Sujet 6 Titre: Etude et analyse des performances d`une Chaîne de

Sujet 6
Titre: Etude et analyse des performances d’une Chaîne de
Conversion d’Energie Marine dans le cas d’un réseau perturbé
Directeur de
thèse
Nom
Machmoum Mohamed
Email
téléphone
[e-mail]
02.40.17.26.03
Unité de recherche
(avec sa labellisation)
IREENA (EA 4642)
Unité de rattachement
(Université, Ecole…)
Polytech’Nantes
Nombre de thèses en
cours
2
Co-encadrant
éventuels
Nom
Aït-Ahmed Nadia
Email
téléphone
[e-mail]
02.40.90.50.45
Unité de recherche
(avec sa labellisation)
IREENA EA 4642
Unité de rattachement
(Université, Ecole…)
Polytech Nantes
Nombre de thèses en
cours
0
Co-encadrant
éventuels
Nom
Luc Moreau
Email
téléphone
[e-mail]
Unité de recherche
(avec sa labellisation)
IREENA EA 4642
Unité de rattachement
(Université, Ecole…)
Polytech Nantes
Nombre de thèses en
cours
2
Financement
envisagé

Résumé /Abstract du sujet de la thèse (3 à 5 lignes)
Résumé
:
L’objectif de la thèse est l’amélioration des performances de systèmes éoliens
offshore ou hydroliens dans le cas d’un réseau perturbé. L’accent sera mis sur le
dimensionnement énergétique sur cycle de la chaîne de conversion, le choix d’une
architecture tolérante aux défauts, l’identification des perturbations en tension (creux,
déséquilibre, Flicker, harmoniques …) et l’élaboration de stratégies de commande
avancées permettant un contrôle efficace découplé des puissances tout en participant aux
services systèmes (Grid codes).
Abstract: The objective of this thesis is the enhancement of a Marine Renewable Energy
converter based on a Double Salient Permanent Magnet Generator DSPMG considering
unbalanced and distorted voltages conditions. Emphasis will be placed on: the energetic
design of the conversion chain, the choice of tolerant fault architecture, the identification of
voltage disturbances (dips, imbalance, Flicker, harmonics ...) and the development of
advanced control strategies for effective
decoupled active and reactive power control and

Descriptif du sujet de thèse (2 pages au maximum)
Etude et analyse des performances d’une Chaîne de Conversion
d’Energie Marine dans le cas d’un réseau perturbé
Contexte :
Dans le cadre du paquet énergie-climat, la France s’est fixé un objectif de production
d’électricité d’origine marine de l’ordre de 6000 MWh à l’échéance 2020. Différents
projets sont en cours dans le grand ouest dont l’ambition est de positionner
durablement ces régions comme zones d’excellence dans l’étude et le développement
des énergies éoliennes offshore ou hydroliennes. Ces projets visent à améliorer la
compétitivité de ces filières où un gisement important en termes de recherche et
d’innovation existe à la fois au niveau de l’amélioration des performances de la chaîne
de conversion et de l’intégration et gestion de fermes.
Objectifs :
Les dispositifs éoliens ou hydroliens à vitesse variable ont reçu une attention
particulière vu qu’ils permettent d’assurer un contrôle efficace et découplé des
puissances active et réactive et d’améliorer la qualité de l’énergie. Les turbines
modernes ne sont plus seulement contrôlées pour apporter la puissance active
nécessaire via une stratégie MPPT donnée mais doivent participer aussi à
l’amélioration de l’onde tout en soutenant le réseau en présence de défauts. Pour cela,
les degrés de liberté des convertisseurs statiques doivent être exploités et des
stratégies de commande avancées doivent être élaborées pour conditionner l’énergie
en compensant les perturbations électriques (creux de tension, déséquilibre,
harmoniques…) et en répondant aux exigences du gestionnaire du réseau en
participant aux services systèmes (stabilité, contrôle de la fréquence, amortissement
des oscillations et tolérance vis-à-vis des défauts réseau).
Ce sujet de thèse s’insère dans la continuité des travaux menés au sein du laboratoire
IREENA sur les systèmes éoliens offshore ou hydroliens, notamment dans le cadre du
projet Hydrol 44. L’étude sera principalement axée sur une chaîne de conversion
d’énergie à base d’une machine lente non conventionnelle de type synchrone à aimant
permanent à double saillance (DSPMG), tolérante aux défauts et permettant de
s’affranchir totalement ou partiellement du multiplicateur de vitesse. Elle concernera le

