elec Birame M'hamed

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République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université de Batna
Faculté des Sciences de l’Ingénieur
Département d’Électrotechnique
Mémoire
Présenté Pour Obtenir le diplôme de
Magister en Électrotechnique
Option : Electronique de puissance
Soutenu publiquement par :
Mr BIRAME M’hamed
Thème
Commande floue d’un convertisseur AC-DC à UPF en cascade avec
un convertisseur DC-DC double étage alimentant un système de
biberonnage par supercapacités d’un véhicule électrique
Soutenu le,
Devant le Jury
ABDESSEMED Rachid Pr Université de Batna Président
AZOUI Boubaker M.C Université de Batna Rapporteur
MOKRANI Lakhdar C.C Université de Laghouat Co-Rapporteur
NAIT-SAID Mohamed-said Pr Université de Batna Examinateur
BENALLA Hocine M.C Université de Constantine Examinateur
ALIOUCHENE Mohamed Dr C.C Université de Batna Examinateur
Promotion 2003

AVANT PROPOS
e mémoire a été préparé au sein du Laboratoire
de Matériaux du département de Génie Electrique
à l’Université de Laghouat en collaboration avec le
laboratoire de recherche d’électrotechnique de
l’Université de Batna.
A cette occasion je tiens à témoigner ma
reconnaissance à toute personne ayant aidé de près ou
de loin à l’aboutissement de ce travail.
Mes remerciements vont à monsieur B. Azoui,
Maître de Conférence au département
d’électrotechnique de l’Université de Batna, pour avoir
accepté d’être le rapporteur de ce mémoire.
Mes remerciements sincères vont aussi à monsieur
L. Mokrani, Maître Assistant Chargé de Cours au
département de Génie Electrique de l’Université de
Laghouat, pour son aide, ses conseilles précieuses, ses
encouragements incessants durant la réalisation de ce
travail.
Je tiens à remercier également :
Monsieur R. Abdessemed, Professeur de
l’université de Batna, qui me fait l'honneur de présider
le jury du présent mémoire.
Messieurs M.S. Nait-Said, Professeur de l’université
de Batna, et M. Aliouchene, docteur charge de cours de
l’université de Batna et H. Benalla, Maître de conférence
de l’université de Constantine, d’avoir accepté de juger ce
travail, en tant que membres de Jury.
C

I
SOMMAIRE
INTRODUCTION GENERALE ............................................................................................ 01
CHAPITRE I SUPERCONDENSATEUR, PRINCIPE ET MODÉLISATION
I.1. INTRODUCTION .............................................................................................................05
I.2. MOYENS DE STOCKAGE D’ENERGIE CONVENTIONNELS .................................. 05
I.3. DE NOUVEAUX COMPOSANTS POUR LE STOCKAGE D’ENERGIE .................... 05
I.4. STOCKAGE D’ENERGIE EN UTILISANT DES SUPERCONDENSATEURS ......... 07
I.4.1 Principe et généralités sur les supercapacités ....................................................07
I.4.2 Performances commerciales des supercapacités ................................................08
I.4.3 Modèle d’un pack de supercondensateurs ..........................................................08
I.4.3.1 Modèle d’une supercapacité...................................................................... 09
I.4.3.2 Modèle d’un pack de supercapacités ....................................................... 10
I.5. STRATEGIES DE CHARGE ET DE DECHARGE DES SUPERCAPACITES ............11
I.6 UTILISATION DU STOCKAGE SUPERCAPACITIF DANS LE DOMAINE DE
TRANSPORT URBAIN COLLECTIF .............................................................................12
I.6.1 Supercondensateur pour l’alimentation de bus électriques par biberonnage 13
I.6.2 Compensation des chutes de tension d’un réseau de traction électrique à partir
d’une sous-station à stockage ................................................................................ 14
I.7 CONCLUSION .................................................................................................................. 14
CHAPITRE II MODELISATION ET COMMANDE DES CONVERTISSEURS
STATIQUES AC-DC A FACTEUR DE PUISSANCE UNITAIRE
II.1. INTRODUCTION............................................................................................................16
II.2 CONVERTISSEURS AC-DC A FACTEUR DE PUISSANCE UNITAIRE ................. 16
II.2.1 Différents types de redresseurs........................................................................... 16
II.2.1.1 Redresseurs à commutation naturelle ...........................................................16
II.2.1.2 Redresseurs à commutation forcée ...............................................................17
II.2.2 Stratégie de contrôle du facteur de puissance unitaire ....................................17

