- Free Documents

Rpublique Algrienne Dmocratique et Populaire
Ministre de l Enseignement Suprieur et de la recherche Scientifique Universit MENTOURI de
CONSTANTINE Facult des Sciences de L ingnieur Dpartement d Electrotechnique N d ordre
Srie
Mmoire
Prsent en vue de l obtention du diplme de magister en Electrotechnique
Option Machines lectriques dans leurs environnements. Par
Naouel HAMDI
Modlisation et commande des gnratrices oliennes
Soutenu le //
Devant le jury Prsident Rapporteur Mohamed EL Hadi LATRECHE BOUZID AISSA Prof. L
Universit de Constantine Prof. L Universit de Constantine Prof. L Universit de Constantine
MC. L Universit de Constantine
Examinateurs BENALLA HOCINE Examinateurs Mohamed BOUCHERMA
Sommaire
INTRODUCTION GENERALE Page
Chapitre tat de l art des gnratrices oliennes
. Introduction .production olienne .dfinition de l nergie olienne . principe de fonctionnement d
une olienne . . les diffrents types des turbines oliennes .les oliennes axe verticale .les
oliennes axe horizontal . principaux composants d une olienne a le mat b la nacelle c le rotor
c. les rotors vitesse fixe c. les rotors vitesse variable protection contre la corrosion l nergie
cintique du vent l tude comparative entre les machines lectriques utilises dans l nergie
olienne types des machins lectriques gnrateur synchrone gnrateur asynchrone a machine
asynchrone cage d cureuil b machine asynchrone double alimentation
a structure des machins asynchrones double alimentation a double alimentation par le stator
a double alimentation par le stator et le rotor
b application des machines asynchrones double alimentation c fonctionnement en gnratrice
a vitesse variable d fonctionnement a vitesse fixe e Intrt de la MADA conclusion
Chapitre Modlisation et tude du systme de conversion
. Introduction . Hypothses simplificatrices . Modlisation des machines asynchrones double
alimentation .. Modle et Identification des paramtres de la machine a Equations lectriques b
Equations des flux c L quation mcanique . Changement de repre . La transformation de Park
. Modlisation de l onduleur . Modlisation de la turbine olienne .. Hypothses simplificatrices
pour la modlisation mcanique de la turbine .. Modlisation de la turbine .. Modle du
multiplicateur .. Equation dynamique de l arbre . Schma de simulation . Rsultats de la
simulation . Interprtation . Conclusion
Chapitre Les diffrentes mthodes de commande de la MADA
Introduction tudes bibliographiques quelques mthode de commande utiliser dans la MADA .
la commande de la machine asynchrone double alimentation avec quatre boucles de
rgulation . la commande de la machine asynchrone double alimentation avec des
Convertisseurs statorique rotorique . la commande par logique floue de MADA la commande
scalaire de la MADA
conclusion
Chapitre la commande Vectorielle flux statorique oriente
introduction .types de commande vectorielle commande vectorielle directe commande
vectorielle indirecte contrles par orientation de flux choix de la position du rfrentiel
commande vectorielle par orientation du flux statorique relations entre puissance statorique
et courants rotoriques calcules des rgulateurs
Schma de simulation
les rsultats de la simulation interprtation des courbes conclusion
CONCLUSION GENERALE BIBLIOGRAPHIE ANNEXE
Chapitre Etat de l art des gnratrices oliennes
Chapitre tat de l art des gnratrices oliennes
Chapitre Etat de l art des gnratrices oliennes
.
Introduction
Une olienne pour rle de convertir l nergie cintique du vent en nergie lectrique. Ses diffrents
lments sont conus pour maximiser cette conversion nergique d une manire gnrale, une
bonne adquation entre les caractristiques couple/vitesse de la turbine et de la gnratrice
lectrique est indispensable. Plusieurs technologies sont utilises pour capter l nergie du vent
capteur axe vertical ou axe horizontal et les structures des capteurs sont de plus en plus
performantes. Une olienne doit comporter un systme qui permet de la contrler lectriquement
machine lectrique associe la commande. Un systme qui permet de la contrler mcaniquement
orientation des paliers de l olienne, orientation de la nacelle. Dans ce chapitre, on s intresse
essentiellement aux diffrents types d oliennes avec leurs constitutions et leurs principes de
fonctionnement, ainsi qu l tude de l nergie cintique du vent et les dfrents types de gnratrices.
La dernire partie de ce chapitre illustre les diffrentes structures des machines asynchrones
double alimentation, leur principe de fonctionnement, leurs applications et leur intrt.
Chapitre Etat de l art des gnratrices oliennes
.
La production olienne
La ressource olienne provient du dplacement des masses d air qui est directement li l
ensoleillement de la terre. Par le rchauffement de certaines zones de la plante et le
refroidissement d autres une diffrence de pression est cre et les masses d air sont en
perptuel dplacement. Aprs avoir pendant longtemps t oubli, cette nergie pourtant exploite
depuis l antiquit, connat depuis environ ans un dveloppement sans prcdent notamment d aux
premiers chocs ptroliers.
. Dfinition de l nergie olienne
Un arognrateur, plus communment appel olienne, est un dispositif qui transforme une partie
de l nergie cintique du vent fluide en mouvement en nergie mcanique disponible sur un arbre
de transmission puis en nergie lectrique par l intermdiaire d une gnratrice .
Figure . Conversion de lnergie cintique du vent
L nergie olienne est une nergie renouvelable non dgrade, gographiquement diffuse et surtout
en corrlation saisonnire l nergie lectrique est largement plus demande en hiver et c est
souvent cette priode que la moyenne des vitesses des vents est la plus leve. de plus c est
une nergie qui ne produit aucun rejet atmosphrique ni dchet radioactif elle est
Chapitre Etat de l art des gnratrices oliennes toutefois alatoire dans le temps et son captage
reste assez complexe, ncessitant des mats et des pales de grandes dimensions jusqu m
pour des oliennes des plusieurs mgawatts dans des zones gographiquement de turbulences
. . L olienne se compose d une nacelle, d un mt, de pales et d un multiplicateur de vitesse.
La fabrication de ces diffrents lments est d une technologie avance, ce qui les rend par
consquent onreux. L nergie olienne fait partie des nouveaux moyens de production d lectricit
dcentralise proposant une alternative viable l nergie nuclaire sans pour autant prtendre la
remplacer l ordre de grandeur de la quantit d nergie produit tant largement plus faible. Les
installations peuvent tre ralises sur terre mais galement en mer o la prsence du vent est plus
rgulire.
.
Principe de fonctionnement d une olienne
Une olienne est constitue d une partie tournante, le rotor, qui transforme l nergie cintique en
nergie mcanique, en utilisant des profils arodynamiques. Le flux d air cre autour du profil une
pousse qui entrane le rotor et une trane qui constitue une force parasite. La puissance
mcanique est ensuite transforme soit en puissance hydraulique par une pompe, soit en
puissance lectrique par une gnratrice.
. Les diffrent type des turbines oliennes
Les solutions techniques permettant de recueillir l nergie du vent sont trs varies. On peut
diviser les oliennes en deux grandes familles, les oliennes axe vertical les oliennes axe
horizontal
Chapitre Etat de l art des gnratrices oliennes
.. Les oliennes axe vertical
Ce type d olienne figure. a fait l objet de nombreuses recherches. Il prsente l avantage de ne
pas ncessiter de systme d orientation des pales et de possder une partie mcanique
multiplication et gnratrice au niveau du sol, facilitant ainsi les interventions de maintenance,
en revanche, certaines de ces oliennes doivent tre entranes au dmarrage et le mt, souvent
trs lourd, subit de fortes contraintes mcaniques poussant ainsi les constructeurs
pratiquement abandonner ces
arognrateurs sauf pour les trs faibles puissances au profit d oliennes axe horizontal .
Figure . olienne a axe vertical
.. Les oliennes axe horizontal
Les oliennes axe horizontal figure. beaucoup plus largement employes, mme si elles
ncessitent trs souvent un mcanisme d orientation des pales, prsentent un rendement
arodynamique plus lev, dmarrant de faon autonome et prsentent un faible encombrement au
niveau du sol . Les diffrentes constructions des arognrateurs utilisent les voilures deux, trois
pales les plus courantes et les multi pales.
Chapitre Etat de l art des gnratrices oliennes
Figure. olienne a axe horizontal
Les oliennes sont divises en trois catgories selon leur puissance nominale. Eoliennes de
petite puissance infrieur W. Eoliennes de moyenne puissance de quelques centaines de kW.
Eoliennes de forte puissance suprieur MW.
A titre de comparaison, le tableau ci dessous propose une classification de ces turbines
selon la puissance qu elles dlivrent et le diamtre de leur hlice . Echelle Petite Moyenne
Grande Diamtre de l hlice Moins de m m m m et plus Puissance dlivre Moins de kW De kW
MW MW et plus
. Principaux composants d une olienne
Une olienne est gnralement constitue de trois lments principaux figure.. le mt la nacelle le
rotor
Chapitre Etat de l art des gnratrices oliennes
Figure. lments constituants une olienne
a
Le mt
Gnralement un tube d acier ou ventuellement un treillis mtallique. Il doit tre le plus haut
possible pour viter les perturbations prs du sol .
b La nacelle
Regroupe tous les lments mcaniques permettant de coupler le rotor olien au gnrateur
lectrique arbres lent et rapide, roulements, multiplicateur, systme de commande, systme de
refroidissement, frein disque diffrent du frein arodynamique, qui permet d arrter le systme en
cas de surcharge. Le gnrateur qui est gnralement une machine synchrone ou asynchrone et
les systmes hydrauliques ou lectriques d orientation des pales frein arodynamique et de la
nacelle ncessaire pour garder la surface balaye par l arognrateur perpendiculaire la direction
du vent. A cela viennent s ajouter le systme de refroidissement par air ou par eau, un
anmomtre et le systme lectronique de gestion de l olienne.
c Le rotor
Le rotor, form par les pales assembles dans leur moyeu. Pour les oliennes destines la
production d lectricit, le nombre de pales varie classiquement de , le rotor tripale tant de loin
le plus rpandu car il reprsente un
Chapitre Etat de l art des gnratrices oliennes bon compromis entre le cot, le comportement
vibratoire, la pollution visuelle et le bruit . Il existe deux types de rotor, les rotors vitesse fixe
et les rotors vitesse variable.
c Les rotors vitesse fixe
Sont souvent munis d un systme d orientation de pales permettant la gnratrice gnralement
une machine asynchrone cage d cureuil de fonctionner au voisinage du synchronisme et d
tre connecte directement au rseau sans dispositif d lectronique de puissance. Ce systme
allie ainsi simplicit et faible cot .
c Les rotors vitesse variable
Sont souvent moins coteux car le dispositif d orientation des pales est simplifi. Les pales se
caractrisent principalement par leur gomtrie dont dpendront les performances
arodynamiques et les matriaux dont elles sont constitues actuellement, les matriaux
composites, la fibre de verre et plus rcemment la fibre de carbone sont trs utiliss car ils allient
lgret et bonne rsistance mcanique .
. Protection contre la corrosion
Les diffrentes parties de l olienne sont protges contre la corrosion par un revtement spcial
plusieurs couches. Les lments particulirement exposs aux intempries, comme par exemple le
moyeu du rotor, sont galvaniss.
. Energie cintique du vent
La turbine olienne est un dispositif qui transforme l nergie cintique du vent en nergie
mcanique. A partir de l nergie cintique des particules de la masse d air en mouvement
passent par la surface active S de la voilure. Considrons le systme olien axe horizontal
reprsent sur la figure. sur lequel on a reprsent la vitesse du V en amont de l arognrateur et la
vitesse V en aval en supposant que la vitesse du vent traversant le rotor est gale la moyenne
entre la vitesse du vent non perturb l avant de l olienne V et la vitesse du vent aprs passage
travers le rotor V soit
Chapitre Etat de l art des gnratrices oliennes
VV
, la masse d air en mouvement de densit r traversant la surface S des pales en
une seconde est
m
rSVV
La puissance Pm alors extraite s exprime par la moiti du produit de la masse et de la
diminution de la vitesse du vent seconde loi de newton.
Pm
mVV
Soit en remplaant m par son expression
Pm
rSVVVV
Figure . tube de courant autour d une olienne .
Le vent thorique non perturb traverserait cette mme surface S sans diminution de vitesse,
soit la vitesse V , la puissance Pmt correspondante serait alors
Pmt
rSV
La relation entre la puissance extraite du vent et la puissance totale thoriquement disponible
et alors
Pm Pmt
VV
VV
Chapitre Etat de l art des gnratrices oliennes Si on reprsente la caractristique
correspondante l quation cidessus figure ., on s aperoit que la ratio de
Pm Pmt
appel aussi coefficient de puissance Cp prsente un maxima
soit . c est cette limite thorique appele limite de Betz qui fixe la puissance
maximale extractible pour une vitesse de vent donne . Cette limite n est en ralit jamais
atteinte et chaque olienne est dfinie par son propre coefficient de puissance exprim en
fonction de la vitesse relative l reprsentant le rapport entre la vitesse de l extrmit des pales
de l olienne et la vitesse du vent.
Figure. coefficient de puissance
La figure. donne un aperu sur les coefficients de puissance Cp habituels en fonction de la
vitesse rduite l pour diffrents types d oliennes.
Figure. coefficient de puissance pour les diffrents types d oliennes
Chapitre Etat de l art des gnratrices oliennes
Selon la loi de Betz, la puissance maximale est
P max Pmt . Pmt
Sous cette forme, la formule de Betz montre que l nergie maximale susceptible d tre
recueillie par un arognrateur ne peut dpasser en aucun cas de l nergie cintique de la masse
d air qui le traverse par seconde de cette faon le coefficient de puissance maximal thorique
est dfini
opt Cp
P max P max . Pmt r S V
En combinant les quations , et , la puissance mcanique Pm disponible sur l arbre d un
arognrateur s exprime ainsi
Pm Pm Pmt Cp Pmt Cp l r p R V Pmt
La figure . prsente la puissance mcanique disponible en fonction de la vitesse du gnrateur
pour diffrentes vitesses de vent. Avec l
WRV
W Vitesse de rotation avant multiplicateur de vitesse K
Chapitre Etat de l art des gnratrices oliennes
Figure . Puissance mcanique disponible en fonction de la vitesse du gnrateur pour diffrentes
vitesses de vent.
La puissance mcanique Pmg disponible sur l arbre du gnrateur lectrique s exprime par
Pmg W R Cp r p R V KV
Avec W vitesse de rotation aprs multiplicateur .
. Etude comparative des machines lectriques utilises dans la production de l nergie olienne
Il existe sur le march plusieurs types de machines lectriques qui peuvent jouer le rle de
gnratrice dans un systme arognrateur qui demande des caractristiques trs spcifiques . On
dcrit dans cette tude, les principales caractristiques technologiques et concepts lis aux
arognrateurs.
.. Types de machines lectriques
Les deux types de machines lectriques les plus utilises dans l industrie olienne sont les
machines synchrones et asynchrones.
...
Gnrateur synchrone
C est ce type de machine qui est utilis dans la plupart des procds traditionnels de production
d lectricit, notamment dans ceux de trs grandes puissances centrales thermiques,
hydrauliques ou nuclaires. Les gnrateurs synchrones de kW MW utiliss dans le domaine
olien, sont bien plus chers que les gnrateur induction de la mme taille. De plus, lorsque ce
type de machine est directement connect au rseau figure., sa vitesse de rotation fixe et
proportionnelle la frquence du rseau. En consquence de cette grande rigidit de la connexion
gnrateurrseau, les fluctuations du couple capt par l aroturbine se propagent sur tout le train
de puissance, jusqu la puissance lectrique produite. C est pourquoi les machines synchrones
ne sont pas utilises dans les arognrateurs directement connects du rseau elles sont par
contre utilises lorsqu elles sont connectes au rseau par l intermdiaire de convertisseurs de
puissance figure..
Chapitre Etat de l art des gnratrices oliennes Dans cette configuration, la frquence du rseau
et la vitesse de rotation de la machine sont dcoupls. Cette vitesse peut par consquent varier
de sorte optimiser le rendement arodynamique de l olienne et amortir les fluctuations du
couple dans le train de puissance. Certaines variantes de machines synchrones peuvent
fonctionner de faibles vitesses de rotation et donc tre directement couples l aroturbine. Elles
permettent ainsi de se passer du multiplicateur, lment prsent sur la plupart des arognrateurs
et demande un important travail de maintenance .
Figure. Machine synchrone connecte directement au rseau
Figure . Machine synchrone connecte au rseau par l intermdiaire de convertisseurs de
puissance
...
Gnrateur asynchrone
La connexion directe au rseau de ce type de machine et bien plus douce grce la variation du
glissement se produisant entre le flux du stator et la vitesse de rotation du rotor. Ceci
explique pourquoi pratiquement toutes les oliennes vitesse fixe utilisent des machines
induction. Il existe deux catgories de machine asynchrone les machines asynchrones cage d
cureuil et les machines asynchrones rotor bobin.
