Définition de l’éolienne

LA QUALITE DE L’ENERGIE ELECTRIQUE

ENEREGIE EOLIENNE 

Définition de l’éolienne

Une éolienne a pour rôle de convertir l’énergie cinétique du vent en énergie électrique. Ses différents éléments sont conçus pour maximiser cette conversion énergétique et, d’une manière générale, une bonne adéquation entre les caractéristiques couple/vitesse de la turbine et de la génératrice électrique est indispensable.

Une éolienne doit comporter :
 Un système qui permet de la contrôler mécaniquement (orientation des pales de l’éolienne, orientation de la nacelle).
 Un système qui permet de la contrôler électriquement (machine électrique associé à l’électronique de commande).

Composition d’une éolienne

Il y a plusieurs types d’éoliennes, plus ou moins grandes, avec des pales de différentes tailles et donc des rendements différents.

* Les fondations : elles permettent la fixation du mat ; c’est sur elles que repose le poids de l’éolienne.
* L’armoire de couplage au réseau électrique : elle est généralement située au pied de l’éolienne et on trouve à l’intérieur les armoires électriques qui contrôlent le fonctionnement de l’éolienne et son rattachement au réseau électrique.
* Le mât : il permet d’accéder à la nacelle et sert au passage de câbles électriques, reliés à l’armoire de couplage au réseau électrique. Plus le mat est grand plus l’éolienne dispose d’une vitesse élevée et constante.
* Le système d’orientation : il supporte la nacelle et permet de l’orienter afin que les pales soit dans le sens du vent.
* Les pales : éléments moteur de l’éolienne qui convertissent la force du vent en énergie mécanique. Le nombre de pales est le plus souvent de trois pour une question de stabilité.
* Le moyeu et commande du rotor : il permet de faire pivoter les pales pour un meilleur rendement en fonction de la force du vent.
* La nacelle : composée elle même de plusieurs parties :
 le rotor possède un système de torsion qui permet d’orienter les pales pour moduler la prise de vent et ainsi permettre à l’éolienne de tourner toujours à peu près à la même vitesse, c’est-à-dire entre 19 et 30 tours par minute.
 le multiplicateur de vitesse permet d’augmenter la vitesse de rotation. On passe de 19 à 30 tours par minute à environ 1500 tours par minute.
 le frein à disque limite la vitesse et bloque la rotation en cas de vent trop fort ou pour la maintenance.
 le générateur permet la conversion de l’énergie mécanique apportée par la rotation des pales en énergie électrique. Son fonctionnement est le même qu’une dynamo qu’on retrouve sur les vélos et qui permet de faire briller une lampe.

Les types de la turbine 

il existe deux principaux types d’éoliennes qui se défèrent essentiellement dans leur organe capteur d’énergie à savoir l’aéroturbine. En effet, selon la disposition de la turbine par rapport au sol on obtient une éolienne à axe vertical ou à axe horizontal :
* les turbines éoliennes à axe horizontal : Ils ont été les premières structures développées pour produire de l’électricité.
* les turbines éoliennes à axe vertical : Ce sont les éoliennes les plus répandues sans doute à cause de leurs avantages remarquables, elles comportent généralement des hélices à deux ou trois pales face ou sous le vent.

Actuellement, les éoliennes à axe horizontal sont largement plus utilisées que les éoliennes à axe vertical pour des raisons économiques liées à leur fabrication et à leur installation. Parmi les éoliennes à axe horizontal, on distingue celles à vitesse fixe et celles à vitesse variable.

LES TYPES DES EOLIENNES

En fonction de la génératrice, il existe actuellement trois principaux types de systèmes éoliens: système éolien à vitesse fixe avec machine asynchrone à cage (Figure 7), système éolien à vitesse variable avec machine synchrone à inducteur bobiné ou à aimants (Figure 8), et système éolien à vitesse variable avec machine asynchrone à double alimentation.

Les éoliennes à vitesse fixe

Les éoliennes à vitesse fixe sont les premières à savoir été développées. Dans cette technologie, la génératrice asynchrone est directement couplée au réseau, sa vitesse est alors imposée par la fréquence du réseau et par le nombre de pôles de la génératrice.

