HASSAD Mohamed Amine Thème

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA REC HERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE SETIF 1 (ALGERIE) MEMOIRE Péenté à la faculté de cience de l ingénieu Dépatement d Electotechnique Pou l obtention du diplôme de Magite en Electotechnique Option : Commande électique Pa HASSAD Mohamed Amine Thème Influence de la commande d une GADA de ytème éolien u la tabilité de éeaux électique Soutenue le / / devant le juy compoé de : D. SAIT BELKACEM M.C. Univeité de Sétif Péident D. HEMSAS KAMEL EDDINE M.C. Univeité de Sétif Rappoteu D. HACHEMI MABROUK M.C. Univeité de Sétif Examinateu D. HARMAS Med NAGUIB M.C. Univeité de Sétif Examinateu Sétif 2012

Remeciement REMERCIEMENTS Je tien à emecie Allah Je tien à emecie le Docteu HEMSES KAMEL EDDINE, Maîte de conféence clae A à l`univeité FERHAT ABBAS de Sétif. Diecteu de ce mémoie. Je lui expime toute ma gatitude pou on expéience, on outien inconditionnel et e qualité humaine et cientifique. Son encadement m a offet la poibilité de éalie ce tavail et qui m a pemi d élagi mon pecte de connaiance cientifique. Je emecie également le membe du juy pou l intéêt qu il ont poté à mon tavail Meci à me eneignant et à me collègue depui le pimaie juqu` à péent. 2

. Je dédie ce mémoie à : Ceux qui ont le plu che du monde : Me paent Me fèe et œu. Toute la famille HASSAD Tou me ami an exception Tou ceux qui veulent lie 3

Table de matièe Intoduction généale.. 1 Chapite I : Généalité et deciption de ytème éolien I-1 Intoduction.... 15 I-2 Deciptif et qualité de l'énegie éolienne. 15 I-2.1 Définition de l énegie éolienne. 15 I-2.1 Oigine du vent.... 16 I-3. Développement de l énegie éolienne.. 16 I-4 Emplacement de pac éolien... 17 I-5 Taille de aéogénéateu.. 18 I-6 Contituant d une éolienne..... 19 I-7 Claement de Tubine Eolienne.. 20 I-7.1 Eolienne à axe vetical... 20 I-7.1.1 Roto de Savoniu.... 21 I-7.1.2 Roto de Daieu.... 21 I-7.1.3 Inconvénient de éolienne à axe vetical.. 22 I-7.2 Eolienne à axe hoizontal.. 22 I-7.2.1 Caactéitique de éolienne à axe hoizontal..... 22 I-7.2.2 Avantage de éolienne à axe hoizontal....... 22 I-7.2.3.Eolienne face au vent... 23 I-7.2.4. Éolienne ou le vent... 23 I.8 Application de éolienne.. 23 I.8.1 Sytème Iolé 24 I.8.2 Sytème Hybide.. 24 I.8.3 Sytème connecte au Réeau... 24 I-9 Difféent type aéogénéateu. 25 I-9.1 Aéogénéateu à vitee fixe... 25 I-9.1.1Caactéitique de ce type 25 I-9.1.1 Avantage fonctionnement à vitee fixe.. 26 I-9.2 Aéogénéateu a vitee vaiable.. 26 I-9.2.1 Avantage fonctionnement à vitee vaiable.. 27 I-9.2.2. Difféente phae de fonctionnement de l éolienne à vitee vaiable.. 27 I-10. Etat de l'at u la conveion électomécanique.... 28 I-10.1 Aéogénéateu utiliant la machine ynchone.... 28 I-10.1.1 Machine ynchone à oto bobiné ou à aimant... 28 I-10.1.2 Machine ynchone à aimant pemanent dicoïde.. 29 I-10.2 Aéogénéateu utiliant la machine aynchone.... 30 I-10.2.1 Machine aynchone à double alimentation type «Buhle».. 30 I-10.2.2 Machine Aynchone à Cage d Ecueuil...... 31 I-10.2.3 Machine aynchone à double alimentation- montage de«schebiu» 32 I-10.2.4 Machine aynchone à double alimentation aociée à deux 33. convetieu... I-11 Avantage et inconvénient de l'énegie éolienne.. 34 I-12. Concluion.. 35 4

Table de matièe Chapite II : Péentation, modéliation et commande de ytème éolien II-1 Intoduction.. 37 II-2 Modéliation de la patie mécanique... 37 II-2.1 Intoduction... 37 II-2.2 Souce pimaie : le vent. 37 II-2.2.1 Modéliation du vent. 38 II-2.2.2 Loi de Betz.. 38 II-2.3 Modèle de la tubine 40 II-2.3.1 Modèle de pale 41 II-2.3.2 Modèle du multiplicateu de vitee 43 II-2.3.3 Modèle de l abe mécanique.. 44 II-2.4 Modéliation du ytème d oientation de pale.. 45 II-2.5 Concluion..... 46 II-3 Modéliation de la patie électique. 46 II-3.1 Intoduction... 46 II-3.2 Péentation de la MADA... 47 II-3.2.1 Deciption de compoant de la MADA. 47 II-3.3 Difféente tuctue de MADA... 47 II-3.3.1 MADA avec pont à diode et pont à thyito. 47 II-3.3.2 MADA avec pont à diode et pont à tanito... 48 II-3.3.3 MADA avec cycloconvetieu.. 48 II-3.3.4 MADA avec convetieu MLI.... 49 II-3.4. Deciption de machine aynchone à double alimentation.. 50 II-3.5. Stuctue de la MADA.... 51 II-3.6.Mode de fonctionnement de la MADA 51 II-3.6.1.Mode moteu hypo-ynchone.. 51 II-3.6.2.Mode moteu hype-ynchone.. 52 II-3.6.3.Mode généatice hypo-ynchone 52 II-3.6.4.Mode généatice hype-ynchone.. 52 II-3.7 Avantage de éolienne à bae de la MADA... 53 II-3.8.Modéliation de machine aynchone à double alimentation. 54 II-3.8.1 Hypothèe implificatice.. 54 II-3.8.2Modèle de la machine dan le éféentiel (d, q) lié au champ tounant 57 II-3.8.3. Modèle de MADA pou la commande Independent de puiance. 58 II-3.8.3.1 Modéliation diphaé de la machine.. 59 II-3.8.3.2 Puiance tatoique.. 60 II-3.8.3.3 Relation ente tenion et couant otoique 60 II-3.9.La Modéliation de l onduleu de tenion MLI 61 II-3.9.1Statégie de commande 63 II-3.10. La commande d une éolienne à bae de MADA à vitee vaiable. 63 II-3.10.1.La commande vectoielle.. 64 II-3.10.1.1Commande diecte 64 II-3.10.1.1.1.Réultant de imulation. 65 II-3.10.2 Contôle diect de puiance (CDP)... 67 II-3.10.2.1.Péentation et modéliation 67 II-3.10.2.2 Réultat de imulation... 71 II-3.11.Concluion.. 75 5

Table de matièe Chapite III : Etude de l impact de la commande de la MADA u la tabilité de éeaux électique III-1.Intoduction.. 77 III-2. Poblème de la tabilité de éeaux électique..... 77 III-2. 1. Intoduction. 77 III-2.2. Difféent type de tabilité de éeaux électique 78 III-2. 2.1. Stabilité tatique. 78 III-2. 2.2. Stabilité dynamique 78 III-2. 2.3. Stabilité tanitoie 79 III-3. Etude de la tabilité tanitoie de éeaux électique 79 III-3.1. Ca d une machine connecté à un éeau infini.. 80 III-4. Etude de la tabilité tanitoie... 81 III-4. 1. Raccodement de éolienne aux éeaux électique...... 81 III-4. 1.1.Néceité de même féquence nominale.. 81 III-4. 1.2.Néceité de même tenion. 82 III-4. 1.3.Mache en paallèle de altenateu.. 82 III-4.2 Le poblème induit pa l intégation d éolienne dan un éeau Electique 83 III-4.2.1 Poduction aléatoie et tè peu péviible.. 83 III-4.2.2 Déconnexion intempetive... 83 III-4.3 Deciption de facteu affectant la qualité énegétique.. 83 III-4.3.1.Fluctuation de tenion.. 83 III-4.3.2.Vaiation de la féquence. 84 III-4.3.2.Hamonique et inte-hamonique... 84 III-4. 4.Outil de imulation... 84 III-4. 5.San l intégation de la feme éolienne.. 86 III-4. 5.1.Deciption du éeau étudié..... 86 III.4. 5.2.Simulation.. 86 III-4. 5.3. Intepétation de éultat obtenu.... 87 III-4. 6. Avec l intégation de la feme éolienne 88 III. 4.6.1. Intoduction.. 88 III-4.6.2. Feme éolienne : commande diecte.... 88 III-4.6.2.1 Deciption du éeau étudié..... 88 III-4.6.2.2 Simulation.. 89 III-4.6.2.3. Intepétation de éultat obtenu. 91 III-4.6.3. Feme éolienne : Contôle diect de puiance (CDP). 92 III-4.6.3.1Simulation.. 92 III-4.6.3.2 Intepétation de éultat obtenu.... 94 III-5. Concluion.. 94 Concluion Généale et pepective....... 95 Annexe. 97 Réféence bibliogaphique.... 101 6

Lite de ymbole LISTE DES SYMBOLES β : Angle de calage de pale [ i abc ] : Couant tatoique de la machine [ i abc ] : Couant otoique de la machine. C p : Coefficient de puiance C em : Couple électomagnétique. C : Couple éitant f v : Coefficient de fottement viqueux de la MADA. C : Capacité du condenateu dan l étape continue C p_max : Coefficient de puiance maximal C g : Couple de la généatice électique C m : Couple mécanique total C vic : Couple pa le fait de fètement I α,i β : Couant tatoique dan le éféentiel α,β i : Couant tatoique de la machine i : Couant otoique de la machine I e τ U τ i : Couant injecté au éeau : Contante de temp de épone déié de la tenion edeé : Contante de temp de épone déié de couant injecté au éeau i ci : Couant commuté I c : Couant taveant la capacité I e : Couant injecté au éeau 7

Lite de ymbole I ch : Couant de chage i ci : Couant commuté ρ : Denité de l'ai 1,225 kg.m -3 E cv : Enegie cinétique S i1 : Etat paant de inteupteu K i1 l : Epaieu de la pale (m). f ci : Etat d inteupteu [Φ abc ] : Flux tatoique de la machine [Φ abc ] : Flux otoique de la machine g G L : Gliement : Gain de multiplication : Inductance cyclique de tato L : Inductance cyclique de Roto l : Inductance pope de enoulement tatoique l : Inductance pope de enoulement otoique m : Inductance mutuelle de enoulement tatoique m : Inductance mutuelle de enoulement otoique M J O d q : Inductance Mutuelle : Inetie de patie tounante : Indice de l axe homopolaie : Indice de l axe diect : Indice de l axe en quadatue 8

Lite de ymbole K i1 : Inteupteu E : La f.e.m de oto de la machine E : La f.e.m de tato de la machine [Ap] 1 : Matice de Pak invee J tu : Moment d inetie d abe d entaînement de pale J [Ap] m : Moment d inetie Le oto de la généatice : Matice de Pak : Mae d'ai N : Nombe de pie de bobinage tatoique N : Nombe de pie de bobinage otoique P m : Puiance P mt : Puiance théoiquement Ρ v : Puiance du vent écupéable (en watt) P max : Puiance maximale pouvant ête ecueillie pa un e éolienne P nom : Puiance nominale P Q : Puiance Active : Puiance éactive P : Puiance active tanmie pa le oto de la machine électique P : Puiance active tanmie pa le tato de la machine électique Pt Q Q : Puiance captée pa la tubine : Puiance éactive tatoique : Puiance éactive tanmie pa le oto 9

Lite de ymbole w : pulation de ynchonime de la machine P e : puiance de éeau P mec : Puiance mécanique Sn K pi, K Ii : puiance de la centale : Paamète de égulateu de PI R : Réitance de enoulement tatoique. R : Réitance de enoulement otoique R X Xd,X'd Xd,X'd S : Rayon de l'aéogénéateu : Réitance de la ligne du éeau : Réactance de la ligne du éeau : Réactance ynchone et tanitoie elon l'axe d : Réactance ynchone et tanitoie elon l'axe q : Suface de pale (en m²) [V abc ] : Tenion imple tiphaée au tato de la machin e [V abc ] : Tenion imple tiphaée au oto de la machin e. V d : Tenion otoique dan l axe (d) VV αα R,VV : tenion tatoique dan le éféentiel αα, ββ V q : Tenion otoique dan l axe (q) Uc x : Tenion continu : Tenion, couant ou flux v ci : Tenion commuté U : Tenion délivé pa la centale 10