....a Machine asynchrone cage d cureuil
Contrairement aux autres moyens traditionnels de production d nergie lectrique o l
alternateur synchrone est largement utilis, c est la gnratrice asynchrone cage d cureuil qui
quipe actuellement une grande partie des oliennes installes dans le monde.
Chapitre Etat de l art des gnratrices oliennes Ainsi pour les arognrateurs de dimensions
consquentes grande puissance et rayon de pales important , la vitesse de rotation est peu
leve. Or il n est pas envisageable de concevoir une gnratrice asynchrone lente avec un
rendement correct . Il est donc ncessaire d insrer entre la turbine et la machine asynchrone
un multiplicateur mcanique de vitesse. La plupart des applications utilisant la machine
asynchrone sont destines un fonctionnement en moteur cela reprsente d ailleurs un tiers de
la consommation mondiale d lectricit, mais cette machine est tout fait rversible et ses qualits
de robustesse et de faible cot ainsi que l absence de balais et collecteur ou de contacts
glissants sur des bagues, la rendent tout fait approprie pour l utilisation dans les conditions
parfois extrmes que prsente l nergie olienne. A titre d exemple, la caractristique
couplevitesse d une machine asynchrone deux paires de ples est donne sur la figure . . Pour
assurer un fonctionnement stable du dispositif, la gnratrice doit conserver une vitesse de
rotation proche du synchronisme point g, dans le cas de la caractristique suivante Fig.., la
gnratrice devra garder une vitesse comprise entre et tr/min. Le dispositif le plus simple et le
plus couramment utilis consiste coupler mcaniquement le rotor de la machine asynchrone l
arbre de transmission de l arognrateur par l intermdiaire du multiplicateur de vitesse et
connecter directement le stator de la machine au rseau figure .. La machine a un nombre de
paire de ples fixe et doit donc fonctionner sur une plage de vitesse trs limite glissement
infrieur . La frquence tant impose par le rseau, si le glissement devient trop important, les
courants statoriques de la machine augmentent et peuvent devenir destructeurs. La simplicit
de la configuration de ce systme aucune interface entre le stator et le rseau et pas de
contacts glissants permet de limiter la maintenance sur la machine. Ce type de convertisseur
lectromcanique est toutefois consommateur d nergie ractive ncessaire la magntisation du
rotor de la machine, ce qui dtriore le facteur de puissance global du rseau, celui ci peut tre
toutefois amlior par l adjonction de capacits reprsentes sur la figure ., qui deviennent la seule
source de puissance ractive dans le cas d un fonctionnement autonome de l olienne.
Chapitre Etat de l art des gnratrices oliennes
Figure. Caractristique couple vitesse d une machine asynchrone deux paires de ples
Figure. Connexion directe dun machine asynchrone sur le rseau
Une autre solution consiste utiliser la gnratrice asynchrone triphase car la connexion de l
olienne au rseau se fait par l intermdiaire d un dispositif lectronique de puissance figure .. L
olienne fonctionne vitesse variable, le gnrateur produit un courant alternatif de frquence
variable. L emploi de deux convertisseurs de puissance permet de dcoupler la frquence du
rseau de la frquence variable des courants de la machine par cration d un bus continu
intermdiaire. Avec une telle structure, les fluctuations rapides de la puissance gnre peuvent
tre filtres par le condensateur en autorisant une variation de la tension du bus continu sur
une plage donne .
Chapitre Etat de l art des gnratrices oliennes Les diffrents inconvnients de ce systme sont le
cot, la fiabilit de l lectronique de puissance et les pertes dans les convertisseurs de
puissance. Ces convertisseurs sont dimensionns pour de la puissance nominale de la
gnratrice, ceci augmente significativement le cot de l installation et les pertes. Une tude
conomique approfondie est ncessaire avant d adopter ce type d installation.
Figure. Eolienne connecte au rseau par l intermdiaire de deux convertisseurs de puissance
Malgr sa simplicit et ses qualits de robustesse et sont cot, la machine asynchrone cage reste
uniquement pour l utilisation dans un systme olien, lorsque elle est directement connecte au
rseau, la vitesse de rotation doit rester pratiquement constante de faon ce que la machine
reste proche de la vitesse de synchronisme. Cette restriction entrane une efficacit rduite de l
olienne aux vitesses de vent leves. Partant de ce constat, nous pouvons utiliser la machine
asynchrone double alimentation MADA comme alternative la machine cage.
....b Machine asynchrone double alimentation
Avec les gnrateurs synchrones, c est actuellement l une des deux solutions concurrentes en
olien vitesse variable . Le stator de la gnratrice est directement coupl au rseau, le plus
souvent par un transformateur. A la place du rotor cage d cureuil ces machines ont un rotor
bobin dont le rglage lectrique assure la variation du glissement .
Chapitre Etat de l art des gnratrices oliennes Actuellement, la majorit des projets oliens
suprieurs MW repose sur l utilisation de la machine asynchrone pilote par le rotor. Son circuit
statorique est connect directement au rseau lectrique. Un second circuit plac au rotor est
galement reli au rseau mais par l intermdiaire de convertisseurs de puissance. Etant donner
que la puissance rotorique qui transite est moindre, le cot des convertisseurs s en trouve
rduit en comparaison avec une olienne vitesse variable alimente au stator par des
convertisseurs de puissance. C est la raison principale pour laquelle on trouve cette gnratrice
pour la production en forte puissance. Une seconde raison est la possibilit de rgler la tension
au point de connexion o est injecte cette gnratrice .
a Structure des machines asynchrones double alimentation
La machine asynchrone double alimentation prsente un stator analogue celui des machines
triphass classiques asynchrone cage ou synchrone, constitu le plus souvent de tles
magntiques empiles, munies d encoches dans lesquelles viennent s insrer les enroulements
. L originalit de cette machine provient du fait que le rotor n est plus une cage d cureuil coule
dans les encoches d un empilement de tles, mais il est constitu de trois bobinages connectes
en toile dont les extrmits sont relies des bagues conductrices sur lesquelles viennent frotter
des balais lorsque la machine tourne figure.
Figure. Structure du stator et des contacts rotoriques de la MADA
En fonctionnement moteur, le premier intrt de la machine asynchrone rotor bobin a t de
pouvoir modifier les caractristiques du bobinage rotorique de la machine, notamment en y
connectant des rhostats afin de limiter le courant et d augmenter le couple durant le
dmarrage, ainsi que de pouvoir augmenter la plage de variation de la vitesse.
Chapitre Etat de l art des gnratrices oliennes Plutt que de dissiper l nergie rotorique dans des
rsistances, l adjonction d un convertisseur entre le bobinage rotorique et le rseau permet de
renvoyer cette nergie sur le rseau nergie qui est normalement dissipe par effet joule dans les
barres si la machine est cage, le rendement de la machine est ainsi amlior, c est le principe
de la cascade hypo synchrone .
Figure. Cascade hypo synchrone
Il existe plusieurs technologies de la machine asynchrone double alimentation et plusieurs
dispositifs d alimentation sont envisageables. Chaque structure a ses inconvnients et ses
avantages.
a. Double alimentation par le stator
Pour raliser une double alimentation par le stator, la machine asynchrone est munie de deux
bobinages statoriques distincts figure.
Figure. Machine asynchrone double bobinage statorique
Chapitre Etat de l art des gnratrices oliennes
Un bobinage statorique de la gnratrice est directement connect au rseau et constitue le
principal support de transmission de l nergie gnre. En agissant sur les tensions appliques au
second bobinage statorique, la vitesse de la gnratrice est contrle autour d un point de
fonctionnement. Ce second enroulement sera appel enroulement d excitation. Ce dernier
possde un autre nombre de paire de ples que celui du premier bobinage. L enroulement d
excitation a donc une masse de cuivre gnralement infrieure, car seule une partie du courant
nominal de la gnratrice y circule. Cet enroulement est connect des convertisseurs
lectroniques de puissance qui sont dimensionns pour une fraction de la puissance nominale
de la turbine, le cot s en trouve rduit. Le convertisseur de puissance connect l enroulement d
excitation permet de contrler le flux statorique de la machine le glissement peut tre ainsi
contrl et donc la vitesse de la gnratrice. En augmentant le flux, les pertes au rotor
augmentent, le glissement aussi. En diminuant le flux, les pertes diminuent et le glissement
galement. Un second convertisseur est ncessaire pour crer le bus continu. Comme les
machines asynchrones ont un facteur de puissance faible cause de l inductance
magntisante, le convertisseur reli au rseau peut tre command de manire minimiser la
puissance ractive. Comme pour toutes les machines asynchrones double alimentation, la
puissance nominale du convertisseur de puissance est proportionnelle au glissement
maximum. Il a t vrifie que cette structure gnre des puissances fluctuantes sur le rseau
induisant ce qu on appelle des flickers.
a. Double alimentation par le stator et le rotor
La structure de conversion est constitue d une gnratrice asynchrone rotor bobin entrane par
une turbine olienne figure. Pour expliquer le principe de fonctionnement, ont nglige toutes les
pertes. En prenant en compte cette hypothse, la puissance p est fournie au stator et traverse
l entrefer une partie de cette puissance fournir, g p , est retrouve sous forme de puissance
mcanique le reste gp sort par les balais sous forme de grandeurs alternatives de frquence g.
f . Ces grandeurs, de frquence variable, sont transformes en nergie ayant la mme frquence
que le rseau lectrique, auquel elle est renvoye, par l intermdiaire du deuxime convertisseur.
Ce rseau reoit donc g p les bobinages du rotor sont donc accessibles grce un
Chapitre Etat de l art des gnratrices oliennes systme de balais et de collecteurs figure.. Une
fois connect au rseau, un flux magntique tournant vitesse fixe apparat au stator. Ce flux
dpend de la reluctance du circuit magntique, du nombre de spires dans le bobinage et donc
du courant statorique.
Figure. Schma de principe d une machine asynchrone rotor bobin pilote par le rotor
Figure. Schma de la machine asynchrone rotor bobin avec des bagues collectrices
La configuration lectrique d un arognrateur a une grande influence sur son fonctionnement.
Le fait qu une olienne fonctionne vitesse fixe o vitesse variable dpend par exemple de cette
configuration. Les avantages principaux des deux types de fonctionnement sont les suivants
b Applications des machines asynchrones double alimentation
La premire application de la MADA et le fonctionnement moteur sur une grande plage de
variation de la vitesse. Dans les machines synchrones classiques et asynchrones cage, la
vitesse de rotation est directement dpendante de la frquence des courants des bobinages
statoriques. La solution classique permettant alors le fonctionnent vitesse variable consiste
faire varier la
Chapitre Etat de l art des gnratrices oliennes frquence d alimentation de la machine. Ceci est
gnralement ralis par l intermdiaire d un redresseur puis d un onduleur commande. Ces deux
convertisseurs sont alors dimensionns pour faire transiter la puissance nominale de la
machine. L utilisation d une MADA permet de rduire la taille de ces convertisseurs d environ
en faisant varier la vitesse par action sur la frquence d alimentation des enroulements
rotoriques . Ce dispositif est par consquent conomique et, contrairement la machine
asynchrone cage, il n est pas consommateur de puissance ractive et peut mme tre
fournisseur. La mme philosophie peut tre applique au fonctionnement en gnratrice dans
lequel l alimentation du circuit rotorique frquence variable permet de dlivrer une frquence fixe
au stator mme en cas de variation de vitesse.
c Fonctionnement en gnratrice vitesse variable
La figure . donne la configuration de fonctionnement de la machine asynchrone double
alimentation dont le stator est reli directement au rseau et dont le rotor est reli au rseau par l
intermdiaire d un convertisseur structure de Scherbius PWM , PRES est la puissance dlivre
au rseau ou fournie par le rseau , PS La puissance transitant par le stator , PR la puissance
transitant par le rotor , et PMEC la puissance mcanique .
Chapitre Etat de l art des gnratrices oliennes
Figure . Quadrants de fonctionnement de la machine asynchrone double alimentation
Lorsque la machine fonctionne en moteur, la puissance est fournie par le rseau. Si la vitesse
de rotation est infrieure au synchronisme, la puissance de glissement est renvoye sur le
rseau, c est la cascade hypo synchrone. En mode moteur hyper synchrone, une partie de la
puissance absorbe par le rseau va au rotor et est convertie en puissance mcanique. En
fonctionnement gnrateur, le comportement est similaire, la puissance fournie la machine par
le dispositif qui l entrane est une puissance mcanique. En mode hypo synchrone, une partie
de la puissance transitant par le stator est rabsorbe par le rotor. En mode hyper synchrone,
la totalit de la puissance mcanique fournir la machine est transmise au rseau aux pertes prs.
Une partie de cette puissance correspondant g.PMEC est transmise par l intermdiaire du
rotor. Pour une utilisation dans un systme olien, les quadrants et sont intressants. En effet si
la plage de variation de vitesse ne dpasse pas en de ou au del de la vitesse de
Chapitre Etat de l art des gnratrices oliennes synchronisme ce qui reprsente un compromis
entre la taille du convertisseur et la plage de variation de vitesse , la machine est capable de
dbiter une puissance allant de , , fois la puissance nominale le convertisseur est alors
dimensionn pour faire transiter uniquement la puissance de glissement cestdire au maximum
, fois la puissance nominale de la machine . Il est alors moins volumineux, moins coteux,
ncessite un systme de refroidissement moins lourd et gnre moins de perturbation que s il est
plac entre le rseau et le stator d une machine cage.
d Fonctionnement vitesse fixe
Systme lectrique plus simple, plus grande fiabilit, peu de probabilit d excitation des
frquences de rsonance des lments de l olienne, pas besoin de systme lectrique de
commande, moins cher. Il existe plusieurs types de gnratrices utilises dans le
fonctionnement vitesse variable reprsents par le tableau suivant Gnratrices utilises Machine
asynchrone en autonome Caractristiques Ncessit de capacits d auto excitation pour
magntiser la machine. Machine asynchrone cage dbitant sur un rseau Machine double
alimentation ou MADA Machine synchrone aimants permanents MSAP Machine rluctance
variable MRV Obligation de fonctionner au voisinage du synchronisme
.
Autorise le fonctionnement vitesse variable Bon rendement, faibles puissances, adapte aux
faibles vitesses mais prix lev. Permettant de supprimer totalement ou partiellement le
multiplicateur de vitesse.
e Intrt de la MADA
Le principal avantage de la MADA est la possibilit de fonctionner vitesse variable. Les
machines asynchrones vitesse fixe doivent fonctionner au voisinage de la vitesse de
synchronisme car la frquence est impose par le rseau. La vitesse du rotor est quasi
Chapitre Etat de l art des gnratrices oliennes constante. Le systme de la MADA permet de
rgler la vitesse de rotation du rotor en fonction de la vitesse du vent. En effet la MADA
permet un fonctionnement en gnratrice hypo synchrone et hyper synchrone. On arrive ainsi
extraire le maximum de puissance possible. Lintrt de la vitesse variable pour une olienne est
de pouvoir fonctionner sur une large plage de vitesses de vent, et de pouvoir en tirer le
maximum de puissance possible, pour chaque vitesse de vent .
. Conclusion
Dans ce chapitre une synthse bibliographique a t prsente et qui concerne les diffrents types
oliennes avec leurs constitutions et leurs principes de fonctionnements. Aprs un rappel des
notions lmentaires ncessaires la comprhension de la chane de conversion de l nergie
cintique du vent en nergie lectrique, on prsente les machines lectriques et leurs applications
ainsi que leur adaptation un systme olien. A la fin de ce chapitre on prsente la structure de la
machine asynchrone double alimentation, son application et son intrt.
CHAPITRE
Modlisation et tude du systme de conversion
Chapitre Modlisation et tude du systme de conversion
CHAPITRE
Modlisation et tude du systme de conversion
. Introduction
La modlisation de la chane de conversion olienne est une tape primordiale dans la
comprhension du systme olien. Cette tape permet de premier lieu d abord de comprendre le
comportement dynamique et l interaction lectromcanique de la gnratrice. Avec le modle
appropri, nous pouvons nous orienter facilement une commande optimale.
Dans ce chapitre, on s intresse essentiellement la modlisation de la turbine olienne. Notre
choix se porte sur la gnratrice asynchrone double alimentation de part sa robustesse, qui a t
justifie dans le premier chapitre. Nous modliserons la chane de conversion olienne vide.
Nous verrons ensuite la modlisation et la commande en MLI de l onduleur en tension ainsi
que la turbine. Des rsultats de simulation permettront de juger l efficacit de ce modle.
