseau.
4 EJEE 12/2009. Réseaux solés Dans cet artcle, nous montrons ue l alcaton de la rerésentaton multnveau (RMN ermet de structurer la conceton du dsostf de commande de manère à réondre aux objectfs de fonctonnement dans le mcroréseau roosé (L, 2009. Dans un remer tems, nous résenterons la modélsaton de la mcroturbne en utlsant la rerésentaton énergétue macroscoue (REM. Pus, le formalsme RMN est méthoduement alué (ar extenson de la REM our concevor un modèle en ussance et des transts de ussance au sen des dfférentes artes de l unté de roducton (L et al., 2008. Le dsostf de commande et la suervson des transts de ussance sont alors établs en suvant les règles récédemment exosées. 2. Modélsaton du système de roducton 2.1. Converson de l énerge rmare Le modèle dynamue et la smulaton d une mcroturbne ont été dscutés dans luseurs références bblograhues (Feth et al., 2004 ; Rowen, 1983 ; Hannett et al., 1993 ; Al-hna et al., 2002. Un modèle smlfé est utlsé dans cet artcle (Nkkhajoe et al., 2002 ; Nkkhajoe et al., 2005. La chaleur échaée est utlsée our réchauffer l ar avant u l entre dans la chambre de combuston. Cela rédut alors la consommaton du gaz d à eu rès 50 our cent. La chambre de combuston mélange l ar chauffé avec le gaz et le brûle. Ce mélange entraîne, ar exloson dans la turbne, le comresseur de gaz et le générateur jusu à 96 000 tours/mn. L ar chauffé est échaé dans le récuérateur avant d être évacué à la sorte de l échaement. Le débt de masse de gaz m& f ( t et le débt de masse d ar m& 0 ( t euvent être consdérés comme roortonnels avec le gan k (62,5 : ( t k m& ( t m& 0 = f (R1 [1] Un comresseur est utlsé our ressurser le débt de masse d ar en entrée, et our augmenter la temérature de l ar en entrée de la chambre de combuston. Le débt de masse d ar à la sorte du comresseur est le même u à l entrée avec un tems de retard : c ( t m& ( t τ m& (R2 [2] = 0 c Le retard τ c (1,3 ms déend de la vtesse du gaz et de la longueur du comresseur. La ussance thermue générée dans le comresseur est exrmée ar (Nkkhajoe et al., 2005 ; Nern et al., 1994 :
P th, c 3 = 1,19.10 C 0 Commande d une mcroturbne à gaz 5 ( ( ( [ ] c a m& t + m& t (R3 [3] c 2 où : C est le coeffcent de ussance thermue (470 ; a (210 C et c (25 C sont la temérature ambante du comresseur et la temérature en sorte. Echangeur thermue Réseau d eau chaude Gaz naturel Ouverture de vanne Chambre de combuston urbne Comresseur emerature Vtesse élevée Vtesse Machne synchrone à amant ermanent Fréuence varable Courants AC DC Ar enson DC AC Courants Fltre Réseau, AC 50Hz Courants ensons Dsostf de commande. m f_reg mtr mtr U res_ref f res_ref Fgure 1. Schéma de la mcroturbne Castone M330 L évoluton de la ussance mécanue du comresseur P m,c est assmlable à la réonse d une éuaton dfférentelle du 1 er ordre avec une constante de tems de τ : dp m,c τ = Pth,c P (R4 [4] m,c dt
6 EJEE 12/2009. Réseaux solés Le débt de masse d ar du comresseur et le débt de masse de fuel sont njectés dans l entrée de la chambre de combuston. L ar et le gaz sont mélangés et brûlent dans la chambre de combuston. Le tems de retard assocé à ce rocessus est τ cc (1,4 ms : cc ( t = m& ( t τ + m& ( t τ m& (R5 [5] c cc f cc La ussance thermue de cogénératon dans la chambre de combuston, ne artcant as à la ussance mécanue de la mcroturbne, est exrmée ar : ([ t ] 3 Pth, cc = 1,19. 10 C m& cc cc c (R6 [6] où cc (982 C est la temérature en sorte de la chambre de combuston. Le débt de masse de gaz à la sorte m cc (t de la chambre de combuston est une grandeur d entrée de la turbne. Le tems de retard assocé avec ce rocessus est τ (0,294 ms, et le débt de masse d ar de la turbne est donné ar : ( t = m& ( t τ m& (R7 [7] cc La ussance thermue générée dans cette étae est exrmée ar : P th, = 1,19.10 3 C ( ( ( [ ] cc m& t + m& t (R8 [8] cc 2 où (315 C est la temérature en sorte de la turbne. La ussance mécanue de la turbne P m, est rége ar l éuaton dfférentelle suvante : dp m, τ = Pth, P (R9 [9] m, dt La ussance mécanue en sorte de la MG est obtenue à artr de la ussance mécanue du comresseur et de la ussance mécanue de la turbne resectvement : P sma Pm, Pm, c = (R10 [10] Alors, le coule est dédut en utlsant la vtesse de la turbne : C P sma tur = (R11 [11] Ωarb
Commande d une mcroturbne à gaz 7 Le grahe nformatonnel causal (GIC (Hauter et al., 1999 du modèle est rerésenté à la fgure 2 (L et al., 2006 ; Gullaud et al., 2003. Cet ensemble eut être vu comme un système ayant deux entrée : le débt de gaz et la vtesse ( Ω et arb ayant une sorte u est le coule déveloé ar la AG ( C. Il est rerésenté ar tur un bloc nommé «SM» ar la rerésentaton énergétue macroscoue (REM du modèle à la fgure 6a (Bouscayrol et al., 2003. Fgure 2. GIC du modèle de la mcroturbne défn ar les exressons [1] à [11] 2.2. Etae 1 : REM du modèle moyen du système de génératon En utlsant la REM our les éléments de ce système, comme la arte mécanue, la machne synchrone, les convertsseurs de ussance, le bus contnu et le fltre réseau, nous avons obtenu une macrorerésentaton du modèle u montre les grandeurs hysues échangées entre la turbne à gaz et le réseau (fgure 6a. Les modèles de chaue arte sont mantenant résentés. 2.2.1. Parte mécanue Le modèle dynamue smlfé de la arte mécanue reose sur les éuatons suvantes : dω dt arb = 1 Ctur Cem fvsω [12] arb J où : J (0,001 kg.m 2 est l nerte u rerésente l nerte totale, u aaraît sur le rotor du générateur ; f vs (1,5 10-5 N.m/(rad.s est le frottement vsueux du transfert mécanue comme les ertes et a été modélsé ar un coeffcent vsueux total unue ; C em est le coule électromagnétue.