Lite de ymbole M max : Valeu maximale de coefficient d inductance mutuelle ω m : Vitee de otation de l'axe de la MADA V v : Vitee du vent(m/) V m : Vitee du vent taveant le oto [X ] : Vecteu de tenion, couant ou flux V 1 : Vitee du vent non petubé à l'avant de l'éolienne V 2 : Vitee du vent apè paage à tave le oto Ω 1 : Vitee de otation avant multiplicateu Ω 2 : Vitee de otation apè multiplicateu. v : Volume limité pa le aile (en m 3 ) Ω tu : Vitee de otation de la tubine λ : Vitee elative de l'éolienne V e : Valeu efficace de tenion du éeau 11

Intoduction généale. Intoduction généale Aujoud'hui, l'énegie éolienne et devenue une éalité mondiale incontounable. L'évolution de la capacité de poduction d'électicité pa éolienne n'a pa ceé d'augmente depui 1980. L'indutie éolienne et en meue de deveni une indutie énegétique mondiale i on e bae u l'accéléation de intallation dan le denièe décennie. Le énegie éolienne peuvent contibue avec une pat ignificative aux nouvelle ouce d énegie n émettant pa de gaz à effet de ee. Le développement de l énegie éolienne connaît un eo impotant vu la diveité de zone exploitable et aux coût elativement intéeant [1]. Le ytème éolien e développent aini plu apidement ca on peut déomai appuye u de technique fiable et épouvée. De plu, le potentiel énegétique mondial de cette énegie et etimé à une puiance de 5300 TWh, ce qui epéente un giement énegétique non négligeable et tè pometteu. Dan le domaine de entaînement de gande puiance, il exite une olution nouvelle et oiginale, utiliant une machine altenative fonctionnant dan un mode un peu paticulie. Il agit de la machine à double alimentation «double feed aynchonou machine» (DFAM) en Anglai et (MADA) en fançai : le tato et alimenté pa un éeau fixe et le oto pa une alimentation vaiable qui peut ête une ouce de tenion ou une ouce de couant, cette denièe péente beaucoup d avantage pa appot à celle en tenion ca elle pocue une gande ouplee et une plu gande implicité de fonctionnement Note objectif dan ce tavail conite à l étude de déféente commande d une éolienne à vitee vaiable baée u une MADA et leu impact de ce commande u le éeaux électique, on a choii deux type de commande une claique (commande vectoielle diect), l oute plu modene (contol diect de puiance) Pou obteni de haute pefomance et une meilleue exécution de la généatice à double alimentation, il faut concevoi une commande obute adéquate, qui end le ytème inenible aux petubation extéieue et aux vaiation paamétique. Il exite difféente tatégie dan littéatue pou éoude le poblème de la commande de la MADA, Ce mémoie et alo divié en toi chapite : Le pemie chapite fait l objet de deciption et généalité u le ytème l éolien. Il donne un apeçu u le difféent type d éolienne (à l axe vetical, hoizontal), leu caactéitique technologique, leu ytème de égulation et de 12

Intoduction généale. potection, aini que le difféent type de généatice utiliée dan l éolien ont été péenté. Le econd chapite et conacé à la modéliation du ytème éolien compotant eentiellement le caactéitique et tatégie de fonctionnement de l éolienne. De modèle analytique de la tubine éolienne aini la topologie et le domaine d'utiliation de la machine aynchone à double alimentation fonctionnement en généatice à vitee vaiable aini que le gandeu de commande utiliée loqu'elle et intégée à un ytème éolien ont détaillée.. Une modéliation dan un epèe diphaé lié au champ tounant pou la commande diect et oto pou la commande contol diect de puiance (DTC). Le toiième chapite péente le modèle popoé pou la chaîne de conveion éolienne baée u la machine à double alimentation fonctionnant a vitee vaiable démonte l impact d intégation de la commande d un feme éolienne dan le éeaux tet péenté, en appliquant un défaut ymétique pou étudie la tabilité tanitoie à pati de l analye de éultat obtenu. Le éultat obtenu dan ce invetigation, nou pemetton de conclue u le méthode et outil utilié, et enviage le pepective à ce tavail. Pou une bonne compéhenion du contenu du péent mémoie, quelque annexe et éféence ont inéée à la fin. Ce annexe egoupent le paamète d une chaîne de conveion éolienne baée u la machine aynchone à double alimentation, aini que le donnée numéique du éeau électique tet. 13

Généalité et deciption de ytème éolien

Chapite I Généalité et deciption de ytème éolien I-1. Intoduction L intéêt pou l uage de énegie enouvelable augmente, ca le population ont de plu en plu concenée pa le poblème envionnementaux. Pami le énegie enouvelable, on touve l énegie éolienne qui et actuellement lagement utiliée. C et pincipalement la cie pétolièe de 1974 qui a elancé le étude et le expéience u le éolienne (tubine à vent). En chechant utout à le utilie pou poduie de l énegie électique uivant le pincipe exploité dan toute le centale électique : l entainement d une tubine eliée mécaniquement à une machine électique, généatice, pemet de génée le couant électique [2]. Une gande patie de éolienne utilie le machine aynchone à double alimentation. Cette généatice qui peut fonctionne à vitee vaiable. Elle pemet, alo, de mieux contôle le eouce éolienne pou le difféente condition de vent. Bon nombe de configuation exitent aujoud hui, elle utilient dive type de convetieu tatique. Pou chaque configuation nou dipoon d une commande adaptée aini que de pefomance pécifique. Ce difféent point eont plu détaillé dan le paagaphe qui uivent. Dan ce chapite, on péente le éolienne d une manièe généale et le difféent type de machine utiliée dan le éolienne aini que le choix de la machine qui ea utilié pou l étude menée dan ce mémoie. I-2. Deciptif et qualité de l'énegie éolienne : I-2.1. Définition de l énegie éolienne L'énegie éolienne et une énegie dite "enouvelable" (non dégadée), géogaphiquement diffuée, et utout en coélation aionnièe (l énegie électique et lagement plu demandée en hive et c et ouvent dan cette péiode que le vitee moyenne de vent ont le plu élevée). De plu, c'et une énegie qui ne poduit aucun ejet atmophéique ni déchet adioactif. Elle et toutefoi aléatoie dan le temp et on captage ete aez complexe, néceitant de mât et de pale de gande dimenion (juqu'à 60 m pou de éolienne de pluieu mégawatt) dan de zone géogaphiquement dégagée pou évite le phénomène de tubulence [2]. 15

Chapite I Généalité et deciption de ytème éolien L énegie éolienne fait patie de nouveaux moyen de poduction d électicité décentaliée popoant une altenative viable à l'énegie foile (Centale themique ou à cycle combiné) an pou autant pétende la emplace (l'ode de gandeu de la quantité d'énegie poduite étant lagement plu faible). Le intallation peuvent ête éaliée u tee mai également de plu en plu en me (feme éolienne offhoe) où la péence du vent et plu égulièe. De plu, le éolienne ont aini moin viible et occaionnent moin de nuiance onoe. Homi l'apect viuel de éolienne, et leu impact u l envionnement et éduit. Une éolienne ne couve qu'un poucentage tè éduit de la uface totale du ite u laquelle elle et implantée, pemettant alo à la plupat de ite de coneve leu activité indutielle ou agicole [2]. I-2.1. 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 [3]. I-3. Développement de l énegie éolienne L énegie éolienne et développée pa de tè nombeux pay et connaît une coiance tè impotante : + 30 % pa an en moyenne depui 10 an (+ 28,8 % en 2008). En 2008, plu de 27 000 MW de nouvelle capacité éolienne ont été intallé dan le monde, et le 100 000 MW intallé ont été dépaé début 2008. L éolien epéente déomai 260 million de MWh de poduction électique pa an, oit 1,3 % de la conommation totale d électicité dan le monde et a attié un total d invetiement de 47,5 milliad de dolla. Le expet du GWEC (Coneil mondial de 16

Chapite I Généalité et deciption de ytème éolien l énegie éolienne) pévoient le maintien d une coiance outenue de l éolien, conduiant à un pac intallé de pè de 170 000 MW en 2010. [4] Figue (I.1) : Evolution de puiance éolienne intallée dan le monde en(mw). I-4. Emplacement de pac éolien Le pac éolien e ituent natuellement la ou il ya un niveau de vent uffiant tout au long de lànnée e pou pemette une poduction maximale. Le cote `le bod de me et le plateaux offent de condition intéeante en teme de vent mai il faut aui teni compte de lìmpact u le payage.pou ce aion, loque cèt poible, de pac éolien offhoe ont contuit.ce denie compotent de dizaine comme on peut le voi u la figue I-2[5] Figue (I-2) : Intallation d`éolienne offhoe en Me du Nod (Pholo Gunna Bile) 17

Chapite I Généalité et deciption de ytème éolien I-5. Taille de aéogénéateu Avec le développement écent et le beoin de founi de puiance coiante au éeau, le contucteu et le checheu mettent au point de éolienne de plu en plu puiante et donc plu gande, ce qui péente la figue I-3.pou utilie le maximum de la foce du vent, en cheche a ce que l`hélice balaie une uface ou le vent et maximum. Pou cela le éolienne ont tè haut pechée pou ne pa ubi le effet de ol qui feinent le vent. Figue (I-3) : Taille de hélice en m et puiance en KW [5] Le plu gande éolienne commecialiée actuellement poèdent une hélice de plu de 100 mète de diamète.cette hélice et pechée a plu de 100 mète de hauteu pou poduie juqu'à 4.5 MW [5] 18

Chapite I Généalité et deciption de ytème éolien I-6. Contituant d une éolienne Figue (I-4) : Elément contituant une éolienne. 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. Toutefoi, la quantité de matièe mie en œuve epéente un coût non négligeable et le poid doit ête limité. Un compomi conite généalement à pende un mât de taille tè légèement upéieue au diamète du oto de l'aéogénéateu 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 généateu qui et généalement une machine ynchone ou aynchone le ytème hydaulique ou électique d'oientation de pale (fein aéodynamique) La nacelle (néceaie pou gade la uface balayée pa l'aéogénéateu 19

Chapite I Généalité et deciption de ytème éolien pependiculaie à la diection du vent). A cela viennent 'ajoute le ytème de efoidiement pa ai ou pa eau, un anémomète et le ytème électonique de getion de l'éolienne. Le oto, fomé pa le pale aemblée dan leu moyeu. Pou le éolienne detinée à la poduction d'électicité, le nombe de pale vaie claiquement de 1 à 3, le oto tipale (concept danoi) étant de loin le plu épandu ca : [6] Il epéente un bon compomi ente le coût. le compotement vibatoie. la pollution viuelle le buit. Le oto à vitee fixe ont ouvent muni d'un ytème d'oientation de la pale pemettant : à la généatice (généalement une machine aynchone à cage d'écueuil) de fonctionne au voiinage du ynchonime D ête connectée diectement au éeau an dipoitif d'électonique de puiance. Le oto à vitee vaiable ont ouvent moin coûteux ca le dipoitif d'oientation de pale et implifié voie uppimé (La ociété Jeumont Indutie utilie un oto à pa fixe). Toutefoi, une inteface d'électonique de puiance ente le généateu et le éeau ou la chage et néceaie. Le pale e caactéient pincipalement pa leu géométie dont dépendont le pefomance aéodynamique et le matéiaux dont elle ont contituée (actuellement, le matéiaux compoite tel la fibe de vee et plu écemment la fibe de cabone ont tè utilié ca il allient légèeté et bonne éitance mécanique). [6] I-7. Claement de Tubine Eolienne I-7.1. Eolienne à axe vetical Le éolienne à axe vetical ont été le pemièe tuctue développée pou poduie de l électicité paadoxalement en contadiction avec le taditionnel moulin à vent à axe hoizontal. Elle poèdent l avantage d avoi le ogane de commande et le généateu au niveau du ol donc facilement acceible. De nombeue vaiante ont été 20

Chapite I Généalité et deciption de ytème éolien tetée depui le année vingt, dont beaucoup an uccè, mai deux tuctue ont pavenue au tade de l indutialiation [6] : I-7.1.1. Roto de Savoniu : (du nom de on inventeu, beveté en 1925) dont le fonctionnement et baé u le pincipe de "taînée difféentielle" utilié dan le anémomète : le effot execé pa le vent u chacune de face d'un cop ceux ont d'intenité difféente Il en éulte alo un couple moteu entaînant la otation de l'enemble. L'effet et ici enfocé pa la ciculation d'ai ente deux demi-cylinde qui augmente le couple moteu (Figue I-4). Figue (I-4) : Pincipe du oto de Savoniu et de l'incidence vaiable. [6] I-7.1.2. Roto de Daieu: invente pa làcadémicien fançai Daieu au cou de année 1925-1935 epoe u lèffet de la potance dùn pofil oumi a làction dùn vent elatif, il exite quate type de oto de Daieu: Le oto cylindique Le oto tonconique Le oto a vaiation cyclique Le oto paabolique Leu fonctionnement et baé u le fait qu'un pofil placé dan un écoulement d'ai elon difféent angle et oumi à de foce de diection et d'intenité vaiable. La éultante de ce foce génèe alo un couple moteu entaînant la otation du dipoitif. Ce foce 21

