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Historique de l’éolien
Il y a plus de 3000 ans déjà, que l’énergie du vent a été transformée en énergie mécanique, d’une part sur terre par les moulins et des systèmes de pompage de l’eau, d’autre part en mer, par les bateaux [5]. La génération d’énergie électrique par le vent a débuté à la fin du 19eme siècle. Parmi les pionniers on peut citer Paul La Cour au Danemark qui a associé une dynamo à une éolienne en 1891. Dans les années 1950. Johannes Juul (élève de Paul La Cour) devient aussi un pionnier dans l’utilisation de l’énergie éolienne en construisant les premières éoliennes produisant du courant alternatif. La première crise pétrolière en 1973 contribua à éveiller 1’intérêt pour 1’énergie éolienne dans plusieurs pays. Les USA ont notamment lancé en Californie une opération à grande échelle au début des années 1980 en passant de 7MWen 1981 à 386 MW en 1985 d’énergie cumulée. Aujourd’hui, les études portent sur l’amélioration de l’aérogénérateur ainsi que sur la chaine de conversion de 1’énergie du vent en énergie électrique exploitable par le réseau. Les premières éoliennes mettent en œuvre une génératrice asynchrone liée aux pâles par 1’intermédiaire d’une boite de vitesse, fonctionnant à vitesse fixe et directement reliée au réseau (pas d’interface électronique). Cette technologie est surtout employée au Danemark dans les années 1970. Les systèmes les plus récents se dirigent d’une part vers la vitesse variable pour maximiser la puissance captée du vent avec 1’insertion d’électronique entre la génératrice et le réseau, et d’autre part vers l’utilisation de génératrices spéciales tournant à basse vitesse afin de s’affranchir du réducteur de vitesse .
Eoliennes à axe vertical
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 accessibles. De nombreuses variantes ont été testées depuis les années vingt, dont beaucoup sans succès, mais deux structures sont parvenues au stade de l’industrialisation :
Le rotor de Savonius (du nom de son inventeur, breveté en 1925) Le principe de mise en mouvement de ce type de machine est basé sur le principe de ”Trainée différentielle”, les efforts exerces par le vent sur chacune des faces d’un corps creux Sont d’intensités différentes. Il en résulte donc un couple moteur, que l’on peut utiliser pour entrainer un générateur électrique ou un autre dispositif mécanique tel qu’une pompe.
Le rotor de Darrieux (ingénieur français, breveté au début des années 30) Lefonctionnement est ici basé sur le fait qu’un profil placé dans un écoulement d’air Selon différents angles est soumis à des forces d’intensités et de directions variables. La Combinaison de ces forces génère alors un couple moteur. En fait, les différents angles Auxquels sont soumis les profils, proviennent de la combinaison de la vitesse propre de Déplacement du profil (en rotation autour de l’axe vertical) et de la vitesse du vent, ce Principe s’appelle la variation cyclique d’incidence.Les avantages et inconvénients des éoliennes à axe vertical Les avantages et les inconvénients différents d’une éolienne à une autre :
Avantages des éoliennes à axe vertical
– Les organes de commande et le générateur sont au niveau du sol donc facilement Accessibles.
– L’´éolien reçoit le vent de n’importe quelle direction.
– Conception simple des pales et prix de fabrication réduit [12].
Inconvénients des éoliennes à axe vertical
– Difficulté de contrôle des pales dans la survitesse ;
– La présence du capteur d’énergie près du sol l’expose aux turbulences et au gradient .De vent ce qui réduit son efficacité
– La surface qu’elles occupent au sol est très importante pour les puissances Elevées .
Modes de fonctionnement de la MADA
Seul le mode de fonctionnement avec le stator directement connecté au réseau et rotor alimenté par un onduleur nous concerne dans cette étude. La machine asynchrone classique fonctionne en moteur en dessous de la vitesse de synchronisme et ne peut fonctionner en génératrice qu’au-dessus de celle-ci. Par contre, la MADA offre la possibilité de fonctionner dans les quatre quadrants. C’est-à-dire que ce n’est plus la vitesse de rotation qui définit le mode de fonctionnement en moteur ou en générateur .
– Fonctionnement en mode générateur hypo-synchrone : La puissance est fournie au réseau par le stator et la puissance de glissement est réabsorbée par le rotor. Nous avons dans ce cas un fonctionnement en mode générateur en dessous de la vitesse de synchronisme.
-Fonctionnement en mode générateur hyper-synchrone : La puissance est fournie au réseau par le stator et la puissance de glissement est récupérée via le rotor pour être réinjectée au réseau. On a ainsi un fonctionnement générateur au-dessus de la vitesse de synchronisme.
– Fonctionnement en mode moteur hypo-synchrone : Lors du fonctionnement de la MADA en moteur, la puissance s P est fournie par le réseau au stator. Durant le mode hypo-synchrone, où la vitesse de rotation est inférieure à celle du synchronisme, la puissance de glissement est renvoyée vers le réseau.
– Fonctionnement en mode moteur hyper-synchrone : Pendant le mode hyper-synchrone, le réseau fournit la puissance au stator et au rotor de la MADA. Une partie de la puissance absorbée par le réseau va au rotor et est convertie en puissance mécanique.
Les avantages et les inconvénients de la MADA
Nous introduisons succinctement dans ce paragraphe les avantages et les inconvénients de la machine asynchrone à double alimentation lors de son fonctionnement à vitesse variable. Les avantages de la MADA .La MADA présente plusieurs avantages :
La mesure des courants au stator et rotor, donnant ainsi une plus grande flexibilité et précision au contrôle du flux et du couple électromagnétique .
La possibilité de fonctionner à couple constant au-delà de la vitesse nominale .
