Supervision d’une ferme éolienne pour son intégration Chauffage Climatisation
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Introduction générale Chauffage Climatisation Supervision d’une ferme éolienne pour son intégration dans la gestion d’un réseau électrique, Apports des convertisseurs multi niveaux au réglage des éoliennes à base de machine asynchrone à double alimentation Besoin d’énergie électrique Télécommunication Informatique Proposé et dirigé par: Professeur BERKOUK El Madjid (ENP Alger) Professeur FRANCOIS Bruno (EC-Lille) Industrialisation Présenté par : Cdt: GHENNAM Tarak 2 1 Introduction générale Introduction générale Satisfaction des besoins énergétiques loin des énergies fossiles et nucléaires Satisfaction des besoins en énergie Energie Fossile Energie Nucléaire Energie Renouvelable Energies Renouvelables Energie Biomasse 3 Energie solaire Energie hydraulique Energie éolienne 4 Introduction générale Problématique En Algérie Marché des turbines éoliennes MADA Un programme très ambitieux de développement des énergies renouvelables 40% de la production nationale d’électricité à l’horizon 2030 1MW 6MW 2MW 65 projets pour la période 2011/2020 10MW Production = 22000 MW 200 000 emplois directs et indirects Nordex 1MW France Vesta 2MW Production électrique à partir de la filière éolienne Danemark Atteindre 3% du bilan national à l’horizon 2027 ? Enercon 6MW Allemagne Ferme éolienne à Adrar d’une puissance de 10 MW Windtec 10MW Clipper 5 6 Problématique Problématique Ferme éolienne de plusieurs dizaines de MW •Taux de pénétration des fermes éoliennes est devenu significatif problèmes Ne participent pas au réglage de la fréquence/puissance active Ne participent pas au réglage dynamique de la tension/ puissance réactive Fluctuation de la puissance active Ferme éolienne de plusieurs dizaines de MW Effacement Nécessité de procédures d’effacement - Les fermes éoliennes sont contrôlées en MPPT - Elles se déconnectent du réseau lors d’une défaillance 7 Déconnexion Déconnexion des éoliennes du réseau électrique Instabilité Instabilité encore plus forte du réseau électrique 8 Problématique Pour maintenir la sécurité électrique du réseau Supervision des puissances d’une ferme éolienne Réglementations spécifiques pour l’éolien Article 7: Contrôle du système éolien à base de MADA décrets du 19 avril 2003 du ministère de l’économie, des finances et de l’industrie de la France PLAN -Pour les installations de puissance supérieure à 10MW, chaque génératrice électrique doit pouvoir à ses bornes fournir une puissance réactive minimale égale à 0.6 de sa puissance nominale apparente et absorber une puissance réactive égale à 0.2 de sa puissance nominale apparente Application des convertisseurs multiniveaux pour la commande du système éolien Conclusion générale et perspectives Une supervision semble nécessaire 9 10 Configuration du système étudié Contrôle du système éolien à base de MADA ( PWF_ref, QWF_ref ) Echange d’information chaque heure Supervision des puissances d’une ferme éolienne ( PWF_max, QWF_max ) Gestionnaire de réseau Application des convertisseurs multiniveaux pour la commande du système éolien Ugd Réseau de Transmission Ligne 1.5km BUS 20kV