Description de la machine asynchrone à double alimentation

Historique de l’éolienne

Depuis l’antiquité, Parmi toutes les énergies renouvelables, à part l’énergie du bois, c’est l’énergie du vent qui a été exploitée en premier par l’homme. elle fut utilisée pour la propulsion des navires, ensuite les moulins à blé et les systèmes permettant le pompage d’eau. En 1888, à Cleveland (Etats-Unis), Charles Brush parvient à alimenter sa résidence en électricité à partir d’un moulin en bois, avec une turbine de diamètre de 17 m, et de 144 pales de cèdre, produisant seulement une puissance de 12kW. [34] Au Danemark, au même moment ; Poul La Cour tire rapidement les leçons de son homologue américain. En 1891, il bâtit son prototype sur le terrain de l’école d’Askov présentant un nombre plus faible de pales afin de tourner plus vite et produire plus d’électricité. Cette dernière fût la première éolienne dite industrielle. En 1918, dix ans après sa mort, 3% de l’énergie produite au Danemark provient déjà de l’éolien. Suite au développement des lignes électriques à grande échelle, le marché de l’éolien a commencé à ralentir à la fin des années cinquante, par ailleurs , depuis 1941 la plupart des fermes agricoles utilisaient toujours l’électricité éolienne basée sur une turbine à axe horizontal.[1] En 1973 : La crise pétrolière donne un intérêt pour le Grand éolien et incite les gouvernements de l’Allemagne, de la Suède, du Canada, du Royaume-Uni et des États-Unis à financer des projets de recherche sur les énergies renouvelables. Ces programmes sont à l’origine de la conception et de la mise en oe uvre de nouveaux designs d’éoliennes qui réduisent de façon significative le coût de l’énergie éolienne au cours des deux décennies suivantes [2]. L’Algérie a décidé en 2006 de se doter de la technologie éolienne en implantant la première ferme éolienne à Tindouf avec une puissance de 50MW et une autre à Adrar avec une puissance de 10 MW.

Modélisation et commande des puissances de la MADA

Dans la chaine de conversion électrique, la génératrice électrique de type machine asynchrone à rotor bobiné est la plus utilisée car elle est bien répandu dans les systèmes éolienne à vitesse variable de forte puissance. Elle est appelée aussi machine asynchrone à double alimentation (MADA). La commande vectorielle par orientation du flux présente une solution attractive pour réaliser des meilleures performances dans les applications à vitesse variable pour le cas de la génératrice asynchrone double alimentée(GADA). Donc dans ce chapitre, on va présenter la modélisation de la partie électrique d’un système éolien. Ensuite, nous expliquerons la Stratégie de la Commande Vectorielle du Générateur Asynchrone à Double Alimentation (GADA) pour le Contrôle Indépendant des Puissances Active et Réactive (Commande Directe+ commande indirecte des Puissances Active et Réactive). Enfin, on va réaliser des simulations numériques pour montrer et analyser les performances de notre commande étudié .

Modélisation de la Machine Asynchrone à Double Alimentation (MADA) : La modélisation de la machine électrique est une étape primordiale de son développement. Les progrès de l’informatique et des logiciels permettent de réaliser des modélisations performantes et d’envisager l’optimisation des machines électriques [3],[37]. La machine asynchrone à double alimentation (MADA) présente un stator triphasé identique à celui des machines asynchrones classiques et un rotor contenant également un bobinage triphasé accessible via des collecteurs. La figure (3.1) représente l’enroulement triphasé de la MADA. que : – as,bs, cs : correspondent aux trois phases du stator. – ar,br, cr : correspondent aux trois phases du rotor. Les deux axes Od et Oq sont perpendiculaires et serviront à transformer les équations de la machine. L’angle _ caractérise la position angulaire du rotor par rapport au stator, d’où la vitesse angulaire : ! = d_ dt = d_s dt 􀀀 d_r dt (3.1) Avec : ! = P (3.2) est la vitesse de rotation angulaire mécanique, et P est le nombre de paires de pôles.