La MADA se comporte comme une machine synchrone et l’on peut pratiquer des rapports de démagnétisation très importants (de l’ordre de 1 à 6).
Un fonctionnement en régime dégradé plus souple que la machine à simple alimentation, quand un onduleur tombe en panne.
La double alimentation permet de réduire les dimensions des convertisseurs statiques, réduisant ainsi les pertes fer de la machine et augmentant son rendement.
Transfert bidirectionnel de la puissance rotorique .
Le fonctionnement en hypo ou hyper synchronisme offre une large plage de variation de la vitesse .
La MADA réunit les avantages de la machine synchrone et de la machine asynchrone, à savoir :
Fonctionnement à vitesse de rotation variable ;
Régulation découplée des puissances active et réactive.
Inconvénients de la MADA
Contrairement à ses avantages, la MADA présente aussi des inconvénients tels que :
Elle est plus longue à causes des balais .
Utilisation d’un nombre de convertisseurs statiques plus que celle de la machine classique ].
Le coût total de la machine est plus important par rapport aux autres machines électriques .
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Table des matières
Introduction générale
CHAPITRE I : GENERALITES SUR LES SYSTEMES EOLIENS
I.1 Introduction
I.2 Historique de L’éolien
I.2.1 Production éolienne
I.2.2 Eolien en Algérie
I.2.3 l’éolien dans le monde
I.3 quelques notions sur le vent
I 3.1 Direction et vitesse du vent
I.3.2 Principaux composants d’une éolienne
I.4 Généralités sur les différents types d’éoliennes
I.4.1Eoliennes à axe vertical
I.4.2Eoliennes à axe horizontal
I.4.2.1 Eoliennes Lentes
I.4.2.2 Eoliennes rapides
I.4.3 Type de Fonctionnement
I.4.3.1 Eoliennes a vitesse fixe
I.4.3.2 Eoliennes a vitesse variable
I.5 Extraction de l’énergie apportée par le vent
I.5.1 Energie cinétique d’une colonne d’air – Puissance théoriquement disponible
I.5.2 Puissance de vent récupérable – Limite de Betz
I .5.3 Régulation de puissance
I 5.4 Les avantages et les inconvénients de l’énergie éolienne
I .6 Types des générateurs électriques
I .5.1 Génératrices asynchrones à cage
I .5.2 Génératrices synchrones
I .5.3 Machine asynchrone à double alimentation
I .5.3.1 Présentation de la machine asynchrone à double alimentation
I .6.3.2 Principe de fonctionnement de la MADA
I .6.3.3 Classification des machines à double alimentation
I .6.3.4 Modes de fonctionnement de la MADA
I .6.3.5 Les avantages et les inconvénients de la MADA
I .6.3.6 Domaine d’application de la MADA
I .7 Conclusion CHAPITRE II : COMMANDE VECTORIELLE DIRECTE ET INDIRECTE DE LA MADA
II.1 Introduction
II. 2 Machine Asynchrone à Double Alimentation
II.2.1 Modélisation
II.2.1.1 Hypothèses simplificatrices
II.2.1.2 Modèle de la MADA dans le repère triphasé
II.2.1.2.1 Equations des tensions
II.2.1.2.2 Equations des flux
II.2.1.2.3 Equation mécanique
II.2.1.3 Modèle de la MADA dans le plan (dq)
II.2.1.3.1 La transformation de PARK
II.2.1.3.2 Application de la transformation de PARK
II .2.2 Modélisation de l’alimentation de la MADA
II .2.2.1 Modélisation du redresseur
II .2.2.2 Modélisation du filtre
II .2.2.3 Modélisation de l’onduleur
II. 2.2.3.1 Principe de fonctionnement
II .2.2.3.2 Commande par modulation de largeur d’impulsion (MLI)
II .3 Commande Vectorielle
II. 3.1 But et Principe de La Commande Vectorielle
II .4 Modèle pour le contrôle indépendant des puissances
II. 4.1 Relations entre puissances statoriques et courants rotoriques
II. 4.2 Relations entre tensions rotoriques et courants rotoriques
II .5 Commande directe en puissance active et réactive de la GADA
II. 5.1 Schéma bloc en boucle ouverte
II .5.2 Schéma bloc de la régulation
II .6.3 Synthèse du régulateur Proportionnel-Intégral (PI)
II .5.4 Résultats de simulation
II .6 Commande indirecte en puissance active et reactive de la GADA
II. 6.1 Résultats de simulation
II .7 Conclusion
CHAPITRE III : COMMANDE PAR MODE GLISSANT DE LA GADA
III .1 Introduction
III .2 Généralités sur la théorie du contrôle par mode glissant
III .2.1. Historique
III .2.2 Structures de la commande par mode glissant
III .2.2.1 Structure par commutation au niveau de l’organe de commande
III .2.2.2 Structure par commutation au niveau d’une contre-réaction d’état
III .2.2.3 Structure par commutation au niveau de l’organe de commande, Avec ajout de la commande équivalente
III .3 Principe de la commande par mode de glissement des systèmes a structure variable
III .4 Conception de la commande par mode glissant
III .4.1 Choix de la surface de glissement
III .4.2 Conditions de convergence et d’existence
III .4.2.1 Fonction directe de commutation
III .4.2.2 Fonction de Lyapunov
III .4.3 Synthèse des lois de commande du mode glissant
III .4.3.1 La commande équivalente
III .4.3.2 La commande discontinue de base
III .4.3.3 Phénomène de broutement » Chattering »
III .5 Application de la commande a régime glissant à la GADA
III .5.1 Contrôle de la puissance active
III .5.2 Contrôle de la puissance réactive
III .5.3 Résultat de la simulation
III .6 Comparaison entre les commandes par régulateur PI et RMG
III .7 Conclusion
Conclusion générale
Référence bibliographique
Annexe
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