Principaux composants d’un micro réseau isolé

Principaux composants d’un micro réseau isolé 

Générateurs Diesel 

Un générateur diesel est généralement composé d’un moteur diesel (MD) couplé à un générateur synchrone (GS). Ainsi le moteur diesel brûle du carburant pour créer un mouvement mécanique et le générateur synchrone transforme ce mouvement mécanique en énergie électrique. Le gouverneur compare la vitesse de sortie du moteur avec la vitesse de référence et ajuste la quantité de fioul envoyé en combustion afin de garantir la fréquence désirée au PCC. Le régulateur de tension compare la tension au PCC avec la tension de référence et adapte la tension de champs.

Panneaux photovoltaïques 

Un panneau photovoltaïque permet de transformer un rayonnement lumineux en électricité. Lorsqu’un photon vient frapper la surface d’une cellule photovoltaïque, il est absorbé et un électron est alors relâché dans le circuit électrique. Ainsi un courant électrique circule dans le circuit tant que la cellule photovoltaïque reçoit assez de lumière. Et c’est en assemblant plusieurs cellules photovoltaïques qu’est créé un panneau photovoltaïque. Le courant de sortie du panneau photovoltaïque dépend de l’irradiance, mais aussi de la température des cellules. D’après (Blackstone, Hicks, Gonzalez, & Baghzouz, 2017), il est conseillé d’intégrer une batterie afin de diminuer les oscillations de tensions et fréquences et d’extraire le maximum de puissance du panneau photovoltaïque. Le convertisseur CC-CC élévateur connecté à la sortie du panneau photovoltaïque est contrôlé par un algorithme MPPT et il permet donc d’extraire le maximum de puissance du panneau .

Il existe différents algorithmes qui permettent d’extraire le maximum de puissance d’un système photovoltaïque (Gupta & Saxena, 2016). La méthode Perturbation et Observation (P&O) est très utilisée car elle est la plus simple. L’algorithme permet de rejoindre le point de puissance maximale par essai et erreur en faisant varier la tension et en observant la valeur de la puissance produite. Cependant cette méthode s’avère peu efficace en cas de changement d’ensoleillement rapide. Enfin, le point de fonctionnement n’est jamais stable et le système va alors osciller autour du point de puissance maximal, ce qui entraîne des oscillations de tension.

Pour compenser ces oscillations la méthode Incremental conductance (INC) peut être utilisée, cette méthode s’intéresse au signe de la dérivée de la puissance par rapport à la tension. Ainsi, elle se rapproche de la technique P&O, mais sans utiliser de perturbation et donc ne crée pas d’oscillations une fois le point de puissance maximale atteint. Cependant, son implémentation est plus complexe et nécessite plus de matériel. Aussi, les temps de calcul sont plus longs. Du fait de ces différents inconvénients, cette technique est plus utilisée pour de gros systèmes photovoltaïques (Gupta & Saxena, 2016) .

La méthode Fractional open circuit voltage (FVov) peut également être utilisée. Elle se base sur la relation entre la tension du point de puissance maximale et la tension de circuit ouvert d’un panneau photovoltaïque, cette relation est considérée comme linéaire. Le principal intérêt étant que cette technique n’a besoin que d’une seule mesure, son implémentation est alors très facile. Cependant, la relation étant basée sur une approximation, le système n’opère pas vraiment à son point de puissance maximale. (Esram & Chapman, 2007) .

Éoliennes 

Une éolienne convertit l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique grâce aux pâles de la turbine, ensuite un générateur transforme cette énergie mécanique en énergie électrique. Pour ce faire différentes machines électriques peuvent être utilisées : BLDC, PMSG, DFIG ou SCIG. Aussi, il existe des éoliennes de différentes tailles et de différentes puissances et certaines fonctionnent à vitesse fixe alors que d’autres fonctionnent à vitesse variable.

Éoliennes à vitesse fixe 

L’éolienne à vitesse fixe a été très utilisée dans les années 80 et 90. Son principe est relativement simple et efficace. C’est généralement une machine asynchrone à induction (MSI) qui est utilisée (Goel, Singh, Murthy, & Kishore, 2011). La sortie de la machine est connectée directement au réseau ou à travers un transformateur. Seulement, cette machine consomme de la puissance réactive et donc une source d’énergie réactive doit être ajoutée comme par exemple une batterie de condensateurs (Wu, Lang, Zargari, & Kouro, 2011).

Le développement de cette technologie s’explique par sa configuration simple, ses faibles coûts d’investissement et de maintenance et sa grande fiabilité. Cependant, le rendement du système est faible, il n’est pas possible d’extraire le maximum de puissance du vent. Aussi, la vitesse de rotation fixe implique de nombreux stress mécaniques sur les différentes patries du système et peut amener à des dégradations voir des casses. Et enfin, l’absorption de puissance réactive pour magnétiser le générateur peut être considérée comme un inconvénient, dans le cas d’un réseau isolé autonome par exemple.

Pour augmenter le rendement, un autre modèle basé sur la même technologie a été développé. En utilisant une machine à pôles variables, il est possible de faire fonctionner le système pour deux vitesses de vent différentes. Ainsi avec une seule machine on obtient un générateur petite puissance pour les vents faibles et un générateur de puissance plus élevée pour les vents plus importants.

Éoliennes à vitesse variable 

Le développement de l’électronique de puissance a permis de ne plus connecter la machine directement au bus CA et donc de faire fonctionner le générateur à différentes vitesses et ainsi d’extraire plus de puissance du vent. Les éoliennes à vitesse variables ont alors pris de l’importance et possèdent différents avantages. L’efficacité est meilleure, le système est plus stable et les stress mécaniques sont moins importants. Néanmoins, le coût est plus élevé du fait du plus grand nombre d’éléments (Goel et al., 2011).