. Hypothses simplificatrices
Pour ltude de la gnratrice asynchrone double alimentation idalise, on introduit les hypothses
simplificatrices suivantes Lentrefer est dpaisseur uniforme et leffet dencochage est
ngligeable. La saturation de circuit magntique, lhystrsis et les courant de Foucault sont
ngligeables. Les rsistances des enroulements ne varient pas avec la temprature et on nglige
leffet de peau. On admet de plus que la f.m.m cre par chacune des armatures est rpartition
sinusodale. Parmi les consquences importantes de ces hypothses, on peut citer Ladditivit
des flux. La constance dinductances propres. La loi de variation sinusodale des inductances
mutuelles entre les enroulements du stator et du rotor en fonction de langle de leurs axes
magntiques.
. Modlisation des machines asynchrones double alimentation
La machine est reprsente par six enroulements dans l espace lectrique l angle qe repre l axe
d une des phases rotoriques par rapport l axe fixe de la phase statorique. Les flux sont
CHAPITRE
Modlisation et tude du systme de conversion
compts positivement selon les axes des phases Les sens des enroulements sont reprs
conventionnellement par un point ., un courant de signe positif entrant par ce point cre un
flux positif dans l enroulement. Voire figure.
Figure. Reprsentation de la machine asynchrone triphase dans l espace lectrique
.. Modle et Identification des paramtres de la machine Le modle de la MADA est quivalent au
modle de la machine asynchrone cage d cureuil. A cet effet, lors de cette modlisation, on
assimile la cage dcureuil un bobinage triphas voir figure . La seule diffrence rside dans le fait
que ces enroulements ne sont plus systmatiquement en courtcircuit, par consquent les
tensions triphases rotoriques du modle que lon rappelle ciaprs, ne sont pas nulles.
Figure Schma de principe dune machine asynchrone rotor bobin.
Rappel du modle triphas de la MADA a Equations lectriques Les quations lectriques en
notation matricielle , , sont
CHAPITRE
Modlisation et tude du systme de conversion
Pour le stator
V sa Rs V sb Rs V sc Rs I sa f sa d I sb dt f sb I sc f sc I ra f ra d I rb dt f rb I rc f rc
Pour le rotor
Vra Rr Vrb Vrc Rr Rr
b Equations des flux Une matrice des inductances tablit la relation entre les flux et les
courants. Les quations sous forme matricielle seront reprsentes comme suit ,
f sa f L s sb f sc I sa I ra I sb M sr I rb I sc I rc
De faon similaire on aura au rotor
f ra f L r rb f rc I ra I sa I rb M rs I sb I rc I sc
Avec
ls Ms Ms Ls Ms ls Ms Ms Ms ls lr Lr Mr Mr Mr lr Mr Mr Mr lr
Et
cos q e cos q e p / cos q e p / cos q e p / M sr M rs cos q e cos q e p / cos q e p / cos q e p /
cos q e
c L quation mcanique L expression gnrale du couple est
Ge
td i L i dq
CHAPITRE
Modlisation et tude du systme de conversion
Avec Et
i isa
isb
isc
ira
irb
irc
t
L M sr L s M L sr r
J dW Ge Gc dt
L quation mcanique dcoule Et
p Nous constatons la complexits des quations lectriques et l quation mcanique de la
machine asynchrone qui ne peuvent tre facilement exploites cause des dimensions des
matrices entrant dans les calculs et de la dpendances de la matrice inductance vis vis de la
position de l axe rotoriques par rapport l axe statorique, qui est variable dans le temps.
W
wr
. Changement de repre
Le but d un changement de repre est de rendre l criture des quations lectriques et mcanique
plus simple exploiter. Dans notre tude nous avons utilis la transformation de Park
. La transformation de Park
La modlisation de la machine asynchrone s effectue en partant du systme trois axes dit rel,
difficilement identifiable exprimentalement vers celui de Park deux axes. Voir figure .
Pq
Figure . Reprsentation de la machine asynchrone triphase dans le repre de Park.
CHAPITRE
Modlisation et tude du systme de conversion
Les tensions rotorique Vran , Vrbn , Vrcn et les tensions statoriques Vsan , Vsbn , Vscn sont
transformes en composantes directes et en quadratures Vrd , Vrq , V sd , V sq . Les tensions
de rotor et stator sont
V ran Vrd V P q r .V rbn rq V rcn
V san V sd V P q s .V sbn sq V scn
Pq est la matrice de Park modifie dfinie par
Pq
cosq sin q
p p cosq cosq p p sin q sin J
Les quations dynamiques de la machine sont exprimes par df sd w s f sq dt df sq Vsq Rs isq
w sf sd dt Vsd Rs i sd df rd w r f rq dt df rq Vrq Rr irq w r f rd dt Vrd Rr ird
Rs et Rr sont respectivement les rsistances des bobinages statoriques et rotoriques, Ls , Lr
et M sr sont respectivement les inductances propres statoriques, rotoriques et la mutuelle
inductance entre les deux bobinages.
CHAPITRE
Modlisation et tude du systme de conversion
f sd , f sq ,f rd , f rq sont les composantes directes et en quadratures des flux statoriques et
rotoriques
f sq Ls f rq Msr f sd Ls f Msr rd Msr i sq Lr irq
Msr isd Lr ird
Le couple lectromagntique dvelopp par la machine est
C em p
M sr f sd i rq f sq ird Ls
. Modlisation de l onduleur Il existe plusieurs structures de conversion utilises dans la
machine double alimentation comme la structure de Kramer qui a utilis un pont diodes et un
pont thyristors , ainsi que la structure qui consiste remplacer les onduleurs commutation
naturelle composs de thyristors, par des onduleurs commutations forces. Une autre structure
intressante est celle avec convertisseur MLI utilise dans les travaux de Salma El Aimani , qui
consiste en l utilisation de deux ponts triphass d IGBT commandables par la modulation de
largeur d impulsions. Pour simplifier l tude supposons que La commutation des interrupteurs
est instantane, la chute de tension aux bornes des interrupteurs est ngligeable,cad
K ci c ,,, i ,
la charge est quilibre couple en toile avec neutre isol.
Un onduleur de tension est donn par la figure . On a, donc
I Kci ,VKci Interrupteur ouvert,
I Kci , V Kci Interrupteur ferm.
CHAPITRE
Modlisation et tude du systme de conversion
Figure . Schma d un onduleur de tension
Les tensions composes Vab , Vbc , Vca sont obtenues partir de ces relations
Vab V ao Vob V ao Vbo Vbc Vbo Voc Vbo Vco V V V V V co oa co ao ca
Vao , Vbo et Vco sont les tensions d entres de l onduleur ou tensions continues. Elles sont
rfrences par rapport un point milieu o d un diviseur fictif d entre. On peut crire les relations de
Charles, comme suites
Vao V an Vno Vbo Vbn V no V V V cn no co
Van , Vbn et Vcn sont les tensions des phases de la charge valeurs alternatives, Vno est la
tension de neutre de la charge par rapport au point fictif o . Du systme Van , Vbn , Vcn quilibr
dcoule la relation suivante Van Vbn Vcn La substitution de dans aboutit
Vno .Vao Vbo Vco
En remplaant dans , on obtient
CHAPITRE
Modlisation et tude du systme de conversion
Van Vao Vbo Vco Vbn Vao Vbo Vco Vcn Vao Vbo Vco
Donc, l onduleur de tension peut tre modlis par une matrice T assurant le passage continu
alternatif.
V AC T . Vdc
Tel que
V AC Van Vbn Vcn T Vdc Vao Vbo Vco T Vdc U dc S S S T
Donc, pour chaque bras il y a deux tats indpendants. Ces deux tats peuvent tre considrs
comme des grandeurs boolennes. Commutation suppose idale S i ou La matrice de transfert
est la suivante T
i ,,.
Dans notre travail, la commande des interrupteurs de l onduleur est ralise par l utilisation de
la commande MLI modulation par largeur d impulsion figure .
CHAPITRE
Modlisation et tude du systme de conversion
Figure . Reprsentation les signaux de l entr du commande MLI
Figure. Reprsentation les signaux de sortie du commande MLI
Figure. Reprsentation la tension de l onduleur
CHAPITRE
Modlisation et tude du systme de conversion
. Modlisation de la turbine olienne .. Hypothses simplificatrices pour la modlisation mcanique
de la turbine La partie mcanique de la turbine qui sera tudie, comprend trois pales
orientables et de longueur R , fixes sur un arbre d entranement tournant une vitesse W
turbine qui est reli un multiplicateur de gain G . Ce multiplicateur entrane une gnratrice
lectrique figure .
Figuer. Systme mcanique de l olienne
Les trois pales sont considres de conception identique et possdent donc la mme inertie J
pale la mme lasticit K b le mme coefficient de frottement par rapport l air db
CHAPITRE
Modlisation et tude du systme de conversion
Ces pales sont orientables et possdent un mme coefficient de frottement par rapport au
support f pale . Les vitesses d orientations de chaque pale sont notes b b , b b , b b .
...
.
Chaque pale reoit une force Tb , Tb , Tb qui dpend de la vitesse du vent, qui lui applique . L
arbre d entranement des pales est caractris par son inertie J h son lasticit K h son coefficient
de frottement par rapport au multiplicateur Dh
Le rotor de la gnratrice possde une inertie un coefficient de frottement dg
Ce rotor transmet un couple Cg entranant la gnratrice lectrique qui tourne une vitesse W mec
. Si on considre une rpartition uniforme de la vitesse du vent sur toutes les pales, on aura
une galit des forces de pousses Tb Tb Tb . On peut simplifier l ensemble des trois pales
comme un seul systme mcanique caractris par la somme de toutes les caractristiques
mcaniques. La conception arodynamique des pales et leurs coefficients de frottement par
rapport l air db est trs faible, donc on peut l ignor. De mme, la vitesse de la turbine est trs
faible, les pertes par frottement sont ngligeables par rapport aux pertes par frottement du cot
de la gnratrice. On obtient alors un modle mcanique comportant deux masses figure dont la
validit par rapport au modle complet a dj t vrifie .
Figure . Modle mcanique simplifie de la turbine
CHAPITRE
Modlisation et tude du systme de conversion
.. Modlisation de la turbine Le dispositif tudi ici, est constitu d une turbine olienne comprenant
des pales de longueur
R entranant une gnratrice travers un multiplicateur de vitesse de gain G figure .
Figure . Schma de la turbine olienne
La puissance du vent ou la puissance olienne est dfinie de la manire suivante
Pv
avec
r .S .v
r densit de l air approxim. , kg / m la pression atmosphrique C
S surface circulaire balaye par la turbine le rayon du cercle est dtermin par la
longueur de pale.
v vitesse du vent.
La puissance arodynamique apparaissant au niveau du rotor de la turbine s crit alors
Paer C p Pv C p l , b
r .S .v
Le coefficient de puissance C p reprsente le rendement arodynamique de la turbine olienne.
Il dpend de la caractristique de la turbine , . La figure reprsente la variation de ce coefficient
en fonction du rapport de vitesse l et de l angle de l orientation des pales b .
CHAPITRE
Modlisation et tude du systme de conversion
Le rapport de vitesse est dfini comme le rapport entre la vitesse linaire des pales et la vitesse
du vent
W turbine .R v
l
W turbine est la vitesse de la turbine.
Figure . Coefficient arodynamique en fonction du ratio de vitesse de la turbine
A partir de relevs raliss sur une olienne de . MW , l expression du coefficient de puissance a t
approche pour ce type turbine, par l quation suivante . p .l . C p . . b . sin . . .l b . .b
b L angle de l orientation des pales.
Connaissant la vitesse de la turbine, le couple arodynamique est donc directement dtermin
par C aer Paer r.S .v Cp. . W turbine W turbine
CHAPITRE
Modlisation et tude du systme de conversion
.. Modle du multiplicateur Le multiplicateur adapte la vitesse lente de la turbine la vitesse de
la gnratrice figure . Ce multiplicateur est modlis mathmatiquement par les quations suivantes
Cg C aer G W mec G
W turbine
.. Equation dynamique de l arbre La masse de la turbine olienne est reporte sur l arbre de la
turbine sous la forme d une inertie J turbine et comprend la masse des pales et la masse du
rotor de la turbine. Le modle mcanique propos considre l inertie totale J constitue de l inertie
de la turbine reporte sur le rotor de la gnratrice et de l inertie de la gnratrice.
J
J turbine Jg G
Il est noter que l inertie du rotor de la gnratrice est trs faible par rapport l inertie de la turbine
reporte par cet axe. A titre illustratif, pour une olienne Vestas de MW, une pale a une
longueur de m et pse . tonnes . L quation fondamentale de la dynamique permet de
dterminer l volution de la vitesse mcanique partir du couple mcanique total C mec appliqu au
rotor
J dW mec C mec dt
o J est l inertie totale qui apparat sur le rotor de la gnratrice. Ce couple mcanique prend en
compte le couple lectromagntique C mec produit par la gnratrice, le couple des frottements
visqueux C vis et le couple issu du multiplicateur Cg C mec Cg C em C vis
Le couple rsistant d aux frottements est modlis par un coefficient de frottements visqueux
f
C vis f .W mec
CHAPITRE
Modlisation et tude du systme de conversion
Le schma synoptique du modle dynamique de la turbine bas sur ces quations, est donn par
la figure suivante
Figure . Schma bloc du modle de la turbine
L entranement dune machine lectrique par un systme olien constitue une chane de
conversion complexe dans laquelle le couple mcanique prsent sur larbre de transmission,
dpend uniquement de la vitesse du vent et de lventuelle prsence dun dispositif dorientation
des pales. Le vent tant par nature imprvisible et prsentant des variations importantes, le
couple rsultant prsente des ondulations dont il est ncessaire de tenir compte dans ltude de la
gnration dlectricit par olienne. Partant de ce constat, la machine courant continu est destine
reproduire le comportement dune olienne vitesse variable . Par cette corrlation on remplace
dans notre tude le modle de la turbine par le modle de la MCC.
CHAPITRE
Modlisation et tude du systme de conversion
. Schma de simulation
Figure. schma de simulation, en SIMULINK sous MATLAB, du modle de la MADA dans le
repaire lie au stator
CHAPITRE
Modlisation et tude du systme de conversion
. Rsultats de la simulation
Figure . Evolution du couple lectromagntique en fonction du temps ce.N/m
Figure . Evolution de la vitesse en fonction du temps
CHAPITRE
Modlisation et tude du systme de conversion
Figure . Courants statoriques la sortie de la gnratrice dans le rfrence li au stator
Figure . Tensions statoriques la sortie de la gnratrice dans le rfrence lie au stator
CHAPITRE
Modlisation et tude du systme de conversion
Figure . tensions rotoriques de la gnratrice dans le rfrence li au stator
Figure . courants rotoriques de la gnratrice dans le rfrence li au stator
CHAPITRE
Modlisation et tude du systme de conversion
. Interprtation
Pour le fonctionnement en charge de la gnratrice, les rsultats de la simulation enregistrs
montrent la dlicatesse de la modlisation de la MADA, en outre, les diffrentes figures ,
certifient la prsence de plusieurs modulations oscillations en rgime permanent due la
mauvaise estimation de la position de l angle de charge. Les figure , concernent
respectivement les tensions statoriques apparaissants aux bornes du stator de la MADA qui
certifient la prsence de plusieurs modulations oscillation avec diffrentes frquences Les
tensions rotoriques apparaissants aux bornes du rotor de la MADA sont alternatives de
pulsation w r .
. Conclusion
Dans ce chapitre nous avons d abord modlis la MADA, puis prsenter et modliser l onduleur
ainsi que la turbine olienne, avec ses diffrents lments utilisant multiplicateur. Ce modle a t
labor sous MATLAB, afin de voir son efficacit. Aprs la validation de ce modle, il est possible
maintenant d laborer et raliser la commande de systme. C est le but du prochain chapitre. un
Le programme MARC.exe
file///E/html/bgpfr/bibliotheque/marcexe.shtml
MJ du
Free software for Windows bits platforms
PRESENTATION
Le programme MARC.exe permet de traduire un fichier de notices au format UNIMARC ou
USMARC ou MARC en fichier texte suivant les usages pour la prsentation des donnes.
MARC.exe est un programme GRATUIT pour windows bits, ventuellement prvu pour
fonctionner en mode shell cest dire dans une fentre MSDOS. Vous pouvez tlcharger la
dernire version ICI
LANCEMENT DU PROGRAMME MARC.exe
Supposons un fichier de notices MARC demo.marc
. LANCEMENT EN MODE COMMANDE
Dans une fentre shell lancer la commande
MARC demo.marc
La commande sexcute et le logiciel cre un fichier dont le nom est identique celui de la ligne
de commande, avec lextension supplmentaire .txt Pour lexemple prcdent, le fichier se
nomme demo.marc.txt que vous pouvez ouvrir depuis lexplorateur de windows en
doublecliquant sur le nom. Il contient les notices au format gnrique voir lextrait ciaprs.
s sz a dfre d a br. cCHF . a b aSLB cSLB aClade, JeanLouis aSi la comt mtait conte
bhistoire de la FrancheComt / cJeanLouis Clade aYens sur Morges etc. bEditions Cabdita, c
a p. bill. c cm aCollection Archives vivantes aBibliogr. aArchives vivantes a asb b/ c a b cN
. LANCEMENT DEPUIS LEXPLORATEUR DE WINDOWS
Depuis lexplorateur de windows vous avez maintenant possibilites dutilisation du logiciel
sur
//
Le programme MARC.exe
file///E/html/bgpfr/bibliotheque/marcexe.shtml
MARC.exe. Vous pouvez lancer MARC.exe automatiquement lors de la consultation dun
fichier MARC en associant le programme aux diffrentes entensions des fichiers qui vous
intressent voir .. ciaprs. Cette mthode vous permet de crer un fichier texte contenant touts les
notices du fichier MARC et ainsi de consulter les notices avec un simple diteur de texte. A
partir de la version du logiciel, vous pouvez aussi utiliser le programme en mode interactif.