dimensionnement, la modélisation et la commande robuste de la chaîne de conversion
en présence de défauts ou perturbations réseau.
Les étapes de l’étude sont :
- Etude bibliographique et analyse comparative de différentes génératrices :
DSPMG, MSPS et MRV.
- Modélisation et dimensionnement énergétique sur cycle de la chaîne de
conversion (génératrice + convertisseurs statiques) prenant en compte la
variabilité de la ressource : probabilité d’apparition de vitesse du courant marin et
des puissances associées.
- Analyse et choix des interfaces de l’électronique de puissance adaptés à
l’ensemble hélice – génératrice de type DSPMG avec prise en compte de
l’aspect redondance, tolérance aux défauts et reconfigurabilité.
- Elaboration et test de lois de commande avancées permettant un contrôle
découplé des puissances active et réactive tout en améliorant la qualité de l’onde
et en minimisant les ondulations de couple.
- Identification et caractérisation de la chaîne de conversion dans le cas de réseau
perturbé et élaboration de lois de commande appropriées. Les algorithmes
développés devraient permettre de tirer avantage de l’excès de capacité de
génération de puissance du convertisseur statique (côté machine ou côté réseau)
pour le doter de fonctions qualité. En fonction des priorités, le convertisseur
pourra compenser le réactif et les éventuelles perturbations électriques telles
que courants harmoniques, déséquilibre des tensions réseaux ou l’effet Flicker
(tenue aux creux de tension) assurant la conformité avec les Grid Codes.
- Mise en œuvre du banc d’essais en cours de réalisation à échelle réduite dans la
cadre du projet hydrol44. Ce banc servira d’abord pour valider le modèle de la
DSPMG (caractéristiques externes couple, fem ….) puis tester et analyser les
performances des lois de commande en mode réseau sain ou perturbé.
- Cette chaine de conversion pourra être simplifiée pour l’étude d’un parc hydrolien
à base de DSPMG et l’analyse de son intégration sur le réseau.

CV du directeur de thèse (1 page maxi)
Mohamed MACHMOUM
53 ans
Professeur des Universités (Polytech’ Nantes), PR2, 63
ème
section
Ingénieur Industriel en Génie Electrique, Liège , Belgique (1984)
Docteur de l’INPL (Lorraine), 1989
Habilité à diriger des recherches, IREENA, Polytech’Nantes, 2004
Thèmes de recherches :
- Qualité de l’énergie électrique
- Systèmes à Energies Renouvelables (éolien, hydrolien…)
- Intégration énergétique (smarts grids, stockage et mix énergétique)
Activités d’Enseignement :
Enseignement d’électrotechnique analytique, qualité de l’énergie et réseaux électriques en
Master Recherche SEGE et dans le double master Franco-Chinois (enseignement en Anglais).
Enseignement machines électriques, électronique de puissance, signaux, systèmes et circuits
électriques pour les élèves du département GE de Polytech’Nantes.
Publications Revues depuis 2013 :
[ACL 1] BOUABDALLAH A., OLIVIER J.C., BOURGUET S., MACHMOUM M., SCHAEFFER E.
"Safe sizing methodology applied to a standalone photovoltaic system", Renewable Energy, 2015
[ACL 2] DAHMANI O., BOURGUET S., MACHMOUM M., GUERIN P., RHEIN P., JOSSE L.,
"Optimization of the Connection Topology of an Offshore Wind Farm Network", IEEE Systems Journal, jun. 2014
[ACL 3] DAHMANI O., BOURGUET S., MACHMOUM M., GUERIN P., RHEIN P., JOSSE L.,
"Evaluation of Optimal Collection System and Positions of Offshore Power Substations of an Offshore Wind Farm",
European Journal of Electrical Engineering (EJEE), 2014
[ACL4] BOUTOUBAT M., MOKRANI L., MACHMOUM M.,
"Full Capability of Harmonic Current Mitigation for a Wind Energy System", Electric Power Components and
Systems, vol. 42, num. 15, pages 1743-1753, 2014
[ACL 5] CHEVALIER S., AUVITY B., OLIVIER J.C., JOSSET C., TRICHET D., MACHMOUM M.,
"Detection of cells state-of-health in pem fuel cell stack using EIS measurements coupled with multiphysics
modeling", Fuel Cells, 2014
[ACL 6] MOREAU L., ZAIM M.E., MACHMOUM M.,
"Control Optimization of a Slotted Switched Reluctance Generator for High-torque Applications", Electric Power
Components and Systems, Taylor and Francis Jo , ISBN: 1532-5008 print/1532-5016 on line, 2014
[ACL 7] CHEVALIER S., TRICHET D., AUVITY B., OLIVIER J.C., JOSSET C., MACHMOUM M.,
"Multiphysics DC and AC models of a PEMFC for the detection of degraded cell parameters", International Journal of
Hydrogen Energy, doi : 10,1016/j.ijhydene.2013.04.057, 2013
[ACL 8] MERHY M., MOREL C., CHAUVEAU E., MACHMOUM M.,
"Reducing the Spectral Emissions of PFC Converters by Anticontrol of Chaos", International Journal of Power
Electronics and Drive Systems (IJPEDS), jun. 2013
[ACL 9] BOUTOUBAT M., MOKRANI L., MACHMOUM M.,
"Control of a wind energy conversion system equipped by a DFIG for active power generation and power quality
improvement", Renewable Energy, pages 378-386, http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2012.06.058, feb. 2013
[ACL 10] MACHMOUM M., BOUTOUBAT M., MOKRANI L.,
"Power Quality Improvement using Grid Side Converter of Wind energy Conversion Systems", Journal of Energy and
Power Engineering, ISSN 1934-8975, 2013
[ACL 11] PETREUS D., DARABAN S., CIOCAN I., PATARAU T., MOREL C., MACHMOUM M.,
"Low cost single stage micro-inverter with MPPT for grid connected applications", Solar Energy, vol. 92, pages 241-
255, 2013