8 EJEE 12/2009. Réseaux solés Les éuatons corresondent à un système dynamue avec deux coules comme grandeur d entrée ( C tur, C em et une vtesse mécanue comme grandeur de sorte. Il est rerésenté ar le bloc REM nommé «Arbre» à la fgure 6a. 2.2.2. Modélsaton de la génératrce 2.2.2.1. Machne synchrone à amants ermanents Le générateur utlsé est une machne synchrone à amants ermanents à deux ôles avec un rotor à ôle lsse. Cette machne synchrone est refrode ar un système de ventlaton monté sur l axe de la mcroturbne. Les tensons du générateur sont alternatves et de fréuence et d amltude varables. A 1 600 Hz (96 000 tours/mn, la ussance nomnale de sorte de la machne est de 30 kva et la valeur effcace de ses tensons comosées à vde est de 400 V. Le modèle c rerésenté est décomosé en une modélsaton de la converson électromécanue et du crcut d ndut de la machne. 2.2.2.2. ransformatons mathématues Le modèle de la machne sera écrt dans un reère de Park tournant en utlsant une remère transformaton (Robyns et al., 2007. Une seconde transformaton sera utlsée our calculer les tensons smles trhasées à artr de deux tensons comosées et our détermner les courants de deux hases à artr des tros courants de hase. L alcaton de la transformaton de Park sur les tensons d almentaton de la machne et de son nverse sur les courants générés condut à : v = 1 nd _ 3 Park red _ d = P ark nd _ d v red [13] nd_3 = [ nd1, nd2, nd3 ] est le vecteur des courants trhasés dans les nduts de la machne et v red = [v red1n, v red2n, v red3n ] est le vecteur des tensons smles trhasées ssues du redresseur. L alcaton des deux autres transformatons condut à : v red = C = C ucs nd 32 nd _ 3 u red [14] nd = [ nd1, nd2 ] est le vecteur des courants de deux hases dans le bobnage d ndut de la machne ; u red = [u red13, u red23 ] est le vecteur des deux tensons comosées ssues du redresseur à IGB.
Commande d une mcroturbne à gaz 9 C 32 est exrmée ar : 1 0 0 C = [15] 32 0 1 0 C ucs3 est la matrce u ermet d adater les tensons comosées aux tensons smles trhasées : 2 1 1 C = 1 2 [16] ucs3 3 1 1 2.2.2.3. Modélsaton des crcuts d ndut Les éuatons mathématues du modèle de Park de l ndut de la machne synchrone s exrment ar : dnd dt dnd dt _ d _ 1 = L 1 = L s _ d s _ ( v R e red _ d ( v R e red _ s nd _ d s nd _ ms _ d ms _ [17] où : L s_d = L s_ (0,7 mh sont les nductances des bobnes du stator our le modèle de Park ; R s (0,3 Ω est la résstance du stator ; nd_d = [ nd_d, nd_ ] est le vecteur des comosantes d- des courants ssus de la machne ; v red_d = [v red_d, v red_ ] est le vecteur des comosantes d et des tensons fournes ar le redresseur ; e ms_d = [e ms_d, e ms_ ] sont les comosantes d et du vecteur des forces électromotrces de la machne. 2.2.2.4. Modélsaton de la arte électromécanue En conventon moteur, les force électromotrces sont exrmées en renant en comte seulement l harmonue fondamentale du flux d entrefer (Leclerc, 2004 : e e ms _ d ms _ = L = φ Ω m m m s Ω arb arb nd _ + L m sd Ω arb nd _ d [18]
10 EJEE 12/2009. Réseaux solés m est le nombre de are de ôles (1, φ m (0,05 Wb est le flux rodut ar l amant ermanent. Le coule fourn ar cette machne est exrmé ar (Leclerc, 2004 : C em = φ [19] m mnd _ + ( Lsd Ls m nd _ d nd _ 2.2.3. Modélsaton de la chaîne de converson électronue 2.2.3.1. Modélsaton des convertsseurs statues Fgure 3. Système de converson électrue entre la machne et le réseau Deux convertsseurs statues trhasés sont utlsés our convertr la fréuence varable des grandeurs électrues générées ar la génératrce en grandeurs de fréuence constante (50 Hz. L un est aelé redresseur et est connecté à la machne et l autre est aelé onduleur et est connecté au réseau (fgure 3. Le contenu harmonue des courants générés sera lus ou mons mortant selon les valeurs de la fréuence de découage, de l nductance des bobnages de la machne et/ou de la fréuence rore du fltre. La structure des fltres utlsés our le raccordement au réseau est souvent de tye L-C-L. Ans un modèle moyen éuvalent des convertsseurs est suffsant our l étude à réalser. Pour le redresseur, ce modèle rerésente les comosantes basses fréuences des tensons et des courants modulés comme : des sources de tenson comosée (u red13 et u red23 déendantes de la tenson du bus contnu ar les fonctons de converson (m red13 et m red23 ; une source de courant ( red déendante des courants alternatfs ar les mêmes fonctons de converson. u red red = m red = m red nd v bus [20]
Commande d une mcroturbne à gaz 11 u ond ond = m = m ond ond v bus fl1 [21] m red = [m red13, m red23 ] et m ond = [m ond13, m ond23 ] sont resectvement les fonctons de converson our le redresseur et our l onduleur (Francos et al., 1996 : Francos et al., 1999. Pour l onduleur, l analyse est dentue. 2.2.3.2. Modélsaton du bus contnu L évoluton de la tenson du bus contnu v bus est donnée ar l éuaton suvante : dv dt bus bus bus _ c _ r 1 = C = red 1 = R bus _ c bus bus v ond bus bus _ r [22] où C bus (5000 µf est la caacté du bus contnu, R bus (50 kω rerésente les ertes, bus_c est le courant du condensateur C bus, bus_r est le courant dans la résstance R bus. 2.2.3.3. Modélsaton du fltre réseau Le courant du fltre L1 fl1 est calculé à artr de la tenson ssue de l onduleur u ond et la tenson aux bornes du fltre C u. d dt v fl v fl fl1 1_ l 1_ r 1 = L = C = R fl1 v ucs3 l ( u fl1 fl1 ond u v r [23] où : L fl1 (6 mh et R fl1 (0,2 Ω sont l nductance et la résstance du fltre L1 ; v l = [v l1, v l2 ] est le vecteur des tensons au bornes des bobnes L fl1 ; v r = [v r1, v r2 ] est le vecteur des tensons au bornes des résstances R fl1 ; C ucs3 est la matrce u ermet d adater les tensons comosées aux tensons smles trhasées (éuaton [16]. La tenson aux bornes du condensateur (u est calculée à artr du courant du de la bobne L1( fl1 et le courant de la bobne L2 ( fl2.
