Transparents 2014

Energie éolienne
Aspects électriques
LELEC 2670
1
Energie éolienne
Aspects électriques
LELEC 2670
2
Energie éolienne: convertisseurs électromécaniques
Machine synchrone
LELEC 2670
3
Energie éolienne: convertisseurs électromécaniques
Machine synchrone
LELEC 2670
4
Energie éolienne: convertisseurs électromécaniques
Machine synchrone
LELEC 2670
5
Energie éolienne: convertisseurs électromécaniques
Machine synchrone
LELEC 2670
6
Energie éolienne: convertisseurs électromécaniques
Machine asynchrone (machine à induction)
LELEC 2670
7
Energie éolienne: convertisseurs électromécaniques
Machine asynchrone (machine à induction)
TR
Tp
Tp/TR = 1,6
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8
Energie éolienne: convertisseurs électromécaniques
Machine asynchrone (machine à induction)
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9
Choix d’un type de générateur éolien ?
o Réponse dynamique en fonction de la vitesse
o Plage de vitesse souhaitable
o Contrôlabilité
o Puissance réactive et réglage de la tension
o Qualité de la tension
o Synchronisation, connexion et déconnexion
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10
Choix d’un type de générateur éolien ? (suite)
o Rendement
o Coûts fixes
o Coûts variables, fiabilité
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11
Choix d’un type de générateur éolien ? (suite)
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12
Génératrices à vitesse variable
 Maximum Power Point Tracking (MPPT)
P
Pn
Lieu des maxima
14m/s
1
Courbe de réglage
0.75
12m/s
0.5
10m/s
0.25
8m/s
 
6m/s
1
5
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8
R.
v
13
Machine asynchrone directement couplée au réseau
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14
Machine asynchrone directement couplée au réseau
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15
Machine asynchrone avec résistance rotorique
variable (réglable)
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16
Machine asynchrone multi-stator
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17
Machine asynchrone à double alimentation
DFIG
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18
R′R /s
US
U′R /s
US = −R S IS − jXS IS − jXM IR′
ωR
s=
ωS
UR′ = −R′R IR′ − jsXR′ IR′ − jsXM IS
UR′
R′R ′
=−
IR − jXR′ IR′ − jXM IS
s
s
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19
R′R /s
US
U′R /s
E = −jXM I′R
US = −R S IS − jXS IS + E
PS + jQS = 3US IS∗
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20
R′R /s
US
U′R /s
E − US
IS =
jXS
EUS
PS = 3
sin δ
XS
EUS
US2
QS = 3
cos δ − 3
XS
XS
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21
US
LELEC 2670
EUS
PS = 3
sin δ
XS
EUS
US2
QS = 3
cos δ − 3
XS
XS
22
R′R /s
US
U′R /s
PR + jQR = 3UR′ IR′ ∗
PR + jQR = 3
2
−R′R I ′ R
−
2
jsXR′ I ′ R
1
+ js (E − US )E ∗
XS
EUS
PR = −3s
sin δ
XS
2
QR = −3s XR′ I ′ R
EUS
E2
+
cos δ −
XS
XS
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23
PR = −sPS
PTot = PS + PR
1
PS =
PTot
1−s
s
PR =
PTot
s−1
1 − s = ωp.u.
PTot = ωp.u. PS
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Machine asynchrone à double alimentation:
Caractéristique de fonctionnement théorique
|Pg|
(W)| Pnominal
Fonctionnement
hyper synchrone
s<0
Fonctionnement
hypo synchrone
s>0

dem
s
arret

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XM
PS = 3
IRmax US sin δ
XS
XM
US2
QS = 3
IRmax US cos δ − 3
XS
XS
PS2 + QS + 3
2 2
US
XS
PS2 + Q2S = 3US IS
XM
= 3
IRmax US
XS
2
2
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27
Machine asynchrone à double alimentation: variantes
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28
Machine asynchrone à double alimentation
Exemple de mesure des caractéristiques de fonctionnement
Vent (m/s)
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0
2
4
6
8
temps (heure)
10
Puissance éléctrique (kW )
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
-200
0
2
4
6
4
6
8
10
temps (heure)
Vitesse (tr/mn)
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
0
2
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8
temps (heure)
10
29
Machine asynchrone à double alimentation :
Exemple de caractéristiques de fonctionnement expérimentales
Puissance électrique (kW)
1600
Zone 4 :
Puissance constante
simulation
simulation
mesure
mesure
1400
1200
Zone 3 :
Vitesse constante
1000
800
zone 2 :
MPPT
600
400
Zone 1 :
Démarrage
200
0
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
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1400
1600
1800
2000
Vitesse mécanique (tr/mn)
30
Machine asynchrone à double alimentation :
Exemple de caractéristiques de fonctionnement expérimentales
Ratio de vitesse en fonction de la vitesse du vent
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0
2
4
6
8
LELEC 2670
10
12
14
16
Vent (m/s)
31
Machine asynchrone à double alimentation :
Principe de la commande des convertisseurs (1)
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Machine asynchrone à double alimentation :
Principe de la commande des convertisseurs (2)
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33
Machine asynchrone à double alimentation :
Comportement dynamique sur creux de tension
Creux de tension triphasé de 20 %, d’une durée de 200 ms
LELEC 2670
34
Machine asynchrone à double alimentation :
Comportement dynamique sur creux de tension
Approche « synchrone » : la composante directe du courant rotor est régulée
pour assurer le contrôle de la puissance réactive
Approche « asynchrone » : la composante directe du courant rotor est régulée
pour assurer le contrôle du flux
Evolution transitoire du courant total échangé avec le réseau
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Machine asynchrone à double alimentation :
Comportement dynamique sur creux de tension
Evolution transitoire du flux
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Machine asynchrone à double alimentation :
Comportement dynamique sur creux de tension
Evolution transitoire de la tension du bus DC
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37
LELEC 2670
38
Machine asynchrone à double alimentation
LELEC 2670
39
Machine électrique connectée au travers d’une
cascade complète de convertisseurs
LELEC 2670
40
Machine électrique connectée au travers d’une
cascade complète de convertisseurs
Convertisseurs «simples » côté machine (de type synchrone)
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Micro-éoliennes (P = 5 kW)
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42
Machine électrique connectée au travers d’une
cascade complète de convertisseurs
Le schéma le plus courant à l’heure actuelle (machines synchrones
et/ou asynchrones)
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43
Machine connectée au travers d’une cascade complète de convertisseurs
LELEC 2670
44
Evolution future: convertisseurs multiniveaux
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45
Evolution des puissances unitaires et des technologies
LELEC 2670
46
Fiabilité ?
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47
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48