Comme avec le mode dcrit prcdemment, vous pouvez crer un fichier texte contenant les
notices. Ce mode vous permet aussi de consulter une une les notices dun fichier MARC et
dextraire des notices vers un autre fichier MARC voir .. ciaprs.
.. LANCEMENT PAR UN FICHIER MARC DEPUIS LEXPLORATEUR DE WINDOWS
Avant de pouvoir lancer automatiquement le programme MARC.exe depuis lexplorateur de
windows lors de la slection dun fichier MARC, il est ncessaire dinscrire le programme dans
les registres pour les extensions des fichiers MARC que vous utilisez. Linscription dans les
registres doit tre effectue par des personnes qualifies. Placer le programme MARC.EXE
dans le rpertoire de votre choix. Vous devez prvoir que le programme devra rester dans un
endroit fiable du systme. Il faut le placer dans un rpertoire du genre CWINDOWS ou
CProgram Files. Depuis lexplorateur de windows doublecliquer sur un fichier UNIMARC ou
MARC de vtre choix. Lexplorateur de windows vous demande Ouvrir avec... Vous devez
alors donner la description du type de fichier Fichier MARC convient trs bien. Puis vous
devez slectionner le programme qui permettra cette action, en loccurrence MARC.exe. Si
cest la premire association avec le programme en question, vous devez utiliser le bouton
Autre... pour spcifier le programme en le cherchant avec lexplorateur. Noubliez pas de
cocher Toujours utiliser ce programme pour ouvrir ce type de fichier . Vous devez alors
valider votre slection avec le bouton OK.
sur
//
Le programme MARC.exe
file///E/html/bgpfr/bibliotheque/marcexe.shtml
Lexplorateur de windows est maintenant prt excuter vos commandes.
Lorsque vous doublecliquez depuis lexplorateur de windows sur un fichier dont le nom est
termin par lextension slectionne, le programme MARC.exe est lanc. Il cre, dans le rpertoire
courant, un fichier dont le nom est le mme que celui qui a t slectionn suivi de lextension .TXT
Par exemple Depuis lexplorateur de windows, si vous doublecliquez sur le fichier demo.marc
et que lextension .marc ait t prpare, le programme MARC.exe va crer le fichier
demo.marc.txt. Ce fichier est un fichier texte, vous pouvez le consulter avec tous les
traitements de texte Wordpad par exemple. Lopration dassignation des extensions doit tre
rpte pour toutes les extensions possibles des fichiers MARC que vous utilisez. Lextension
MARC des fichiers du programme BIBLIOTHEQUE est .marc Lextension UNIMARC des
fichiers du programme BIBLIOTHEQUE est .unimarc En assignant les extensions des
fichiers supports par MARC.exe dans lexplorateur de windows, vous pouvez traduire les
fichiers et les consulter par simple clic de souris.
.. LANCEMENT DE MARC.EXE DEPUIS LEXPLORATEUR DE WINDOWS
Depuis lexplorateur de windows ou depuis un raccourci, lancer le programme MARC.exe
sans aucune option.
sur
//
Le programme MARC.exe
file///E/html/bgpfr/bibliotheque/marcexe.shtml
Fentre principale et unique du programme MARC.exe Dans la fentre affiche, vous devez
slectionner un des boutons quotChange ... Filequot, puis depuis lexplorateur de windows,
vous slectionnez un fichier MARC et vous le glissez sur le fentre du programme MARC.exe.
Une fois le fichier en entre identifi quotInput Filequot, vous pouvez convertir ce fichier en
fichier texte avec ou sans index numrotation, le numro dindex vous permet de reconnaitre les
notices recherches pour lexportation. Si vous souhaitez exporter des notices en format
MARC, il est ncessaire de slectionner un fichier en sortie quotOUTput Filequot. Vous devez
slectionner une notice du fichier en entre en cliquant sur une des flches de direction, ou en
slectionnant une valeur numrique dans la zone prvue cet effet. Aprs validation avec la touche
Entre du clavier si vous avez saisi une valeur numrique, la notice est affiche dans la fentre.
Un clic sur le bouton EXPORT et la notice est ajoute en format MARC en fin du fichier en
sortie. Vous pouvez quot volontquot changer le fichier en entre et/ou le fichier en sortie.
Tlcharger le programme MARC.exe
Docs sur UNIMARC amp MARC quotrcupresquot sur internet format PDF. Unimarc Abrg
Unimarc en anglais Unimarc dcriptage Unimarc MARC concise formats
sur
//
Le programme MARC.exe
file///E/html/bgpfr/bibliotheque/marcexe.shtml
Tout en tant parfaitement oprationnels, les programmes voluent toujours. Nhsitez pas me
contacter en cas de bug important. Retour
sur
//
CHAPITRE
Les diffrentes mthodes de commande de la MADA
Chapitre Les diffrentes mthodes de commande de la MADA
CHAPITRE
Les diffrentes mthodes de commande de la MADA
Introduction Lutilisation de la machine asynchrone double alimentation a fait lobjet de
nombreuses investigations, tant en fonctionnement moteur quen fonctionnement gnrateur.
Le but de ces dispositifs est dans la plupart des cas damener le glissement la valeur dsire
avec le meilleur rendement possible en alimentant les enroulements rotoriques par un
dispositif redresseur onduleur .
Dans ce chapitre nous allons prsenter ltat de lart du domaine en regroupant lensemble des
articles ou contenus douvrages, que nous avons choisi pour commencer notre tude. A
chaque fois, nous tcherons de prsenter dans quelle configuration de commande lauteur sest
plac, quelle a t sa thmatique de recherche et si il y a eu validation exprimentale ou non. Dans
le bilan que nous prsenterons ensuite, nous donnerons quelques mthodes de commande
utilises dans la machine asynchrone double alimentation.
CHAPITRE
Les diffrentes mthodes de commande de la MADA
. Etude bibliographique Cette catgorie dtudes est la plus riche au regard de notre mmoire.
Effectivement, comme nous devons dvelopper une stratgie de commande, nous avons t
particulirement attentif leurs contenus. D. Arsudis tudie une MADA dont le stator est reli au
rseau triphass et le rotor un onduleur de tension GTO, lui mme aliment par un redresseur de
tension. Cet article propose ltude de la MADA en tant que gnrateur vitesse variable. Lauteur
propose de contrler les puissances actives et ractives statoriques la fois en rgimes
permanent et transitoire. La mthode de contrle adopte est celle du champ orient. Lauteur
introduit un courant magntisant statorique, lorientation du champ est ensuite choisie de faon
caler la rotation du repre sur ce courant magntisant dfini. Les courbes exprimentales
prsentent les puissances actives et ractives. Ces rsultats attestent des performances du
contrle propos. Ces courbes ont t obtenues sur un moteur de kW. J. Bendl tudie le contrle
dune MADA dont le stator est reli au rseau et le rotor un onduleur indpendant. Il vise des
applications destines la gnration dlectricit travers lhydraulique ou lolien. Lauteur propose
dans cette tude une nouvelle stratgie permettant un contrle indpendant des squences
positives et ngatives des courants statoriques. Cela a pour consquence une immunit accrue
du facteur de puissance face aux perturbations du rseau et un contrle plus flexible pour
chacun des trois courants statoriques. Seuls des rsultats de simulation des courants,
tensions et puissances statoriques et rotoriques sont donns. Ils attestent des bonnes
performances du contrle adopt. R. Datta , fait une comparaison des performances dune
MADA utilise en gnratrice. Cette tude concerne une MADA dont les enroulements
statoriques sont relis un rseau triphas tandis que les enroulements rotoriques sont connects
un onduleur de tension. Cette tude se place dans le contexte de la gnration lectrique dans
les systmes oliens. Lauteur compare cette solution aux deux autres envisageables . solution
vitesse variable avec une machine asynchrone rotor bobin ,
CHAPITRE
Les diffrentes mthodes de commande de la MADA
. solution vitesse fixe avec une machine cage. La comparaison est effectue sur les critres
suivants complexit du systme mettre en oeuvre, zones de fonctionnement, et quantit dnergie
disponible la sortie. La conclusion de cet article est que le systme le plus simple mettre en
oeuvre est le systme vitesse variable utilisant une MADA. Lauteur constate quen matire de
rcupration dnergie, la MADA est meilleure que les deux autres solutions grce au maintien de
son couple maximal sur une plus grande plage de vitesse. Un autre avantage mis en relief
est la rduction de la puissance donc du prix des convertisseurs mettre en oeuvre. D.
Forchetti , considre une MADA dont le rotor est connect un onduleur. Le stator est par
consquent reli au rseau triphas. Ltude se focalise sur un fonctionnement en mode gnrateur
de la MADA. Il propose un contrle vectoriel bas sur lorientation du flux statorique. Les deux
variables de contrle sont les deux courants rotoriques direct et en quadrature, et les
variables de sortie sont la frquence et lamplitude de la tension statorique. Des rsultats
exprimentaux sont ensuite prsents. Les courbes des tensions et courants statoriques sont
prsentes et commentes. Les tests exprimentaux ont t raliss sur une machine de , kW. R.
Ghosn , considre le cas dune MADA fonctionnant en mode moteur dont le stator et le rotor
sont relis deux onduleurs diffrents. Ils sont eux mmes relis un redresseur commun. Dans son
mmoire de thse, il se fixe deux objectifs assurer une rpartition des puissances entre le stator
et le rotor, mettre en oeuvre une stratgie de contrle orientation de flux statorique.
Afin de parvenir son deuxime objectif, il introduit un courant magntisant, fruit de laddition dun
courant rotorique et dun courant statorique. Compte tenu du fait que cette fois ci les deux
cots de la machine sont aliments par deux alimentations indpendantes, les quations de
transfert rsultantes pour les courants sont du type quotdeuxime ordrequot. Les termes de
couplage, indispensables compenser, sont simples et dfinis partir du fonctionnement en
rgime permanent. Afin de pouvoir valider lensemble de sa stratgie, il applique le principe de
rpartition des puissances aux modles de contrle proposs par Morel,, et par Lecocq, , et
compare ainsi les rsultats de simulation obtenus.
CHAPITRE
Les diffrentes mthodes de commande de la MADA
La deuxime partie de son mmoire propose une nouvelle stratgie dobservation de la vitesse
base sur la mthode MRAS Model Rfrence Adaptive System. Il prsente enfin en dernire partie
une tude exprimentale de son travail ralis sur une maquette de , kW de la socit ALSTHOM
de Belfort. W. Hofmann fait une tude des variables de la MADA dont les enroulements
statoriques sont connects au rseau tandis que les enroulements rotoriques sont relis un
onduleur. Il propose une application olienne fonctionnement gnrateur de la MADA et par
consquent une courbe de couple mcanique disponible en fonction de la vitesse. Il part de
lhypothse que sa machine est pilote par un contrle vectoriel bas sur lorientation du flux
statorique. Il analyse par les simulations des variations des courants, des pertes et des flux.
Il dmontre que son contrle, qui doit minimiser les pertes, est performant. B. Hopfensperger ,
propose ltude dune MADA dont les enroulements statoriques sont relis un rseau triphas, le
rotor est aliment par un onduleur. Il se place dans un fonctionnement en mode moteur et vise
des applications ncessitant une variation de vitesse de rotation. Il adopte une stratgie de
contrle de type champ orient. Lorientation du repre est choisie suivant le flux statorique. Il se
propose ensuite de montrer quelques rsultats exprimentaux avec et sans capteur de
position. Il est particulirement intressant de constater que lauteur propose deux faons de
dterminer langle de rotation du repre tournant la premire est base sur la mesure et
lexpression des courants statoriques dans un repre tournant, la deuxime ncessite la mesure
des puissances active et ractive statoriques.
Il propose ltude de deux machines asynchrones rotor bobin dont les axes rotoriques sont
coupls la fois mcaniquement et lectriquement entre eux principe de la cascade hypo ou
hyper synchrone . Dans cet article, lauteur explore une faon de contrler ce systme en
essayant de satisfaire les principes gnraux du contrle vectoriel rfrence de couple, de vitesse,
de puissance active et de puissance ractive. Des rsultats exprimentaux peuvent tre consults.
Il sagit des courbes exprimentales des variations de vitesse, des courants statoriques et des
puissances active et ractive statoriques. Dans un autre article , lauteur reprend ltude
prcdente mais en appliquant cette fois ci la thorie du champ orient au flux commun rotorique
alors que dans ltude prcdente il avait choisi un flux statorique. A nouveau, des rsultats
exprimentaux sont prsents. Il sagit
CHAPITRE
Les diffrentes mthodes de commande de la MADA
des courbes exprimentales des variations de vitesse, des courants statoriques et des
puissances active et ractive statoriques. Ltude de Y. Kawabata est trs proche de la
configuration que nous souhaitons tudier le stator et le rotor de sa MADA sont connects deux
onduleurs indpendants. Les deux onduleurs de tension sont aliments par deux redresseurs
indpendants. Le modle global dans lespace dtat de la machine dans un rfrentiel quelconque
est donn. Les courants sont les variables dtat et les tensions dalimentation composent le
vecteur de commande. Ce qui est ensuite remarquable, cest que lauteur va simplifier son
modle dtat de faon faire apparatre des termes coupls et dautres dcoupls. Pour cela il arrive
exprimer son premier modle dtat en plusieurs vecteurs facteurs de deux matrices particulires
la matrice unit et une matrice appele J, matrice unit antidiagonale. Il en dduis que tous les
lments multiplis par la premire matrice ne font pas apparatre de couplage entre les axes de
son repre tournant, alors que ceux multiplis par la deuxime J prsentent des couplages entre
axes. Par un jeu de simplification bas sur lanalyse prcdente, il tablit un modle dtat ou un
courant magntisant et un courant contrlant le couple apparaissent pour chaque cot de la
machine et peuvent tre contrls indpendamment. Des courbes exprimentales de
lasservissement ralis partir de cette modlisation viennent appuyer ces dmonstrations.
Lauteur prsente les courbes de rponse de la consigne de vitesse applique et des courants.
La validation exprimentale a t mene sur une machine de , kW. Z. Krzeminski prsente une
mthode de contrle dune MADA sans capteurs. Nous sommes encore dans le cas o les
enroulements statoriques de la machine sont relis un rseau triphas tandis que le rotor est reli
un onduleur. Lauteur saffranchit de la mesure par capteurs des courants rotoriques car il
utilise la mthode PLL Phase Locked Loop qui lui permet de synchroniser la phase des
courants rotoriques sur celle des tensions statoriques. Deux types diffrents de contrles sont
ensuite appliqus, il sagit dabord dun contrle des courants rotoriques par hystrsis et ensuite
de lutilisation dun rgulateur de courant de type prdictif. Il compare ensuite les rsultats de ces
deux mthodes de contrle par simulation et exprimentation. Les rsultats exprimentaux prsents
sont les courbes de rponses des puissances actives statoriques et rotoriques. Les rsultats
sont bien entendu trs satisfaisants
CHAPITRE
Les diffrentes mthodes de commande de la MADA
pour les deux types de contrle avec tout de mme des rsultats sensiblement meilleurs pour le
contrle prdictif des courants. D. Lecocq prsente des rsultats de simulations dune MADA dont
le stator et le rotor sont connects des onduleurs indpendants. Il propose dadopter la thorie du
champ orient appliqu au flux statorique. Il choisit donc dimposer la vitesse, le flux, le facteur
de puissance et le glissement. Il prtend pouvoir les contrler la fois, en rgimes permanent et
transitoire. Dans lauteur explique comment procder un contrle indirect du flux du mme
systme. Il part du principe que la MADA offre quatre degrs de libert le flux, le couple, la
frquence rotorique, et le facteur de puissance. Il choisit alors le flux dentrefer et introduit un
courant magntisant. Celui ci est proportionnel au flux dentrefer. Ensuite, il formule les trois
autres relations liant les courants avec une des grandeurs contrler. Il dfinit les quatre
rgulateurs de courant mettre en oeuvre. Des rsultats exprimentaux sont prsents, il sagit des
rponses du flux statorique, de la vitesse, et des tensions et courants statoriques. M.