Chapite I Généalité et deciption de ytème éolien ont cée pa la combinaion de la vitee pope de déplacement du pofil et de la vitee du vent. Cela ignifie que la otation du dipoitif ne peut pa 'amoce d'elle-même. Loqu'elle et à l'aêt, l'éolienne doit donc ête lancée pa un dipoitif annexe (montage d'une éolienne Savoniu u le même oto ou utiliation de la généatice en moteu). I-7.1.3. Inconvénient de éolienne à axe vetical En effet la péence du capteu d'énegie pè du ol l'expoe aux tubulence et au gadient de vent ce qui éduit on efficacité. Elle ont de plu expoée à de poblème d'aéoélaticité du aux fote containte qu'elle ubient. la uface qu'elle occupent au ol et tè impotante pou le puiance élevée.[6] I-7.2. Eolienne à axe hoizontal Le éolienne à axe hoizontal ont baée u la technologie ancetale de moulin à vent. Elle ont contituée de pluieu pale pofilée aéodynamique ment à la manièe de aile d'avion. I-7.2.1. Caactéitique de éolienne à axe hoizontal La potance n'et pa utiliée pou mainteni un avion en vol mai pou génée un couple moteu entaînant la otation. Le nombe de pale utilié pou la poduction d'électicité vaie claiquement ente 1 et 3, le oto tipale étant le plu utilié ca il contitue un compomi ente le coefficient de puiance, le coût et la vitee de otation du capteu éolien [6]. I-7.2.2. Avantage de éolienne à axe hoizontal Ce type d'éolienne a pi le deu u celle à axe vetical ca elle epéentent un coût moin impotant, elle ont moin expoée aux containte mécanique La poition du écepteu à pluieu dizaine de mète du ol pivilégie l'efficacité. Noton cependant que cetain tavaux défendent la viabilité du oto vetical en éaliant de étude multi-citèe [6]. Le concept abodé dan la uite de cette étude e limiteont uniquement au ca de éolienne à axe hoizontal. Il exite deux catégoie d'éolienne à axe hoizontal: 22

Chapite I Généalité et deciption de ytème éolien I-7.2.3. Éolienne face au vent : le vent ouffle u le devant de pale en diection de la nacelle. Le pale ont igide, le oto et oienté elon la diection du vent pa un dipoitif (Figue I-5-b). I-7.2.4. Éolienne ou le vent : le vent ouffle u l'aièe de pale en patant de la nacelle. Le oto et flexible, auto-oientable (Figue I-5-a). Figue (I-5-a) : éolienne ou le vent Figue (I-5-b) : éolienne face au vent I.8. Application de éolienne Un ytème éolien peut ête utilié en toi application ditincte : Sytème iolé. Sytème hybide. Sytème elié au éeau. Le ytème obéient à une configuation de bae : il ont beoin d'une unité de contôle de puiance et, dan cetain ca, d'une unité de tockage 23

Chapite I Généalité et deciption de ytème éolien I.8.1. Sytème Iolé L'énegie éolienne et aui utiliée pou founi de l'énegie à de ite iolé, pa Exemple : pou poduie de l'électicité dan le île, pou le pompage de l'eau dan de champ, Pou alimente en électicité de voilie, de phae et de balie, [7]. Le ytème iolé en généal, utilient quelque fome de tockage d'énegie. Ce tockage peut ête fait pa de batteie : il faut alo un dipoitif pou contôle la chage et la déchage de la batteie. Le contôleu de chage a comme pincipal objectif d évite qu'il y ait de dommage au ytème de batteie pa de uchage ou de déchage pofonde. Pou l alimentation d'équipement qui opèent avec un éeau altenatif (AC), il et néceaie d utilie un onduleu. I.8.2. Sytème Hybide Le ytème hybide ont ceux qui péentent plu d'une ouce d'énegie comme, pa exemple : tubine éolienne, généatice Dieel, module photovoltaïque, ente eux. L'utiliation de pluieu fome de généation d'énegie électique augmente la complexité du ytème et exige l optimiation de l'utiliation de chacune de ouce. Dan ce ytème, il faut éalie un contôle de toute le ouce pou maximie la livaion de l'énegie à l'utiliateu. En généal, le ytème hybide ont employé dan de petit ytème detiné à deevi un nombe plu gand d'utiliateu. Pou tavaille avec de chage à couant altenatif, le ytème hybide aui a beoin d'un onduleu. I.8.3. Sytème connecté au Réeau Le ytème lié au éeau n'ont pa beoin de ytème de tockage d énegie ; toute la généation et livée diectement au éeau électique. Le ytème éolien lié au éeau néceitent un convetieu tatique 24

Chapite I Généalité et deciption de ytème éolien I-9. Difféent type aéogénéateu I-9.1. Aéogénéateu à vitee fixe : I-9.1.1. Caactéitique de ce type : Le pemièe éolienne de gande puiance mie en œuve epoent u l utiliation d une machine aynchone à cage diectement couplée u le éeau électique (Fig. I.6). Cette machine et entaînée pa un multiplicateu a vitee et maintenue appoximativement contante pa un ytème mécanique d oientation de pale (pitch contol). La machine fonctionne alo en hype ynchonime c'et-à-die à une vitee Ω(1-g) avec Ω vitee de ynchonime (ouvent N = 1500 t.min-1) et g le gliement, avec g<0 pou un fonctionnement en généatice avec une convention moteu ( g 1 %). La otation de pale pa de actionneu, hydaulique ou électique, pemet l augmentation de l angle de calage β. La puiance peut alo ête limitée à la puiance nominale de la généatice. Lo de fot vent, cette technique pemet la mie en dapeau de pale (β=90 )[8] Figue (I-6) : éolienne a vitee fixe Ce type d éolienne n offe donc quaiment pa de poibilité de églage de la puiance généée, La connexion diecte au éeau d une généatice aynchone néceite l ajout de banc de condenateu afin de limite la puiance éactive appelée à ce éeau. Cetaine éolienne de ce type ont équipée d un ytème à décochage 25

Chapite I Généalité et deciption de ytème éolien aéodynamique de pale : «tall contol» : L augmentation de la vitee du vent accompagne automatiquement d une diminution de l angle de calage afin de pemette le décochage aéodynamique de la tubine aux vitee du vent plu gande que la vitee nominale appelée «Paive Stall». La puiance captée et alo éduite. La tuctue du oto de la tubine et aini plu imple, le poibilité de églage de la puiance ont encoe plu limitée. Une olution intemédiaie appelée : «active tall» a également été développée. Elle gade le avantage du ytème «tall» (décochage aéodynamique de pale) intégant un ytème d oientation de pale implifié. Le poibilité de églage de la puiance généée pa ce type d éolienne etent toutefoi maginale [8]. I-9.1.1. Avantage fonctionnement à vitee fixe : Le avantage pincipaux de fonctionnement à vitee fixe ont le uivant [9]: Sytème électique plu imple. Plu gande fiabilité. Peu de pobabilité d excitation de féquence de éonance de élément de l éolienne. Pa beoin de ytème électonique de commande. Moin che. I-9.2. Aéogénéateu à vitee vaiable Le contôle au niveau de la généatice pemet d optimie le captage de l énegie pou le vent faible et moyen. La généatice peut ête liée diectement ou indiectement au éeau Une inteface de puiance adapte la féquence de couant du généateu à celle éeau et pemet aini de fonctionne à vitee vaiable. Autement dit, l intoduction de convetieu de puiance ente le généateu et le éeau donne lieu à un découplage ente la féquence du éeau électique et la vitee de otation de la machine électique. Avec la meilleue qualité et la baie de coût de l électonique de puiance, le éolienne à vitee vaiable ont de plu en plu utiliée.[10] 26

Chapite I Généalité et deciption de ytème éolien I-9.2.1. Avantage du fonctionnement à vitee vaiable : la poduction d'énegie peut ête augmentée de 2-6% pou une éolienne à vitee vaiable pa appot à une éolienne à vitee fixe, l'augmentation de l'énegie peut ête de 39%. La littéatue monte que le gain de poduction d'énegie de l'éolienne à vitee vaiable pa appot à l'éolienne à vitee fixe le plu imple peut vaie ente 3-28% elon le condition du ite et le paamète de conception le captage de l'énegie peut ête conidéablement augmenté en utiliant une MADA. Il affiment que la captue de l'énegie a augmenté d'un MADA de plu de 20% pa appot à un ytème à vitee vaiable en utiliant une machine à induction à cage-ba et de plu de 60% pa appot à un ytème à vitee fixe Augmentation de la plage de fonctionnement, notamment pou le faible vitee de vent où le maximum de puiance peut ête aiément conveti, Simplicité du ytème d oientation de pale. Gâce au contôle de la vitee du généateu, le contante de temp mécanique de pale peuvent ête plu longue, éduiant la complexité du ytème d oientation de pale et on dimenionnement pa appot à la puiance nominale P n, Réduction de effot mécanique gâce à l adaptation de la vitee de la tubine lo de vaiation du vent. De ce fait, l incidence de afale de vent u la puiance généée peut ête affaiblie, Réduction du buit lo de fonctionnement à faible puiance ca la vitee et lente. I-9.2.2. Difféente phae de fonctionnement de l éolienne à vitee vaiable: La coube typique donnant la puiance aéodynamique d un aéogénéateu, fonctionnant à vitee vaiable, en fonction de l a vitee de vent et illutée u la fi gue I.7. Toi zone de fonctionnement peuvent ête ditinguée. a) La zone A : coepond aux vitee tè faible du vent inuffiante pou entaîne l'éolienne et poduie de la puiance. b) La zone B : coepond aux vitee moyenne dont le ytème de contôle de l aéogénéateu peut inteveni pou contôle la puiance électique à génée. c) La zone C : coepond aux vitee tè élevée du vent pou lequelle la vitee de 27

Chapite I Généalité et deciption de ytème éolien otation de l'éolienne et limitée à une valeu maximale pou évite de dégât u la tuctue. Pa conéquent, la puiance électique poduite et maintenue contante et égale à a valeu nominale [11] Figue. (I-7) : Coube typique de la puiance poduite d un aéogénéateu à vitee vaiable. 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 chacun de ce type de machine [9] I-10. Etat de l'at u la conveion électomécanique : I-10.1. Aéogénéateu utiliant la machine ynchone I-10.1.1. Machine ynchone à oto bobiné ou à aimant pemanent L'adaptation de cette machine à un ytème éolien poe de poblème : pou mainteni la vitee de otation de l'éolienne tictement fixe pou ynchonie la machine avec le éeau lo de phae de connexion. Pou ce aion, on place ytématiquement une inteface d'électonique de puiance ente le tato de la machine et le éeau (Figue 1-8) ce qui pemet d'autoie un fonctionnement a vitee vaiable dan une lage plage de vaiation [6], Dan la plupat de ca, le champ tounant otoique et céé pa un bobinage alimenté en couant continu (oue polaie) pa l'intemédiaie d'un edeeu connecté au éeau. Ce mode d'excitation entaîne la péence de contact gliant au oto, c'et pouquoi on emplace ouvent ce bobinage pa de aimant pemanent. Toutefoi cetain d'ente eux ont éalié à l'aide de tee ae et ont pa conéquent tè coûteux, bien que leu utiliation de plu en plu féquente tende à faie baie leu pix. De plu, le vaiation 28

Chapite I Généalité et deciption de ytème éolien impotante de couple électomagnétique qui peuvent avoi lieu dan un ytème éolien iquent d'entaîne une démagnétiation de aimant loqu'il ont contitué de matéiaux claique. Ceci contibue lagement à la diminution de leu duée de vie [6]. Figue (I-8) : Altenateu ynchone connectée au éeau pa l'intemédiaie d'une inteface d'électonique de puiance I-10.1.2. Machine ynchone à aimant pemanent dicoïde Cette machine poède la paticulaité d'avoi un champ magnétique axial contaiement aux machine ynchone claique où le champ et adial (Figue 1-9) [6] La ociété "Jeumont " a écemment développé cette machine (750 kw) à attaque diecte detinée à la poduction d'électicité pa éolienne. Figue (1-9) : Machine à champ adial claique et machine dicoïde à champ axial 29

Chapite I Généalité et deciption de ytème éolien I-10.2. Aéogénéateu utiliant la machine aynchone I-10.2.1. Machine aynchone à double alimentation type «Buhle» Cette machine et à double tato.un bobinage de gande ection et diectement connecté au éeau. L aute bobinage et de ection moin impotante (Figue 1.10). Il et connecté à un onduleu pou contôle le flux d excitation. Le oto de cette machine et à cage d écueuil, Cependant, il a une tuctue difféente de celle claique en boucle concentique [12] Figue (1.10) : MADA à double tato. a) Avantage de ce type de machine : Cette machine péente l intéêt de fonctionne à vitee vaiable. Le convetieu et connecté au bobinage de faible puiance donc moin coûteux. Le convetieu pemet de contôle le facteu de puiance aini que le couant otoique d où l optimiation du endement La taille du convetieu et popotionnelle au gliement maximum b) Inconvénient de ce type de machine : la machine a un tato plu volumineux plu complexe à éalie (Figue 1.11) i le gliement dépae une valeu de 30%, le ytème devient peu attactif à caue de la diminution de endement et l augmentation du coût du convetieu [6]. 30