12 EJEE 12/2009. Réseaux solés Int1 : = Ω Int2 : sma C tur arb arb _ er = f vs Ω 2 arb Int3 : arb _ sto = Carb _ sωarb Int4 : arc = C em Ωarb Int5 : ce ce = e = e ms _ d ms _ d C nd _ d _ d nd _ d Int6 : nd _ er = R snd _ d nd _ d Int7 : nd _ ech nd _ l _ d = v C Int8 : _ d nd _ d nt nt = v = v red _ d red _ d C nd _ d _ d nd _ d Int9 : Int11 : trr trr = u = u red red C nd nd Int10 : = v reb bus red 1 2 bus _ er = vbus Int12 : bus _ sto = vbusbus _ c R bus Int13 : = v Int14 : buo bus ond onf onf = u = u ond ond C fl fl Int15 : er = R fl1 fl Int17 : = u = u [ C23 fl1] [ C23 1] C fl1 fl1 Int16 : ech = 3v l Cech fl1 Int18 : con _ er 1 = R [ C [ C u23 u23 C ucs C ucs u u ] ] Int19 : con _ ech = ( Cucs u 3 C ech _ c Int20 : cof cof = u = u C fl 2 fl 2 Int21 : fl 2 _ er = R fl 2 fl Int23 : mtr mtr = u = u [ C23 fl 2] [ C23 2] bmr bmr C mtr mtr Int22 : fl2 _ ech = 3v fl2 _ l Cech fl2 Avec C _ d 0 = 1 1 et C 0 ech 0 1 = 1 0 ableau 1. Lste des éuatons mathématues our le nveau nterface
Commande d une mcroturbne à gaz 13 u = Cusc3 v dv 1 = dt C _ c = fl1 1 _ r = v R _ c fl 2 _ r [24] où : C (2,2 Fet R (100 kω sont resectvement la caacté et la résstance du fltre L1 ; _c = [ _c1, _c2 ] est le vecteur des courants des caactés C ; _r = [ _r1, _r2 ] est le vecteur des courants des résstances R ; C usc3 est la matrce u ermet d adater les tensons smles aux tensons comosées trhasées. 1 0 1 C = [25] usc3 0 1 1 Le courant njecté au mcroréseau mtr est calculé à artr de la tenson aux bornes du fltre C u et la tenson du mcroréseau u bmr. d fl 2 1 = dt L fl v fl 2 _ l = C v = fl 2 _ r R mtr = fl2 2 v ucs3 fl 2 _ l ( u fl2 fl2 u bmr v fl2 _ r [26] où : L fl2 (1 mh et R fl2 (0,05 Ω sont l nductance et la résstance du fltre L2 ; v fl2_l = [v fl2_l1, v fl2_l2 ] est le vecteur des tensons au bornes des bobnes L fl2 ; v fl2_r = [v fl2_r1, v fl2_r2 ] est le vecteur des tensons au bornes des résstances R fl2. 2.3. Etae 2 : nveau «nterface» de la modélsaton multnveau Afn d analyser (et contrôler ensute l écoulement de la ussance, on consdère les ussances nstantanées (Akag et al., 1984 crculant de la turbne à gaz au réseau (tableau 1. outes les ussances sont vsualsées sur la RMN (fgure 6a :
14 EJEE 12/2009. Réseaux solés sma, arc, ce, ce, nt, nt, trr, trr, reb, buo, onf, onf,,, cof, cof, mtr et mtr sont des ussances actves et réactves ntermédares entre deux éléments ; arb_er, nd_er, bus_er, er, con_er et fl2_er rerésentent des ertes des éléments ; arb_sto et bus_sto rerésentent des ussances échangées avec des éléments de stockage ; nd_ech, ech, con_ech et fl2_ech rerésentent des ussances réactves nstantannées trhasées échangées avec des éléments (Akag et al., 1984. 2.4. Etae 3 : nveau «ussance» de la modélsaton multnveau Etant donné la réversblté des convertsseurs électronues de ussance, le transfert de ussance est bdrectonnel entre le mcroréseau et la machne synchrone, ar contre, l ne l est as dans la mcroturbne. L écoulement de la ussance actve au sen de la chaîne de converson est donc rerésenté à la fgure 4 dans le sens «mcroturbne vers le mcroréseau» (en conventon «générateur» en renant en comte les ertes mécanues ( arb_er, les ertes dans l ndut du générateur ( nd_er, les ertes dans le bus contnu ( bus_er et les ertes dans le fltre L-C-L ( er, con_er et fl2_er. Les ussances échangées avec les éléments de stockage nterne, c est-à-dre l arbre de la turbne ( arb_sto_r et arb_sto_a et le bus contnu ( bus_sto_a et bus_sto_r, sont également récsées. Arbre M. S. Bus contnu L 1 C L 2 Redresseur Onduleur arb_er arb_sto_a nd_er bus_er bus_sto_a sma er con_er arc ce nt trr reb fl2_er buo onf fc cof mtr arb_sto_r bus_sto_r Fgure 4. Ecoulement de la ussance actve en mode générateur Le blan de ussance est modélsé ar des éuatons lnéares reortées dans le tableau 2 et rerésentées à la fgure 6a. La ussance électromécanue (, Int4, arc