Machmoum propose une tude des performances dune MADA en rgime permanent. Son tude
sinscrit dans le cadre des applications vitesse variable, que le fonctionnement soit en moteur
ou en gnrateur. Il sagit dune MADA dont le stator est reli au rseau et le rotor un
cycloconvertisseur considr comme une source de courant. Pour la stratgie de commande,
lauteur choisit daligner laxe d de son repre tournant avec le courant rotorique. Il souhaite
ensuite contrler les courants rotoriques et langle de dphasage de la tension stator par
rapport son repre, il le nomme angle de charge. Lexpression analytique du couple peut alors
tre scinde en deux parties, une partie due au courant rotorique et lautre due linteraction entre
les alimentations stator et rotor. Les rsultats exprimentaux qui prsentent les rponses du
courant rotorique en fonction de langle de dcalage en rgime permanent, permettent de
conclure quune alimentation en courant est prfrable pour le contrle de la MADA. Dans une
autre tude trs proche , lauteur se focalise sur une alimentation en tension au rotor. Le modle
ainsi obtenu est simple dutilisation et minimise le nombre de paramtres ayant une influence
sur ltat en rgime permanent de la MADA, par rapport une alimentation en tension. Cette fois,
le repre tournant est associ au vecteur tension statorique. Une analyse de lexpression
analytique du couple en rgime permanent permet de constater
CHAPITRE
Les diffrentes mthodes de commande de la MADA
que le couple dpend de trois paramtres le glissement, le rapport entre les amplitudes des
tensions statoriques et rotoriques et le dphasage entre les deux sources de tensions. Des
rsultats de simulations sont prsents. Il sagit des courbes de variation du couple, des courants
statoriques et rotoriques en fonction des diffrentes valeurs que peuvent avoir les paramtres
dfinis le rapport des tensions, langle de dphasage entre le vecteur tension statorique et le
vecteur tension rotorique, etc... L. Morel fait ltude dune MADA dont le stator est reli au rseau
et le rotor un onduleur. Il assure quune telle disposition permet de dimensionner la puissance
du convertisseur utilis au rotor de la puissance mcanique maximale. Il propose deffectuer un
contrle de type champ orient. Afin dobtenir un moteur ou un gnrateur vitesse variable, il
propose de passer par trois phases diffrentes pour amener la vitesse du moteur de zro sa
vitesse nominale mode I, on dmarre le moteur avec les enroulements statoriques en
courtcircuit, mode II, on connecte le stator sur le rseau, mode III, la MADA est alimente
tension et frquence fixe au stator et par un convertisseur au rotor. Le fonctionnement du
systme durant les diffrents modes est dmontr avec validation par des rsultats exprimentaux.
Il sagit des rponses en vitesse de la MADA, des courbes de rponse des courants et des
tensions rotoriques. R. Pena tudie une MADA fonctionnant en gnrateur dont les
enroulements statoriques sont relis un rseau triphase et dont les enroulements rotoriques
sont relis un onduleur. La charge mcanique entranant le rotor est un moteur diesel. Il
propose dadopter un contrle indirect du flux statorique via un courant magntisant lui mme
rgul par les courants rotoriques. Loriginalit de ltude rside dans le fait que lauteur tente
dutiliser le moins de carburant possible en rgulant la vitesse de lensemble suivant une
courbe optimale de vitesse en fonction de la charge. Une rgulation de type quotflouequotest
alors utilise pour la boucle de rgulation de vitesse. Des rsultats de simulation qui prsentent
les rponses de la vitesse, des courants ou de la consommation de carburant, attestent du
bon comportement de lensemble. Cet article sinscrit dans la notion de contrle en vue
doptimisation globale du systme.
CHAPITRE
Les diffrentes mthodes de commande de la MADA
S. Peresada , prsente ses travaux de recherche portant sur une MADA dont les
enroulements statoriques sont relis au rseau, le rotor est quant lui connect un onduleur de
tension. Lauteur place son tude dans le contexte dun fonctionnement en mode gnrateur. Il
propose de faire une rgulation quotasymptotiquequot des puissances active et ractive
statoriques par le biais dune rgulation des courants actif et magntisant statoriques. Il se
place dans un repre tournant li la tension statorique. Pour rester dans le cas le plus gnral
possible, il prcise quil ne ngligera pas les termes rsistifs. Il dmontre travers des tests
exprimentaux et des simulations que le systme est robuste face des variations paramtriques
et face une erreur de la mesure de la position mcanique du rotor. Il conclut en prcisant que
pour lui ce systme est aussi bon dans la gnration dnergie que pour la traction condition que
les domaines de vitesse soient trs proches de la vitesse de synchronisme. G. Poddar
effectue une tude trs similaire celle que nous pensons mener il considre un systme dont le
stator et le rotor sont connects des onduleurs indpendants, le fonctionnement moteur est
dabord envisag. Il propose de contrler deux courants statoriques avec la mthode du champ
orient, tandis quune loi statique V/f sera implante au rotor permettant ainsi de contrler le flux
et la pulsation rotorique. Il prsente aussi une nouvelle loi de frquence permettant une
indpendance de la rponse du systme vis vis des variations paramtriques. Il conclut en
dmontrant que le double de la puissance nominale du moteur est atteint pour une vitesse de
rotation de la machine valant le double de la vitesse nominale. Des rsultats exprimentaux
sont prsents. Nous pourrons ainsi consulter les courbes de rponse des flux statoriques, des
courants statoriques et rotoriques ainsi que de la vitesse pour diffrents couples de charge. F.
Poitiers , tudia une MADA en vue de lappliquer des systmes de type olien. Les enroulements
statoriques sont donc connects sur le rseau triphas tandis que le rotor est reli un onduleur.
Afin dtablir une commande de type vectorielle, lauteur propose dutiliser un rfrentiel tournant li
au flux statorique. Ltude porte ensuite sur la comparaison entre un correcteur de type PI
classique et un correcteur de type RST. Ces correcteurs sont mis en oeuvre de faon contrler
les variables essentielles du systme savoir le flux statorique et le couple. Les simulations
effectues permettent danalyser les rponses temporelles des variables. Les critres qui
permettent danalyser ces rponses sont la recherche de la puissance active
CHAPITRE
Les diffrentes mthodes de commande de la MADA
optimale, ladaptation face une variation de vitesse brutale, la robustesse face aux variations
des paramtres lectriques. Les rponses donnes par les deux rgulateurs sont ainsi compars.
Les conclusions dvoilent que les deux types de rgulations conduisent des rsultats quivalents.
Le rgulateur RST donne des meilleurs rsultats en terme de robustesse vis vis des variations
paramtriques, que cellesci soient mcaniques ou lectriques. Ltude que prsente D. Ramuz
porte sur une MADA dont les enroulements statoriques et rotoriques sont aliments par deux
onduleurs indpendants. Lauteur propose dutiliser cette configuration pour un fonctionnement
moteur dans des applications telles que la traction ou la quotpremire transformation de
lacierquot. Afin de contrler sa MADA, lauteur utilise un contrle vectoriel orientation de flux.
Dans un premier temps il prsente des rsultats exprimentaux avec un contrle bas sur un repre
tournant li au flux statorique, dans un deuxime temps, le contrle est bas sur une orientation
du repre suivant le flux dentrefer. Les rsultats prsents sont la vitesse, les courants
statoriques et rotoriques. Ces rsultats exprimentaux ont t obtenus sur une maquette dont le
moteur a une puissance de , kW. A. Sapin, , utilise un onduleur trois niveaux du cot rotorique
de la MADA dont les enroulements statoriques sont relis au rseau. Londuleur multi niveaux
NPC va piloter la machine en vue de lappliquer aux usines de pompage et dextraction. Les
principaux avantages que prsente lauteur pour valider sa proposition sont la rduction du
nombre de transformateurs utiliser, lutilisation dun onduleur trois niveaux avec un facteur de
puissance unitaire
cos j .
Les rsultats de simulations des rgimes transitoires montrant les courants, les tensions, le
couple et la vitesse appuient ces conclusions. A. M Walczyna, , tudie une MADA dont les
enroulements statoriques sont connects un rseau triphase et le ct rotorique un onduleur de
tension contrl en courant. Lauteur sintresse des applications pour la gnration dnergie
lectrique. Il prsente les rsultats de simulations des dynamiques des courants dune MADA. Il
adopte un contrle de type champ orient, le repre tant li la tension statorique. Lauteur choisit
de travailler dans lespace dtat en adoptant le flux stator et le courant rotor comme variables
dtat. Les variables contrler sont le couple, et la puissance ractive statorique.
CHAPITRE
Les diffrentes mthodes de commande de la MADA
Pour lauteur, lintrt principal dun control en courant de la MADA rside dans le fait que le
couple ne dpend plus de la vitesse ou du glissement mais dpend uniquement de lamplitude
et de la frquence des courants rotoriques. Quelques exemples exprimentaux viennent
confirmer la simulation. Il sagit des rponses de la vitesse, des flux statoriques, rotoriques et
dentrefer ainsi que des courants. Dans une autre tude , lauteur reprend ltude prcdente en
modlisant la machine dans un repre tournant li la tension rotorique. Il affirme que la structure
commander est ainsi plus simple. Afin damliorer les performances dynamiques et statiques
de la MADA, lauteur propose lanalyse de linfluence du couplage d aux courants de laxe
oppos, au sein des termes de compensation relatifs aux quations rotoriques. Une
comparaison est ensuite faite par rapport ses prcdents travaux. S. Wang , prsente les
rsultats de simulation dune MADA dont les enroulements statoriques sont connects un rseau
triphas. Le bobinage rotorique est aliment par un onduleur de tension. Lauteur envisage
dappliquer son tude un fonctionnement moteur ou gnrateur vitesse variable. La stratgie de
contrle retenue pour cette tude est de type champ orient, le repre tournant tant orient suivant
le flux dentrefer. Un courant magntisant contrler est ainsi introduit. Lauteur propose une
mthode de compensation des oscillations de flux permettant damliorer les performances
dynamiques du systme. Il dfinit une relation liant la drive du flux dentrefer au courant
rotorique dans laxe d . Il constate que la dynamique de ce courant influence la dynamique du
flux, il propose donc dagir l dessus afin de compenser les oscillations de flux observes. L. Xu
, fait ltude dune MADA dont seul le ct rotorique est reli un onduleur indpendant. Le cot
statorique est reli au rseau triphas. Il propose une stratgie de commande originale sans
capteur de position mcanique du rotor. Lauteur effectue un contrle des courants rotoriques.
La stratgie de commande retenue est de type champ orient, le repre tournant est choisi de
faon tre li au flux dentrefer. La position angulaire du rotor est obtenue par une expression
faisant intervenir les courants et tensions rotoriques mesures. Des courbes exprimentales
viennent corroborer les rsultats de simulations prsentes. Il sagit des courbes de vitesse, de
puissance ractive et bien entendu une courbe de comparaison entre langle mcanique estim
et mesur.
CHAPITRE
Les diffrentes mthodes de commande de la MADA
Dans ce panel darticles traitant de stratgies de commande pour toutes les configurations de
MADA, il nous semble important de retenir les articles , , et . Ils traitent dune configuration de
MADA deux onduleurs de tension. Les stratgies de commande sont, dans trois cas, des
contrles vectoriels et dans le dernier cas un retour dtat. En plus de cette tude, nous allons
dfinir quelques mthodes de commandes utilises pour la MADA pour nous permettre de nous
positionner afin de spcifier la commande choisie lors de notre travail.
. Quelques mthodes de commande utilises dans la MADA
.. la commande de la machine asynchrone double alimentation avec quatre boucles de
rgulation Les grandeurs de commande sont, dans le cas dune commande vectorielle
classique, le plus souvent la vitesse et le flux entranant le classique problme de lestimation
du flux. Mais certains modes de fonctionnement spcifiques amnent choisir dautres
grandeurs. Cest le cas du dispositif de la Figure o la vitesse W , la tension du bus DC U Dc ,
le facteur de puissance, ct stator k s et ct ligne k , sont contrls . Cette structure permet de
contrler le facteur de puissance de linstallation sur les quatre quadrants de fonctionnement.
En revanche, une telle commande ncessite une boucle interne de rgulation du couple et par
consquent une mesure ou une bonne estimation de celuici. Cette boucle de rgulation peut
ventuellement tre remplace par le coefficient de proportionnalit liant le couple au courant
rotorique daxe d. Cette solution est plus simple mettre en oeuvre mais ncessite une bonne
prcision du coefficient liant les deux grandeurs.
CHAPITRE
Les diffrentes mthodes de commande de la MADA
Figure . MADA avec quatre boucles de rgulation
.. la commande de la machine asynchrone double alimentation avec des convertisseurs
statorique et rotorique La prsence dun convertisseur plac entre le stator et le rseau en plus
du convertisseur rotorique a galement t envisage . Cette structure permet dobtenir une plage
de variation de vitesse plus leve que dans le cas dun convertisseur unique au rotor jusqu ,
fois la vitesse nominale. La taille des convertisseurs est limite grce une optimisation des
puissances qui traversent chacun de ces convertisseurs . La configuration de ce dispositif
est prsente sur la Figure . Malgr lavantage de pouvoir faire varier facilement la vitesse sur
une large plage, ce systme ncessite un nombre dinterrupteurs statiques important. La
commande de ces interrupteurs, les capteurs de mesure et les cartes dentres / sorties en
font un systme assez lourd concevoir. De plus, la puissance dissipe par le convertisseur
statorique est importante, ce qui augmente son cot et la taille des radiateurs des
semiconducteurs.
CHAPITRE
Les diffrentes mthodes de commande de la MADA
Figure . MADA avec convertisseurs statorique et rotorique
.. Commande par la logique floue de la machine asynchrone double alimentation Cette
technique de commande est applique au rglage de vitesse de la machine asynchrone double
alimentation MADA. En , E. H. MAMDANI a prsent pour la premire fois, la technique de
rglage par la logique floue et conoit le premier contrleur flou. Ce contrleur est construit autour
d un organe de dcision manipulant des rgles subjectives et imprcises comme celles du
langage courant qui, appliques au systme, peuvent le contrler. L obtention de ces rgles auprs
des experts qui connaissent bien le systme est facile.
MACVICAR
et WHELAN ont fait une analyse sur les bases de rgles de KING et de MAMDANI et
ont propos une matrice des rgles qui possde deux entres, l erreur et sa variation, en se
basant sur les deux principes suivants , Si la sortie rgler est gale la valeur dsire et la variation
de l erreur est nulle, la commande sera maintenue constante, Si la sortie rgler diverge de la
valeur dsire, l action sera dpendante du signe et de la valeur de l erreur et de sa variation.
Ces mthodes permettent de formuler un ensemble de dcisions en termes linguistiques,
utilisant les ensembles flous pour dcrire les amplitudes de l erreur, de sa variation et de la
commande approprie. En combinant ces rgles, nous pouvons tracer des tables de dcision
CHAPITRE
Les diffrentes mthodes de commande de la MADA
permettant de donner les valeurs de la sortie du contrleur correspondant aux situations d intrt
.
Dans le cas du rglage par la logique floue, sont utilises en gnral, des formes trapzodales et
triangulaires pour les fonctions d appartenance. Bien q ils n existent pas de rgles prcises
pour la dfinition des fonctions d appartenance, quelques directives gnrales sont donnes, afin
de conduire un choix convenable . En ce qui concerne les variables d entre, il faut viter des
lacunes ou un chevauchement insuffisant entre les fonctions d appartenance de deux
ensembles voisins. En effet, cela provoque des zones de nonintervention du rgulateur zones
mortes, ce qui conduit le plus souvent une instabilit du rgulateur. Pour la variable de sortie, la
prsence des lacunes entre les fonctions d appartenance admissibles, mme souhaites, cela
aboutit une simplification notable de la dtermination de l abscisse du centre de gravit.
La figure prsente la structure globale du rglage de la vitesse en quatre rgulateur flous de la
MADA s sont des rgulateurs flous .