Chapite I Généalité et deciption de ytème éolien Figue (1-11) : Machine aynchone buhle connectée u le éeau. I-10.2.2. Machine Aynchone à Cage d Ecueuil Contaiement aux aute moyen taditionnel de poduction d'énegie électique où l'altenateu ynchone et lagement utilié, c'et la généatice aynchone à cage d'écueuil qui équipe actuellement une gande patie de éolienne intallée dan le monde. La plupat de application utiliant la machine aynchone ont detinée à un fonctionnement en moteu (cela epéente d'ailleu un tie de la conommation mondiale d'électicité) [6]. a) Avantage de ce type de machine : gande obutee. faible coût. éveible. l'abence de balai-collecteu. [6]. l excitation peut ête commandée pa un edeeu qui pemet aui de contôle la vitee de otation pou extaie le maximum de puiance. b) Inconvénient de ce type de machine : le ytème de fonctionnement à vitee fixe peut ête buyant, à caue de la modification de caactéitique aéodynamique due à l'oientation de pale. n'exploite pa la totalité de la puiance théoiquement diponible pou le vitee de vent élevée [6]. 31

Chapite I Généalité et deciption de ytème éolien Figue (I-13) : Machine à cage d Ecueuil connecte au éeau I-10.2.3. Machine aynchone à double alimentation- montage de«schebiu» Ce type de montage pemettant de écupée l`énegie de gliement diipée dan de éitance otoique La patie qui taite de la écupéation de l énegie de gliement d un moteu aynchone à oto bobiné, péente le fonctionnement de montage dit montage de «Schebiu». La figue I.14 péente le pincipe de ce montage. Le chéma de la figue I.15 illute ce montage. Comme dan, ce montage et plu communément appelé cacade hypoynchone. [13] On définit une cacade hypoynchone comme étant un dipoitif faiant appel à l électonique de puiance et pemettant de éduie de manièe ignificative la vitee d une machine aynchone à oto bobiné tout en conevant une valeu acceptable du endement. a) Avantage de ce type de machine : Dan ce montage, l énegie de gliement et conevée ou fome électique dan le but d ête envoyée u le éeau. Le couant otoique ont alo edeé pa l intemédiaie du edeeu à diode. Contôle la quantité de puiance otoique injectée u le éeau pa l intemédiaie de l onduleu non autonome. [13] En effet, la tenion de cet onduleu étant impoée pa le econdaie du tanfomateu, le églage de la puiance effectue gâce au églage du couant dan l inductance du bu continu. Ce type de vaiation de vitee a été totalement upplanté pa l utiliation d onduleu autonome. 32

Chapite I Généalité et deciption de ytème éolien Figue (I-14) : Pincipe de montage de Schebiu Figue (I-15) : Montage de Schebiu. I-10.2.4. Machine aynchone à double alimentation aociée à deux convetieu. L électonique de puiance a connu un tel eo qu aujoud hui pè de 15% de l énegie électique poduite et convetie ou une fome ou une aute. Au cou de ce année, la taille, le poid et le coût de convetieu n ont fait que diminue, en gande patie gâce aux pogè fait dan le domaine de inteupteu électonique. Il et donc poible d enviage l utiliation de deux convetieu (à la place d un eul) pou de application néceitant un fonctionnement à vitee vaiable. 33

Chapite I Généalité et deciption de ytème éolien On conidèe alo qu un onduleu alimente le enoulement tatoique (tato) et l aute alimente le oto. Le chéma de la figue I.16 péente cette configuation Figue( I.16) : MADA aociée à deux convetieu I-11 Avantage et inconvénient de l'énegie éolienne Tou ytème de poduction d énegie à e avantage et e inconvénient, le avantage et le inconvénient de la conveion éolienne ont: a) Avantage non polluante, inépuiable (énegie du vent), peut ête entable dan le égion éloignée et ventée (ite iolé), peut ête complémentaie de filièe taditionnelle. b) Inconvénient apect aléatoie (ujette aux vaiation de vitee de vent), buit de pale, impact viuel, inteféence électomagnétique. I-12. Concluion La poduction d`électicité pa l énegie éolienne intéeé de plu en plu le pay afin de.poduie.une.énegie.pope.et.duable L'état avancé de echeche dan le domaine éolien monte une volonté de développe de éolienne toujou plu puiante et capable de capte au mieux la puiance diponible 34

Chapite I Généalité et deciption de ytème éolien dan le vent.beaucoup de echeche ont faite en ce moment u le tatégie de difféente chaine de conveion utiliée pou la poduction d'électicité éolienne Aini de machine aute que ynchone et aynchone claique ont en développement et en tet pou exploite difféemment la puiance diponible dan le vent.ce machine à éluctance ou multipolaie pa exemple, pemettont d'extaie de la puiance même pou de vent faible tout en éduiant le intallation mécanique pa uppeion du multiplicateu. Ceci augmentea le endement du convetieu tout en limitant l'entetien..dan ce chapite, on a péenté quelque généalité u l énegie éolienne Pui, un bef apeçu u le difféent élément aocié, et a tave la ynthèe bibliogaphique elative à la machine aynchone à double alimentation, nou avon pu note le ôle de celle-ci et e avantage pa appot aux aute convetieu conventionnel. 35

Péentation, modéliation et commande de ytème éolien

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien II-1. Intoduction : La conveion de l'énegie cinétique en énegie électique e fait en deux étape : au niveau de la tubine (oto), qui extait une patie de l'énegie cinétique du vent diponible pou la conveti en énegie mécanique pui au niveau de la généatice, qui eçoit l'énegie mécanique et la convetit en énegie électique. Se difféent compoant ont conçu pou maximie cette conveion énegétique II-2. Modéliation de la patie mécanique II-2.1. Intoduction: Dan ce patie, nou allon examine et modélie tou le élément mécanique qui inteviennent dan la conveion éolienne.notamment, note étude èt focaliée u l`élaboation dùne modéliation de l`hélice de l`éolienne en calculant le effot cée pa le vent u le pale. Cette modéliation e démaque de la plupat de modéliation établie pou l`étude de éolienne qui utilient le calcule de la puiance diponible dan le vent et y affecte un coefficient pou obteni la puiance diponible u làxe de l`hélice Le aute patie comme multiplicateu aini que le ytème de égulation intevenant u l`hélice, eont aui développée ici Pou conveti l'énegie mécanique en énegie électique, toi facteu ont eentiel : - La denité de l'ai, - La uface balayée pa le oto, - La vitee du vent II-2.2. Souce pimaie : le vent L énegie cinétique du vent contitue la ouce pimaie d énegie. Le vent et en fait un champ de vitee de déplacement de mae d ai. La ditibution patiale de ce champ au niveau de la tubine éolienne et complexe et on évolution au cou du temp péente de fote vaiation. Le champ de vitee qui tavee la uface dicoïdale veticale balayée pa La tubine va ête en paticulie affecte pa le phénomène de ciaillement et l effet d obtacle de la tou. [14] 37

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien II-2.2.1. Modéliation du vent : La modéliation de aéogénéateu néceite une connaiance de la vaiation de la vitee du vent au cou du temp. Cependant, cette ouce ete impédictible et difficilement epoductible u un ite. La vitee du vent peut ête donc modéliée comme une fonction calaie qui évolue dan le temp : V v = f(t) comme monte la figue II-1 Figue(II.1) : Pofil du vent II-2.2.2. Loi de Betz Il paait évident que plu la patie de l énegie cinétique du vent captée pa l éolienne et gande, plu petite ea la vitee du vent otant pa le côté gauche de l éolienne (Figue. II.2). Si nou tention d extaie toute l énegie contenue dan le vent, l ai continueait on chemin à une vitee nulle, ce qui, en éalité ignifieait qu il n aiveait pa à abandonne le oto [10] 38

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien Figue(II.2) : Déplacement du vent. Le éultat eait dan ce ca tout le contaie de ce que nou auion cheché à obteni : aucune énegie ne eait extaite du vent l entée de l ai dan le oto étant évidemment également empêchée. L aute ca extême eait que le vent paeait à tave le tube ci-deu an aucune petubation, mai avec le même éultat : l énegie extaite eait abolument nulle. Nou pouvon donc pene qu il doit y avoi une manièe de feine le vent qui e touve ente ce deux extémité et qui pemette de façon bien plu efficace de tanfome l énegie du vent en énegie mécanique La loi de Betz tipule qu une éolienne ne poua jamai conveti en énegie mécanique plu de 16/27 (ou 59%) de l énegie cinétique contenue dan le vent [10] En uppoant que la vitee du vent taveant le oto oit égale à la moyenne ente la vitee du vent non petubée à l avant de l éolienne V 1 et la vitee du vent apè paage à tave le oto V 2, la mae d ai en mouvement taveant la uface de pale en une econde et : S( V 1 + V2 ) m = ρ II-1 2 En utiliant la econde loi de Newton, on poua expime la puiance pa : P m 2 2 m( V 1 V2 ) = II-2 2 Soit en emplaçant m pa on expeion : 2 2 S( V1 V2 )( V1 + V2 ) P m = ρ II-3 4 Un vent théoiquement non petubé taveant cette même uface S an diminution de vitee donneait : 39

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien 3 ρsv P mt = 1 II-4 2 Le atio ente la puiance extaite du vent et la puiance totale théoiquement diponible et alo P P m mt V 1 + V = 1 2 V 1 V 2 1 2 2 II-5 En taçant le atio de puiance en fonction du atio de vitee nou obtenon la coube illutée pa la Figue. II.3. Ce atio péente un maximum, c et la limite de Betz. Cette limite n et en éalité jamai atteinte et chaque éolienne et définie pa on pope coefficient de puiance Cp expimé en fonction de la vitee elative epéentant le appot ente la vitee de l extémité de pâle de l éolienne et la vitee du vent : Figue(II.3) : Coefficient de puiance. C et-à-die que Cp dépend de la vitee pécifique λ = On peut aui défini le coefficient de couple : II-2.3. Modèle de la tubine C p C q = λ ω v Conidéon une tubine éolienne munie de pale de longueu R entaînant une généatice à tave un multiplicateu de vitee de gain G (Figue. II.4). 40

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien II-2.3.1. Modèle de pale La puiance cinétique du vent et donnée pa Figue(II- 4) : Tubine éolienne. p v 3 ρ. S. v = II-6 2 La tubine pemet de conveti l énegie aéodynamique du vent en énegie mécanique. Son couple aéodynamique T aeo et donné pa l expeion uivante [11] : T aeo 1 3 =. C p ( λ, β ) Sv II-7 2. Ωt La puiance aéodynamique appaaiant au niveau du oto de la tubine écit comme uit : P aeo 3 Sv = C p ( λ, β ) Pv = C p ( λ, β ) II-8 2 Ω t : et la vitee de la tubine, ρ : et la denité de l ai, ρ = 1.22 kg/m 3. 2 S : et l aie balayée pa la tubine, S = π.r v : et la vitee du vent. 41

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien C p : et le coefficient qui caactéie le endement aéodynamique de la tubine (Figue.II.5). Il dépend de caactéitique de la tubine (le dimenion de la pale, le atio de la vitee λ et l angle d oientation de la pale β Figue II-5. Coube de Cp en fonction de λ et β Le atio de vitee λ et défini comme le appot ente la vitee linéaie de la tubine et la vitee du vent, on expeion et donnée comme uit : [11] Ω t.r λ = II-9 v le chéma bloc de pale étudiée ont epéenté en Fi gue II.6. Ω t 42

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien Figue (II-6) : Schéma bloc du modèle de pale [11] II-2.3.2. Modèle du multiplicateu de vitee Le multiplicateu de vitee, qui et dipoé ente la tubine éolienne et la généatice, a pou but d adapte la vitee de la tubineω, aez lente, à celle que néceite la généatice Ω. Il et modélié pa le deux équation uivante : [11] t Ω t 1 = Ω G II-10 T 1 = II-11 G g T aeo Tem et le couple électomagnétique du oto de la généatice. le chéma bloc du multiplicateu de vitee ont epéenté en Figue II.7. [11] Figue (II-7) : Schéma bloc du modèle du Multiplicateu de vitee 43

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien II-2.3.3. Modèle de l abe mécanique L abe et compoé d une mae coepondant à l inetie du oto de la tubine uppotant le pale, le moyeu, et une petite inetie epéentant le oto de la généatice. Dan le modèle mécanique popoé, l inetie totale J et celle de la généatice Jg et l inetie de la tubine Jt amenée au oto de la généatice J 2 = J g + J tg II-12 L évolution de la vitee mécanique Ω dépend du couple mécanique appliqué au oto de la généatice Tmec qui et la éultante d un couple électomagnétique poduit pa la généatice Tem, d un couple de fottement viqueux Tvi et d un couple du multiplicateu de vitee Tg [11] T mec dω = J II-13 dt T mec = T T T II-14 g em vi Le couple iu du fottement et modélié pa le coefficient de fottement viqueux f T vi = f.ω II-15 En emplaçant (II-13) et (II-15) dan (II-14), nou auon : dω Tg Tem = J. + fω II-16 dt A pati de équation pécédente le chéma bloc de l abe mécanique ont epéenté comme uit Figue (II-8) : Schéma bloc du modèle de l abe mécanique 44