Commande d une mcroturbne à gaz 15 tableau 1 est suosée entèrement converte en ussance électrue ( ce, Int5. Donc, la relaton ermettant de modélser le transt de ussance est formulée sans a ror sur le sens du transfert de ussance : 0 = (Pu2 [27] arc ce Les ussances réactves trhasées aarassent dans les deux artes trhasées alternatves entre la machne synchrone et le redresseur et entre l onduleur et le mcroréseau (fgure 5. La ussance réactve nstantanée (Akag et al., 1984 du côté alternatf des convertsseurs électronues de ussance ( trr et onf est créée ar le déhasage entre les courants trhasés et les tensons trhasées. Une valeur uelconue n nfluence as les ussances nstantanées ( reb et buo du côté contnu. Entre la machne synchrone et le redresseur, la ussance réactve ssue de l ndut dans le reère d- ( nt est égale à la ussance réactve trr, car la transformaton conserve la ussance réactve. La ussance réactve créée ar la machne synchrone ( ce est égale à la somme de nt et de la ussance réactve échangée avec l ndut de la machne ( nd_ech (vor tableau 1. Pu1 : 0 = sma arc arb _ er arb _ sto Pu2 : 0 = arc ce 0 = ce nt nd _ er Pu4 : 0 = nt trr Pu3 : 0 = ce nt nd _ ech Pu5 : 0 = trr reb Pu6 : 0 = reb buo bus _ er bus _ sto Pu7 : 0 = buo 0 = Pu9 : 0 = fc fc onf cof cof con _ er con _ ech 0 = Pu8 : 0 = onf onf 0 = Pu10 : 0 = cof cof fc fc mtr mtr er ech fl 2 _ er fl2 _ ech ableau 2. Lste des éuatons mathématues our le nveau ussance Entre l onduleur et le mcroréseau, la ussance réactve échangée avec le mcroréseau ( mtr est égale à la ussance réactve créée ar l onduleur ( onf dmnuée des ussances réactves échangées ( ech, con_ech et fl2_ech avec les éléments du fltre L-C-L. Les deux ussances réactves fc et cof sont les ussances ntermédares entre les éléments (L1 et C et (C et L2.
16 EJEE 12/2009. Réseaux solés Fgure 5. Ecoulement de la ussance réactve en mode générateur 3. Commande hérarchue en mode solé 3.1. Etae 4 : maruer les grandeurs statonnares et les grandeurs non mesurables La vtesse de l arbre de la mcroturbne est une varable statonnare car elle est contrôlée ar le débt de gaz. La tenson du bus contnu réseau a également une dynamue lente car elle dot être mantenue constante our assurer le fonctonnement correct des convertsseurs (le redresseur et l onduleur, le condensateur dot être dmensonné en conséuence. Côté réseau alternatf, toutes les grandeurs (tensons et courants ont une comosante fondamentale de 50 Hz. Dans un reère de Park tournant et synchronsé avec les grandeurs du réseau (50 tours ar seconde, les grandeurs snusoïdales à 50 Hz devennent statonnares (Lous et al., 1997. Les tensons du mcro réseau seront donc consdérées statonnares à la fréuence de 50 Hz. Dans la rerésentaton multnveau, on vsualse les grandeurs statonnares ar des trats en gras (fgure 6b. Les courants red et ond, les tensons u red et u ond sont des valeurs moyennes de grandeurs modulées et sont dffclement mesurables. Les coules C em et C tur sont également des grandeurs dont la mesure est délcate et onéreuse. Les forces électromotrces e ms_d sont des grandeurs fctves non mesurables. Dans la rerésentaton multnveau, on vsualse les grandeurs non mesurables ar des ontllés (fgure 6b. 3.2. Etae 5 : aluer la règle de assage et la règle de blocage (L, 2009 Cette étae est une réaraton nécessare our détermner les chaînes d acton u seront exlotées our concevor la structure du dsostf de commande. Quand une grandeur est statonnare, on eut l utlser our fare le assage entre le nveau Processus et le nveau Pussance. Dans ce cas, on eut colorer les
Commande d une mcroturbne à gaz 17 relatons en foncé dans le nveau Interface. Ans Int1, Int2 et Int3 sont ms en couleur foncée car Ω arb est consdérée statonnare, de même our Int8, Int9 et Int10 en rason de la statonnarté de v bus, et Int17 en rason de u bmr (fgure 6b. L utlsaton d une grandeur non mesurable dans une chaîne d acton (entre une entrée de commande et une sorte à contrôler va oblger à utlser sot un estmateur sot un correcteur réjecteur dans le dsostf de commande. Pour vsualser cette dffculté, on ajoute des symboles X our montrer cette contrante u aaraîtra lors de la conceton de la arte commande. Ans, dans Pro1 (fgure 6b, le chemn C tur Ω arb ne eut as être nversé car C em est un coule non mesurable. Pour montrer ce blocage, on fat fgurer le symbole X devant C em. De même, le chemn C em Ω arb est bloué ar C tur car est un coule non mesurable dans Pro3. Le chemn e ms_d nd_d est bloué ar v red_d car c est une grandeur éuvalente à une grandeur modulée. Le chemn v red_d nd_d est bloué ar e ms_d car c est une grandeur non mesurable dans Pro6. Le chemn red v bus est bloué ar ond car c est une grandeur modulée. Le chemn ond v bus est bloué ar red car c est une grandeur modulée dans Pro8. Le chemn u fl1 est bloué ar u ond car c est une grandeur modulée. 