اﻟﻌﻠـﻤـــــــــﻲ واﻟـﺒﺤـــﺚ اﻟﻌﺎﻟـــﻲ رة وزا ـﻒ ﺳﻄﯿـ ﺎس

ازو
ةر
ﻌﺘﻟا
ـ
ﯿﻠ
ـــ
ﻢـ
ﻲـــﻟﺎﻌﻟا
ﺚـــﺤﺒـﻟاو
ﻲـــــــــﻤـﻠﻌﻟا
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE
SCIENTIFIQUE
ﻌﻣﺎﺟ
ــ
ﺒﻋ تﺎـﺣﺮﻓ ﺔـ
ــ
سﺎ
-
ـﯿﻄﺳ
ــ
ﻒـ
UNIVERSITE FERHAT ABBAS
—
SETIF
UFAS
(ALGERIE)
Faculté
de Technologie
Mémoire de
Magister
Présenté au département d’Electrotechnique
Pour obtenir le diplôme
d
e
Magister e
n Electrotechnique
Option :
Commande
électrique
Présenté
par
:
M
r
:
ROUABHI
Riyadh
Thème
Étude
et Commande d’une Machine Asynchrone à Double Alimentation
Application
: Energie éolienne
Soutenu publiquement le
/
/ 201
2
devant le jury composé de :
Dr
. RADJEAI Hammoud
M.C
Université de
Sétif
Président
Dr.
SAIT Belkacem
M.C
Université de Sétif
Rapporteur
Dr. HACHEMI Mabrouk
M.C
Université de Sétif
Examinateur
Dr
.
KHAMLICHE
Mabrouk
M.C
Université de Sétif
Examinateur

Remerciements
Avant tout, nous remercions Dieu Le tout puissant de nous
avoir donné le courage, la volonté, la patience, et la santé
durant toutes ces longues années d’étude.
je adresse mes
sincères remerciements à touts mes enseignants de
L’université
de SETIF, notamme
nt à mon promoteur Mr. SAIT Belkacem,
d'avoir proposé le sujet sur
lequel j
’
ai travaillé, et qui a assuré
la direction et l'encadrement du travail présenté
dans ce
mémoire.
je tiens notamment, à adresser l’expression de ma
sincère reconnaissance aux
membres du j
ury d’examen, pour
l’intérêt qu
’ils ont porté à ce travail.
Cette page ne serait être complète sans remercier mes
meilleurs collègues et
frères :
M
.
Touil
,
M
.
Bourezg
,
H
.
Zouglache
,
B
.
Blaissag
,
I
.
Amroune
,
A. Mehachi,
sans leurs
soutiens je n
’
aurais
sûrement pas pu mener à bien ce mémoire.
Enfin, mes remerciements vont à tous ceux qui m'ont soutenu
de prés ou de loin à réussir ce travail.
Mes vives salutations
.

SOMMAIRE
SOMMAIRE
................................
................................
................................
................................
............................
I
LISTE DES FIGURES
................................
................................
................................
................................
...........
II
LISTE DES SYMBOLES
................................
................................
................................
................................
.....
I
II
INTRODUCTION GÉNÉRAL
E
................................
................................
................................
.............................
1
CHAPITRE I
: BASES DE L’ÉNERGIE
ÉOLIENNE
.
I.1
I
NTRODUCTION
................................
................................
................................
.......................
5
I.2
G
ENERALITES SUR L
’
ENERGIE EOLIENNE
................................
................................
.............
5
I.2.1
Historique de l’énergie éolienne
................................
................................
................................
....
5
I.2.2
L’aérogénérateur
................................
................................
................................
..............................
6
I.2.3
Les différents types d’éoliennes
................................
................................
................................
......
7
I.2.
4
Production d’une éolienne
................................
................................
................................
...........
10
I.2.
5
L’énergie éolienne en quelques chiffres
................................
................................
........................
1
1
I.2.
6
Nécessité de stockage
................................
................................
................................
....................
1
1
I.2.
7
Avantages et Inconvénients
................................
................................
................................
...........
1
3
I.
3
C
ONVERSION D
’
ENERGIE CINETIQUE DU
VENT EN ENERGIE MECA
NIQUE
..........................
14
I.
3
.1
Loi de BETZ
................................
................................
................................
................................
..
14
I.
3
.2
Utilité
de la vitesse variable
................................
................................
................................
...........
17
I
.4
MODELISATI
ON ET STRATEGIE DE C
OMMANDE D
’
UNE TURBINE
A VITESSE VARIABLE
.....
1
8
I.4.1
MODELISATION DE LA TURBINE
................................
................................
..........................
1
8
I.4.1.1
Source primaire : le vent
................................
................................
................................
...
1
8
I.4.1.2
La conversion aérodynamique
................................
................................
...........................
19
I.4.1.3
Le coefficient de puissance
ܥ
݌
(
ߣ
,
ߚ
)
................................
................................
..................
20
I.4.1.4
L’équation dynamique de la turbine
................................
................................
..................
2
1
I.4.1.
5
Modèlisation du syst
è
m d’orientation
des pales
................................
................................
2
3
I.
4
.2
STRATEGIE DE COMMENDE DE LA TURBINE
................................
................................
....
29
I.
4
.
2
.
1
L
a commande
en dessous de la puissance nominale
................................
.........................
2
4
I.
4
.
2
.2
Caractéristique de puissance
................................
................................
..............................
2
4
I.
4
.
2
.3
Commande
dans la zone de fonctionnement en dessous de la puissance nominale
..........
25
I.
4
.
2
.
3.1
Principe de la MPPT
................................
................................
............................
2
6
I.
4
.
2
.3.2
Commande indirecte de vitesse (
en dessous de la puissance nominale
)
..............
2
6
I.
4
.
2
.
4
Résultats
de simulation
................................
................................
................................
....
28
I.
4
.
2
.
5
Interprétations des résultats
................................
................................
..............................
2
9
I.
5
C
ONVERSION DE L
’
ENERGIE MECANIQUE EN
ENERGIE ELECTRIQUE
................................
.
29
I.
5
.1
Génératrices utilisées pour la production de l’énergie électrique
................................
..................
29
I.5.1
.1
Fonctionnement à
vitesse fixe
................................
................................
..........................
29
I.5.1
.2
Fonctionnement à vitesse variable
................................
................................
....................
30
I.
6
A
PERÇU SUR LES SYSTEM
ES DE CONVERSION ELE
CTROMECANIQUE
................................
.
31
I.
6
.1
Systèmes utilisant la machine
synchrone
................................
................................
.......................
31
I.
6
.2
Systèmes utilisant la machine asynchrone
................................
................................
.....................
31
I.
7
C
ONCLUSION
................................
................................
................................
.........................
33