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien le chéma bloc epéentant le modèle de l enemble de la chaîne cinématique de la tubine (Figue. II.9), ont obtenu en egoupant le compoante epective développée pécédemment (Figue. II.6, 7 et 8) Figue (II -9) : Schéma bloc du modèle de toute la tubine éolienne Cette figue monte que la tubine poduit un couple aéodynamique Taeo à pati de la puiance cinétique Pv du vent et pa action de l angle d oientation de pale β Le multiplicateu de vitee tanfome le couple aéodynamique Taeo de la tubine en couple du multiplicateu Tg, et en même temp, il tanfome la vitee mécanique Ω en vitee de la tubine Ω t. La vitee mécanique de l abe de la généatice Ω éulte de l application du couple moteu diponible à la otie du multiplicateu Tg électomagnétique [11] auquel oppoe le couple Tem. Le contôle de cette denièe peut donc ête effectué oit pa action u l angle d oientation de pale oit à tave le couple électomagnétique de la généatice. II-2.4. Modéliation du ytème d oientation de pale : Le ytème d oientation de pale pemet d ajute la potance de pale afin de mainteni la puiance autou de a valeu nominale. En églant l angle de calage, on agit u le pefomance de l éolienne et plu péciément u le coefficient de puiance. Le ytème d oientation de pale génèe alo un angle de calage de éféence qu on note : β eg. La dynamique de l actionneu pitch et généalement décite pa la 45

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien fonction de tanfet de pemie ode uivante : 1 β = J B 1 + τ B eg II-17 τ β étant la contante de temp du ytème de pemie ode de l actionneu pitch. Lo de la modéliation du ytème d oientation de pale, il et tè impotant de modélie la vitee de vaiation de cet angle. En effet, compte tenu de effot ubi pa le pale, la vaiation de l angle de calage doit ête limitée à 10 /. La valeu de atuation de l angle de calage en poition et de 45.[15] La Figue II-10 péente le modèle de l actionneu de l angle de calage : Figue II-10. Modèle de l actionneu de l angle de calage II-2.5. Concluion Nou avon détaillé dan ce patie une modéliation de la patie mécanique de l`éolienne et modélie lènemble mécanique incluant le multiplicateu, pemettent lìnteconnection avec une généatice qui aua le couple comme entée et la vitee comme otie cette patie mécani que et un élément eentiel dan la conveion éolienne Nou allon maintenant nou intéee aux aute patie de l `éolienne qui l a patie électique II-3. Modéliation de la patie électique II-3.1. Intoduction Maintenant que nou dépoon dùne modéliation mécanique, il nou fout choii et modélie la généatice.âpe avoi péenté le difféente tuctue de conveion au chapite 1, nou chechon un type de généatice qui nou pemetta de commande indépendamment de puiance active et éactive Aini nou nou omme oiente vet le Choix dùne machine aynchone a double alimentation afin de pemette de poduction optimal de l`électicité quelque oient le 46

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien condition de vent et le vitee de l`éolienne.la plupat de éolienne de fote puiance étaient équipé de MADA cette machine péente de avantage de pa on contol et on fonctionnement pou la poduction d`électicité, en plu de on pi et a gande obutee II-3.2. Péentation de la MADA II-3.2.1. Deciption de compoant de la MADA Le cicuit tatoique et diectement connecté au éeau. Le cicuit otoique et quant à lui elié au éeau pa l intemédiaie de convetieu de puiance. La patie convetieu de puiance et pincipalement contituée pa : Un edeeu : C et le convetieu côté oto qui pemet de contôle le couple électomagnétique Tg et la puiance éactive Q échangée ente le tato et le éeau ; Un bu continu. Un onduleu : C et le convetieu côté éeau qui contôle la tenion (bu continu) et la puiance éactive Q échangée ente le oto et le éeau. Le convetieu ont bien évidemment commandé en MLI (PWM). [10] II-3.3. Difféente tuctue de MADA II-3.3.1. MADA avec pont à diode et pont à thyito Cette tuctue, appelé montage Kame, utilie un pont à diode et un pont à thyito (Figue II.11) [10] Figue (II.11) : MADA avec pont à diode et pont à thyito. Le tenion ente le bague ont edeée pa le pont à diode. L onduleu à thyito 47

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien applique à ce edeeu une tenion qui vaie pa action u l angle d amoçage de hyito.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. a). Avantage de cette tuctue: L onduleu et aez claique, et moin coûteux, puiqu il agit d un onduleu non autonome dont le commutation ont auée pa le éeau. b). Inconvénient de cette tuctue : Cette tuctue ne pemet cependant pa l aeviement électique de la vitee de la MADA. L onduleu utilié injecte de couante hamonique bae féquence d amplitude impotante. Cette injection d hamonique multiple de 50 Hz et péjudiciable aux appaeillage électique accodé u le éeau. D aute tuctue ont alo pivilégiée. II-3.3.2. MADA avec pont à diode et pont à tanito Dan cette tuctue, on emplace le onduleu à commutation natuelle à bae de thyito pa de onduleu à commutation focée et à MLI ; contitué de tanito de puiance. a).avantage de cette tuctue: Ce type d onduleu fonctionnant à féquence de découpage élevé, n injecte patiquement pa de couant hamonique en bae féquence. Cette tuctue pemet aui de contôle le flux de puiance éactive. b).inconvénient de cette tuctue : elle ne pemet pa d aevi la vitee de la MADA étant donné l utiliation d un pont de diode. [10] II-3.3.3. MADA avec cycloconvetieu Stuctue autoie un flux d énegie bidiectionnel ente le oto et le éeau (Figue. II-12). 48

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien Cette tuctue et utiliée pou de valeu de féquence otoique lagement inféieue à celle du éeau autement dit pou de gliement tè faible. [10] Elle pemet l utiliation de thyito qui ont intéeant d un point de vue coût. Figue (II-12) : MADA avec cycloconvetieu. II-3.3.4. MADA avec convetieu MLI Cette tuctue utilie deux onduleu de tenion en cacade équipé d IGBT et Connecté au tave d un bu continu (Figue. II.13) [10] Le onduleu ont commandé en MLI. Ce choix pemet d agi u deux degé de libeté pou chaque convetieu : un contôle du flux et de la vitee de la MADA du côté de la machine un contôle de puiance active et éactive tanitée du côté du éeau. a).avantage de cette cacade de convetieu : Le contôle du couple de la généatice et indépendant de celui de la puiance éactive injectée pa le oto Le flux d énegie ente le oto et le éeau et bidiectionnel. Le limite de ce flux epoent u la mage de vaiation de la vitee de otation Il y a une faible ditoion de tenion et couant otoique aini que le couant tatoique Le fonctionnement autou de la vitee de ynchonime et adéquat. Cette tuctue de conveion offe un contôle de quate gandeu, à avoi le flux et la vitee de la généatice et le flux de puiance tanitée au éeau. Cette configuation pemet une vaiation de 100% de la vitee en utiliant de pâle 49

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien oientable. Le convetieu ne ont dimenionné que pou eulement 25% de la puiance nominale de la généatice donc le pete dan le convetieu ont peu impotante. Cette tuctue et pa conéquent la plu intéeante en teme de coût et de pefomance. Elle a donc été choiie comme tuctue de bae pou la uite de no tavaux. Figue (II-13) : MADA avec convetieu MLI. II-3.4. Deciption de machine aynchone à double alimentation : La Machine Aynchone Doublement Alimentée (MADA) a ucité un intéêt paticulie utout en tant que généatice dan le domaine de l énegie éolienne. Le tato de celle-ci et diectement couplé au éeau alo que on oto et connecté au éeau à tave une inteface compoée de deux convetieu tatique (convetieu coté MADA et convetieu coté éeau) (figue II.14). Cette machine ea adoptée pou le ete du tavail de thèe. [11] 50

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien Figue (II-14) : Eolienne à vitee vaiable baée u une MADA II-3.5. Stuctue de la MADA Elle poède un tato identique à celui d une machine aynchone claique ou d une machine ynchone. La difféence éide dan le oto compoé d enoulement tiphaé dipoé de la même manièe que le enoulement tatoique et connecté en étoile. Leu extémité ont eliée à de bague conductice u lequelle viennent fotte de ballai (Figue. II.15), ce qui pemet d accéde aux gandeu otoique. [11] Figue (I- 15) : Stuctue du oto de la MADA. 51

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien II-3.6. Mode de fonctionnement de la MADA La machine aynchone claique fonctionne en moteu en deou de la vitee de ynchonime et ne peut fonctionne en généatice qu au deu de celle-ci. Pa conte, la MADA offe la poibilité de fonctionne dan le quate quadant (Figue. I.16). C'et-àdie que ce n et plu la vitee de otation qui définie le mode de fonctionnement en moteu ou en généateu. [11] II-3.6.1. Mode moteu hypo-ynchone Le fonctionnement de la MADA en moteu, La puiance P et founie pa le éeau au tato de cette denièe. La vitee de otation et inféieue à celle du ynchonime, La puiance de gliement P tanite à tave le deux convetieu pou ête éinjectée au éeau (Figue. I-16.a), II-3.6.2. Mode moteu hype-ynchone Le fonctionnement de la MADA en moteu, Le éeau founit la puiance au tato et au oto de la MADA. La puiance de gliement tanite pa le deux convetieu pou ête abobée pa le oto de la MADA entainant pa ceci un fonctionnement du moteu au deu de la vitee de ynchonime e Le champ tounant induit pa le enoulement otoique et alo en oppoition de phae avec celui du tato. (Figue. I-16.b), II-3.6.3. Mode généatice hypo-ynchone Le fonctionnement de la MADA en généatice, La tubine founit une puiance mécanique P m à La machine. une patie de la puiance tanitant pa le tato et éabobée pa le oto. (Figue. I-16.c), II-3.6.4. Mode généatice hype-ynchone Le fonctionnement de la MADA en généatice, La totalité de la puiance mécanique founie à la machine et tanmie au éeau aux pete pè. 52

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien Une patie de cette puiance coepondant à l'intemédiaie du oto. (Figue. I-16.d), S Pm 1 S et tanmie pa (a) Mode moteu hypo-ynchone (b) Mode moteu hype-ynchone (c) Mode généatice hypo-ynchone (d) Mode généatice hypo-ynchone Figue (II-16) : Mode de fonctionnement de la MADA. II-3.7. Avantage de éolienne à bae de la MADA Le convetieu tatique utilié ont : moin volumineux, moin coûteux, néceitant aini un ytème de efoidiement moin loud. Il génèent moin de petubation compaativement aux convetieu utilié pou le éolienne à bae de machine aynchone à cage ou à aimant pemanent [6], Le pete liée aux convetieu tatique ont diminuée et le endement du ytème de généation et amélioé, Le dimenionnement de filte et éduit et, de ce fait, leu coût en touve amoindi, Le facteu de puiance peut ête églé ca la généatice peut ête contôlée pou fonctionne de façon imilaie à un altenateu ynchone [11]. En effet, le puiance 53

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien active et éactive peuvent ête contôlée de façon indépendante gâce au convetieu connecté au oto de la MADA [11] II-3.8. Modéliation de machine aynchone à double alimentation : Dan cette conception : Le tato de la machine aynchone et connecté diectement au éeau. Le convetieu de puiance e touve au cicuit otoique. Le edeeu alimente le enoulement otoique pa le tenion et la féquence de conigne qu il eçoit de la pocédue de commande. L onduleu et contôlé d une manièe à gade contante la tenion du bu continu. (figue II-17) [16] Figue (II-17) : Eolienne à MADA pilotée au oto Avant la mie en équation de la machine aynchone dan le axe d et q penon en compte le hypothèe uivante : II-3.8.1. Hypothèe implificatice : La atuation et négligée ; il en éulte que le inductance pope et mutuelle ont indépendante de couant qui ciculent dan le enoulement. Le f.m.m. ont épatie inuoïdalement dan l entefe de la machine, il y a ymétie pa appot à l axe magnétique de enoulement. 54

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien Le encoche ont uppoée inexitante (entefe unifome et contant). On ne tient pa compte de l hytééi et de couant de Foucault dan le patie magnétique. A. Model tiphaé de la MADA Afin d`établi la modéliation du MADA, nou allon détemine le model d`une machine aynchone a oto bobine.ce modèle ea établi de la même manièe que le model e de la machine aynchone a cage avec comme difféence l`exitence de tenion otoique non nulle nou paton le équation généale de la machine aynchone a oto bobiné qui `écivent dan un epèe tiphaé, de la manièe uivante [5] S B i S V S R a R b i R V R 2π/3 o i Ra V R θ i S S A V S V R i R V S i S R c S C A-1) Equation électique de la MADA : nou paton le equation geneale Dan le condition pécédente le équation ou fome maticielle écivent : Figue (II-18): poition de axe de phae tatoique et otoique [ V ] = R [ I ] [ V ] = R [ I ] 3 3 3 3 [ Φ ] d + dt d + dt 3 [ Φ ] 3 II-18 55