On peut distinguer deux technologies d’éoliennes à vitesse fixe : les éoliennes à décrochage aérodynamique et les éoliennes à pales orientables. Le multiplicateur permet d’adapter la vitesse de rotation de la turbine à la fréquence électrique souhaitée. Par conséquence, la vitesse de rotation de la turbine est pratiquement fixée pour n’importe quelle vitesse du vent. C’est pour cette raison que cette structure correspond à un générateur éolien à vitesse fixe. Un générateur asynchrone à cage consomme toujours de la puissance réactive. Cette énergie réactive est indésirable et est généralement compensée en partie ou entièrement par des bancs de condensateurs ou autres compensateurs de réactif.

Les éoliennes à vitesse variable 

Les éoliennes à vitesse variable sont les plus utilisées pour la production d’énergie électrique. En effet, ces dernières contrairement aux éoliennes à vitesse fixe, fonctionnent sur une large plage de vitesses permettant ainsi une maximisation des puissances extraites pour des faibles vitesses du vent et le maintien d’une puissance constante pour des vitesses de vent élevées.

Intérêt de la vitesse variable : La caractéristique générale de la puissance convertie par une turbine éolienne en fonction de sa vitesse est représentée sur la figure :

Pour une vitesse de vent et une vitesse mécanique de la génératrice , on obtient une puissance nominale P1 (point A). Si la vitesse du vent passe de à , et que la vitesse de la génératrice reste inchangée (cas d’une éolienne à vitesse fixe), la puissance P2 se trouve sur la 2ème caractéristique (point B).la puissance maximale se trouve ailleurs sur cette caractéristique (point C). Si on désire extraire la puissance maximale, il est nécessaire de fixer la vitesse de la génératrice à une vitesse supérieure à . Il faut donc rendre la vitesse mécanique variable en fonction de la vitesse du vent pour extraire le maximum de la puissance générée.

Les structures des éoliennes à vitesse variable Il existe deux structures des éoliennes à vitesse variable :
 la première configuration est basée sur une machine asynchrone à cage, pilotée au rotor de manière à fonctionner à vitesse variable, par des convertisseurs statiques.
 la deuxième configuration est basée sur une machine asynchrone à double alimentation et à rotor bobiné. La vitesse variable est réalisée par l’intermédiaire des convertisseurs de puissance, situés au circuit rotorique.

Caractéristique puissance-vitesse d’éoliennes de grandes puissances : La caractéristique puissance-vitesse d’une éolienne peut se décomposer en quatre zones :

Zone 1 : C’est la zone de démarrage de la machine, elle commence lorsque la vitesse mécanique est supérieure à une certaine vitesse Ωout-in
Zone 2 : Lorsque ma vitesse de la génératrice atteint une valeur seuil, un algorithme de commande permettant l’extraction de la puissance maximale du vent est appliquée.
Zone 3 : Au delà, l’éolienne fonctionne à vitesse constante. Dans cette zone, la puissance de la génératrice atteint des valeurs plus importants, jusqu’à 90% de la puissance nominale .
Zone 4 : Arrivée à la puissance nominale une limitation de la puissance générée est effectuée à l’aide d’un système d’orientation des pales : pitch control.

Au delà de la vitesse Ωout-out, un dispositif d’urgence est actionné de manière à éviter une rupture mécanique.

Dans le cadre du parc de TAZA, les éolienne utilisées sont à vitesse variable avec des génératrices électriques de type machine asynchrone à rotor bobiné : Machine Asynchrone à Double Alimentation (MADA).