3.3. Etae 6 : fxer les chaînes d acton Les objectfs de la commande de la mcroturbne sont les suvants : la tenson du bus contnu réseau dot être contrôlée à une valeur constante ; l onduleur réseau dot ermettre de contrôler les tensons snusoïdales aux bornes des condensateurs du fltre L-C-L our fournr les tensons au mcroréseau, la chute de tenson aux bornes des bobnes L2 étant néglgeables. ; la vtesse de l arbre dot être asserve à une référence ermettant de satsfare la fournture de ussance électrue. Les convertsseurs électronues de ussance sont utlsés our ntrodure des entrées nfluençables de contrôle our les grandeurs aarassant sur le grahe. Dans un remer tems, l s agt de fare aaraître des chaînes d acton entre les entrées de commande et les grandeurs à contrôler. Une remère chaîne d acton est à consdérer entre le débt d njecton et la vtesse m& de l arbre. Le débt ( f nfluence le coule C tur à travers la mcroturbne (SM (fgure 6b. Ce coule ne eut être utlsé our contrôler la vtesse (résence d un X dans Pro 1. Le formalsme, tel ue nous l avons défn montre ue les coules de la turbne et de la machne ( C tur et C em sont consdérés comme non mesurables (lgnes en ontllés et X dans le bloc Pro 1. Dès lors, le formalsme oblge à utlser le coule C arb _ g en matéralsant la chaîne d acton (en rouge sur la fgure 6b ar l utlsaton C des relatons Int1, Pu1, Int3 our nfluencer le coule résultant ( arb _ g u modfera la vtesse.
18 EJEE 12/2009. Réseaux solés a modélsaton b commande Fgure 6. Modélsaton d une mcroturbne à gaz et sa commande hérarchue our le mode en îlotage (L, 2009
Commande d une mcroturbne à gaz 19 Le contrôle du bus contnu reuert la défnton d une seconde chaîne d acton. En mode solé, la ussance ne rovent unuement ue de la source rmare (mcroturbne SM. Le réglage de la tenson du bus contnu ne eut être réalsé ue ar une chaîne d acton rovenant de cette source. Le grahe montre ue les deux courants modulés ond et red ne euvent as être utlsés our contrôler v bus (fgure 6b ar la résence des deux X dans le bloc Pro 6. En conséuence, le réglage de la tenson du bus contnu sera réalsé ar acton sur bus _ c à travers des ussances transférées à artr de l arbre de la mcroturbne (de Pu2 à Pu6 vsualsée dans le nveau «ussance». La tenson du bus contnu rerésente l énerge stockée u eut être contrôlée ar la ussance fourne ar la mcroturbne de la manère suvante. Etant donné ue l éuaton Pu1 est déjà utlsée ar la remère chaîne d acton, la chaîne d acton commence ar la ussance arc jusu à la ussance échangée avec le bus contnu bus_sto : arc (Pu2 ce (Pu3 nt (Pu4 trr (Pu5 reb (Pu6 bus_sto L éuaton Int12 dot être utlsée our fare le assage entre bus_sto et la grandeur à contrôlée v bus. La ussance mécanue arc (Pu2 est nfluençable ar le coule C em en utlsant la relaton de assage Int4. Il est alors nécessare de oursuvre la chaîne d acton deus C em jusu aux grandeurs de réglage ( m red, Pro5 : m red (Pro5 u red (Pro4 v red_d (Pro3 nd_d (Pro2 C em (Int4. Il exste deux entrées de réglage dans le vecteur (m red our un redresseur trhasé, le contrôle de la tenson du bus contnu n utlse u une foncton de converson. L autre est utlsée our contrôler le courant drect de la machne synchrone. La chaîne d acton utlse les courants de la machne nd_d à artr de m red. Et les grandeurs utlsées our construre la chaîne d acton dans le nveau REM sont : m red (Pro5 u red (Pro4 v red_d (Pro3 nd_d (Pro 2 C em A noter ue cette arte de la chaîne d acton asse ar un symbole de blocage (dans Pro3 ; cela mluera ue les grandeurs non mesurables e ms_d devront être estmées ar la sute. Le contrôle des tensons u du mcroréseau eut être réalsé ar acton sur les fonctons de converson m ar la chaîne d acton : ond m ond (Pro7 u ond (Pro8 fl1 (Pro9 u (Pro10 Le grahe (fgure 6b montre ue les ussances échangées avec le réseau sont nfluencées ar les éuatons de assage dans Int23.