Transformateur 20kV/690V PL,QL PWF,QWF Charges Générateurs Eoliens à base de MADA de 1.5MW Unité de Supervision Locale Conclusion générale et perspectives Unité de Supervision Centrale 11 PWG_ref_i(t), QWG_ref_i(t) ~ ~ PWG _ max_ i , QWG _ max_ i 12 Algorithmes de supervision Algorithme basé sur la distribution proportionnelle •Principe Répartition proportionnelle des puissances sur les éoliennes Distribution proportionnelle Fonction objective Régulateur PI Ne nécessite pas la mesure de Paero_i •Inconvénient ~ QWG _ m ax_ i •Inconvénient •Inconvénient Mauvaises performances lors des variations brusques des puissances de référence Absence d’information sur Pmax_i, Qmax_i toujours loin des limites Calcul de la puissance active de référence de chaque éolienne ~ QW F _ max Calcul de la puissance réactive de référence de chaque éolienne Temps de calcul assez important QW F _ ref n ~ Nécessité d’estimer Paéro ~ QWF _ max QWG _ max_ i PW G _ ref _i QW G _ ref _i ~ QWG _ max_ i QWF _ ref QWG _ ref _ i ~ QWF _ max i 1 13 14 Analyse des puissances échangées entre le système éolien et le réseau Résultats de simulation (1er (scénario) 0 Estimation des puissances maximales de chaque éolienne x 10 6 5 x 10 5 PWF QWF -0.5 QWG_ max_i Qwf [Var] PWF_ref Pwf [Watt] 1 C p .S .v 3 2 Estimation de la puissance réactive maximale de la ferme ~ PWG _ max_ i PWG _ ref _ i ~ PWF _ ref PWF _ max L’implémentation de cet algorithme est un peu complexe Risque de saturation des éoliennes PWG _ max_ i Paéro _ i Les éoliennes fonctionnent ~ PWF _ max Estimation de la puissance active Existence d’information sur maximale de la ferme Pmax_i, Qmax_i Minimisation des pertes de puissance dans les lignes de la ferme Facilité d’implémentation PWF _ ref i 1 ~ PWG _ max_ i •Avantage •Avantage n ~ ~ PWF _ max PWG _ max_ i •Avantage -1 0 -5 -1.5 Limitation par Vr Limitation par stabilité -2 0 6 5 Limitation par Is Limitation par stabilité en régime permanant Limitation par Vr 50 x 10 5 1 Qwg [Var] Limitation par Ir -10 150 100 150 -5 QWG_ref_1 -10 1 Qs 0 100 t [s] 5 QWG_1 -5 1 3 2 Crc 50 x 10 0 Pwg [Watt] Ps [pu] Qs Limitation par Ir QWF_ref PWG_1 PWG_ref_1 4 Ps Crv -10 0 150 t [s] 5 0 100 QWG_max_1 Limitation par Is -10 -8 -6 -4 -2 -15 0 0 Qs Ps [pu] 50 100 t [s] 15 150 -15 0 50 t [s] 16 Résultats de simulation (1er (scénario) 0 x 10 5 PWG_2 5 PWG_ref_2 5 M ode M P PT M ode défa ut 2 Q W F _ref Q WG _ref_1 P W G_r ef_1 Qwg [Var] -6 M ode De lta QWG_2 -5 QWG_ref_2 Q W G_re f_2 P W G_r ef_2 -10 QWG_max_2 -8 -10 0 x 10 50 100 -15 0 150 5 P WG_ref_3 x 10 100 150 t [s] 5 M ode M PP T M ode De lta M ode M PP T M ode dé faut P W G_ ref_1 QWG _3 P WG_3 Q WG _ref_3 P WG _ref _3 50 t [s] 5 0 Q W G_r ef_1 0 Qwg [Var] -2 3 -4 3 Pwg [Watt] Mode MP P T P W F _ref 0 -4 2 Pwg [Watt] -2 x 10 Résultats expérimentaux (2èmescénario) -6 -5 QWG_ref_3 P WG _1 -10 Q WG _1 QWG _max_3 -8 100 150 -15 0 50 t [s] 100 t [s] 150 17 18 Supervision locale de la puissance réactive de l’éolienne •Principe Supervision locale de la puissance réactive de l’éolienne Distribution des puissances sur le stator la MADA et le convertisseur coté réseau d’une manière coordonnée 1 Système de contrôle Paero_i Pr_i Mode MPPT Qs_ref _i> =Q 0 t_max_i ) •if (QWG_ref_i Qt _ ref _ i QWG_ ref _ i Ps_ref Qs_ref us1_ref Pc_ref Pt_ref Turbine Qt_ref v Mode MPPT Mode Delta QWG_ref_i Qs_ref _i= QWG_ref_i – Qt_max_i Qs_ref _i= 0 Multiplicateur AC 50 Hz Réseau MADA Mode de défaut Unité de Supervision Locale PWG_ref_i Qt _ ref _ i Qt _ max_i Qs _ ref _ i QWG_ ref _ i Qt _ max_i PWG_max_i DC/AC QWG_max_i AC/DC Qt_ref_i = QWG_ref_i 50 Qc_ref_i = Qt_max_i -10 0 Unité de Supervision Centrale de la ferme 19 20 Supervision locale de la puissance réactive de l’éolienne 2 Supervision locale de la puissance réactive de l’éolienne 2 Mode Delta Qs _ ref _ i QWG _ ref _ i QWG _ max_ i Qs _ max_ i Qc _ ref _ i QWG _ ref _ i QWG _ max_ i Mode Défaut - Le crow-bar court-circuite le rotor de la MADA - Le convertisseur coté réseau fonctionne comme un STATCOM Qs_ref _i= 0 Qc _ max_ i Qt _ ref _ i QWG_ ref _ i Turbine Turbine v Qs_ref Multiplicateur Qs_ref_i = 0 AC 50 Hz Réseau MADA v Multiplicateur AC 50 Hz Réseau MADA Qt_ref DC/AC Qt_ref = QWG_ref_i AC/DC DC/AC AC/DC 21 22 Résultats expérimentaux M o d e M P PT M M ode M PPT QW M ode de contrôle D elt a Supervision des puissances d’une ferme éolienne Qs M ode D éfaut Qt PW G_ref Contrôle du système éolien à base de MADA M od e M P P T M o d e D elta M ode m o de M P P T défaut M ode M PP T M Application des convertisseurs multiniveaux pour la commande du système éolien PW G _ref Q s_ Q s_ P W G _m es Q t_ Conclusion générale et perspectives Q t_ 23 24 Résultats de simulation Stratégie de commande MPPT -1000 Ajuster la vitesse de rotation de l’arbre de la génératrice en fonction de la vitesse du vent Qs [VAR] Cp_max v=16 m/s Courbe de réglage 2.5 Tem [Nm] x 10 50 -2000 6 3 100 0 Extraction du maximum de puissance (MPPT) -3000 Tem_ref -4000 Pmec (W) 50 -100 100 150 1000 1500 2000 1 2.3opt -500 C p _ max R 5 2 -1000 150 200 -150 -200 2500 -250 L Tem p s m irq Ls mec (tr / mn) 200 -100 ird [A] Tem _ ref λ irq [A] v=11 m/s 500 150 t [s] -50 λopt v=10 m/s 0 100 0 v=12 m/s 0.5 50 200 t [s] 0 v=13 m/s 1 0 Tem -7000 v=14 m/s 1.5 -50 -6000 Cp 2 Qs_ref 0 -5000 v=15 m/s Qs -1500 50 100 150 -300 200 50 100 t [s] 25 t [s] 26 Résultats de simulation Stratégie de commande découplée des puissances Système de conversion éolienne 5 0 5 x 10 1 B A 0 Ps Qs [VAR] Ps [W] -2 -4 -6 x 10 Qs C -1 -2 -3 Contrôle du convertisseur Coté MADA Contrôle du bus Continu -8 Contrôle du convertisseur Coté réseau -4 Ps_ref -10 50 100 150 -5 200 Qs_ref 50 100 t [s] 150 200 150 200 t [s] 0 0 -200 ird [A] irq [A] -500 -1000 -400 -600 Unité de Supervision Locale -800 -1500 50 Unité de Supervision Centrale 27 100 150 t [s] 200 -1000 50 100 t [s] 28 Résultats expérimentaux Résultats de simulation is1 [A] Vg1 [V] A B 1000 Ps_ref (1div=1k W) vrm1 (1div =1V) 500 Ps (1 div=1kW) 0 -500 Qs_ ref (1div=5 00Var) ir1(1div =12A) -1000 Qs (1div=5 00Var) 50 A (Qs = 0) 150 t[s] B (Qs ≠ 0) is1 1000 vg1 Vg1 [V], is1 [A] vg1 500 0 -500 500 i rq (1div = 8.5 A) is(1div = 2.5A) ird (1div = 8.5A) ir1 (1div =7.5A) v g(1div = 110V) vg is 0 ir1 (1div =5A) -500 -1000 -1000 100 is1(1div = 5A) 200 zoom is1 1000 Vg1 [V], is1 [A] zoom 100 100.01 100.02 100.03 100.04 100.05 100. t[s] 150 150.01 150.02 150.03 150.04 150.05 150.06 t[s] 29 30 Avantages des