Table des matières

Remerciement
Abstract
Introduction générale
CHAPITRE I: APERÇU SUR L’ONEE ET LE PARC EOLIEN DE TAZA
I. Aperçu général sur l’ONEE
1. Historique
2. Missions de l’ONEE
3. Objectifs de L’ONEE
4. Stratégies
5. Activités de L’ONEE
6. L’organigramme de l’ONEE
II. Aperçu général sur le parc du TAZA
1. Programme intégré de l’énergie éolienne
2. Projet De Parc Eolien De Taza (150 MW)
2.1. Fiche Technique du Parc
2.2. Raccordement du parc
CHAPITRE II: LES SYSTEMES EOLIENS A BASE DE LA MADA
Introduction
I. L’énergie éolienne
1. Définition de l’éolienne
2. Composition d’une éolienne
3. Les types de la turbine
II. Les types de systèmes éoliens 
1. Les éoliennes à vitesse fixe
2. Les éoliennes à vitesse variable
2.1. Intérêt de la vitesse variable
2.2. Les structures des éoliennes à vitesse variable
2.3. Caractéristique puissance-vitesse d’éoliennes de grandes puissances
III. Machine Asynchrone à Double Alimentation (MADA)
1. Définition
Analyse et simulation des caractéristiques de fluctuation de l’énergie éolienne et son impact sur le réseau électrique
2. Modes de fonctionnement
IV. Situation énergétique au Maroc
1. Les Projets des éoliens
2. Les objectifs
Conclusion
CHAPITRE III : LA QUALITE DE L’ENERGIE ELECTRIQUE
Introduction
I. Paramètres de la qualité de l’énergie électrique
1. Creux et coupures de tension
2. Déséquilibre du système triphasé de tension
3. Variation de fréquence
4. Fluctuations de tension
5. Harmoniques et inter-harmoniques
II. Les perturbations harmoniques 
1. Origine des harmoniques
1.1. Emission en tension
1.2. Emission en courant
2. Conséquences des harmoniques
2.1. Effets instantanés
2.2. Effets à terme
3. Analyse des harmoniques
3.1. Caractérisation d’un contenu harmonique pour un signal
3.2. Expression de la valeur efficace
3.3. Taux de distorsion harmonique THD (%)
3.4. Expression des puissances mises en jeux
Fluctuations de tension
1.1 en fonctionnement continu
1.2 lors des opérations de couplage
2. Les conséquences : Méthodologie de mesure de
3.1 Les indicateurs de la sévérité du
3.3 Méthode de calcul analytique
3.4 Méthode statistique
IV. Les solutions d’atténuation des fluctuations de tension et les harmoniques
1. Dépollution des harmoniques
1.1 Solutions traditionnelles de dépollution
1.2 Solutions modernes de dépollution
2. Atténuation des fluctuations de tension
2.1 Augmentation de la puissance de court-circuit
2.2 La Compensation de la puissance réactive
Conclusion
CHAPITRE IV : LE FILTRE ACTIF PARALLELE (FAP) ET LE COMPENSATEUR SYNCHRONE STATIQUE (STATCOM)
Introduction
I. Structure du Filtre Actif Parallèle 
1. Etudes de la partie puissance
2. Etude de la partie commande
II. Structure de base d’un STATCOM
1. Principe de fonctionnement d’un STATCOM
2. Modélisation du STATCOM
3. Contrôle du STATCOM
3.1. Détermination des Références
3.2. Méthode Watt-Var découplée
Conclusion
CHAPITRE V : LA SIMULATION DU FILTRE ACTIF PARALLELE / LE COMPENSATEUR SYNCHRONE PARALLELE
Introduction
I. Simulation du système éolien
Analyse et simulation des caractéristiques de fluctuation de l’énergie éolienne et son impact sur le réseau électrique
1. Simulation du vent
2. Simulation de parc éolien en fonctionnement normal
II. La simulation des fluctuations des harmoniques
1. Le modèle de simulation
2.1. Génération des courants de référence
2.2. Régulation des courants de référence
2.3. Génération des signaux de commande
3. Le modèle de simulation avec le FAP
3.1. Dimensionnement des paramètres du système (réseau-filtre actif-charge polluante
3.2. Les résultats de simulation
III. La simulation des fluctuations de Tension « «FLICKER »
1. Calcul théorique du niveau d’émission de Flicker
2. Le modèle de simulation
3. La modélisation du STATCOM sous
3.1. Transformation de Park
3.2 Identification des courants Références
3.3 Le contrôle par la méthode de watt var découplé
3.4 La génération des signaux de commande par (PWM)
4. Le système étudié avec STATCOM
4.1 Dimensionnement des paramètres du STATCOM
4.2 Les résultats de la simulation
Conclusion générale
Annexe

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