Figure . Structure globale du rglage de la vitesse par la logique floue de la MADA
CHAPITRE
Les diffrentes mthodes de commande de la MADA
Tous les rgulateurs sont du mme type rgulateur de type
MAMDANI
trois classes, et
possdent les mmes fonctions d appartenance. La diffrence rside seulement dans les gains
de normalisation facteurs d chelle. La commande par la logique floue de la MADA Ce choix a
t justifi par la capacit de la logique floue traiter l imprcis, l incertain et le vague. En effet, pour
le contrleur flou, l imprcision des paramtres du systme est contre par le fait de manipuler des
labels variables linguistiques, dont les bornes ne sont pas rigides, et permet aux entres dans
les intervalles dtermins par ces derniers. De plus, les liens entre ces labels, effectus par le
biais de rgles, sont souples et autorisent des changements suivant le comportement du
systme. Une caractristique trs importante des systmes flous, est l emploi de diffrents types d
infrences permettant de diversifier les moyens pour contrler le systme. Ces qualits de
robustesse, de simplicit et de souplesse les placent parmi les commandes les plus convoites
par l industrie, en vue d une implmentation rapide et peu coteuse. .. La commande scalaire
de la MADA
Pour qu une installation puisse fonctionner dans des bonnes conditions, il est indispensable
de
maintenir sa tension et sa frquence dans les limites tolres dfinies par le concepteur par
exemple . Dans ce qui va suivre nous allons fixer la frquence Hz pour des vitesses variables
d entranement, consquence de la variation de la vitesse du vent. L quation de tension du
stator est la suivante
u s R s i s Ls
di s Es dt
Ou E s est la fem force lectromotrice dpendante du courant inject dans le rotor, elle est
exprime comme suit
E s M sr di r jq e jM sr .w.ir .e jq dt dir dt
De , nous pouvons galement prsenter l quation tension du rotor comme suit
v r u r E r R r i r Lr
ou Er est la fem du rotor dpendant du courant du stator en charge exprime par
E r M sr di s jq e jM sr .w.is .e jq dt
CHAPITRE
Les diffrentes mthodes de commande de la MADA
Nous considrons que cette fem induite Er au rotor comme une perturbation car elle dpend du
courant statorique i s qui est un courant de charge et de la vitesse de rotation vitesse du
vent. En consquence la stratgie de commande doit tre conue de telle faon rejeter cette
perturbation et la tension du stator est doit tre maintenue ou rgle sa valeur nominale. En
utilisant et , nous pouvons crire la fonction de transfert complexe cause effet entre la tension
du rotor et celle du stator comme suit
Es
vr e
vv
jq
M sr R r
s jw T s r
d s indique l oprateur de drivation s dt
Comme mentionn cidessus, la tension du stator doit tre maintenue constante pour n importe
quelle charge. Ainsi la rgulation est ralise telle que
vs u s E s v s u s Du s i s E s
ou
di Avec, Du s i s Rs i s Ls s DL perturbation ch arg e dt
Du s is est une chute de tension de stator due la charge perturbation avec les hypothses de
rgulation prcdentes, devient simplifie
v s M sr s jw v r Rr Tr s
Si l oprateur s du numrateur dans est remplac par calcul direct de la drive du courant du rotor
de , alors nous pouvons donner un autre schma bloc de la mme fonction de transfert , appele
fonction de transfert complexe de la MADA en anglais, DFIGCF , ou MADA complex transfer
function , ce qui est illustr par la figure
CHAPITRE
Les diffrentes mthodes de commande de la MADA
Figure . la fonction de transfert complexe de la GADA
La figure montre que la chute de tension et la drive de la frquence du stator sont provoques
par le courant du stator et la vitesse de rotation, qui sont considrs comme des perturbations.
Par consquent nous pouvons voir clairement qu on peut contrler la tension du stator par celle
du rotor. En rgime harmonique, on peut prendre s jw r , dans ce cas sera rcrite comme suit M
v r Rr vs
jw s jw T r r
Ou , w s w r w
Comme expos cidessus, la tension du stator peut tre contrle par la tension injecte au rotor,
pour qu elle soit maintenue constante. La valeur de la tension du stator est directement
mesure par
U s U sa U sb
U sa , U sb Les tensions dans le repaire lie au stator
De la position du vecteur tension de stator dans le plan de Concordia, on dduit u sa q s
arccos et donc la frquence du stator peut tre estime par U s dq s ws dt Les expressions et
fournissent les deux variables contrler. La figure prsente la commande scalaire de la MADA
ou deux contrleurs PI sont employs.
CHAPITRE
Les diffrentes mthodes de commande de la MADA
Figure . Implantation de la commande scalaire de tension de la MADA
Conclusion Ce chapitre a permis de prsenter les diffrentes mthodes de commande de la
machine asynchrone double alimentation. Afin de mieux comprendre les avantages que peut
prsenter ces mthodes, nous avons analys les possibilits quelle offrait la commande de la
MADA. Des mthodes de commande de la MADA prsentes dans la littrature ont t prsentes et
analyses afin de montrer les points forts et les points faibles de chaque mthode. La mthode
finalement choisie pour lutilisation de la MADA dans un systme olien dans notre tude, est
une commande vectorielle en puissances active et ractive statoriques.
CHAPITRE
Commande vectorielle flux statorique orient
Chapitre Commande vectorielle flux statorique orient
CHAPITRE
Commande vectorielle flux statorique orient
. Introduction
Dans cette partie, nous expliquons la commande vectorielle d un MADA rotor bobin aliment
par un onduleur de tension, lequel dans notre tude est suppos idal. De nombreuses
variantes de ce principe de commande seront prsentes dans ce chapitre. Ces variantes
peuvent tre classifies suivant l orientation du repre dq sur Le flux rotorique. Le flux statorique.
Le flux d entrefer.
Dans le cadre de ce chapitre, nous dveloppons la commande vectorielle de la gnratrice
asynchrone double alimentation MADA avec orientation du repre dq suivant le flux
statorique. Cette commande se dcompose en deux parties Le contrle des courants
rotoriques. Le dcouplage ou compensation.
Pour tablir la commande vectorielle de la gnratrice, on considre l hypothse simplificatrice que
les enroulements statoriques ou rotoriques de la machine sont supposs triphass quilibrs,
donc toutes les composantes homopolaire sont nulles. Ensuite, on calcule le rgulateur
ncessaire pour la commande, et enfin on termine par les rsultats de la simulation qui signifier
la validation de commande.
. Types de commande vectorielle
L utilisation de la commande vectorielle des machines asynchrones double alimentation
dans les applications dans l nergie olienne ncessite une haute performance dynamique
concernant la commande du couple et de la vitesse. . Pour cela, nous devons connatre, avec
exactitude, le vecteur flux statorique amplitude et phase. Deux mthodes ont t dveloppe soit
La commande vectorielle directe. La commande vectorielle indirecte.
CHAPITRE
Commande vectorielle flux statorique orient
.. Commande vectorielle directe Le flux rotorique est mesur partir de capteurs effet Hall placs
sous les dents du stator. Ces capteurs donnent des valeurs locales du flux. Il faut ensuite
traiter ces valeurs pour obtenir le flux global. Cette mthode prsente des inconvnients au
niveau de la fiabilit de la mesure soit Le problme de filtrage du signal mesur. La mesure varie
en fonction de la temprature. Le cot de production est lev. Capteurs, conditionneurs, filtre, .
Cette commande n est donc pas optimale. .. Commande vectorielle indirecte A cause des
inconvnients vus dans la prcdente commande, la commande vectorielle indirecte est
considre comme plus pratique. Dans cette commande, les courants rotorique sont estims
partir de la mesure des puissances active et ractive. . Cette mthode reprsente pourtant un
inconvnient qui est la sensibilit de l estimation aux variations des paramtres de la machine
due la saturation du circuit magntique et la variation de la temprature.
. Contrle par orientation de flux
.. Choix de la position du rfrentiel Les expressions suivantes reprsentent le couple
lectromcanique instantan
Ce P f rq i rd f rd i iq
Ce PM i sq i rd i sd i rq
Ce P I r f r Ce PM I r I s Ce P M L Ir fs s f I s Ce P M r Lr f f Ce P s r s s M
Ce P M L f sq i rd f sd i rq s Ce P M L f rd i sq f rq i sd r
Ce P s s M f rd f sq f rq f sd
CHAPITRE
Commande vectorielle flux statorique orient
Ces quations conduisent la mme diversit dans le choix de la position du rfrentiel qui, dans
tous les cas, doit tre mis profit pour rduire la commandabilit et retrouver ainsi un rglage s
identifiant celui du moteur courant continu. Ainsi, l observation des quations prouve que le
choix d orientations qui consiste aligner l un des flux statorique ou rotorique sur un axe du
repre, annule la composante de ce mme flux sur l autre axe, donc la f..m de rotation induite
correspondante l quation associe peut donc devenir linaire et faciliter ainsi l laboration de la
loi de commande. Toutefois, la commande est une opration complexe car le rfrentiel tourne
la vitesse du champ et il apparat des f..m de rotation donnant la machine son caractre de
processus multi variable couplage non linaire. Il est possible d orienter les diffrents flux de la
machine comme suit Flux rotorique Flux statorique Flux d entrefer
frd fr ,frq f sd f s , f sq f gd f g ,f gq
On peut conclure que la conception du contrle vectoriel par orientation du flux ncessite un
choix du rfrentiel judicieux. . La commande vectorielle par orientation du flux statorique La
particularit de la MADA est qu elle possde deux courants contrler directement savoir ird , irq
et deux courants contrls indirectement isd , isq . En salignant sur le repre li au champs
tournant, nous pouvons crire les quations des tensions statorique et rotoriques de la machine
comme suit, , , df sd w s f sq dt df sq Vsq Rs isq w sf sd dt Vsd Rs i sd df rd w r f rq dt df rq
Vrq Rr irq w r f rd dt Vrd Rr ird
CHAPITRE
Commande vectorielle flux statorique orient
En orientant un des flux, le modle obtenu de la MADA se simplifie et le dispositif de
commande qui en rsulte l est galement. Un contrle vectoriel de cette machine a t conu en
orientant le repre de Park pour le flux statorique suivant l axe q soit constamment nul
fsq
Une simplification des quations de la machine est obtenue alors Vsd Rs isd Ls
.
dfsd dt
Vsq Rs isq w s fsd df rd w r f rq dt df rq Vrq Rr irq w r f rd dt Vrd Rr ird
A partir des quations des composantes direct et quadrature du flux statorique voir chapitre,
on obtient les expressions suivantes des courants statoriques
i sd
fs
Ls
M sr ird Ls
M i sq sr irq Ls
Ces courants statoriques sont remplacs dans les quations des composantes direct et en
quadrature des flux rotoriques voir chapitre
frd Lr
M sr M M .ird sr fsd Lr .s .ird sr fsd Ls Ls Ls
M sr .irq Lr .s .irq Ls
frq Lr . .irq
s est le coefficient de dispersion entre les enroulements d et q
s M sr Ls .Lr
En remplaant les expressions des composantes directe et quadrature des courants
statoriques
dans l quation , puis les expressions des composantes directe et quadrature
des flux rotoriques et dans les quations , on obtient
CHAPITRE
Commande vectorielle flux statorique orient
Vsd
Rs R df f sd s . M sr .ird sd Ls Ls dt
R Vsq s .M sr i rq w s .f sd Ls
dird M sr df sd w r Lr s i dt Ls dt rq di rq
Vrd Rr ird s Lr
M Vrq Rr irq s Lr w r Lr s ird w r sr f sd dt Ls
En notant les f..m suivantes
eq Lr .wr .s .irq
ed Lr .wr .s .ird
M sr dfsd . Ls dt
ef wr .
M sr .fsd Ls
Les quations deviennent alors
dird eq dt rq dirq Vrq Rr irq s Lr ed ef dt Vrd Rr ird s Lr
Le couple a pour expression
Cem p.fsd .isq fsq .isd
Avec une orientation du flux statorique telle que fsq , on obtient une expression simplifie
Cem p.fsd .isq
Le courant isq ne pouvant tre directement contrl, en utilisant l quation , on fait apparatre la
composante en quadrature du courant rotorique dans l expression du couple
lectromagntique
CHAPITRE
Commande vectorielle flux statorique orient
Cem p
M sr fsd irq Ls
On voit que le couple lectromagntique est proportionnel au courant irq si le flux est maintenu
constant. Le courant irq sera variable par action sur la tension Vrq . Le flux peut tre contrl le
rglage du courant ird . Ce dernier est devient variable par action sur la tension Vrd . On peut
dduire irq , ird partir de Vrq , Vrd si en considrant le convertisseur parfaitement command Vrd
Vrd ref et Vrq Vrq ref La figure donne la reprsentation simplifie sous forme de schma de bloc
du rgulation de courant. Il existe d autres stratgies de commande vectorielle dont les
grandeurs contrler sont la vitesse, la tension du bus continu et le facteur de puissance cot
stator . Ces structures permettent de contrler le facteur de puissance de l installation sur les
quatre quadrants de fonctionnement. En revanche, une telle commande ncessite une boucle
de rgulation interne du couple et donc une bonne estimation de celui ci.
Figure . Rgulation des courants rotoriques
CHAPITRE
Commande vectorielle flux statorique orient
Dans notre cas d tude, nous avons considr comme grandeurs contrler, les courants
rotoriques. Afin de dterminer la rfrence de la composante directe et en quadrature du courant
rotorique, nous pouvons les dterminer partir des puissances active et ractive.
. Relations entre puissances statoriques et courants rotoriques
Dans un repre diphas quelconque, les puissances active et ractive statoriques dune machine
asynchrone scrivent , ,
p V sd i sd V sq i sq Q V sq i sd V sd isq
En crira l quation sous la forme matricielle.
p Vsd Q V sq Vsq isd . Vsd isq
isd i sq
Vsd V sq
Vsq Vsd
p.Q
Vsd isd Vs i V sq sq V s
Vsq Vs p . Vsd Q Vs
Donc a partir de en peut dduire les courants statoriques. isd V Vsd p sq Q Vs Vs VSq
V isq p sd Q Vs Vs
Les composants directe et en quadrature du courants rotoriques peuvent tre dtermines partir
des composantes du courant statorique . En remplaant les expressions des composantes
directe et quadrature des courants statoriques
dans l quation , on obtient
CHAPITRE
Commande vectorielle flux statorique orient
V Vsq f L ird sd p Q s . s V Vs Ls M sr s VSq L V isq p sd Q . s V Vs M sr s
La consigne de puissance ractive sera maintenue nulle de faon garder un facteur de
puissance unitaire ct stator. La consigne de puissance active permettra la machine de
fonctionner la puissance maximale confrant le meilleur rendement possible au systme olien.
Un essai en boucle ouverte sera pralablement ralis en simulation afin de dterminer la
caractristique donnant la vitesse de rotation de la machine en fonction de la puissance de
rfrence impose par la rgulation. La figure donne la reprsentation sous forme de schma bloc
de la commande vectorielle flux statorique orient de la MADA.
Figure . Schma bloc de la commande vectorielle flux statorique orient de la MADA
CHAPITRE
Commande vectorielle flux statorique orient
. Calcul des rgulateurs Le rle des rgulateurs de chaque axe est dannuler lcart entre les
courants direct et en quadrature de rfrence et les courants active et ractive mesurs.
Rappelons que la synthse des rgulateurs sera effectue sur la base du modle simplifi de la
Figure
Figure . Commande vectorielle directe de la machine asynchrone double alimentation
La mthode d approche de simulation simple pour analyse de la stabilit et des performances
dynamiques du systme est d introduire un rgulateur PI en boucle ferme.
Dans notre cas la fonction de transfert correspond aux rgulateurs R et R figure est
ki p avec k p le gain proportionnel du rgulateur
. C p k p ki le gain intgrateur du rgulateur
Figure . Schma bloc du correcteur PI
CHAPITRE
Commande vectorielle flux statorique orient
D aprs l quation la fonction de transfert du processus associe ce correcteur et la suivante
figure k ft p t p Rr sTr p
Figure . Schma fonctionnel de contrle des courants
La fonction de transfert en boucle ouverte s crit k k k p i p ftbo t p kp p ki ftbo k i k p t p Si on
pose ki t , la fonction de transfert en boucle ouverte devient kp
ftbo
ki k p
La fonction de transfert en boucle ferme sexprime alors par ki k p ftbf ki k pTr p ftbf p ki k p
Le terme t dsigne ici le temps de rponse du systme. Nous choisissons de fixer celui ci ms, ce
qui reprsente une valeur suffisamment rapide pour lapplication de production dnergie sur le
rseau avec la MADA de kW de notre banc dessais.
CHAPITRE
Commande vectorielle flux statorique orient
kp et ki sont alors exprims en fonction de ce temps de rponse et des paramtres de la
machine Tr ki k
donc
ki kp
kTr
Alors
t .k .Tr
CHAPITRE
Commande vectorielle flux statorique orient
. Schma de simulation
Figure . schma de simulation, en SIMULINK sous MATLAB, de la commande la MADA dans
le repaire lie au stator
CHAPITRE
Commande vectorielle flux statorique orient
. Les rsultats de la simulation
Figure . Vitesse mcanique de la gnratrice au dmarrage
Figure . Puissance active dlivre par la MADA
CHAPITRE
Commande vectorielle flux statorique orient
Figure . puissance active impose la MADA
Figure . puissance ractive dlivre par la MADA
CHAPITRE
Commande vectorielle flux statorique orient
Figure . Puissance ractive impose la MADA
Figure . Tension et courant statorique
CHAPITRE
Commande vectorielle flux statorique orient
Figure . Tensions rotoriques
Figure . tensions triphases au stator
CHAPITRE
Commande vectorielle flux statorique orient
. Interprtation des courbes La figure montre l volution temporelle de la vitesse mcanique de
la gnratrice. La figure et la figure reprsente les puissances de rfrence active et ractive impose
la MADA . La consigne de puissance ractive est maintenue zro afin d assurer un facteur de
puissance unitaire cot statorique. On observe dans la figure que la puissance active s
approche de la puissance de rfrence et la figure montre que la puissance ractive reste nulle
ce qui indique un bon contrle de la machine. Si maintenant, on analyse les signaux
statoriques de la figure , on remarque que la tension et le courant sont en opposition de
phase ce qui correspond bien un facteur de puissance unitaire et une puissance active
ngative cestdire produite par la MADA et envoye sur le rseau. La figure montre les tensions
rotoriques dans les axes a , b , sinusodale de pulsation
wr
La figure montre les tensions triphases sinusodales dlivres par le stator, de pulsation w s .
