Commande vectoreille indirecte de la MADA

La description des systèmes éoliennes

Le vent est engendré par les variations de la densité et la pression de l’air, dues au réchauffement intégral de la terre par le soleil, et par la rotation de la terre ;il s’agit donc d’une ressource naturelle renouvelable. Le vent causé par le mouvement de l’air contient une grande quantité d’énergie.les moulins à vent ont servi pendant des milliers d’années à capturer une partie de cette énergie pour accomplir différents travaux utiles. Les premiers moulins à vent étaient à axe vertical. Ils ont été employés dans les montagnes d’Afghanistan pour moudre des grains depuis le 7éme siècle avant Jésus Christ. ce type de moulins est constitué d’un arbre et de lames horizontaux tournant dans le plan vertical.

A partir de la Perse et du moyen Orient, les moulins à vent à axe horizontal se sont répandus à travers les pays méditerranéens et l’Europe Centrale.[1] Le premier moulin à vent à axe horizontal est apparu en Angleterre vers 1180 en France en 1190 en Allemagne en 1222 et au Danemark en 1259. En Europe, les performances des moulins à vent ont été constamment améliorées entre le 12éme et le 19éme siècle. Vers 1800, environ 20000 moulins à vent étaient en service en France, et au Pays Bas 90% de l’énergie utilisée dans l’industrie provenait du vent. Vers la fin du 19éme siècle, des moulins à vent d’un rotor de 20 à 30 mètres de diamètre étaient présents en Europe. Ils étaient utilisés non seulement pour moudre des grains mais aussi pour le pompage d’eau. L’industrialisation a mené à la disparition progressive des moulins à vent, même si 1904 l’énergie éolienne fournissait encore 11% de l’énergie industrielle hollandaise et l’Allemagne avait plus de 1800 unités installées. Par ailleurs, la construction d’éoliennes multiples ne se développe pas sur le vieux continent mais en Amérique où elle apparait en 1870.

Elle conquiert tout le pays et revient en Europe, lieu de sa conception, en 1876, où elle s’implante alors, sous le non de moulin américain. Il ne fait aucun doute que les moulins à vent ont connu dans le passé, un grand succès. Ils ont fourni à l’homme l’énergie mécanique qui manquait à l’époque, à la réalisation de ses desseins. Mais avec l’invention de la machine à vapeur, du moteur à explosion, et du moteur diesel, le développement de l’électricité, leur exploitation est négligée et souvent abandonnée. L’utilisation du vent semble par conséquent de plus en plus délaissée et son avenir très compromis.

Cependant l’histoire réserve parfois des surprises, car après la crise pétrolière de 1974, avec la diminution du stock mondial en hydrocarbure et surtout la crainte d’une pollution de plus en plus envahissante et destructive pour l’environnement, l’énergie éoliennes revient au premier plan de l’actualité et connait un développement galopant. On cherche surtout à l’utilisation pour produire de l’énergie électrique suivant le principe exploité dans toutes les centrales électriques conventionnelle. Ainsi la demande mondiale de l’énergie éolienne connait une croissance rapide depuis une quinzaine d’années; la majorité de la demande découle de souci d’aménager des centrales électrique utilisant des combustibles «moins polluants». On aménage maintenant des parcs à éoliennes multiples produisant plusieurs mégawatts. Au cours des dix dernières années, la puissance typique de génération d’électricité pour une seule éolienne est passée d’environ 100 kW à 2MW ou davantage. Entre 1995 et la fin de 2003, environ 76% des nouvelles connections d’aérogénérateurs au réseau étaient installées en Europe.

Les pays les plus avancés dans l’énergie éolienne sont L’Allemagne avec une puissance installée de 14609 MW, le Danemark 3110 MW, l’Espagne 6202 MW, la Holande 912 MW, en Amérique de sud et centrale 139 MW, en Asie 3034 MW, en Afrique et au moyen Orient 150 MW. Avec certains projets d’énergie éolienne développés (au large des cotes) de grandes centrales éoliennes fournissent de l’électricité dans certaines parties du Monde à un prix aussi concurrentiel que celui de l’énergie produite par les installations conventionnelles (par ex les centrales nucléaires et les centrales thermiques au mazout ou au charbon [3].

Définition de l’énergie éolienne

Un aérogénérateur, plus communément appelé éolienne, est un dispositif qui transforme une partie de l’énergie cinétique du vent (fluide en mouvement) en énergie mécanique disponible sur un arbre de transmission puis en énergie électrique par l’intermédiaire d’une génératrice [4],[5]. L’énergie éolienne est une énergie renouvelable non dégradée géographiquement diffusé et surtout en corrélation saisonnière (l’énergie électrique est largement plus demandée en hiver et c’est souvent cette période que la moyenne des vitesse des vents est la plus élevée) de plus c’est une énergie qui ne produit aucun rejet atmosphérique ni déchet radioactif; elle est toutefois aléatoire dans le temps et son captage reste assez complexe, nécessitant des mats et des pales de grandes dimensions(jusqu’à 60m pour des éolienne des plusieurs mégawatts) dans des zones géographiquement de turbulences.[2][6]