20 EJEE 12/2009. Réseaux solés 3.4. Etae 7 : concevor le contrôle des grandeurs hysues ar nverson de la REM La structure du dsostf de commande est conçue en défnssant les dfférentes fonctons de la commande u consttuent la chaîne nverse de la chaîne d acton. Le nveau Contrôle des grandeurs hysues est conçu ar l nverson des chaînes d acton selon les règles de l nverson de la REM (fgure 6b (Bouscayrol et al., 2001. Il s agt des macroblocs SMc, Pro1c, Pro2c, Pro3c, Pro4c, Pro5c, Pro6c, Pro7c, Pro8c, Pro9c et Pro10c (tableau 3. SMc : m& = C C C Pro1c : Pro2c : nd reg Pro3c : f _ reg cor _ tur ( tur _ reg tur 1 1 =, nd _ d _ reg = 0 φm Cem _ ref v C Pro5c : m red _ d _ reg = e ms _ d cor _ nd ( nd _ d _ reg nd _ d red _ reg 1 = v bus u red _ reg Carb _ s _ reg = Ccor _ arb ( Ωarb _ reg Ωarb Pro2e : e ms _ d = mlsωarbnd _ e ms _ = mφmω arb + mlsdωarb Pro4c : u red _ reg Pro6c : bus _ c _ reg = C usc = C P 1 ark v nd _ d red _ d _ reg cor _ bus ( vbus _ reg v bus Pro7c : m Pro8c : v ond _ d _ reg + C avec : Pro9c : ond _ reg 1 = v bus _ d u = v + e ond _ reg d cor _ fl1( d _ ref d d _ ref = Park + C avec : v d d _ reg = Park = fl1 reg fl 2 _ d + e v _ d cor _ ( v _ d _ ref _ d _ d = P ark u 1 reg = P ark d _ reg v _ d = P ark u e 0 1 d = L fl1ω s 1 0 u 1 ond _ reg = Park fl 2 _ d = P ark v d ond _ d _ reg fl 2 e 0 1 _ d = C ωs v 1 0 v = P u _ d _ ref ark _ reg _ d ableau 3. Lste des éuatons our le contrôle des grandeurs hysues La fgure 7 rerésente sous forme de schéma-blocs l ensemble des fonctons de commande dédée à la machne. Le bloc Pro1c n utlse as la mesure du coule C em
Commande d une mcroturbne à gaz 21 u est consdéré comme une erturbaton. Les fonctons de commande Pro8c et Pro9c sont mlémentées avec des correcteurs IP en générant des courants et tensons dans un reère de Park tournant à la vtesse du réseau électrue de 50 Hz. La fgure 11 rerésente sous forme de schéma-blocs l ensemble des fonctons de commande dédée à la connexon au réseau. REMARQUE. Dans le macrobloc Pro2c, le courant de réglage nd_d_reg est ms à zéro our dmnuer les ertes de la machne synchrone (Int6. Contrôle Contrôle des courants (Pro3c du coule (Pro2c, Pro2e Contrôle en boucle fermée Decoulage Correcteur Cem_reg 1 nd reg + C cor_nd (s + _ + Ω arb nd_d φm Estmaton e ms_ v red reg nd_ ransformatons (Pro4c ens o ns comosées Park u red13_reg u red23_reg Conversons Electrues (Pro5c m red13_reg m red23_reg Contrôle en boucle fermée Decoulage Correcteur v red_d reg nd_d_reg + + _ C cor_nd(s + Estmaton nd_d Ω arb e ms_d nd_ θ oston Fgure 7. Rerésentaton sous forme de schéma-blocs du contrôle de la machne 3.5. Etae 8 : concevor la suervson des transts de ussance La conceton de la suervson locale des transts de ussance déend de l utlsaton u dot être fate du générateur. Pour notre alcaton, la mcroturbne est une source réglable car la ussance générée eut être rendue égale à une consgne en réglant le débt de gaz. En réécrvant les éuatons du blan de ussance (tableau 2, une chaîne de suervson des ussances est fxée à artr des ussances estmées générées ( mtr jusu à la ussance de réglage de l énerge rmare ( sma _ reg en néglgeant les ertes consdérées fables ( arb_er et bus_er (fgure 7b. L ensemble des éuatons nécessares est reorté dans le tableau 4. Pu1c : Pu3c : Pu5c : Pu7c : Pu9c : sma _ reg = arc _ reg + arb _ sto _ reg Pu2c : arc _ reg = ce _ reg ce _ reg = nt _ reg + nd _ er Pu4c : nt _ reg = trr _ reg trr _ reg = Pu6c : reb _ reg reb = buo _ reg Pu8c : onf _ reg fc _ reg = cof _ reg Pu10c : con _ er onf _ reg cof _ reg buo _ reg + = = fc _ reg mtr bus _ sto _ reg + er fl2 _ er
22 EJEE 12/2009. Réseaux solés ableau 4. Lste des éuatons our la suervson de la ussance A artr de la rerésentaton (fgure 6b, on eut fare aaraître tros chaînes de contrôle (en gras u corresondent à l nverson des tros chaînes d acton. Ans, on montre ue la ussance à échanger avec le bus contnu ( bus sto _ reg et la ussance générée sur le réseau ( mtr dovent être utlsées our calculer la ussance mécanue nécessare de la turbne ( sma _ reg. La ussance à échanger avec le bus contnu est calculée à artr de la référence du courant dans le condensateur ( bus _ c _ reg obtenue ar un contrôle en boucle fermée de la tenson du bus contnu. Les relatons entre les ussances de référence et les grandeurs hysues sont calculées dans le nveau Contrôle des ussances. Il comrend deux relatons d estmaton, uand l faut calculer une ussance à artr des grandeurs dynamues (Int3e et Int12e et tros relatons de commande, uand l faut calculer une grandeur dynamue à artr d une ussance (Int1c, Int4c et Int23c. Int1c : C Int4c : C tur _ reg em _ reg sma = _ Ω arb arc = _ Ω arb reg reg Int3e : Int12e : arb _ sto _ reg bus _ sto _ reg = C ableau 5. Lste des éuatons our le contrôle des ussances = v arb _ s _ reg Ω arb bus bus _ c _ reg _ 3.6. Etae 9 : alcaton des smlfcatons et des estmatons Le coule de la turbne C tur est une grandeur non-mesurable et emêche l utlsaton d un contrôle en boucle fermée (macrobloc SMc au nveau Contrôle des grandeurs hysues. Un estmateur du 1 er ordre (macrobloc SMe est ajouté our calculer le coule fourn ar la turbne à artr du débt de gaz (fgure 7b. Il corresond à l ajout d un bloc de GIC R69e (fgure 8. Cela ermet d utlser un correcteur PI (macrobloc SMc2 à la fgure 7b, GIC R69c à la fgure 8 u calcule le débt de gaz de référence à artr du coule de référence.