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien Ou [ ] ( ) t Avec : X, = j X a, X b X V 3 c [ V ] et [ ] [ I ] et [ ] [ Φ ] et [ ] [ R ] et [ ] X = ou I ou Φ et j = ou V le tenion tatoique et otoique de la machine I le couant tatoique et otoique de la machine Φ le flux tatoique et otoique de la machine.[5] R le éitance de enoulement tatoique et otoique de la machine. A-2) Equation magnétique: Il et poible dèxpime le flux en fonction de couant et de inductance de la machine pa : [ Φ ] = L [ ] + [ ] 3 I M I 3 [ Φ ] = M [ I ] + [ ] 3 L 3 I 3 3 II-19 L L M = l = l M M 3 = M 2 II-20 Avec : L et L le inductance cyclique tatoique et otoique de la machine. l et l le inductance pope tatoique et otoique de la machine. M et M le inductance mutuelle ente deux phae tatoique et ente deux phae otoique de la machine M le lìnductance magnétiante M la valeu maximale de lìnductance mutuelle ente une phae du tato et une phae du oto.[5] l m m l Avec: [ L ] = m l m [ L ] m m l = m m m l m m m l 56

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien M = M = M max. coθ co( θ 2Π / 3) co( θ + 2Π / 3) co( θ + 2Π / 3) coθ co( θ 2Π / 3) co( θ 2Π / 3) co( θ + 2Π / 3) coθ II-21 A-3) Equation mécanique: Le couple électomagnétique de la machine peut expime ou difféente fome. d ω C C = j + f dt. ω m em v m II-22 II-3.8.2. Modèle de la machine dan le éféentiel (d, q) lié au champ tounant : nou allon maintenant décie la modéliation dan un epèe tounant diphaé (d,q) en utiliant le tanfomation de Pak et de Concodia pemettant la conevation de puiance.oit θ làngle électique ente làxe d du epèe diphaé et le epèe fixe lie a la phae a du tato[5] La matice de pak et donne pa : [ Ap ] = 2. 3 coθ inθ 1 2 co( θ 2Π / 3) in( θ 2Π / 3) 1 2 co( θ + 2Π / 3) in( θ + 2Π / 3) 1 2 II-23 Pou le gandeu tatoique: θ = θ Et pou le gandeu otoique: θ = θ θ ) ( m [ Ap] 1 = 2. 3 coθ co( θ 2Π / 3) co( θ + 2Π / 3) inθ in( θ 2Π / 3) in( θ + 2Π / 3) 1 2 1 2 1 2 II-24 Si lòn applique ce tanfomation aux flux et tenion intevenant dan le équation de la MADA, nou obtenon le modèle diphaé de celle ci qui `écit ou la fome : [5] 57

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien V V V V d q d q = Ri = Ri = Ri = R i d q d q dφ + dt dφ + dt dφ + dt dφ + dt d q d q ω Φ + ω Φ (ω ω + ( ω ω ) Φ q d m m )Φ q d II-25 avec : dθ = ω dt II-26 θ = θ θ m dθ dt d( θ θ m ) = = ω ωm dt II-27 Φ Φ Φ Φ d q d q = L I = LI = L I = L I d q d q + MI + MI + MI + MI d q d q II-28 Avec : V d Vq, Vd, Vq, le tenion tatoique et otoique diect et en quadatue du ytem diphaé I d Iq, Id, Iq, le couant tatoique et otoique diect et en quadatue du ytem diphaé θ làngle électique du champ tounant tatoique θ làngle électique du champ tounant pa appot au oto Φ d Φq, Φd, Φq, le flux tatoique et otoique diect et en quadatue du ytem diphaé.[5] Le couple électomagnétique èxpime pa : M Cem = p ( Id. Φq Iq. Φd ) L II-29 P nombe de paie de pole de la MADA 58

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien II-3.8.3. Modèle de la MADA pou la commande Independent de puiance: Pou pouvoi contôle facilement la poduction d`électicité de l`éolienne, nou allon éalie un contôle indépendant de puiance active et éactive en établiant le équation qui lient le valeu de tenion otoique, généée pa un onduleu, aux puiance active et éactive tatoique [5] II-3.8.3.1. Modéliation diphaé de la machine: En choiiant un éféentiel diphaé d-q lié au champ tounant tatoique et en alignant le vecteu flux tatoique Φ avec l axe (d), Φ d = Φ et Φ q = 0 L'équation (II.29) devient alo : M C = p I. Φ L em q d La tenion tatoique dan le epèe (a, b, c) écie: dφ Vn = R I n + dt n II-30 II-31 II-32 Pou le machine de moyenne et fote puiance utiliée dan l'énegie éolienne, on néglige la éitance du bobinage tatoique (R = 0) V dφ dt II-33 On peut alo écie (toujou dan l'hypothèe d'un flux tatoique contant) : V d = 0 et V q = V II-34 Le équation de flux deviennent : Φ = L I d + MI 0 = L I q + MI q d II-35 Le équation de tenion deviennent : V d = 0 V q = V = ω Φ d II-36 A l`aide de l'équation (II.35), en écie le équation liant le couant tatoique aux couant otoique : 59

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien I I d q Φ = L M = I L M L q I d II-37 II-3.8.3.2. Puiance tatoique Le puiance active et éactive tatoique d'une machine aynchone 'écivent P = V Q = V d q I I d d + V V q d I I q q II-38 Ou bien encoe d`apè l` équation II-36 [5] P = V I Q = V I q d II-39 En emplaçant I d et I q pa leu expeion donnée l'équation (II-37), nou obtenon : M P = V I q L V. Φ VM Q = L L I d II-40 En appoximant Φ pa (V /ω ) l'expeion de puiance devinent alo : M P = V I q L 2 V VM Q = I ωl L d i l'on conidèe l'inductance magnétiante M comme contante, on emaque que l`équation II-41fait appaaite que la puiance active P tatoique et diectement popotionnelle II-41 au couant otoique d en quadatue I d, la puiance éactive et diectement popotionnelle au couant otoique d'axe (d) à une contante pè II-3.8.3.3. Relation ente tenion et couant otoique: 2 V ω L [5] en emplaçant dan l`équation de flux II-28 le couant tatoique pa leu expeion dan l'équation II-37 :[5] 60

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien = + = q 2 q d 2 d )I L M (L Φ L ω MV )I L M (L Φ Ce expeion de flux otoique d'axe (d) et (q) ont alo intégée aux expeion de tenion otoique diphaée de l'équation (II.20). Nou obtenon alo : + + + = + = d q q q q d d d L MV g I L M L g dt di L M L I R V I L M L g dt di L M L I R V ω ω ω ω ) ( ) ( ) ( ) ( 2 2 2 2 En égime pemanent, le teme faiant inteveni le déivée de couant otoique diphaé dipaaient, nou pouvon donc écie : + + = = d q q q d d L MV g I L M L g I R V I L M L g I R V ω ω ω ω ) ( ) ( 2 2 Le équation, (II-43) et (II-44) pemettent d'établi le chéma bloc de la (Figue II-16) qui compote en entée le tenion otoique et en otie le puiance active et éactive tatoique. II-42 II-43 II-44 Figue (II-16): Schéma bloc de MADA ) ( 2 L M L g ω ) ( 2 L M L g ω + - - ) ( 1 2 L M L p R + ) ( 1 2 L M L p R + L MV L MV L V ω 2 V q V d P Q L MV g ω ω + + + + 61

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien II-3.9. La Modéliation de l onduleu de tenion MLI : Le oto de la MADA et alimenté pa une tenion continue à tave un onduleu de tenion qui et uppoé contante, la tenion de ce denie et contôlée pa une technique de modulation de lageu d impulion (MLI) qui pemet le églage imultané de la féquence et de la tenion de otie de l onduleu [17] S1 S2 S3 V dc S4 S5 S6 V a V b V c Figue (II-17): Modèle équivalent de l onduleu. Pou expime le tenion de ligne en fonction de la tenion dan l étage continu et de l état de commutateu, le vaiable S a, S b et de l état de commutation dan le toi banche Banche1 : Sa=0 Si S1 et ouvet et S4 et femé ; Sa=1 Si S1 et femé et S4 et ouvet. Banche2 : Sb=0 Si S2 et ouvet et S5 et femé; Sb=1 Si S2 et femé et S5 et ouvet. Banche3 : Sc=0 Si S3 et ouvet et S6 et femé; Sc=1 Si S3 et femé et S6 et ouvet. S c e doivent d ête définie en fonction 62

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien Le tenion compoée à la otie du convetieu expiment alo pa : U U U ab bc ca = V = V = V dc dc dc ( S ( S b ( S a c S ) b S ) c S ) a (II-45) O, i on conidèe que le tenion ont équilibée on peut déduie le expeion de tenion en ligne pa appot aux tenion compoée : V V V a b c = = = 1 3 1 3 1 3 ( U ab U ca ) ( U bc U cb ) ( U U ) ca bc (II-46) Aini l onduleu et pi en compte dan le imulation pa l intemédiaie de l équation claique uivante : V V V a b c V = 3 dc 2 1 1 1 2 1 1 S 1 S 2 S a b c (II-47) Pou détemine le intant de femetue et de d ouvetue de inteupteu on fait appel à la technique de M.L.I (modulation de lageu d impulion) qui conite à calcule le inteection d une tenion de éféence inuoïdale et une tenion de modulation tiangulaie. II-3.9.1. Statégie de commande Le pincipe de la tatégie à modulation de lageu d impulion tianguloinuoidale conite à utilie le inteection d une onde de éféence ou modulante avec une poteue tiangulaie bipolaie. Ce deux ignaux ont compaé. Le éultat de la compaaion et à commande l ouvetue et la femetue de inteupteu du cicuit de puiance Deux paamète caactéient cette tatégie : L indice de modulation «m» égale au appot de la féquence de modulation u la féquence de éféence. Le coefficient de églage en tenion égal au appot de l amplitude de la tenion de éféence à la valeu céte de l onde de modulation. 63

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien II-3.10. La commande d une éolienne à bae de MADA à vitee vaiable: La tuctue d alimentation à deux convetieu MLI offe un contôle de quate gandeu, à avoi le flux et la vitee de la généatice et le flux de puiance tanitée au éeau.cette configuation pemet une vaiation de 100% de la vitee en utiliant de pale oientable. Le convetieu ne ont dimenionné que pou eulement 25% de la puiance nominale de la généatice donc le pete dan le convetieu ont peu impotante. Pa conéquent, cette tuctue d alimentation et la plu intéeante du point de vue cout et pefomance et celle-ci qui et plu amplement étudiée maintenant.[5] Vent CC aaaaaa Réeaux ΩΩ tttttttttttttt CC gg C em MADA C ΩΩ mmmmmm Tubine Convetieu 1 (Onduleu) Uc Généation MLI I dq, g V, w, Ф V q V d Q éf P éf La Commande V déf V qéf La Commande de Convetieu1 Figue (II-18):Commande d une éolienne à bae de MADA à vitee vaiable II-3.10.1. Commande vectoielle: La commande vectoielle et une méthode qui taite la technique de contôle de machine altenatif. Son pincipe conite à élimine le couplage ente l'inducteu et l'induit en diociant le couant tatoique en deux compoante (I d, I q ) en quadatue dan un éféentiel lié au champ tounant de façon que l'une de compoante (I q ) commande le couple et l'aute (I d ) commande le flux, ce qui pemet d'obteni un fonctionnement compaable à celui d'une machine à couant continu, à excitation épaée.[5] 64

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien II-3.10.1.1. Commande diecte: Dan cette ection, nou péenton la égulation indépendant de puiance active et éactive de la machine, il a été mi en évidence le lien ente, d'une pat la puiance active et la tenion V q et d aute pa la puiance éactive et la tenion V d Pou égle la machine, nou allon mette en place une boucle de égulation u chaque puiance avec un égulateu indépendant tout en compoant le teme de petubation qui ont péent dan le chéma bloc de la figue II-16 Nou négligeon le teme de couplage ente le deux axe de contôle du fait de la faible valeu du gliement. Nou obtenon alo une commande vectoielle avec un eul égulateu pa axe péente u la figue II-19.[5] MV gω ω L P ef + - PI + + P MADA Q ef + - PI + - Q 2 V ω L Figue (II-19) : la commande diecte avec boucle de puiance II-3.10.1.1.1.Réultant de imulation : Nou avon imulé le ytème défini dan l annexe a) Tet de Suivi de conigne: machine entaînée à 1500 t/min. à t = 1 : échelon de puiance active (Pef pae de 1KW à -1.5KW) à t = 2.5 : échelon de puiance éactive (Pef pae de -1.5KW à -2KW) b) Intepétation de éultat. On emaque que le échelon de la puiance ont bien uivi pa la généatice avec dépaement à l'intant (1 et 2.5) pou la puiance active et éactive et de ocillation à 65

