JCGE'08 LYON, 16 et 17 décembre 2008
Maximisation de la Puissance Produite
par une Génératrice Asynchrone Double Alimentation
d’une Eolienne par Mode Glissant d’Ordre Supérieur
B. Beltran
Université de Brest, EA 4325 LBMS, IUT de Brest – Rue de Kergoat – CS 93837, 29238 Brest Cedex 03
Résumé—L’énergie éolienne possède de nombreux
avantages, elle ne pollue pas et c’est une source inépuisable.
Cependant, le coût de cette énergie est encore trop élevé
pour concurrencer les sources fossiles traditionnelles,
notamment sur les sites moins ventés. Le rendement d’une
éolienne dépend essentiellement de trois paramètres : la
puissance du vent, la courbe de puissance de la turbine et
l’habilité de la génératrice à répondre aux fluctuations du
vent. Cet article propose alors une commande robuste de la
génératrice asynchrone double alimentation d’une éolienne
qui permet d’optimiser sa production, c'est-à-dire
améliorer la qualité de l’énergie produite et son rendement
énergétique. La commande proposée ; à savoir un mode
glissant d’ordre supérieur, a été validée sur une éolienne
tripale de 1.5-MW en utilisant le simulateur FAST du
NREL (National Renewable Energy Laboratory).
NOMENCLATURE
v = Vitesse du vent (m/sec) ;
ρ = Densité de l’air (kg/m3) ;
R = Rayon du rotor (m) ;
Pa = Puissance aérodynamique (W) ;
Ta = Couple aérodynamique (Nm) ;
λ = Vitesse spécifique ;
Cp(λ) = Coefficient de puissance ;
Cq(λ) = Coefficient de couple ;
ωmr = Vitesse du rotor/partie mécanique (rad/sec) ;
ωmg = Vitesse du générateur/partie mécanique(rad/sec) ;
Tg = Couple de la génératrice (Nm) ;
Tls = Couple en basse vitesse (Nm) ;
Ths = Couple en grande vitesse (Nm) ;
Kg = Coefficient de rigidité/génératrice (Nm/rad sec) ;
Kr = Coefficient de rigidité/rotor (Nm/rad sec) ;
Kt = Coefficient de rigidité total (Nm/rad sec) ;
Jr = Inertie du rotor (kg m2) ;
Jg = Inertie de la génératrice (kg m2) ;
Jt = Inertie totale (kg m2) ;
V (I) = Tension (courant) (V, A) ;
P (Q) = Puissance active (réactive) ;
φ = Flux (Wb) ;
Tem = Couple électromagnétique (Nm) ;
Rs (Rr) = Résistance statorique (rotorique) (Ω) ;
Ls (Lr) = Inductance statorique (rotorique) (H) ;
M = Inductance mutuelle (H) ;
σ = Coefficient de fuites, σ = 1 – M2/LsLr ;
θr = Rotor position ;
ωr (ωs) = Vitesse angulaire (vitesse synchrone) ;
g = Glissement ;
p = Nombre de paire de pôles.
I. INTRODUCTION
Le développement durable et les énergies renouvelables
suscitent aujourd’hui l’intérêt de plusieurs équipes de
recherches. Ainsi, le développement des éoliennes représente
un grand investissement dans le domaine de la recherche
technologique. Ces systèmes qui produisent de l’énergie
électrique à partir du vent peuvent constituer une alternative
technologique et économique aux différentes sources
d’énergies épuisables. D'ailleurs, la croissance de l'industrie
éolienne mondiale est de l'ordre de 30 % par an depuis le
début des années 2000 (Fig. 1) [1]. L’utilisation des
aérogénérateurs présente des avantages importants. En effet,
ils sont pour l'instant l'un des moyens les plus écologiques
d'obtenir de l'électricité et cette source est inépuisable.
Cependant le coût de l'énergie éolienne est encore trop élevé
pour concurrencer les sources traditionnelles.
De nombreux travaux de recherche sur la commande
d’éoliennes ont été menés. Grâce à eux, les dernières
générations d'éoliennes fonctionnent avec une vitesse
variable et disposent d'une régulation pitch [2]. Nous
pouvons modifier ainsi la vitesse de rotation et l’angle de
calage de chacune des pales, nous permettant ainsi
d'améliorer la production de l'aérogénérateur. Néanmoins, il
reste encore à introduire plus d’intelligence dans le
fonctionnement des aérogénérateurs.
Fig. 1. Croissance mondiale de la capacité installée d'énergie éolienne [1].