SOMMAIRE
CHAPITRE
II
:
MACHINE ASYNCHRONE A
DOUBLE ALIMENTATION
.
II.1
I
NTRODUCTION
................................
................................
................................
.....................
3
4
II.2
S
TRUCTURE DE LA
MADA
................................
................................
................................
..
3
4
II.2.1
MADA à rotor bobiné
................................
................................
................................
.................
3
4
II.2.2
MADA sans balais
................................
................................
................................
......................
3
5
II.2.3
MADA en cascade
................................
................................
................................
......................
3
5
II.
3
M
ODE DE FONCTIONNEMEN
T
................................
................................
...............................
3
6
II.
3
.1
Fonctionnement en mode moteur hyposynchrone
................................
................................
.......
3
6
II.
3
.2
Fonctionnement en mode moteur hypersynchrone
................................
................................
......
3
6
II.
3
.3
Fonctionnement en mode génératrice hyposynchrone
................................
................................
.
3
7
II.
3
.4
Fonctionnement en mode génératrice hypersynchrone
................................
................................
3
8
II.
4
A
PERÇU SUR LES CONFIG
URATIONS DE LA
MADA
A ROTOR BOBINE
...............................
3
8
II.
4
.1
Configuration pour application moteur
................................
................................
........................
3
8
II
.
4
.
1
.1
Stator alimenté par le réseau, rotor alimenté par un onduleur
..............................
39
II
.
4
.
1
.2
Stator relié au réseau, rotor alimenté par un Cycloconvertisseur
.........................
39
II
.
4
.
1
.
3
MADA alimenté par deux convertisseurs indépendants
................................
......
4
0
II.
4
.2
Configuration pour application génératrice
................................
................................
.................
4
0
I
I.
4
.2.1
MADA à énergie
rotorique dissipée
................................
................................
.....
4
1
I
I.
4
.2.2
Structure de Kramer
................................
................................
.............................
4
2
I
I.
4
.2.
3
Structure de Scherbius avec cycloconvertisseur
................................
...................
4
2
I
I.
4
.2.
4
Structure de Scherbius avec convertisseurs MLI
................................
.................
4
3
II.
5
A
VANTAGES ET INCONVEN
IENTS DE LA
MADA
................................
................................
.
4
4
II.5.1
Avantages de la MADA
................................
................................
................................
..............
4
5
II.5.2
Inconvénients de la MADA
................................
................................
................................
.........
4
6
II.
6
A
PPLICATION DES MACHI
NES ASYNCHRONES A DO
UBLE ALIMENTATION
........................
4
6
II.6.1
Application moteur
................................
................................
................................
......................
4
6
II.6.2
Application génératrice
................................
................................
................................
................
4
6
II.
7
M
ODELISATION DE LA MA
CHINE ASYNCHRONE
A DOUBLE ALIMENTATIO
N
.....................
4
7
II.
7
.1
Hypothèses simplificatrices
................................
................................
................................
.........
4
7
II.
7
.2
Equations électriques et l’équation mécaniqu
e de la MADA
................................
......................
4
8
II.
7
.3
Modèle de la MADA dans le plan (dq)
................................
................................
........................
49
I
I
.
7
.3.1
La Transformation de Park
................................
................................
....................
49
I
I
.
7
.3.2
Application de la
transformation de Park
................................
..............................
5
0
II.7.4
Mise sous forme d’équation d’état
................................
................................
...............................
5
1
II.
8
R
ESULTAT
S
DE SIMULATION NUMERI
QUE
DU SYSTEME
................................
.....................
5
2
I
I
.
8
.1
R
ésultat
s
de simulation
pour le
fonctionnement moteur (MADA)
................................
...............
5
2
II.8.
2
Interprétation des résultats
................................
................................
................................
.............
5
3
I
I
.
8
.
3
R
ésultat
s
de simulation
pour le
fonctionnement générateur (GADA)
................................
...........
5
4
II.8.
4
Interprétation des résultats
................................
................................
................................
.............
5
6
II.
9
C
ONCLUSION
................................
................................
................................
.........................
5
6