Commande d une mcroturbne à gaz 23 Fgure 8. Contrôleur (R69c et estmateur (R69e de la mcroturbne Les grandeurs non mesurables ( nd_d et e ms_d sont estmées ar les macroblocs Pro2e et Pro4e. Les estmatons des ertes ( nd _ er, er, con _ er et fl 2 _ er dans le dsostf de commande sont calculées en utlsant les relatons de l nterface (Int6e, Int15e, Int18e, Int21e et Int23e à artr des grandeurs mesurées ( fl1, u et ou estmées dans le nveau contrôle des grandeurs dynamues fl 2 rades (. nd _ d SMc2 (R69c : m& = C f _ reg cor _ tur 2( sma _ reg Pro2e : e ms _ d = mlsωarb e ms _ = mφmωarb + ml Int4c2 : Ω arb _ ref Int15e : = k ( C v v1 + C v2 nd _ C v3 sd Ω arc _ reg + sma arb nd _ d arc _ reg er = R fl1[ C23 fl1] [ C23 fl1 Int21e : fl2 _ er = R fl2[ C23 fl2] [ C23 fl2 ] ] SMe (R69e : k sma = m 1+τ & s Pro4e : = P nd _ d Int6e : nd _ er tur ark = R s ( C f _ reg 23 nd _ d nd Int18e : 1 con _ er = [ Cu23 C R [ Cu23 Cucs u Int23e : mtr = u bmr mtr mtr = u bmr C nd _ d ucs mtr u ] ] ableau 6. Lste des éuatons our les estmatons
24 EJEE 12/2009. Réseaux solés La référence de la vtesse (Ω arb_ref dot être détermnée car celle-c fxe le coule de la turbne dont la ussance mécanue extrate sera converte en ussance électrue. En ratue, la ussance mécanue de la turbne ( sma est dffclement mesurable. Par contre, on eut utlser la ussance mécanue de la machne électrue. En utlsant la caractérstue nverse de la ussance mesurée ( sma en foncton de la vtesse mesurée, la référence de la vtesse est obtenue ar nterolaton des données d exérmentaton (Yng, 2001 (fgure 9 en charge ayant un débt de gaz varant selon les charges. Ic, on utlse la ussance _ u a une valeur roche de sma our smlfer la mesure. L éuaton smlfée suvante est obtenue et comarée avec la caractérstue réelle (fgure 9 : arc reg Ω arb _ ref arc _ reg = kv ( Cv1 + Cv2 (Int4c [28] C + v3 arc _ reg où k v (π/30, C v1 (4,5 10 4, C v2 (1,06 10 5 et C v3 (3,25 10 4 sont des constantes. REMARQUE. Comme our la REM, la rerésentaton en multnveau (fgure 6b résente «la structure maxmale de la commande». La rerésentaton multnveau est une base our établr la commande. S on veut smlfer cette structure, ar exemle, on rédut les tros correcteurs ms en sére côté réseau en un seul correcteur. Cette smlfcaton aboutt à un cas artculer. 11000 10000 9000 Vtesse (rad/s 8000 7000 6000 5000 Interolaton Ponts Mesures 4000 0 5 10 15 20 25 30 Pussance (kw Fgure 9. Caractérstue exérmentale vtesse/ussance et caractérstue de réglage our la mcroturbne (Yng, 2001
Commande d une mcroturbne à gaz 25 3.7. Etae 10 : nterface avec la suervson centrale La suervson centrale donne les consgnes de fréuence (f res_ref et la valeur effcace de la tenson du réseau (U res_ref our la mcroturbne. En même tems, la suervson centrale dot connaître des nformatons sur la mcroturbne, comme les ussances actve et réactve mesurées (ou estmées ar l éuaton Int23e et le débt de gaz our ermettre l otmsaton de la consommaton de carburant. En îlotage, les tensons aux bornes des condensateurs dovent être contrôlées. Pour cet objectf, une foncton de contrôle Su est utlsée our calculer les tensons nstantanées de référence de l entrée du bloc Pro9c à artr de la fréuence (f res_ref et de la valeur effcace (U res_ref de la tenson de référence du réseau (fgure 6b. v v v res1_ reg res2 _ reg res3 _ reg ( t ( t = ( t 2 U 3 res _ ref snθ( t 2 sn( θ( t π 4 3 sn( θ( t π 3 [29] θ = 2π + θ t ( t f res _ ref dt [30] 0 0 v res sont les tensons smles du réseau, (t est l angle des tensons smles u vare en foncton du tems et θ 0 est l angle ntal. La fréuence 50 Hz et la valeur effcace de la tenson comosée 400 V sont utlsées en fonctonnement normal. Les références des tensons comosées sont obtenues en utlsant la matrce de calcul C usc. u _ reg u ( t = u 13 _ reg 23 _ reg ( t = C ( t usc v v v res1_ reg res2 _ reg res3 _ reg ( t ( t ( t [31] La fgure 10 vsualse l organsaton générale du dsostf de commande et u est obtenue ar ce formalsme.