Conclusion Dans ce chapitre, nous avons tabli les diffrents types de commande vectorielle et
les diffrents contrles par l orientation du flux et introduit ensuite une tude dtaille de la
commande vectorielle par orientation du flux statorique. Cette tude a montre la possibilit de
contrle de la machine par les courants rotoriques, afin de dterminer la rfrence de la
composante directe et en quadrature du courant rotorique partir des puissances active et
ractive. La seconde partie de ce chapitre prsente un calcul complet des rgulateurs de type PI
qui a servi de rfrence de comparaison, et enfin des rsultats de simulation ont t prsents et
montrent qu il y a concordance avec ceux rencontrs dans de la littrature. Cette tape montre
bien la validit de notre commande.
Conclusion Gnrale et perspectives
Conclusion gnrale et perspectives
L objectif pralablement dfini de ce travail consistait la modlisation et la commande des
gnratrices oliennes. A la lumire de l tude effectue, nous avons vu les tapes successives
permettons d laborer une stratgie de commande pour une gnratrice olienne jusqu sa mise en
uvre.
Dans le contexte des nergies renouvelables, un tat de l art de la gnratrice olienne est prsent
dans le premier chapitre, on rappelle les concepts fondamentaux de la chane de conversion
de l nergie olienne en nergie lectrique et les diffrents types d oliennes avec les machines
lectriques utilises dans cette conversion d nergie. Ce qui nous a amener choisir la machine
asynchrone double alimentation de par ces qualits de fonctionnement.
La modlisation d un systme de gnration d nergie olienne bas sur une machine asynchrone
double alimentation a t effectue. La transformation de Park a t utilise pour modliser la
gnratrice et pour concevoir les diffrentes fonctions de sa commande. Ensuite, on a modlis la
turbine et l onduleur ce qui nous a permis d obtenir les courbes de variations des paramtres
lectriques et mcaniques pour les diffrents rgimes de fonctionnement de la MADA.
Dans le troisime chapitre est consacr une tude bibliographique des diffrentes stratgies de
commande de la machine asynchrone double alimentation. On en dduit que la stratgie de
pilotage trs majoritairement utilise sur ce type de machine lectrique est le contrle vectoriel.
Ce dernier est bas sur le principe d orientation d un champ. De cette manire, les tensions,
les courants et les divers flux ont t pris comme axe de liaison avec le repre tournant
ncessaire. Nous avons concentr notre recherche sur l utilisation d une commande vectorielle
orientation du flux statorique. Nous avons dvelopp ensuite le control vectoriel par orientation
du flux statorique d une machine asynchrone double alimentation. Cette dernire est ralise
avec corrlation par des puissances de rfrences afin de contrler l change de puissances active
et ractive entre le stator et le rseau.
Conclusion Gnrale et perspectives
La plupart des articles traitant de la MADA, aborde le fonctionnement en gnrateur comme
pour la gnration d nergie olienne. Parmi les avantages de ces gnrateurs, l utilisation d un
seul convertisseur de puissance rduite au rotor associ une commande vectorielle simple par
laquelle on peut contrler le facteur de puissance et le flux d nergie. La capacit de produire de
l lectricit avec des facteurs de puissance proche de l unit par l utilisation de condensateurs,
rduirait les cots et serait particulirement avantageuse pour les distributeurs d nergie lectrique.
L ensemble de ces travaux peut tre poursuivi et complet par des perspectives pouvant
contribuer l amlioration de l ensemble chane de conversion olienne distribution parmi les
perspectives envisageables tablissement d un modle de la MADA prenant en compte la
saturation magntique. pour la prsente tude, la MADA tait contrle de manire ce que son
coefficient de puissance soit unitaire .il serait judicieux d valuer le fonctionnement de cette
dernire lorsqu elle participe au contrle de la tension du rseau en absence ou en prsence de
dfauts Pour assurer une plus grande disponibilit en nergie, plusieurs ressources
renouvelables peuvent tre interconnectes ensemble olienne photovoltaque piles
combustibles des tudes sont en cours sur ce sujet. rseau de
A mes parents, pour leur amour et leur soutien
REMERCIEMENTS
Le travail dvelopp dans ce mmoire a t ralis au sein du laboratoire de profonde Monsieur pour
ses ses d Electrotechnique Constantine. Je voudrais de sa Sans exprimer mon ma gratitude
Mentouri ainsi que encadreur Mentouri
Bouzid Aissa, Professeur l Universit Constantine, son rigueur sa suivi et encouragements,
conseils. continuel prcieux et son
perspicacit
appui, il aurait t impossible de mener bien ce travail. Ses connaissances et son exprience
resteront de pour moi J ai une une source Je constante savoir.
dette de reconnaissance envers lui. suis particulirement ElHadi, Mentouri sensible l honneur
que me fait Monsieur Latreche Mohamed Professeur de l Universit Constantine
d avoir bien voulu prsider mon travail.
Mes remerciements vont aussi l endroit de de Messieurs cours Boucherma et Mohamed,
Charg de l Universit Benalla Mentouri
constantine,
Houcine,
Professeur l Universit constantine de m avoir fait l honneur d accepter d tre les examinateurs
de ce mmoire. Sur un plan plus personnel, Jaimerais maintenant remercier mes proches et
en premier lieu mes parents qui je ddie ce mmoire. Et mon poux Nabil pour le soutien quil
ma apport. Je remercie mes s urs et mes frre
qui m ont encourag et conseill, qui m ont lu et fait part de leurs observations. Son oubli ma
chre amie et s ur Fatima pour encouragement. Je remercie galement mes amie meilleurs
Wassilla ,Hagira , Hakima et son leur aide et
oubli la plus douce femme dans notre socit Naftal Nacira.
Nombreux sont celles et ceux qui m ont apport aide et encouragements au cours de la
prparation de ce mmoire. Qu ils en soient tous chaleureusement remercis.
Introduction gnrale
Introduction gnrale
Aujourd hui plus de de l nergie produite est obtenue partir des matires fossiles comme le
ptrole, le charbon, le gaz naturel ou de l nergie nuclaire.
Les formes de production d nergie non renouvelables engendrent une forte pollution
environnementale par rejet des gaz effet de serre qui provoque un changement climatique
irrversible ou dans le cas du nuclaire une pollution par radiations de longue dure qui pose,
aujourd hui, le problme du stockage des dchets radioactifs qui est encore non rsolu. La
production nergtique est alors centralise et mise en rseau entre plusieurs sites de production
et de consommation. Cependant, le caractre capricieux des sources renouvelables pose le
problme de la disponibilit nergtique et du stockage de masse, assur actuellement
principalement par l hydraulique. L autre argument qui milite l avantage des sources
renouvelables est li la prennit de ces ressources d nergie. Une des proprits qui limite l
utilisation de l nergie renouvelable est lie au fait que la matire premire source de l nergie n
est pas transportable dans la majorit des cas contrairement aux sources traditionnelles
comme le ptrole ou l uranium qui sont extrait des gisements respectifs et achemins sans
gros problmes vers les distributeurs ou les usines qui peuvent tre loignes des milliers de
kilomtres par contre, le lieu de l extraction de l nergie renouvelable est dterminant. Pour le
lieu de transformation seule la biomasse semble avoir les proprits les mains restrictives par
exemple un site olien doit tre prcisment dtermin en choisissant les lieux gographiques les
plus rgulirement vents. Les panneaux solaires doivent videmment tre placs dans les zones
bien ensoleilles.
Dans les zones o le rseau existe, il est donc pratique et, dans la majorit des cas, ncessaire
de transformer l nergie renouvelable sous la forme lectrique qui est transportable via les
lignes lectriques.
Parmi les nergies renouvelables, trois grandes familles mergent l nergie d origine mcanique
houle, olienne, l nergie lectrique panneaux photovoltaques et l nergie sous forme de la
chaleur gothermie, solaire thermique ., en sachant qu la base de toutes ces
Introduction gnrale nergies, il y a l nergie en provenance du soleil transforme ensuite par l
environnement terrestre. Etant donn que l nergie mcanique est trs difficilement transportable,
elle n est utilisable directement que ponctuellement pompage direct de l eau, moulins, donc
majoritairement transforme en nergie lectrique. A l exception de la biomasse et de l
hydraulique, l autre inconvnient majeur des nergies renouvelables vient de la non rgularit de
ces ressources, les fluctuations de demande en puissance, selon les priodes annuelles ou
journalires, ne sont pas forcment en phase avec les ressources. .. Cette nergie est
Face la croissance de la consommation d lectricit et aux problmes d environnement
plantaires renforcement de l effet de serre du fait des missions de gaz polluants issus des
ressources fossiles, pluies acides, dveloppement de l nergie nuclaire, l olien est une solution
si l on veut penser et agir localement. Cette nergie olienne a l avantage d tre non polluante l
utilisation.
Un tat de l art de l nergie renouvelable olienne sera prsent dans le premier chapitre de ce
mmoire. Il s agit d une tude assez dtaille du systme olienne et des diffrentes structures
existantes les oliennes vitesse fixe et vitesse variable et leur constitution. Ensuite on aborde
la dfinition de la vitesse du vent travers les quations et les concepts physiques, ainsi que les
diffrents types des gnratrices utilises dans la chane de conversion et les diffrentes
architectures possibles. Dans notre travail, on s est intress la gnratrice double alimentation.
Le second chapitre introduit la modlisation d une chane de conversion olienne base sur ne
gnratrice double alimentation il est effectue dans un repaire diphas li au champ statorique,
ensuite une modlisation d un onduleur de tension contrls par MLI est effectue et enfin une
modlisation dtaille de la turbine olienne. La dernire partie de ce chapitre prsente les rsultats
de simulation qui nous permettrons de passer la commande.
Le troisime chapitre prsente sur une tude bibliographie assez pousse o un certain nombre d
articles de revues et de confrences est prsent.
Introduction gnrale On introduit aussi quelques stratgies de commande utilises dans la
machine double alimentation.
Dans le quatrime et dernier chapitre de ce mmoire, on utilisera la commande vectorielle flux
statorique orient, puis on prsentera le calcul de rgulateurs de type PI. On validera la
commande choisie par les rsultats de simulation qui seront comments.
Rfrences Bibliographique
Rfrences Bibliographiques
Frdric Poitiers, Etude et commande de gnratrices asynchrones pour l utilisation de l nergie
olienne , thse de doctorat de l universit de Nantes , soutenue le //,
Salama et Aimani, Modlisation de diffrentes technologies d oliennes intgres dans un rseau
de moyenne tension , thse de doctorat de l universit des sciences et technologies de Lille
USTL,
Adam MIRECKI, tude comparative de chanes de conversion d nergie ddies une olienne de
petite puissance thse de doctorat de l institut national polytechnique de Toulouse,
Haritza camblong Minimisation de l impact des perturbations d origine olienne dans la
gnration d lectricit par des arognrateurs a vitesse variable thse de doctorat l cole nationale
suprieure d arts et mtiers , soutenue le //. de
J. Martin, Energies oliennes , techniques de l ingnieur, traite de gnie nergtique, pp. B B .
P. Leconte, M. Rapin, E. Szchenyi, Eoliennes , techniques de l ingnieur, trait de Gnie
mcanique, pp. BM .
MENY IVAN, Modlisation et ralisation d une chane de conversion olienne petite puissance
laboratoire d lectronique de Montpellier LEM, soutenue le //.
Site Internet de l Association Danoise de l industrie olienne,
http//www.windpower.org/fr/core.htm.
A.H. AlBahrani, Analysis of Selfexcited induction generators under unbalanced conditions,
Electric Machines and power systems, , , pp..
Rfrences Bibliographique
F. ZIDANI, Etude comparative par simulation numrique d un pilotage vectoriel et scalaire d
une machine induction alimente par un onduleur modulation de la largeur d impulsion , Thse
de magister en lectricit industrielle, Universit de BATNA, . J. P. CARON et J. P. HAUTIER,
Modlisations et commande de la machine
asynchrone , Edition TECHNIP, .
B . Robyns, M.Esselin, Power control of an inverter. Transformer association in a wind
generator, Electromotion, vol., No. , , pp..
B. MULTON, G. ROBIN, O. GERGAUD, H. BEN AHMED, Le gnie lectrique dans le vent tat
de l art et recherches dans le domaine de la gnration olienne , JCGE, SaintNazaire, et juin .
M. Machmoum , F. Poitiers, L. Moreau et M.E. .Zam, R. le Doeuff, Etude d oliennes vitesse
variable bases sur des machines asynchrones MASMADA LARGEGE, Bd de l universit, Bp ,
Saint Nazaire Cedex. Email
mohamed.Machmoumpolytech .uninantes.fr.
J.G. Slootweg H. Polinder Member IEEE, W.L. Kling, Member, IEEE, Dynamic Modelling of
a Wind Turbine with Doubly Fed Induction Generator , Electrical Power Systems, Electncat
Power Processing, Faculty of Information Technology and Systems, Delft University of
Technology, P.O. Box , GA Delft, The Netherlands Phone , Fax , email j.g.slootwegits.
tudelft.nl
Srinivas R. chellapilla , Badrul H. CVhowdhury, Senior Member, IEEE A Dynamic model of
Induction Generators for Wind power studies //. IEEE.
W.Hofmann , A.Thieme Control of a Double fed Induction Generator for Windpower plants
Lehrstuhl elektrisch Maschinen und antriebe technische universitat Chemnitz reichenhainer
Str. D Chemnitz
Rfrences Bibliographique
Paul Gipe, collaborateur rgulier des revues Independent Energy et Windstats. Et
l autreur des ouvrages Wind Power for Home amp Busines et Wind energy comes of age. l
tape de la maturit L nergie olienne , http//WWW.ilr.Tuberlin.de/WKA /aletape html
Clebson Wagner Pereira, Lnergie olienne Principe de fonctionnement, dveloppement viable
revue EI, Mai
Krishna Vasudevan and P.Sasidhara Rao A Modular Approach to the Simulation of Doubly
fed Induction Machine Systems Department of Electrical Engineering Indian Institute of
Technology Mdras , INDIA Milutin G. Jovanovid and Robert E. Betz Slip power recovery
systems based on brushless doubly fed reluctance machines University of Northumbria at
Newcastle, School of Engineering Ellison Building, Newcastle upon Tyne NE ST, UK. Tel ,
Fax ,EMail milut in. j ovanovicunn. ac . uk University of Newcastle, NSW , Australia S.
MLLER,M. DEICKE,amp RIK W.DE DONCKER Doubly FED Induction
Generator systzems for wind Turbines IEEE Indu stry applications Magazine. MAY/June ,
email WWW.IEEE.ORG/IAS H.S.vicators , J.A Tegopoulos , Fellon .IEEE Stady state
Analysis of A Doubly .
FED induction generator under synchronous operation national Technical University of
Athens, Dpartment of lctrical engineering . Athens .GREECE .IEEE .Transactions on Energy
conversion, Vol ., NO., September . H.S.vicators , J.A Tegopoulos , Fellon .IEEE Transient
State Analysis of A Doubly . FED induction generator under Three Phase short circuit IEEE
national Technical University of Athens, Dpartment of lctrical engineering . Athens .GREECE
.IEEE .Transactions on Energy conversion, Vol. , NO. , March . FAN LIAO, J I SHENG , AND
THOMAS A. LIPO ,fellow IEEE A New energy recovery scheme for Doubly FED A justable
Speed Induction Motor Drives IEEE . transations on industry applications, Vol. , NO. , July. /
august
M. Machmoum, M. cherkaoui , R. le Doeuff and F.M . sargos Steady statf . Analysis and
Experimental investigation of DOUBLY FED induction machine supplied by a
Rfrences Bibliographique courant .source cycloconverter in the rotor groupe de recherches
en lctrotechnique et lctronique de NANCY .FRANCE . GERALD.M.BROWN, BARNA.
BZABO DOS, senior member,IEEE,GERARD J . HOOLBOOM senior .member IEEE, and
MIHEL .E POLOUJADOFF, fellon IEEE High power cycloconverter dive for Double Fed
induction Motors IEEE transactions on
Industrial lctronics vol N , june . G.M BROWN Hybrid control of a cycloconverter for Double
Fed motors in traction drivers M.eng thesis , Mc Mster university , Hamilton , ontario en
VIANT E. BOGALECKA , Z. KRZEMINSKI control systems of doubly Fed induction machine
supplied byeurrent controlled voltage source inverter Merchant Marine academy , Poland ,
the lctrotechnical Institute. E. BOGALECHA power control of double fed induction generator
without speed or position sensor brighton , . E . BOGALECHA, Z. KRZEMINSKI , and M.