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien égime pemanant figue (II-20) (a )et( b), On voit que la vaiation de la puiance active et éactive influe diectement u l amplitude du couant otoique, le couant otoique uivent la vaiation du conigne de puiance figue (II-20)(e) implique diectement u le couple électomagnétique figue (II-20)(e). 4000 2000 p 0-2000 -4000 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 t() 2000 (a) 0 Q -2000-4000 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 t() 15 10 (b) i a b c 5 0-5 -10-15 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 t() (c) 15 10 Zoom i a b c 5 0-5 -10-15 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 1.1 1.15 1.2 t() (d) 66

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien 40 20 i a b c 0-20 -40 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 t() (e) 20 10 Cem 0-10 -20 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 t() (f) Figue (II-20) éultat de imulation avec la commande vectoielle diect II-3.10.2. Contôle diect de puiance (CDP): II-3.10.2.1. Péentation et modéliation Le pincipe du contôle diect de puiance (CDP) a été développé apè le contôle diect de couple (CDC) popoé pa Takahahi et Depenbock. Concenant la tatégie du CDC, le flux et le couple ont contôlé à l aide de égulateu à hytééi. La technique du CDP popoe de contôle diectement la puiance active et la puiance éactive, en faiant l analogie avec le CDC. Ce tatégie de contôle ont plu imple et plu obute que le contôle vectoiel à caue de la moinde dépendance de paamète de la MADA. Seulement la valeu de la éitance tatoique et néceaie pou calcule la valeu et la poition du flux tatoique.cdp et CDC pou le machine aynchone ont baé u la élection d un vecteu de tenion de telle manièe que le eeu ente le gandeu meuée et de éféence ont éduite et maintenue ente le limite de bande d hytééi. Le CDP pou MADA et baé u la élection de vecteu de tenion otoique. Le éféentiel toune olidaiement avec le oto de la MADA. Le puiance active et éactive ont contôlée pa deux égulateu à hytééi, le valeu meuée de puiance étant etimée à pati de elation [18]: 67

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien P = V. I + V. I me α α β β Q = V. I V. I me β α α β (II-48) avecv α, V β le tenion tatoique et I α, I β le couant tatoique dan le éféentiel αβ, fixé en tato. Pou électionne le vecteu de tenion otoique optimum, il faut connaîte la poition elative du flux tatoique dan le ix extant Figue (II-21). Un onduleu tiphaé peut poduie huit combinaion difféente, comme uit: V0(0 0 0), V1(1 0 0), V2(1 1 0), V3(0 1 0), V4(0 1 1), V5(0 0 1), V6(1 0 1), V7(1 1 1). Le huit combinaion engendent huit vecteu de tenion qui peuvent ête appliqué aux bone otoique de la MADA. Il y a ix vecteu actif et deux vecteu nul. Le poition patiale (dan le plan α, β) de vecteu actif de tenion ont montée dan la Figue (II-21).[18] V3 α V2 V0 ΔΦ β V4 V7 Φ Secteu 1 V1 V5 V6 Figue (II-22): Le vaiation du flux tatoique dan le Secteu 1. Le compoant du flux tatoique Φ α _, Φ β _ et la valeu du flux ont calculé à l aide de elation uivante, où R déigne la éitance tatoique: ( ) Φ α = V α R. I α. dt (II-49) ( ) Φβ = Vβ R. Iβ. dt (II-50) Φ = Φ + Φ (II-51) 2 2 α β 68

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien Φ α inθ coθ Φ α. = Φ β coθ inθ Φβ (II-52) Le tableau uivant détemine du ecteu d appatenance ecteu Φ α Φ β 1 >0 3 2 Φ < 2 >0 ΦΦ 3 <0 Φ 4 <0 3 2 5 <0 Φ 6 >0 Φ Φ β < 3 2 > 3 2 > 3 2 Φ Φ Φ < Φ < 3 2 < 3 2 < 3 2 Φ Φ Φ Φ Va 2 1 1 a Vdc V b 1 2 1 = b 3 V c 1 1 2 c (II-53) Dan le péident on a péenté la olution pou détemine l appatenance du flux tatoique à un de ix ecteu. Comme déjà pécié, on utilie de égulateu à hytééi pou contôle le puiance active et éactive (Figue (III-23)). Le égulateu analogique ont un déavantage notable : la féquence d échantillonnage et vaiable. Mai, ce poblème peut ête éliminé, i on utilie de égulateu dicet. Pa cela, le vaiation de puiance ne ont pa maintenue exactement dan la bande d hytééi, mai on fonctionne à temp d échantillonnage fixe.[18] 69

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien Figue (II-23): Régulateu à hytééi ecteu 1 2 3 4 5 6 SQ Sp +1 +1 VV VV VV VV VV VV -1 VV VV VV VV VV VV +1 +1 VV VV VV VV VV VV -1 VV VV VV VV VV VV Tableau II.1 Sélection de vecteu de tenion otoique Dan cette application, on a choii d utilie eulement le vecteu actif de tenion pou de aion de implicité. L utiliation de vecteu zéo peut complique la tatégie de contôle à caue du compotement difféent de la MADA ente hypeynchonime et hypoynchonime. Le Tableau péident expime la élection de vecteu de tenion otoique en coepondance avec l état de égulateu à hytééi (1 ou -1). Sachant la valeu de tenion du bu continu, on peut écie le expeion de tenion otoique :.[18] bc V = V S S S 3 ( 2 ) a a b c bc V = V S + S S 3 ( 2 ) b a b c bc V = V S S + S 3 ( ) c a b c (II-54) 70

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien La Figue (II-24): péente la tuctue de contôle détaillée. Figue (II-24): Schéma du CDP pou la MADA II-3.10.2.2. Réultat de imulation La imulation et effectuée en coepondance avec la imulation u éeau, qui utilie le modèle de contôle vectoiel. La valeu efficace de la tenion compoée du éeau et toujou 130 V.Le temp d échantillonnage utilié dan la imulation et 20 khz. La valeu de éféence pou la tenion du bu continu et 100 V. Un temp d échantillonnage maximié et une tenion du bu continu minimiée peuvent éduie le ocillation de la puiance débitée u éeau [18]. La pocédue uivie dan la imulation et : à t = 0, le ytème et connecté u éeau avec le conigne de puiance Pef = 1 kw et Qef = -1000 kva ; à t = 1, le conigne de puiance uivante ont appliquée : Pef = -1.5 kw etqef = -1500 kva; à t =2, le conigne de puiance deviennent : Pef = -2 kw et Qef = -0.5 kva ; Le vecteu de tenion appliqué au oto de la MADA pemettent de mainteni le puiance autou de valeu de éféence. Le ocillation ont povoquée pa la commutation de vecteu appliqué. Ce ocillation ont viible aui au niveau de tenion tatoique Va, Vb et Vc impoée pa le éeau figue (II-25) (d). Au, la tenion du bu continu et bien égulée 71

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien à 100 V, le petubation étant déteminée pa le commutation et le changement de conigne de puiance. 4000 2000 P 0-2000 -4000 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 t() 5000 (a) Q 0-5000 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 t() 20 (b) 10 i a b c 0-10 -20 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 t() (c) 72

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien 10 zoom i a b c 5 0-5 -10 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 1.1 1.15 1.2 t() (d) 50 i a b c 0-50 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 t() (e) 50 V a b c 0-50 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 t() (f) Cem 20 10 0-10 -20-30 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 t() Figue (II-25) éultat de imulation avec la commande CDP (g) 73

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien Le tableau uivant epéente une petite compaaiant ente la commande vectoielle et la commande pa contôle diect de la puiance (CDP) : intepétation Type de commande Commande vectoielle Contôle diect de la puiance Avantage et inconvénient -Il ya un contol du couple a l aêt -Le contôle de la gandeu e fait en amplitude et en phae -elle imple et plu facile a implémente -Elle conite a etime le flux (meue) pou pouvoi le égle -etime θ pou l utiliation de la tanfomation de pak -faible obutee aux vaiation paamétique et en paticulie à celle de contante du temp otoique - la maitie de la vaiation de puiance et le contôle en temp éel. - la CDP Independent de la vaiation paamétique - le couant otoique ne ont pa meue implique que le capteu ont minimie - l implémentation patique de la commande exige un temp d échantillonnage tè éduit Réultat de imulation P, Q: elle uivent ce conigne avec de petite ocillation en égime tatique et un pique en égime dynamique -vaiation au niveau du couple et uffiante pa appot CDP en égime tatique -Le couant tatoique ont quai inuoïdal -pulation du couple gand que telle de la CDP gâce à de ocillation au niveau du couant otoique -P, Q: elle uivent ce conigne avec tè petite ocillation en égime tatique et an pique en égime dynamique - temp de epene et petit pa appot au CV en égime dynamique -Le couant tatoique ont quai inuoïdal 74

Chapite II Péentation, modéliation et commande de ytème éolien II-3.11. Concluion. Dan ce chapite on a modélié le ytème global d'une éolienne de 3kW de puiance à vitee vaiable. Cette modéliation nou a monté un fot couplage ente le puiance active et éactive. Aini que le choix d un tel éféentiel appopié pou la modéliation epoe u la tatégie de commande appliquée et le gandeu à commande. Pou ça, nou avon développé un modèle de la machine dan le éféentiel lié au champ tounant (d, q), en vu de la commande de puiance active et éactive. Le développement de difféente méthode de commande a pemi de mette en évidence de apect intéeant pou la pouuite de l'étude du ytème éolien. Effectivement, nou avon pu voi que la commande diecte, la plu imple à mette en œuve, péentait de éultant convenable avec une faible complexité de mie en œuve. En evanche, la méthode Contôle diect de puiance (CDP) nou pemet, d'obteni un ytème pefomant.cette commande, cete, plu complexe à mette en œuve, pemetta d'avoi un fonctionnement optimal du ytème de généation électique en minimiant le éventuel ouci lie aux vaiation de paamète. 75

Etude de l impact de la commande de la MADA u la tabilité de éeaux électique

Chapite III Etude de l impact de la commande de la MADA u la tabilité de éeaux électique. III-1. Intoduction. L augmentation de la puiance éolienne intallée en Euope a un impact coiant u le éeau de tanpot du fait de la difficulté à pévoi la poduction, de la capacité d accueil limitée du éeau, du ique de déconnexion intempetive de feme d éolienne et d une dégadation de la qualité de l électicité. Ce chapite popoe alo dan un pemie temp une ynthèe de cette poblématique et en paticulie de containte liée au accodement de éolienne au éeau. Aini, nou allon analye le pincipaux phénomène pouvant affecte la qualité de l énegie L étude de la tabilité tanitoie conite à analye la épone de machine à la uite d une fote petubation en divee poition du ytème électique. Pou cela, de imulation ont effectuée u quelque éeaux électique avec et an l intégation de la MADA. La imulation effectuée ou envionnement Matlab, en utiliant le PSAT, le compotement dynamique d un ytème électo- énegétique et le poblème de la tabilité et pévue pou nou donne de infomation pédictive u : La tabilité de machine (angle otoique, le ocillation de vitee angulaie), le valeu cête de tenion, le puiance active et éactive généée... etc, à la uite de difféente type de défaut. Dan ce chapite, on étudie l influence de l intégation d une feme éolienne dan le éeau électique, vi-à-vi de la tabilité tanitoie. Pou e faie, on a conidéé un éeau tet III-2. Le poblème de la tabilité de éeaux électique III-2.1. Intoduction L un de poblème le plu impotant lo de l'étude d un éeau d énegie électique complexe, et celui de a tabilité. Ceci et dû au développement impotant de éeaux ce denièe année, mai aui à l'objectif de ce type d'étude qui et d'examine le compotement du éeau face à de faible ou impotante petubation. Le vaiation continue de chage ont un exemple de petite petubation, le défaut comme le cout- cicuit et la pete de ynchonime d un généateu de fote puiance ont de exemple de gande petubation. Ce petubation ont à l'oigine de l'appaition d'une difféence ente la puiance mécanique (la poduction) et la puiance électique (la conommation). Cet écat doit ête abobé ou fome d énegie et à l heue actuelle on ait tocke l'énegie électique ou fome d énegie cinétique dan de volant d'inetie. Leu défaut et un tè mauvai endement. L écat en teme de puiance va e taduie pa une modification de la vitee de otation de l'altenateu 77