Les éoliennes se divisent en deux grandes familles les éoliennes à axe vertical qui tendent à disparaitre, les éoliennes lentes à axe horizontal utilisées surtout pour le pompage et les éoliennes rapides à axe horizontal plus particulièrement utilisées dans la production d’énergie électrique. Les éoliennes à axe vertical ont été les premières structures développées pour produire de l’électricité paradoxalement en contradiction avec le traditionnel moulin à vent à axe horizontal. Elles possèdent l’avantage d’avoir les organes de commande et le générateur au niveau du sol donc facilement accessible et il s’agit d’une turbine à axe vertical de forme cylindrique qui peut facilement être installée sur le toit d’une maison moderne et dont les avantage sont faible impact visuel, pratiquement pas de bruit et très grande tolérance aux vents forts [5] Il existe des systèmes grâce auxquels les ailes se décalent plus ou moins pour augmenter l’étendue des vitesses d’action. Si la vitesse du vent est basse, les ailes sont complètement déployées, si la vitesse est trop forte, les ailes sont complètement fermées et l’éolienne forme un cylindre. Même si quelques grands projets industriels ont été réalisés, les éoliennes à axe vertical restent toutefois marginales et peu utilisées voire actuellement abandonnées.

Principaux composants d’une éolienne

Il existe plusieurs configurations possibles d’aérogénérateurs qui peuvent avoir des différentes importantes. Néanmoins, une éolienne classique est généralement constituée de Le mat, généralement en métal, supporte l’ensemble des équipements permettant de produire l’électricité (nacelle+rotor). Il est fixé sur une fondation implantée dans le sol, une lourde semelle en béton qui assure l’ancrage et la stabilité de l’éolienne. Le mat des éoliennes atteint aujourd’hui 80m de haut pour les plus puissantes (exceptionnellement jusqu’à 100m).les éoliennes sont-elles si haut perchées c’est parce que le vent souffle plus fort à quelques dizaines de mètres de hauteur, où il n’est pas perturbé par l’effet des obstacles relief, arbre, maisons…Et la puissance fournie par une éolienne est proportionnelle au cube de la vitesse du vent [11]

La tour doit être suffisamment solide pour supporter non seulement la nacelle et le rotor, mais aussi les charges puissantes provoquées par le vent d’une part la puissance exercée par le vent directement sur la tour, d’autre part la puissance transmise par le rotor .[29] Un rotor, composé de plusieurs pales (en général 3) et du nez de l’éolienne. Les pales sont aujourd’hui faites de matériaux composites à la fois légers et assurant une rigidité et une résistance suffisantes polyester renforcé de fibre de verre et/ou fibre de carbone. Leur longueur atteinte actuellement entre 30 et 55 mètres, soit un diamètre du rotor compris entre 60 et 110 mètres. La puissance d’une éolienne est proportionnelle à la surface balayée par ses pales (un cercle),donc au carré de son diamètre rotor [21]

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Table des matières

Chapitre I La description des systèmes éoliennes
I.1 Historique
I.2 Introduction
I.3 Définition de l’énergie éolienne
I.4 Généralités sur les différents types d’éoliennes
I.4.1 Eoliennes à axe vertical
I.4.2 Eoliennes à axe horizontal
I.5 Principaux composants d’une éolienne
I.6 Le principe de fonctionnement d’une éolienne
I.6.Modélisation de la turbine
I.6.1 Principe de fonctionnement de la turbine
I.6.2 Coefficient de puissance
I.6.3 Stratégie de maximisation de la puissance
I.6.4 Modèle de multiplicateur
I.6.5 Modele de l’arbre
I.7.Simulations et interprétations
I.8 Synthèse
Chapitre II La Modélisation de la MADA
II.1 Introduction
II.2 Etats l’art de MADA
II.2.1 Les éoliennes à vitesse fixe.
II.2.2 Les éoliennes à vitesse variable .
II.2.3 Les modes de MADA en fonctionnement génératrice
II.2.4 Structure des machines asynchrones à double alimentation
II.3.Modélisation de la MADA
II.3.1 Hypothèses simplificatrices.
II.3.2 Equation électrique de la machines
II.3.4 Modèle de la machine asynchrone à double alimentation dans le plan dq
II.4. Modélisation de l’onduleur
II.5. Simulation et interprétation
II.6. Synthèse
Chapitre III Commande vectoreille indirecte de la MADA
III.1 Intruduction,
III.2.Principe du contrôle vectoriel à flux orienté
III.2.1 Modalisation du control vectoriel
III.2.2 Synthèse du régulateur classique utilisé
III.2.3 Commande vectorielle directe
III.2.4 Commande vectorielle indirecte
III.2.5 Régulation par la logique floue.
III.2.6 Commande vectorielle de la machine asynchrone par logique floue
III.3. Simulation et interprétation
III.4.Synthèse
Conclusion générale
Listes des figures
Bibliographie
Annexes