Relations entre tensions rotoriques et courants rotoriques Exprimons d’abord les flux rotoriques d’après les équations (??) en remplaçant les courants statoriques par leur expression dans l’équation En régime permanent, les termes faisant intervenir les dérivées des courants rotoriques diphasés disparaissent, nous pouvons donc écrire : 8>>< >>: Vrd = Rr:Ird 􀀀 !r: _ Lr 􀀀 M2 Ls _ :Irq Vrq = Rr:Irq + !r: _ Lr 􀀀 M2 Ls _ :Ird + !r: M:Vs !s:Ls (3.39) Vrd et Vrq sont les composantes diphasées des tensions rotoriques à imposer à la machine pour obtenir les courants rotoriques voulus. L’influence des termes de couplage entre les deux axes en _ Lr 􀀀 M2 Ls _ est minimal. Une synthèse adéquate des régulateurs dans la boucle de commande permettra de les compenser [37]. A partir des équations que nous venons de mettre en place, nous pouvons établir les relations entre les tensions appliquées au rotor de la machine et les puissances statoriques que cela engendre. Il est donc possible maintenant de décrire le schéma bloc de la machine asynchrone à double alimentation qui sera le bloc à réguler par la suite [5].

Le schéma bloc représentant le modèle mathématique ainsi simplifié de la MADA est illustré dans la figure(3.3) : Figure 3.3 – schéma interne de la MADA Dans ce schéma nous avons fait apparaître des fonctions de transfert du premier ordre pour les deux axes liant les tensions rotoriques aux puissances actives et réactive statoriques. Ce qui nous permet de mettre en place une commande vectorielle étant donné qu’à l’influence des couplages près. Chaque axe peut être commandé indépendamment avec chacun son propre régulateur. Les grandeurs de références pour ces régulateurs seront : la puissance active pour l’axe q rotorique et la puissance réactive pour l’axe d rotorique. La consigne de puissance réactive sera maintenue nulle pour assurer un facteur de puissance unitaire côté stator de façon à optimiser la qualité de l’énergie renvoyée sur le réseau. La consigne de puissance active devra permettre de garder le coefficient de puissance de l’éolienne optimal [41].

Conclusion générale

L’objectif principal de ce travail est d’étudier par la simulation numérique une commande de la génératrice asynchrones double alimentation qui peut être utilisé dans la production de l’énergie éolienne. Dans le premier chapitre, nous avons présentés l’historique de l’énergie éolienne, l’évaluation de cette énergie en Algérie et leur classement mondial. Ensuite, nous avons cités le principe de fonctionnement et la constitution générale d’un système éolien. Puis, on a présenté les différentes configurations de la MADA et leurs modes de fonctionnement. Enfin, nous avons donnés l’application de la machine asynchrone à double alimentation, leurs avantages et leurs inconvénients. Dans le deuxième chapitre, nous avons expliqué la conversion de l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique ainsi que la modélisation d’un aérogénérateur pour le quelle la maximisation de l’énergie extraite du vent est effectuée. Nous avons développé un technique de maximisation de la puissance extraite aves. Les résultats de simulation d’un algorithme ont montré l’efficacité du contrôle pour la poursuite du point de fonctionnement optimal. La génératrice asynchrone été destinée pour la production d’énergie dans le domaine éolien.

Le modèle dynamique de la MADA est formulés dans le référentiel (d; q) lié au champ tournant et de son alimentation constituée d’un onduleur équipé d’une commande MLI de type «sinus-triangle». Dans cette partie, on a présenté la modélisation de la machine asynchrone à double alimentation. Le principe de l’orientation du flux statorique est exposé afin d’obtenir des équations de commande découplé, ou on a exprimé les grandeurs statoriques de la GADA en fonction des grandeurs rotoriques. Le bon suivi des consignes pour les deux puissances statoriques « active et réactive » par les puissances réelles débitées par le stator de la machine a montré l’efficacité de la commande appliquée. Daprès les résultats obtenus et des observations enregistrées, des perspectives de recherche et de réalisations pratiques intéressantes pouvant contribuées à mieux exploiter l’aérogénérateur asynchrone à double alimentation sont envisageables : Application des techniques de commande non linéare robuste comme : la commande en mode glissant ou la commande par la méthode backstepping . L’utilisation de l’intelligence artificielle comme les réseaux de neurones pour une autre commande robuste du GADA vis-à-vis les variations paramétriques . Conception d’un contrôle du GADA pour compenser la puissance réactive dans les réseaux de petites puissances. L’implantation des commandes proposées sur sites réels.