convertisseurs multiniveaux Inconvénients des convertisseurs à deux niveaux Les éoliennes de puissance élevée Plusieurs modules de convertisseur Avantages Structure •L’augmentation de la puissance parle biais de la tension • La possibilité de connexion aux réseaux de moyenne tension Inconvénients MADA v Réseau T Ωt Tg Ω β Transformateur Module de convertisseur 1 AC AC Turbine DC DC Module de convertisseur 2 Module de convertisseur N • Impossibilité d’augmenter la puissance par le biais d’une tension plus élevée • La réduction du contenu harmonique des courants • Multiplication du nombre des convertisseurs (back-to-back) • Augmentation des pertes par commutation Domaine de fonctionnement • Multiplication des filtres de connexion au réseau Points d e fonctionnement en utilisant un convertisseur à (n+1) niveaux • Nécessité d’un transformateur élévateur • Augmentation des pertes dans lignes •Mauvais THD -P 1 n2 P1 Q n Q0 2 P1 P1 Scmax 1 Points de fonctionnement en utilisant un convertisseur à deux niveaux Q0 P Q02 S c 2max P1 _ global nP1 nScmax 1 Q02 S c 2max nP1 Points de fonctionnement en utilisant n convertisseurs à deux niveaux 31 P1n _ global n 2 Sc max 1 Q02n S c 2max nP1n _ global 32 Modèle vectoriel du convertisseur NPC à 3 niveaux Etat des interrupteurs de la 1ère phase Réseau T11 T21 T31 T41 Tension de sortie V1O P 1 1 0 0 us1/2 O 0 1 1 0 0 N 0 0 1 1 -us1/2 Etat de commutate ur Supervision des puissances d’une ferme éolienne P Contrôle du système éolien à base de MADA T1 i c1 idc P us1 Application des convertisseurs multiniveaux pour la commande du système éolien im 1 vc1 C1 O C2 Conclusion générale et perspectives u s1 T11 T12 T13 T21 T22 T23 vc2 3 T31 T32 T33 T41 T42 T43 N um2 3 Ti Ti Ti P Ti O Ti N 33 v23 v 21 v1 v5 v25 v19 v9 (OPN ) v8 ( PON ) v15( PNN ) v14 ( NNN ) v19 ( NNP) v 20( PNP) hexagone grand us1 v0 v7 v14 v10 ( NPO) v18 ( NPP) v15 v 20 v12 v16 ( PPN ) Système de conversion éolienne u s1 6 v13 v v6 26 2- Commande vectorielle directe du courant basée sur l’Hystérésis à Zones Circulaires (HZCI) u s1 2 v8 v4 v24 v18 v11 v17 ( NPN ) v22 v2 v3 v 7 ( PPP) v13 ( PNO) v11 ( NOP) v 23 ( N 0 N ) v3 (OPO) v 22 (OON ) v 2 ( PPO) v1 ( POO) v 21 (ONN ) v 4 (OPP) v 24 ( NOO ) v5 (OOP) v 25 ( NNO ) v0 (OOO) v 6 ( POP) v 26 (ONO) s r P i ra T i r Commande directe du courant Contrôleur du bus continu ir ref ir_ref C ird_ref vsq = vs ~ s ic_ref irq_ref Contrôleur de puissance de la MADA Calcul de puissance Commande directe du courant it_ref it_ref C i td_ref itq_ref Contrôle de la puissance coté réseau Pc_ref Ps_ref Qs_ref us1_ref Pt_ref i t it T s Contrôle du convertisseur coté réseau 03 hexagone (grand, moyen petit) v10 1- Commande vectorielle directe du courant basée sur l’Hystérésis à Zones Carrées (HZCA) 2 u s1 3 v16 Contrôle du convertisseur coté MADA 27 vecteurs dont 24 actifs et 4 nuls À trois niveaux Contrôle du bus continu v9 34 Système de contrôle avec des convertisseurs NPC Représentation vectorielle des vecteurs de tension v17 i3 i 1, 2, 3 Ti N i2 2 T3 ic 2 um1 2 T2 im 2 O C2 1 im 2 i1 1 C1 Qt_ref v12 (ONP) hexagone moyen hexagone petit 35 Unité de Supervision Locale 36 Commande vectorielle directe du courant basée sur l’Hystérésis à Zones Carrées (HZCA) Détection de la zone Sélection du vecteur i frc i ir ir i ir ir _ ref ir _ ref dt P signifie di , dt Zones Conditions d ’appartenance di , 0 dt N signifie di , dt 0 AI AII h2 / 2 i h3 / 2 & h2 / 2 i h3 / 2 A III i h3 / 2 & Détection du secteur i h1 / 2 h1 / 2 i h2 / 2 & h1 / 2 i h2 / 2 37 i dt i h1 / 2 & di , i ir di di dt Application de 4catégories de vecteurs Le plan diphasé αβ est divisé en 4 zones Numéro du secteur ir _ ref i Détection du Secteur ir _ ref i ir ir _ ref i ir ir _ ref Numéro de zone i i j i Détection de la zone Calcul de la Calcul de l’ erreur dérivée de l’erreur us1us2 i h3 / 2 A IV 38 Sélection du vecteur de tension Chaque zone est subdivisée en 04 secteurs Chaque zone est subdivisée en 04 secteurs 2 h2 2 h1 h2 h1 2 h2 2 h2 h1 2 h2 2 h2 2 h3 2 h2 2 h2 2 h2 h1 2 h1 2 h3 h2 2 h2 2 h2 h1 2 h3 2 h3 h2 2 h3 2 h2 2 h3 2 x 2 Δiα Δiβ + + - + + - x h3 2 h3 2 h3 2 h3 2 h3 h2 2 x 2 v9 v2 v10 i i i i i v4 i i v5 x 2 i v1 i h1 AI AII AIII AIV S5 S5 S5 S5 S1 S2 S3 S4 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 x 2 v v23 3 Exemple: S2 , v4 v24 AII i 0 i 0 39 v3 v22 v2 v12 v v6 26 v5 h1 h2 i v13 v19 2 v1 h1 v11 v6 v12 i v 20 h3 h3 v10 v h2 i v5 v25 v15 x h3 v9 v 21 v1 v4 v18 v8 i h1 h2 i v6 h2 i v11 v16 i i x h3 2 x 2 Zone v3 v o , v7 , v14 x 2 x h3 2 h3 h2 2 2 x h3 2 h1 h2 2 v17 v17 d i v16 Cas dv i 8 dt 1 P 2 N 3 Pv13 N v5 v5 v4 4 N N VTN ( v0 ) dt v18 P P v19 Vecteur Appliqué v15 v 20 40 Equilibrage du diviseur capacitif T21 ir2 umr1 umr2 it1 1 O ic2 2 T23 T22 imr2 imt22 1 umt1 it2 2 3 3 T’33 T’4 3 C2 T’31 T’3 2 Vecteur Courant us1 0 u s1 0 id 0 ≠ 0 v c2 T32 umt2 -1000 Ps_ref -1500 T4 2 2 4 6 T43 3 ou 6 ir1 0 v1 , v 24 v 21 , v4 ir 2 0 v23 , v6 v3 , v26 2 ou 5 ir 2 0 v3 , v26 v 23 , v6 (i r1 i r 2 ) 0 v5 , v22 v2 , v25 (ir1 i r2 ) 0 v 2 , v 25 v 5 , v 22 -10 4.8 5 t[s] 41 Area V c 1 (V ) Zone 0.4 0.5 0.6 t time t(sec) [s](s) 0.7 0.8 0.9 Zone AIII Zone AII e Δiβ 0.0906 0.0908 0.091 0.0912 0.0914 timte[s] (sec) (d) 0.0916 Mouvement de l’erreur dans les 3 zones AI, AII et AIII Δiβ Δiβ 0.0918 0.4 Vc1-Vc2 (V) V c 2 (V ) Zone AI 2 (a) 350 300 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 t t(sec) time [s](s) (b) 0.8 0.9 0.2 0 -500 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 t (sec) t [s](s) time 0.7 (c) 0.8 0.9 1 Area ΔiαAII Δiβ Δiβ Area ΔiαAIII Secteurs S1 Secteurs S2 -0.2 Applied v ector Vecteur appliqué 500 Area ΔiαAI 0 -0.4 0.0904 1 1000 10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 42 [s] tt(sec) 3 0 0.0904 1 400 V ra b (V ) V ra 5.4 1 0.3 450 U m r1 (V ) 5.2 e 4 0.2 8 Résultats de simulation A B 0.1 6 t [s] -500 -20 5 0 4 0 0 4.6 Δus1= (vc1-vc2)≠ 0 300 -1000 2 500 350 250 -2000 10 Saut de niveau de tension 10 Résultats de simulation 150 8 t [s] 20 1 ou 4 200 Qs_ref -1500 Utilisation des configurations redondantes 250 -500 -2000 T3 3 N i r1 0 v21 , v 4 v1 , v24 Qs 0 -1000 -2500 T41 d (vc1 vc 2 ) 1 ic1 ic 2 imt 2 i mr 2 id 0 dt C Vecteur petit ou moyen T31 T’41 T’42 500 RESEAU vc1 T’21 T’22 1000 Ps -500 V Ur ambr1 ([VV ] ) T’2 3 T13 Qs [VAR] C1 ir1 0 T12 T11 iralph,irbet [A] MADA imt 1 P ic1 T’11 Ps [W] imr 1 T’12 T’1 3 Résultats de simulation 0.0906 0.0908 0.091 0.0912 0.0914 [s] tt(sec) (e) 0.0916 0.0918 