26 EJEE 12/2009. Réseaux solés Fgure 10. Organsaton générale des fonctons de commande de la mcroturbne en mode solé Pour le mode fonctonnement en îlotage, le système de commande dot ermettre d assurer le réglage de la tenson et de la fréuence au ont de raccordement de la turbne à gaz (grd-formng control scheme. Le schéma-bloc smlfé du contrôle de la lason au réseau est montré à la fgure 11. Contrôle des tensons Pro9c u _d fl2_d Contrôle des courants Pro8c d u _d ransformatons Pro4c Conversons électrues Pro7c u _d_reg - Correcteur + C cor_ + + - d_reg - Correcteur + C cor_fl1 + - + v ond_d_reg ensons comosées Park u _ Lfreωs u _d Lfreωs d Lfreωs Lfreωs u on d13_reg u ond23_reg m ond13_reg m ond23_reg u reg + - Correcteur C cor_ + + + _reg + - Correcteur C cor_fl1 + + + v ond reg θ u _ fl2_ u _ Fgure 11. Rerésentaton sous forme de schéma-blocs du contrôle de la lason réseau en mode îloté
Commande d une mcroturbne à gaz 27 4. Résultats de smulaton Fgure 12. Pussance mesurée en mode solé (Yng, 2001 La fgure 12 montre les varatons mesurées de la vtesse et de la ussance obtenue de la mcroturbne Castone à la sute des commutatons de charge en mode îlotage (Yng, 2001. Pour cet essa, la temérature est régulée à 625 C, le bus contnu à 760 V. Les njecteurs n étant as nstrumentés (rodut ndustrel, le débt de carburant n a u être mesuré. Par contre, nous allons montrer ue le modèle roosé ermet d avor accès à cette grandeur. En varant une charge assve avec des échelons de 4 kw, cet essa montre la varaton de la ussance actve rodute ar la mcroturbne et sa vtesse de rotaton. Afn de valder notre modèle assocé au dsostf de commande c résenté, nous avons fat une smulaton dans les mêmes condtons avec uatre échelons dentues de la ussance actve (à 5 s, 20 s, 40 s et 55 s et un échelon dentue de ussance réactve à 80 s à la fgure 12. Les réonses sont obtenues avec une erreur nulle en régme ermanent (fgure 13a our les ussances actves et fgure 13b our les ussances réactves. En mode îlotage, les tems de réonse de la ussance actve sont éuvalents à ceux obtenus ar exérmentaton. Comme révu, la ussance mécanue de la turbne ( sma est lus grande usue les ertes sont comensées (fgure 13a. On eut vérfer ue les comosantes drectes et uadratues des courants du réseau corresondent
28 EJEE 12/2009. Réseaux solés resectvement à la ussance actve et à la ussance réactve générée (fgure 13c. On eut auss constater ue la tenson du réseau est ben contrôlée (fgure 13. Durant un transtore de ussance, la tenson du bus contnu est ben contrôlée (fgure 13d. Mas en mode îlotage, l ondulaton de la tenson du bus contnu est forte, car l ondulaton de la ussance actve est très brutale (vor la fgure 13a. Ben ue théoruement la varaton de la ussance réactve n nfluence as la tenson du bus contnu, un échelon de la ussance réactve (à 80 s change auss le transtore du courant réseau. Ce derner va rovouer auss un transtore de la tenson du bus contnu (fgure 13d à 80 s. Le coule de la turbne et le coule électromécanue sont résentés dans la fgure 13e. La vtesse de la turbne vare en foncton de la ussance actve (fgure 13f. Elle corresond à celle ar exérmentaton (fgure 12. La fgure 13g résente le débt de gaz de la mcroturbne. Ce derner est une mage de la ussance actve. La uantté de gaz eut auss être relevée et envoyée à la suervson centrale (fgure 13h. Cec nous ermet d avor une estmaton de consommaton de carburant et gérer au meux les autres générateurs. S l on s attache unuement à un comaratf avec les grandeurs mesurées, un modèle lus smle aurat u être utlsé. Le modèle c résenté a our avantage de donner des nformatons sur les évolutons des grandeurs nternes généralement non fournes ar les fabrcants ou dffclement mesurables. 30 30 mtr 25 25 Pussance (kw 20 15 10 Pussance (kvar 20 15 10 5 5 mtr 0 sma 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ems (s -5 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ems (s a varatons de la ussance actve b varatons de la ussance réactve
Commande d une mcroturbne à gaz 29 Courant (A 10 0-10 -20-30 -40-50 -60 enson (V 770 768 766 764 762 760 758 756 754 v bus -70 mtr d mtr -80 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ems (s c comosantes drecte et uadrature des courants du réseau 752 750 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ems (s d tenson du bus contnu 3.5 3 10 x 104 9.8 9.6 Coule (N.m 2.5 2 1.5 1 Vtesse (tours ar mnute 9.4 9.2 9 8.8 8.6 0.5 C em 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ems (s C tur 8.4 8.2 Omega 8 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ems (s e coules f vtesse (tours ar mnute 2.5 x 10-3 0.18 0.16 2 0.14 Debt (kg/s 1.5 1 0.5 Quantte (kg 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 m f 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ems (s 0.02 Mas f 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ems (s g débt de masse du gaz (kg/s h masse du gaz consommé
30 EJEE 12/2009. Réseaux solés 420 415 410 405 enson (V 400 395 390 385 U bmt 380 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ems (s valeur effcace de la tenson comosée du réseau Fgure 13. Résultats de smulaton 5. Concluson Dans cet artcle, nous avons déveloé le modèle d un système de roducton électrue comlexe reosant sur l utlsaton d une turbne à gaz, d une génératrce synchrone à vtesse rade et de convertsseurs électronues de ussance. L utlsaton de nombreux éléments oblge à déveloer un système de suervson locale ermettant de gérer à la fos la vtesse de la mcroturbne, le coule de la génératrce synchrone, la tenson du bus contnu et les grandeurs électrues échangées avec le mcroréseau. La turbne à gaz est un système de roducton électrue reosant sur l utlsaton de combustble dont la dsonblté est suosée garante. Vu du système électrue, ce générateur est une source rogrammable et nous avons résenté luseurs stratéges de commande ouvant être mlantées selon le mode de fonctonnement souhaté. Nous avons ans détallé une stratége assurant le fonctonnement en solé du mcroréseau (grd-formng control scheme. Nous avons utlsé la rerésentaton multnveau et montré u elle nous ermet de concevor systématuement ces stratéges de commande. D un ont de vue comortemental, les résultats de smulaton corresondent assez ben aux mesures exérmentales relevées our dfférents onts de fonctonnement ; ce u justfe l utlsaton de ce modèle dans les mêmes condtons. 6. Bblograhe Akag H., Kanazawa Y., Nabae A., Instantaneous reactve ower comensators comrsng swtchng devces wthout energy storage comonents, IEEE rans. on Industry Alcatons, vol. IA-20, n 3, May/June 1984,. 625-630.
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