Chapite III Etude de l impact de la commande de la MADA u la tabilité de éeaux électique. ou en d aute teme pa de vaiation de a vitee autou de la vitee de ynchonime. Apè l élimination de la petubation, le éeau ea table i la valeu moyenne de écat de vitee et nulle. Dan ce ca, le éeau continue à fonctionne en atifaiant e limite d exploitation et en alimentant e conommateu. [19] On ditingue deux type de tabilité du éeau électique : celle de on angle otoique de altenateu ou celle de la tenion. Suivant la valeu de la petubation, on clae la tabilité de éeaux électique : la tabilité dynamique, la tabilité tatique et la tabilité tanitoie. [20] Dan note tavail et pou le feme éolienne, la pincipale caactéitique du vent éide dan a vaiabilité, c et pouquoi, il impotant d évalue l impact de la commande de feme éolienne u la tabilité u le éeaux électique et en paticulie, u a tabilité tanitoie à la uite d une petubation donnée. III-2.2. Difféent type de tabilité de éeaux électique III-2. 2.1. Stabilité tatique En généal, à la fin d'un égime tanitoie povoqué pa une petubation, le ytème atteint on égime pemanent. Dan ce ca, l étude de la tabilité du ytème, pote u l'évaluation de l'état tatique du éeau. Le ytème n et pa en état de tabilité tatique i le containte de fonctionnement ne ont pa epectée. Cet état et appelé : état intable ou état d ugence. Dan un éeau qui et dan un état d'ugence, le opéateu du cente de contôle ont uffiamment de temp pou amene le ytème à l état table ou au égime nomal en appotant de modification upplémentaie. Si cetaine containte d exploitation ne ont pa epectée, l'une de patie du éeau e épae du ytème, le ete continuant on fonctionnement nomal. Une aute définition peut ête donnée à la tabilité tatique qui conite à die qu un éeau d énegie électique et dit table en égime tatique i uite à une petubation quelconque infiniment petite, il etouve un état de mache ynchone, identique ou infiniment voiin de l'état d oigine. [19] III-2. 2.2. Stabilité dynamique Il aive que de petite ocillation appaaient u le ignaux, à caue d un changement dan la tuctue du éeau, dan le condition d exploitation, dan le ytème d excitation ou au niveau de chage. Ce ocillation peuvent abouti à détabilie un altenateu, une patie ou tout le éeau. [19] 78

Chapite III Etude de l impact de la commande de la MADA u la tabilité de éeaux électique. III-2. 2.3. Stabilité tanitoie La tabilité tanitoie d un éeau électique et on aptitude à etouve une poition d équilibe table apè une petubation buque et de fote amplitude. Cette petubation peut écate notablement le éeau de a poition initiale. Le phénomène de tabilité tanitoie concene le gande petubation. Nou pouvon cite : Le cout-cicuit affectant un élément du éeau, notamment aux bone de machine. La pete d ouvage. La pete de goupe de poduction, etc. La tabilité tanitoie dépend : du type de petubation. de la duée de petubation. du lieu de petubation. de la pefomance de ytème de potection (elai, éenclenchement). du point de fonctionnement avant défaut. [19] Le tableau uivant éume le caactéitique de déféant type de tabilité : Caactéitique de type de tabilité Caactéitique Modèle Contant de Type de Phénomène tabilité temp petubation a obeve tatique En petit mouvement 5 a10 [] petite -Inuffiance du couple ynchone dynamique En petit mouvement 5 à 30 [] petite -inuffiance du couple d amotiement -action du contol intable tanitoie tanitoie 10 [] gande -movement apéiodique -pemiee ocillation III-3. Etude de la tabilité tanitoie de éeaux électique L'objectif et de détecte le ca le plu défavoable pou la tabilité tanitoie d'un éeau et c'et ce ca qui ea etenu dan le chapite uivant où nou étudieon l intégation de feme éolienne dan le éeaux électique pou étudie cette tabilité. Dan un pemie 79

Chapite III Etude de l impact de la commande de la MADA u la tabilité de éeaux électique. temp nou allon écie l'équation électomécanique d'un généateu connecté au éeau pou un ytème mono machine pui multi machine. Le figue (III-1) et (III-2) montent le coube d angle otoique de machine du éeau en fonction du temp dan le ca d un ytem table et intable. δ i t Figue (III-1): ytem table δ i t Figue( III-2): ytem intable III-3.1. Ca d une machine connecté à un éeau infini Uuellement la puiance founie pa l enemble de machine compene exactement la totalité de puiance demandée et le pete dan le éeau. Tant qu aucune petubation n affecte le ytème, le écat ente le angle intene de difféent altenateu demeuent contant. [20] L appaition d un défaut povoque une uptue ente la poduction et la conommation. Deux ca e péentent : La petubation et de faible amplitude et lente. Le ogane de égulation e chagent de établi l équilibe. 80

Chapite III Etude de l impact de la commande de la MADA u la tabilité de éeaux électique. La petubation et de gande amplitude comme un cout-cicuit. Le dééquilibe ente la poduction et la conommation et eponable de l évolution de angle intene. Le automate de potection inteviennent alo en éliminant l ogane affecté. Un égime tanitoie va intaue conduiant à un nouveau égime d équilibe ou à une déynchoniation de machine. [20],On conidèe le ytème de la figue (III-3) : Figue (III-3) : Schéma unifilaie de accodement d une machine à un éeau infini III-4. Etude de la tabilité tanitoie : III-4. 1. Raccodement de éolienne aux éeaux électique Une foi l éolienne poduit l électicité, l énegie électique et tanpotée aux conommateu pa de éeaux électique. Typiquement, pou le machine d une puiance upéieue à 100 kw, la tenion poduite en otie de l éolienne et de l ode de quelque centaine de volt. Il et donc ouvent néceaie de dipoe u le ite de poduction d un tanfomateu de puiance élévateu de tenion qui pemet de e accode aux éeaux de moyenne tenion pou le feme éolienne de petite puiance, ou aux éeaux d inteconnexion pou le feme éolienne de fote puiance (feme éolienne offhoe), où la péence du vent et plu égulièe. [20] Cependant, le accodement aux éeaux doit pende en compte le condition de couplage, qui e éument comme uit : L'égalité de valeu maximale de tenion, donc de leu valeu efficace ; L'égalité de féquence ; Un déphaage nul ente elle ; En tiphaé, même ucceion de phae. III-4. 1.1. Néceité de même féquence nominale Le électicien e endent bien compte que, il veulent inteconnecte leu éeaux, il faut faie le choix d une féquence nominale commune, ce qui à l avantage upplémentaie 81

Chapite III Etude de l impact de la commande de la MADA u la tabilité de éeaux électique. d hamonie la contuction de matéiel. III-4. 1.2. Néceité de même tenion Ce poblème et moin gave, à l intéieu de la même tenion nomaliée, le écat de tenion ente le point de jonction de deux éeaux inteconnecté doivent ête tè faible, inon L inteconnexion et taveée pa de tanit de puiance éactive exceif. III-4. 1.3. Mache en paallèle de altenateu Cette quetion doit ête étudiée tè tôt, dè qu il agit de éuni électiquement pluieu altenateu, itué à quelque ditance le un de aute. Et toute une généation d électotechnicien évetue à établi la théoie du fonctionnement en paallèle de machine ynchone, et paticulièement de condition de tabilité. On peut egoupe ce condition et claée le poblème de la tabilité dan le plan uivant : Stabilité globale du ytème Stabilité angulaie - équilibe de couple -capacité de mainteni le ynchonime. Stabilité de la féquence - capacité de mainteni la féquence nominale. -équilibe poduction /conomation Stabilité de la tenion - capacité de contôle la tenion -équilibe de puiance éactive -équilibe du contôle de la tenion. Statique petit ignaux Tanitoie gande petubation Gande petubation Tanitoie gande petubation Cout teme Cout teme Long teme Cout teme Long teme Figue (III-4) Claification de poblème de la tabilité 82

Chapite III Etude de l impact de la commande de la MADA u la tabilité de éeaux électique. III-4.2. Le poblème induit pa l intégation d éolienne dan un éeau Electique Le poblème induit pa l intégation d éolienne dan le éeau électique ont pincipalement caué pa : leu poduction aléatoie qui et difficilement péviible ; la capacité d accueil ; le déconnexion intempetive. III-4.2.1. Poduction aléatoie et tè peu péviible Le poblème majeu de l éolien et l incetitude u le péviion de la vitee du vent u le ite éolien induiant une incetitude u la poduction de éolienne. Le eeu de péviion ont en négatif (ou-poduction) ou en poitif (upoduction) avec de [10] changement de igne apide en cou de jounée. La péviion et atifaiante en ce qui concene l amplitude mai le moment où ce niveau de poduction et atteint, n et pa péci III-4.2.2. Déconnexion intempetive Le généateu éolien ont tè enible aux petubation du éeau et ont tendance à e déconnecte apidement lo d un ceux de tenion (dè que la valeu de la tenion et inféieue à 80% de la tenion nominale) ou lo d une vaiation de la féquence. En effet, le couple électomagnétique va diminue pendant le ceux de tenion et la tubine va accélée. Ceci entaînea une uchauffe pouvant endommage la généatice. Une pocédue d aêt et néceaie. Un ceux de tenion a pou conéquence une démagnétiation de la généatice. [10] III-4.3. Deciption de facteu affectant la qualité énegétique III-4.3.1. Fluctuation de tenion Le poblème pincipal et le ceux de tenion dont l oigine et liée aux coutcicuit qui peuvent ête povoqué pa l enclenchement de go moteu, d appel de chage impotante, etc. Dan une moinde meue, il y a de vaiation apide de tenion, povoquée pa de vaiation apide de puiance abobée ou poduite pa de intallation telle que le éolienne. Ce fluctuation peuvent povoque un papillotement de l éclaiage gênant déigné pa le teme flicke (ou papillotement) [10]. 83

Chapite III Etude de l impact de la commande de la MADA u la tabilité de éeaux électique. Le aute application de l électicité ne ont, nomalement, pa affectée pa ce phénomène tant que la vaiation d amplitude ete inféieue à 10%. III-4.3.2. Vaiation de la féquence La féquence doit ête maintenue autou de la valeu nominale de 50 Hz, quelle que oient le vaiation de conommation ou de poduction. En effet, d une pat, une féquence voluant an cee endait l électicité inutiliable pou de multiple uage. D aute pat, la plupat de compoant du ytème électique ont conçu pou fonctionne dan une plage de féquence donnée, en deho de laquelle de dyfonctionnement gave de matéiel peuvent appaaîte. III-4.3.2. Hamonique et inte-hamonique Le éolienne, intefacée au éeau via de convetieu électonique de puiance, génèent malheueuement de hamonique. Le convetieu équipé en gande majoité de tanito IGBT, génèent de hamonique haute féquence (pluieu khz) mai, ce hamonique peuvent ête aez aiément limité contaiement aux convetieu équipé de thyito généant de hamonique de bae féquence et néceitant de filte conéquent pou le élimine.[10] III-4.4.Outil de imulation Dan note étude, on a choii le PSAT comme logiciel de imulation pou valide le modèle étudié.le PSAT (Powe Sytem Analyi Toolbox), figue (III.5), et une boîte à outil dan le Matlab qui et à analye le ytème électo-énegétique et leu contôle. Le PSAT inclut : [21] L écoulement de puiance baé u la méthode de Newton Raphon. L écoulement de puiance continu. L écoulement de puiance optimal. 84

Chapite III Etude de l impact de la commande de la MADA u la tabilité de éeaux électique. Figue (III-5) : Fenête de PSAT Toute le opéation de PSAT peuvent ête épatie en deux gene d analye : Le pemie analye et de éoude le poblème de l écoulement de puiance. Cette application effectue dan une page de commande ou un éditeu comme monte la figue (III-6(a)). Le econd analye et d implante le éeau à étudie en utiliant une bibliothèque de Simulink qui contient de nombeux modèle pou l implantation le ytème électique, figue (III-6(b)). (a) (b) Figue (III-6) :L éditeu de PSAT (a) et bibliothèque de imulink (b) 85

Chapite III Etude de l impact de la commande de la MADA u la tabilité de éeaux électique. III-4.5. San l intégation de la feme éolienne III-4. 5.1. Deciption du éeau étudié Cette application conite à imule le compotement de éeau tet figue (III-7) contitué de: 3machine 9 jeux de bae 3 chage tatique En affectant un défaut ymétique au niveau de jeux de bae 7 de duée de 5 péiode à 50 Hz. Toute le donnée ont expimée en (pu) dan la bae de puiance de : S =100 MVA. Bu 2 Bu 7 Bu 6 Bu 9 Bu 3 18/230 13/230 Chage 3 Bu 4 Bu 5 Chage 2 Bu 8 Chage 1 16/230 Bu 1 Figue (III-7) : Réeau 3 généateu 9 jeux de bae [22] Pou valide le éultat du pogamme imulation, Le PSAT pemet de éoude le poblème de l écoulement de puiance. III.4. 5.2. Simulation L exécution de pogamme PSAT nou a pemi d obteni le éultat de imulation 86

Chapite III Etude de l impact de la commande de la MADA u la tabilité de éeaux électique. epéentée dan la figue (III-8) (a) (b) (c) (d) Figue (III-8) : Simulation d un éeau de 3 généateu 9 jeux de bae a- Le angle otoique de toi généateu [degé]. b- Le vitee angulaie de toi généateu [pu]. c- Le puiance active aux jeux de bae de connexion [MW] d- Le puiance éactive aux jeux de bae de connexion [MVAR] III-4. 5.3. Intepétation de éultat obtenu On contate que le compotement de généateu à la uite de cette petubation ont identique auf que n atteint pa de même valeu à caue de facteu uivant : - Le caactéitique de machine. - La ditance qui épae le machine de la petubation. Pendant le défaut, une chute de tenion impotante appaaît aux bone de jeux de bae de connexion. Lo de l appaition du C-C à t = 0.083, le tenion ocillent longuement. 87