SOMMAIRE
CHAPITRE
III
:
:
COMMANDE VECTORIELLE DES PUISSANCES ACTIVE ET REACTIVE
III.1
I
NTRODUCTION
................................
................................
................................
.....................
5
7
III.2
P
RINCIPE DE
LA COMMANDE VECTORIE
LLE DE LA
G
ADA
................................
................
5
7
III.3
M
ODELE DE LA
GADA
A FLUX STATORIQUE OR
IENTE
................................
......................
58
III.3.1
Choix du référentiel pour le modèle diphasé
................................
................................
...............
58
III.3.2
Relation entre le courant statorique et le courant rotorique
................................
.........................
59
III.3.3
Relations entre puissances statoriques et courants rotoriques
................................
.......................
59
III.3.4
R
elations entre tensions rotoriques et courants rotoriques
................................
...........................
6
0
III.3.5
Type de régulateurs utilisés
................................
................................
................................
...........
6
1
III.3.6
Résultat
s
de simulation numérique
du système sans turbine
................................
.......................
6
2
III.3.7
Interprétation des résulta
t
s
................................
................................
................................
...........
6
4
III.3.
8
Résultat
s
de simulation numérique
du système
avec
turbine
................................
.........................
6
4
III.3.
9
Interprétation des résulta
t
s
................................
................................
................................
...........
6
6
III.
4
C
OMMANDE
VECTORIELLE
DE LA
GADA
AVEC UN
ONDULEUR A DEUX
NIVEAUX
...........
6
7
III.4.1
Modélisation de l’onduleur à deux niveaux
................................
................................
..................
67
III.4.2
Commande par modulation de largeur d’impulsion
................................
................................
...
69
III.
4
.
3
Résultat
s
de simulation numérique
du système
sans turbine
................................
........................
69
III.
4
.
4
Interprétation des résulta
t
s
................................
................................
................................
...........
7
1
III.4.5
Schéma synoptique du système
................................
................................
................................
.....
7
2
III.
4
.
6
Résultat
s
de simulation numérique
du système
avec turbine
................................
........................
7
2
III.
4
.
7
Interprétation des résulta
t
s
................................
................................
................................
...........
7
4
III.
5
C
OMMANDE
VECTORIELLE
DE LA
GADA
AVEC UN
CONVERTISSEUR
A DEUX NIVEAU
X
..
7
4
III.
5
.1
Principe de fonctionnement d’un redresseur à MLI
................................
................................
......
7
5
III.
5
.2
Modélisation du redresseur à MLI
................................
................................
...............................
75
III
.
5
.
2
.1
La source d’alimentation
................................
................................
......................
76
III
.
5
.2.2
L’étage
Convertisseur
................................
................................
..........................
77
III
.
5
.2.3
La charge
................................
................................
................................
.............
77
III.
5.
3
Régulation en cascade du redresseur à MLI dans le repère (d,q)
................................
.................
78
III
.
5
.3.1
Modélisation dans le repère (d,q)
................................
................................
.........
78
III
.
5
.3.2
Résultats de simulation
................................
................................
........................
8
0
III
.
5
.3.
3
Interprétation des résultats
................................
................................
...................
8
0
III.
5
.
4
Résultat
s
de simulation numérique du système
sans turbine
................................
........................
8
1
III.
5
.
5
Interprétation des résulta
t
s
................................
................................
................................
...........
8
2
III.
5
.
6
Schéma synoptique du système
................................
................................
................................
.....
8
3
III.
5
.
7
Résultat
s
de simulation numérique du système
avec turbine
................................
.........................
8
3
III.
5
.
8
Interprétation des résulta
t
s
................................
................................
................................
...........
8
5
III.
6
C
ONCLUSION
................................
................................
................................
.........................
8
6