30 (b) Δiα Δiα 10 0 0.0904 Secteurs S3 Secteurs S4 0.0906 0.0908 0.091 0.0912 0.0914 tt(sec) [s] (f) 0.0916 Mouvement de l’erreur dans les 4 secteurs de la zone AII Δiβ Δiβ 20 (a) 0.0918 43 (c) Δiα (d) Δiα 44 Commande vectorielle directe du courant basée sur l’Hystérésis à Zones Circulaires (HZCI) Détection de la zone •Principe Le plan diphasé αβ est divisé en 3 zones Limiter le mouvement du vecteur d’erreur du courant dans trois zones d’hystérésis de forme circulaire La détection de la zone est conditionnée par le mouvement de la pointe du vecteur d’erreur us1us2 AII Trc r1 i iβ Sélection du vecteur i Numéro de secteur ir ir Détection du Secteur Calcul de l’ erreur i ir _ref Numéro de zone ir _ ref Détection de la zone AII Conditions r2 AI h1 i ir AI i2 i 2 h1 h2 AII i2 i 2 h1 h2 i ir_ref Zone i2 i 2 h1 i A III i α 45 46 Détection du secteur Sélection du vecteur de tension >h1+h2 h1 +h2 La zone AII est subdivisée en six secteurs Condition d’appartenance de à un secteur i S6 La zone AIII est scindée en douze secteurs S7 h1 S9 S11 S7 S10 S14 ir_ref ir Zone d’appartenance i S1 S16 S15 S10 S0 S13 S5 S3 S1 S11 S16 S12 30° β S3 S3 v23 (NON ) v3 (OPO) 15° v22 (OON ) v2 (PPO) S2 o S13 S12 i arctan i S8 S9 S2 S18 S14 S17 S5 S4 S0 >h1+h2 S4 S15 S6 S8 h2 >h1+h2 h1 S18 iβ S17 iref S1 S2 i S18 iL iα v4 (OPP) v24 (NOO) 30° 60° v0 (OOO) v7 (PPP) v14 (NNN ) -15° i v5 (OOP) v25 (NNO) S1 v10 (NPO) S3 i v11 (NOP) (a) Zone AI 47 (b) Zone AII i v18 (NPP) S2 v15 (PNN ) v13 (PNO) v12 (ONP) -30° v16 (PPN ) v8 (PON) v1 (POO) v21 (ONN ) v6 (POP) v26 (ONO) v17 (NPN ) v9 (OPN ) (c) Zone AIII v19 (NNP) v20 (PNP) (d) Zone AIV 48 Résultats de simulation Contrôle du convertisseur coté MADA Processus de sélection du vecteur de tension 0 v4 (OPP) ou -500 v24 ( NOO) Ps [W] La pointe i est située dans le secteur S1 1000 Ps 500 -1000 Ps_ref -1500 Qs 0 Qs [VAR] Exemple: -500 Qs_ref -1000 Vecteur appliqué S0 VTN S2 S3 S1 8 S4 v10 v3 or v23 -2000 S3 S4 -1500 -2500 2 4 6 8 -2000 10 t [s] v15 4 6 8 10 2.6 2.8 3 1000 v4 or v24 v11 2 t [s] v5 or v25 v0 v7 v14 S0 i S1 20 S2 S18 S16 500 10 Umr1 [V] S1 6 v4 (OPP) ou v 24 ( NOO ) v4 v18 ( NPP) ou v11( NOP) v 24 . v10 (NPO) v5 (OOP) ou v 25 ( NNO) v3 (OPO) ou v23 ( NON ) S1 iralph,irbet [A] Secteur 0 0 -10 -500 -20 le vecteur appliqué à (t) est toujours adjacent au vecteur appliqué à (t-1) 4.6 4.8 5 t[s] 49 Résultats de simulation Contrôle du convertisseur coté réseau -1000 2.2 t [s] Résultats de l’équilibrage des tensions du diviseur capacitif 603 0 Qt 302 us1_ref us1 6 8 -1000 10 10 1000 5 500 2 4 6 8 10 t[s] vc1,vc2 [V] 4 vc2 301 601 us1 [V] 2 602 -500 Pt_ref t[s] 600 599 300 vc1 Umt1 [V] 299 italph,itbet [A] 50 Qt_ref -1600 0 598 597 0 2 4 6 t [s] 8 10 298 2 4 6 8 10 t [s] -500 -5 -10 4.95 2.4 500 Pt -1400 -1800 -1000 2 5.4 1000 Qt [Var] Pt [W] -1200 5.2 5 t[s] 5.05 -1000 1.96 1.98 2 2.02 t [s] 2.04 2.06 51 52 Résultats de simulation de la transition entre les deux modes de fonctionnements 1000 10 500 HZCI -20 2 -1000 2 2.2 2.4 2.6 t[s] 2.8 3 3.2 20 2.2 2.4 2.6 t [s] 2.8 3 40 20 0 0 3.2 22,8% 6 4 2 0 50 100 150 Harmonic order 50 100 150 Harmonic order 200 80 60 40 0 2 0 200 2.4 2.6 t [s] 2.8 3 3.2 [A] i r1 i (A) i r1i [A] (A) 0 1.96 1.98 2 2 0 2.02 