II
II.2.3 Redresseur monophasé à facteur de puissance unitaire.................................. 18
II.2.3.1 Mise en équation du système......................................................................... 18
II.2.3.2 Asservissement de la tension de sortie et du courant d'entrée.......................... 19
II.2.3.3 Synthèse d’un correcteur PI ........................................................................21
II.2.3.4 Résultats de simulation .................................................................................22
II.2.4 Redresseur triphasé à facteur de puissance unitaire ........................................ 23
II.2.4.1 Mise en équation du système ........................................................................24
II.2.4.2 Asservissement de la tension de sortie et du courant d'entrée.......................... 26
II.2.4.3 Résultats de simulation ................................................................................29
II.3 CONCLUSION.................................................................................................................. 31
CHAPITRE III MODELISATION ET COMMANDE DES CONVERTISSEURS
STATIQUES DC-DC
III.1. INTRODUCTION........................................................................................................... 33
III.2 CONVERTISSEURS STATIQUES DC-DC...................................................................33
III.2.1 Hacheurs série ...................................................................................................33
III.2.2 Hacheurs à stockage inductif ............................................................................35
III.3 COMMANDE DES HACHEURS SÉRIE ET SÉRIE PARALLÈLE............................. 37
III.3.1 Commande d’un hacheur série.......................................................................... 38
III.3.2 Résultats du simulation......................................................................................39
III.3.3 Commande d’un hacheur à stockage inductif.................................................. 39
III.3.4 Résultats de simulation ......................................................................................40
III.4 CONCLUSION ................................................................................................................ 41
CHAPITRE IV COMMANDE DES CONVERTISSEURS STATIQUES PAR
LA LOGIQUE FLOUE
IV.1 INTRODUCTION ..........................................................................................................43
IV.2 PRINCIPE ET HISTORIQUE DE LA LOGIQUE FLOUE............................................ 43
IV.3 APPLICATIONS DE LA LOGIQUE FLOUE ...............................................................44
IV.4 GENERALITES SUR LA LOGIQUE FLOUE............................................................... 44
IV.4.1 Variables linguistiques et ensembles flous .......................................................45
IV.4.2 Différentes formes des fonctions d’appartenance............................................45
IV.4.3 Inférence à plusieurs règles floues.....................................................................48

III
IV.5 DESCRIPTION ET STRUCTURE D’UNE COMMANDE PAR LA LOGIQUE
FLOUE.............................................................................................................................48
IV.5.1 Interface de fuzzification ...................................................................................49
IV.5.2 Mécanisme d'inférence floue.............................................................................. 50
IV.5.3 Interface de défuzzification................................................................................52
IV.6 COMMANDE FLOUE DES CONVERTISSEURS AC-DC MONOPHASE ET
TRIPHASE A FACTEUR DE PUISSANCE UNITAIRE ..........................................53
IV.6.1 Principe et structure de la commande ..............................................................53
IV.6.2 Description du régulateur flou .........................................................................54
IV.6.3 Résultats de simulation et discussion ...............................................................57
IV.6.3.1 Cas d’un redresseur triphasé à commutation forcée .................................... 57
IV.6.3.2 Cas d’un redresseur monophasé à commutation forcée .............................. 58
IV.7 COMMANDE FLOUE D’UN HACHEUR SERIE ........................................................ 59
IV.7.1 Principe et structure de commande floue en courant d’un hacheur série ....59
IV.7.2 Description du régulateur flou ..........................................................................60
IV.7.3 Résultats de simulation et discussion ................................................................ 61
IV.8 COMMANDE FLOUE D’UN HACHEUR A STOCKAGE INDUCTIF .....................62
IV.8.1 Principe et structure de commande d’un hacheur à stockage inductif.......... 62
IV.8.2 Description du régulateur flou .........................................................................63
IV.8.3 Résultats de simulation et discussion .............................................................. 63
IV.9 CONCLUSION ............................................................................................................... 64
CHAPITRE V DIMENSIONNEMENT ET SIMULATION D’UN SYSTEME DE
BIBERONNAGE SUPERCAPACITIF D’UN VEHICULE ELECTRIQUE.
V.1 INTRODUCTION.............................................................................................................66
V.2 PRESENTATION DU SYSTEME DE BIBERONNAGE ............................................... 66
V.3 DIMENSSIONNEMENT DU SYSTEME DE BIBERONNAGE.................................... 67
V.3.1 Dimensionnement des grandeurs de puissance électrique de la chaîne de
traction électrique ............................................................................................... 67
V.3.1.1 Moteur de traction de la roue du véhicule électrique .....................................67
V.3.1.2 Pack de supercapacités ................................................................................67
V.3.2 Dimensionnement du hacheur à stockage inductif ...........................................67
V.3.3 Dimensionnement du pack de supercondensateurs .......................................... 69