WEIRZEJESKI . control
systems of the DFM working as a generator PCIM conference , numbery , GERMANY. D.
ARSUDIS , W. VOLLSTEDT sensor less power control of the DFM AC machine with nearly
sinusoidal line currwent EPE conference , Aachen , GERMANY.
E. BOGALECHA Dynamics of the power control of a double Fed induction generator
connected to the soft power grid Marchant Marine Academy Morska , GDYNIA , POLAND .
WEI .CHENG , XU LONGYA torque and reactive power control of a doubly fed induction
machine by position sensorless scheme the ohio state university department of electrical
engmeering Neil Avenue COLUMBUS ohio . .. H. Overseth Rostoen, T. M. Undeland, T.
Gjengedal, quotDoubly Fed Induction Generator in a Wind Turbinequot, Wind Power and
The Impacts on Power Systems, IEEE Workshop Oslo june . W. Hofmann, A. Thieme,
quotControl of a doublefed induction generator for windBuerhing, quotControl policies for
wind energy conversion ystemsquot, IEEProc, c ,
power plantsquot PCIM May Nrnberg. Power Quality Proceedings, pp. .
Rfrences Bibliographique F.N. Okafor, W. Hofmann, B. Rabelo, quotModelling of a
DoublyFed WindPowered
Induction Generator Feeding a DC Loadquot, EPE Conference, Aug , Graz, Austria. CDROM
proceedings. R. Ghosn, C. Asmar, M. PietrzakDavid, B. De Fornel, quotVector Control and
Power Optimization of a Doubly Fed Induction Machine in Variable Speed Drivesquot
EPEPEMC , Kosice, Slovak Republic, September , pp. . S. Tzafestas, N. P.
Papanikolopoulos, quotIncremental fuzzy expert PID controlquot, IEEE Trans. On Indus.
Elect. Vol., N, pp., October. S. Ghozzi, M. Gossa, M. Boussak, A. Ghaari, M. Jemli,
quotApplication de la logique floue pour la commande vectorielle des machines
lectriquesquot, Journes Tunisiennes d Electrotechnique et d Automatique, JTEA, . E. H.
Mamdani, quotApplication of fuzzy logic to approximate reasoning using linguistic
synthesisquot, IEEE Trans. Computer, Vol. , N., pp., December. P. Borne, J. Rozinoer, J. Y.
Dieulot, quotIntroduction la commande flouequot, Edition Technip, . H. Bhler, Le rglage par la
logique floue , Presses Polytechniques Romandes, . D. Arsudis Microprocessor control of a
doublefed ac machine with a voltage source gto inverter in the rotor circuit ,ans Proc. EPE
Grenoble France, vol. , , p. .
J. Bendl, M. Chomat amp L. Schreier Independent control of positive and negative sequence
current components in doubly fed machine , dans Proc. ICEM Brugge, aot , .
R. Datta amp V.T. Ranganathan Variable speed wind power generation using doubly fed
wound rotor induction machine, a comparison with alternative scheme , IEEE Trans. Energy
Conversion , no. , p. , sept. . D. Forchetti, G. Garcia amp M. Valla Vector control strategy for
a
double stand alone induction generator , dans Proc. IECON Sevilla Spain, nov. .
Rfrences Bibliographique
R. Ghosn Contrle vectoriel de la machine asynchrone a rotor bobine a double alimentation ,
Thse , institut National Polytechnique de Toulouse, ENSEEIHT, Toulouse, .
R. Ghosn, C. Asmar, M. PietrzakDavid amp B. D. Fornel
A mras
sensorless speed control of a doubly fed induction machine , dans Proc. ICEM Brugge, aot .
L. Morel, H. Godfroid, A. Mirzaian amp J. Kaufman Doublefed induction machine converter
optimisation and field oriented control without position sensor , IEEE Proc.Electr. Power
Appl. , no. , p. , juil. .
D. Lecocq amp P. Lataire Study of a variable speed, double fed induction motor drive
system with both stator and rotor voltages controlable, dans Proc. EPE Firenze, , p. .
W. Hofmann amp F. Okafor Doubly fed full controlled induction wind generator for optimal
power utilisation, dans Proc. PEDS, International conference on Power Electronics and
Drives Systems Bali Indonesia, oct. .
, Statorfluxoriented control of a doublyfed induction machine with and without position
encoder , IEE Proc.Electr. Power Appl. , no. , p. , juil. .
B. Hopfensperger, D. J. Atkinson amp R. A. Lakin Stator flux oriented control of a cascaded
doublyfed induction machine, IEE Proc.Electr. Power Appl. , no. , p. , .
Combined magnetising fluxoriented control of the cascaded doubly fed induction machine ,
IEE Proc.Electr. Power Appl. , no. ,p. , .
Rfrences Bibliographique Y. Kawabata, E. Ejiogu amp T. Kawabata Vector controlled double
inverter fed wound rotor induction motor suitable for high power drives , IEEE Trans. Industry
Applications , no. , p. , sept./oct. .
Z. Krzeminski, A. Popenda, M. Melcer amp P. Ladach Sensorless control system of double
fed induction machine with predictive current controller , dans Proc. EPE Graz, aot .
D. Lecocq amp P. Lataire Study of a variable speed, double fed induction motor drive
system with both stator and rotor voltages controlable , dans Proc. EPE Firenze, , p. . D.
Lecocq, P. Lataire amp W. Wymeersch Application of the double fed asynchronous motor
dfam in variablespeed drives , dans Proc. EPE Brighton, sept. , p. . The indirectcontrolled
double fed asynchronous motor for variable speed Drives , dans Proc. EPE Sevilla, vol. , , p.
.
M. Machmoum, M.Cherkaoui, R. L. Doeuff amp F. Sargos Steady state analysis and
experimental investigation of a doublyfed induction machine supplied by a currentsource
cycloconverter in the rotor , Proc. IEEE , no. , p. , mar. . M. Machmoum, M.Cherkaoui, F.
Sargos amp A. Rezzoug Modelling of doublyfed asynchronous machines, application to a
voltage supply, modellin and control of electrical machines New trends , p. , Elsevier Science
Publishers B.V., North Holland, .
L. Morel, H. Godfroid, A. Mirzaian amp J. Kaufman Doublefed induction machine converter
optimisation and field oriented control without position sensor , IEEE Proc.Electr. Power
Appl. , no. , p. , juil. . R. Pena, R. Cardenas, G. Asher amp P. C. JC. Clare, J. Rodriguez
Vector control of a dieseldriven doubly fed induction machine for stand alone variable speed
energy system , dans Proc. IECON Sevilla Spain, nov. .
Rfrences Bibliographique
S. Peresada, A. Tilli amp A. Tonielli Robust output feedback control of a doubly fed induction
machine , dans Proc. IEEE International Symposium on Industrial Electronics ISIE Bled
Slovenia, , p. .
Power control of a doubly fed induction machine via output feedback , avr. .
G. Poddar amp V. Ranganathan Sensorless field oriented control of double fed inverter
wound rotor induction motor drive , dans Proc. IECON Sevilla Spain, nov. . D. Ramuz
Machine gnralise aliment par deux convertisseurs , Thse, Institut de Gnie Energtique de
Belfort, UFR des Sciences, Techniques et Gestion de lIndustrie de l Universit de Franche
Comt Belfort France, mai . A. Sapin, A. Hodder, J.J. Simond amp D. Schafer Doubly fed
asynchronous machine with level vsi for variable speed pump storage , dans Proc. ICEM
Espoo Finland, aout .
A. M. Walczyna Simulation study of dynamics of currentcontrolled doublyfed induction
machine , dans Proc. EPE Aachen, vol. , , p. . Comparison of dynamics of doublyfed
induction machine controlled in eld and rotororiented axes , dans Proc. EPE Firenze, vol. , ,
p. . S. Wang amp Y. Ding Stability analysis of eld oriented boublyfed machine drive based on
computer simulation , Electric Machines and Power System , p. , . L. Xu amp W. Cheng
Torque and reactive power control of a doubly fed induction machine by position sensorless
schem , IEEE trans. On Industry Application , no. , p. , mai/juin . C.saget , la variation
lectronique de vitesse au service de la production d nergie lectrique par olienne .REE , n ,
juiullet , pp. .
Rfrences Bibliographique J . usaola , p. ledesma , J.M Rodrinfuez , J.L Ferndez ,D.Beato , R
iturbe , J.R wihelimi, transient stability studies ingrids with great wind pwer pentretion .
modelling issues and operation requirements , IEEE PES. Transmission and distribution
conference and exposion ,September , , dallas USA ,CD . E, DE Vries , wind turbines
technology trends vol, N,jarnes et janes science publishers,renewable energy world , July
.august . E.S Abdin ,w.xu control design and dynamic performance analysis of a wind turbine
induction generator unit IEEE Trans, on energy conversion , vol , N ,March . R.Mukand patel
, wind and solan power systems CRC .press, . J. Wilkie , W .E. Leithead, C Anderson ,
modelling of wind turbines by simple models wind engineering vol ,N , , pp . H. Tamrabet
robustesse d un contrle vectoriel de structure minimale d une MAS mmoire de magister
option lectronique de puissance univ de Batna soutenu le // S .Drid contribution la
modlisation et la commande robuste d une machine induction double alimentation flux orient
avec optimisation de la structure d alimentation ths de doctorat option lectrotechnique univ
de Batna soutenu
.
Rsum
Cette tude labore la modlisation et la commande des gnratrices oliennes, nous avons choisir
dans notre tude la gnratrice double alimentation avec commande vectorielle flux statorique
orient, pour pouvoir contrler l change de puissance entre le stator et le rseau en agissant sur
les signaux rotoriques via un convertisseur bidirectionnel. Cette commande est labore et
teste en synthtisant un type de rgulateur linaires proportionnel intgrateur.
Abstract
This study presented the wind generators modeling and control, we have choose the double
supplied generator with direct stator oriented vectorial control, the control of power exchange
between the machine stator and the network is given by the acting on the rotor signals via a
bidirectional converter. This control is tested by using a linear PI controller
Index des notations Les notations utilis dans le chapitre MADA V V
r
S m pm p mt
Cp
Machine double alimentation Vitesse du vent en amont Vitesse du vent en aval La densit d
air La surface active de la voilure La masse d aire en mouvement La puissance extraite du
vent La puissance totale thorique Le coefficient de puissance La vitesse relative La
puissance maximale Le rayon de la voilure La vitesse de rotation avant multiplicateur La
vitesse de rotation aprs multiplicateur La puissance mcanique disponible sur l arbre du
gnrateur Le glissement La puissance transmise entre le stator et le rotor
l
p max R W W p mg g p
Les notations utilis dans le chapitre fmm Vsa Vsb Vsc Vra Vrb Vrc Rs
La force magntomotrice La tension la phase statorique a La tension la phase statorique b La
tension la phase statorique c La tension la phase rotorique a La tension la phase rotorique b
La tension la phase rotorique c La rsistance statorique La rsistance rotorique L intensit de
courant la phase statorique a L intensit de courant la phase statorique b L intensit de courant
la phase statorique c L intensit de courant la phase rotorique a L intensit de courant la phase
rotorique b L intensit de courant la phase rotorique c Le flux statorique la phase a Le flux
statorique la phase b Le flux statorique la phase c Le flux rotorique la phase a
Rr I sa
I sb I sc
Erreur Des objets ne peuvent pas tre crs partir des codes de champs de mise en forme.
Erreur Des objets ne peuvent pas tre crs partir des codes de champs de mise en forme.
Erreur Des objets ne peuvent pas tre crs partir des codes de champs de mise en forme.
f sa f sb f sc f ra
Index des notations
f rb f rc
Le flux rotorique la phase b Le flux rotorique la phase c La matrice de l inductance propres
statorique La matrice de l inductance propres rotorique Mutuelle inductance entre les deux
bobi Le couple lectromagntique Le couple rsistant L inertie La vitesse mcanique du rotor
Pulsation des courants rotorique Le nombre de paire de pole Les tensions statorique en
composante directs et en quadrature Les tensions rotorique en composante directs et en
quadrature La matrice de park. modifie La matrice de park modifie inverse Le flux statorique
en composante directs et en quadrature Le flux rotorique en composante directs et en
quadrature Longueur d une pales La vitesse de la turbine Gain du multiplicateur C fficient d
lasticit Le c fficient de frottement des pales Le c fficient de frottement des pales par rapport
au multiplicateur Le couple transmis par le rotor Forces de pousses L angle de l orientation
des pales Le couple arodynamique La puissance arodynamique La vitesse mcanique l inertie
de la gnratrice L inertie de la turbine Le couple mcanique Le couple des frottements visqueux
Le coefficient de frottement
Ls Lr M sr
Ge Gc J W
wr
P Vsd , V sq
Vrd , Vrq
pq pq
f sd , f sq f rd , f rq
R W turbine G Kb f pale Dh Cg Tb
b
C aer
p aer W mec
Jg
J turbine C mec C vis f Les notations utilis dans le chapitr e
Index des notations PI NPC W us Rs is
Es
Proportionnel intgrateur Onduleur multi niveaux La vitesse mcanique du rotor La tension
complexe statorique La rsistance statorique L intensit du courant complexe du stator La force
lectromotrice complexe Inductance cyclique propre stator, rotor Pulsation des courant
statorique, rotorique Constant de temps rotorique Tr Lr / Rr L oprateur de drivation Moment d
inertie
M sr
w s,r
Tr s J
Les notations utilis dans le chapitre Ce p
Le couple lectromagntique Le nombre de paire de pole Le c fficient de dispersion La tension
directe et en quadrature du stator La tension directe et en quadrature du rotor Courant
directe et en quadrature du stator Courant directe et en quadrature du rotor Puissance active
Puissance ractive Le gain proportionnel du correcteur Le gain intgrateur du correcteur La
fonction de transfert La fonction de transfert en boucle ouvert La fonction de transfert en
boucle ferme Le temps de rponse Le constant de temps rotorique
s
Vsd , sq Vrd , rq i sd , sq ird ,rq p Q kp
ki ft f tbo
f tbf
t
Tr
Annxes
Annxe
Les paramtres de la machine asynchrone double alimentation Rs, . Rr, . Ls, H Lr, H M . H J.
kg.m f,. N.m.s np Les paramtres de la machine courant continue Ra. La. Jan. Bme Kv.
Annxes
Annxe
I Stratgies de fonctionnement d une olienne
I. Bilan des forces sur une pale
Figure bilan des forces sur une pale
Figure reprsente la section longitudinale d une pale d arognrateur. La vitesse du vent r r
arrivant face cette pale, est reprsent par le vecteur v . Le vecteur v rot reprsente la
composante de vent due la rotation de l arognrateur. La rsultante de ces deux vecteurs r v
est appele v res . L action du vent sur la pale produit une force Fres qui se dcompose en une
r pousse axiale Fax directement compense par la rsistance mcanique du mat et une pousse
r en direction de la rotation Frot qui produit effectivement le dplacement. Chaque turbine
olienne est ainsi dimensionne pour que cette force atteigne sa valeur nominale pour une
vitesse de vent nominale donne. Lorsque la vitesse de vent devient trop leve ou si la
gnratrice ncessite une vitesse de rotation fixe, la puissance extraite par l olienne doit tre
annule ou limite sa valeur nominale.
II Systmes de rgulation de la vitesse de rotation de lolienne
II. Systme dcrochage arodynamique quotstallquot
Annxes
Figure Flux d air sur un profil de pale quot stall quot
La plupart des oliennes connectes au rseau lectrique ncessitent une vitesse derotation fixe
pour des raisons de cohrence de frquence avec le rseau. Le systme de limitation de vitesse
le plus simple et le moins coteux est un systme de limitation naturelle intrinsque la forme de
la pale dit quotstallquot. Il utilise le phnomne de dcrochage arodynamique. Lorsque l angle d
incidence i devient important, c est dire lorsque la vitesse du vent dpasse sa valeur nominale
Vn, l aspiration cre par le profil de la pale n est plus optimale ce qui entrane des turbulences
la surface de la pale Figure et par consquent une baisse du coefficient de puissance. Ceci
empche alors une augmentation de la vitesse de rotation. Ce systme est simple et
relativement fiable mais il manque de prcision car il dpend de la masse volumique de lair et
de la rugosit des pales donc de leur tat de propret. Il peut, dans certains cas, tre amlior en
autorisant une lgre rotation de la pale sur elle mme systme quotstall actifquot permettant
ainsi de maximiser l nergie capte pour les faibles vitesses de vent. Pour les fortes vitesses
de vent, la pale est incline de faon diminuer l angle de calage et renforcer ainsi l effet
quotstallquot de la pale. La rpercussion des variations de vitesse
de vent sur le couple mcanique fournie par l olienne est ainsi moins importante .
Annxes II. Systme dorientation des pales quotpitchquot
Figure Variation de langle de calage dune pale