2.04 t [s] 1.5 1 0.5 0 -0.5 50 0 0.0248 0.025 0.0248 0.025 2.06 50 100 150 Harmonic order 200 200 0.0252 tt[s] (s) 0.0254 5 4.5 0.0256 1.5 1 0.5 0 -0.5 0.0248 0.025 0.0252 tt[s] (s) 0.0254 0.0256 0.0252 tt[s] (s) 0.0254 0.0256 0.0248 0.025 0.0252 tt[s] (s) 0.0254 0.0256 53 Résultats expérimentaux du convertisseur coté MADA 100 150 Harmonic order HZCI 5 4.5 13,54% 4 Tnc11 S St 5 2.2 6 5.5 10 Tnc11 Sm Sr 15 5 8 20 5.5 10 10 CHC 20 15 Mag (% of Fundamental) 60 8 100 Zoom -500 80 10 Mag (% of Fundamental) -10 Mag (% of Fundamental) 0 100 Zoom 0 Mag (% of Fundamental) HZCA Umr1 [V] ir1,2,3 [A] 20 Résultats de simulation pour la comparaison entre HZCI et HZCA et l’hystérésis conventionnel 54 Résultats expérimentaux de la transition entre les deux modes de fonctionnements Ps_ref (1div=670Watt) Ps (1div=670Watt) u m r1(1div = 200V) Qs_ref (1div=400Va r) (1div =1100tr/min) ir1 (1div =12A) Qs (1div=400 Var) (1div =1100tr/min) θr (1div =2rd) θr (1div =2rd) is1 (1div = 2.5A) irα_ref is(1div = 2.5A) irβ_ref vgg is ir1(1div =6A) ir1(1div =6A) vg (1div = 110V) is irα irβ (1 div= 5A) Hypo synchrone 55 Hyper synchrone Hyper synchrone Hypo synchrone 56 Résultats expérimentaux du contrôle du convertisseur coté réseau Equilibrage v c 1 ( 1 d iv =2 3 V ) Secteur v c 2 ( 1 d iv =2 3 V ) Supervision des puissances d’une ferme éolienne u tm 1 (1 d iv =2 4 0 V ) Contrôle du système éolien à base de MADA Erreur Vecteur appliqué Application des convertisseurs multiniveaux pour la commande du système éolien (1div =0.4A) Conclusion générale et perspectives 57 58 Conclusion générale Conclusion générale II- la supervision et la gestion des puissances d’une ferme éolienne Deux objectifs principaux La modélisation et la commande en puissance d’un système éolien Supervision centrale Les modèles analytiques des différents constituants du système éolien ont été établis L’ensemble de la partie mécanique du système éolien a été émulé Deux stratégies utilisant le contrôle vectoriel MPPT et commande découplée des puissances trois algorithmes de supervision L’algorithme basé sur la distribution proportionnelle des puissances assure un fonctionnement sans saturation des éoliennes de la ferme -il attribue les références les plus élevées aux l’éoliennes ayants la plus grande capacité de production. cet algorithme nécessite l’estimation de la puissance aérodynamique au niveau de chaque éolienne Utilisation des convertisseurs NPC à trois niveaux - augmenter la puissance fournie au réseau - réduisant le contenu harmonique des courants injectés Deux stratégies de contrôle direct du courant basées sur l’hystérésis vectoriel (HZCA &HZCI) (HZCA) - contrôler les puissances active et réactive et équilibrer les tensions du diviseur capacitif - les tensions de sortie du convertisseur NPC présentent des sauts de niveaux à cause de la non utilisation des vecteurs adjacents (HZCI ) - contrôler les puissances active et réactive et équilibrer les tensions du diviseur capacitif -Amélioration des formes d’ondes des tensions de sortie du convertisseur NPC à trois niveaux en utilisant les vecteur adjacents 59 une analyse des puissances échangées entre le réseau et l’éolienne identifier le diagramme (P,Q) du générateur éolien et connaître la limite de compensation du réactif Gestion locale du réactif coordonner la répartition des références de la puissance réactive entre le stator de la MADA et le convertisseur coté réseau pour trois modes pouvoir de compensation du réactif même en mode défaut grâce à l’intervention du convertisseur coté réseau (MPPT et delta) le convertisseur du coté réseau participe avec une fraction de sa capacité maximale de production à la gestion du réactif 60 Perspectives Photographie du banc expérimental à l’EC-Lille -Intégration du stockage pour le lissage de la puissance active injectée dans le réseau électrique, et également pour la contribution au réglage de la fréquence Conv ertisseur DSPACE +P C -Elaboration des algorithmes basés sur l’intelligence artificielle pour la prédiction préalable de la puissance aérodynamique disponible au niveau de chaque éolienne de la ferme. faciliter énormément l’implémentation des algorithmes de supervision centralisée (PI et distribution proportionnel) -Mise en place d’une coordination entre les fermes éoliennes et les autres producteurs pour contribuer au réglage de la fréquence, et au réglage de la tension. Emulateur de la turbine éolie nne M ADA 61 C onnexio n r ésea u 62 Production scientifique Photographie du banc expérimental à l’EMP-Alger Publications internationales [J1] T. Ghennam, EM. Berkouk, B. Francois, “A Novel Space Vector Current Control Based on Circular Hysteresis Areas of a Three-Phase Neutral-Point-Clamped Inverter”, IEEE Transaction on Industrial Electronics. Vol 57, no 8, pp 2669-2678, 2010, (Impact factor = 5,468 en 2009). [J2] T. Ghennam, EM. Berkouk, “Back-to-back three-level converter controlled by a novel space-vector hysteresis current control for wind conversion systems”, Electric Power System Research Journal, Elsevier, Vol 10, no 5, 2010, (Impact factor = 1,259 en 2009). [J3] T. Ghennam, E.M. Berkouk, B. Francois, “A Vector Hysteresis Current Control Applied on Three-Level Inverter. Application to the Active and Reactive Power Control of Doubly Fed Induction Generator Based Wind Turbine”, International Review of Electrical Engineering (IREE), ISSN 1827-6660, Vol. 2 no 2 March- April, Journal Citation Reports/Science Edition - ISI Thomson 2007. 63 64 Production scientifique Production scientifique Conférences internationales [C1] T. Ghennam, B. Francois, E.M. Berkouk, “Local supervisory algorithm for reactive power dispatching of a wind farm”, 13th European conference on power electronics and applications (EPE 2009), Barcelona, Spain, 5-8 September 2009. [C2] T. Ghennam, E.M. Berkouk, B. Francois, “Modeling and Control of a Doubly Fed Induction Generator Based Wind Conversion System”, IEEE International conference on power engineering, energy and electrical drives (POWERENG 2009), Lisbon, Portugal, 18-20 Mach 200 [C5] T. Ghennam, E.M. Berkouk, B. Francois, “Three level inverter controlled by means of hysteresis current control. 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Robyns, “Centralized supervision of reactive power generation for a wind farm”, 12th European conference on power electronics and applications (EPE 2007), Aalborg, Denmark 02-05, September 2007. 65 67 66
