Contexte Dans le cadre des nouvelles directives sur l

Titre : Etude d’une architecture Série-Parallèle de ferme éolienne offshore
Financement prévu : Lille1
Cofinancement éventuel :
Directeur de thèse : Christophe SAUDEMONT
E-mail : christophe.saudem[email protected]
Co-directeur de thèse :
E-mail :
Laboratoire : L2EP - EA 2697
Equipe : RESEAUX
Descriptif :
Contexte
Dans le cadre des nouvelles directives sur l’utilisation des énergies renouvelables, l’Union
Européenne a fixé à 21 % la part de sa consommation d’électricité d’origine renouvelable en 2010
contre 6 % en 2000 et 8,5 % en 2005. De son côté, la France s’est fixé pour objectif de passer, en
termes d’énergie renouvelable, de 9,6 % en 2005 à 23 % en 2020 (Directive CE du 23/01/2008).
L’éolien offshore y contribuera pour une part importante (40 %) avec comme objectif pour 2020, une
puissance installée de 40 GW selon l’EWEA (European Wind Energy Association) en Europe (contre
4,9 GW en 2012). Les énergies issues des courants marins peuvent aussi contribuer à la production
d’énergie renouvelable car représentant une source d’énergie peu exploitée, abondante et donc
prometteuse.
Objectifs
L’objectif de cette thèse est d’étudier une architecture HVDC de ferme éolienne où les clusters
d’éoliennes sont réalisés par la mise en série de plusieurs éoliennes, et où la ferme éolienne est réalisée
par la mise en parallèle de plusieurs clusters, comme le montre la Figure 1. Par rapport à la solution
proposée figure 2 étudiée dans [5] où les éoliennes sont connectées en série, la solution de la figure 1
permet de réduire significativement la quantité de câble sous-marin à mettre en œuvre, ces câbles étant
coûteux et d’une maintenance difficile en milieu marin. Dans une telle structure, l’objectif principal est
d’assurer l’extraction maximale de puissance éolienne, tout en assurant le fonctionnement de
l’architecture complète, quelque soit les conditions de présence de l’énergie primaire éolienne. Une
difficulté, en effet, liée à la mise en série des éoliennes et en parallèle des clusters, est l’équilibre des
courants et tensions en différents points de la structure, en toutes conditions de présence du vent.

L’étude portera tout d’abord sur la détermination des différentes caractéristiques de l’architecture
(convertisseurs, niveaux de tension en entrée-sortie des différents étages, isolement, …).
Ensuite, la question de la gestion des flux de puissance au sein de l’architecture sera étudiée, depuis
la production jusqu’au raccordement au réseau AC en mode normal, et en mode « défaillant »,
correspondant à un défaut sur l’un des éléments de la structure. Pour chaque configuration, l’ajout et
l’apport d’une solution de stockage seront investigués.
Dans ces travaux, une comparaison avec la solution présentée à la Figure 2 sera systématiquement
réalisée.
De plus, la collaboration avec d’autres équipes du L2EP (Electronique de puissance, …) pourra être
envisagée.
Déroulement
Le travail se structurera selon les phases suivantes :
1) Etude bibliographique.
2) Etude de l’architecture de la Figure 1 :
a. Choix des différents niveaux de tension aux différents étages,
b. Identification des structures de conversion de l’énergie les mieux adaptées
(électronique de puissance),
c. question de l’isolement électrique des différents étages, …
3) Commande de cette ferme éolienne, selon les différentes configurations de force du vent (faible
à fort).
a. Interaction avec le réseau AC.
b. Etude du comportement en cas de vents trop faibles ou trop forts.
4) Intégration, dans l’architecture de la Figure 1 de dispositifs de stockage, en vue d’assurer
différents objectifs à déterminer (lissage de la puissance envoyée au réseau, stabilité du bus de
tension DC, maintien en fonctionnement des éoliennes malgré des conditions extrêmes de
vents, réserve d’énergie, …etc). Etude de la disposition, au sein de l’architecture, la plus
pertinente en fonction des objectifs à atteindre.
5) Développement d’une stratégie de gestion des flux de puissance au sein de la ferme ainsi
développée, en ayant recours à la méthodologie développée au sein de l’équipe RESEAUX du
L2EP.
6) Validation par simulations numériques, sous un environnement logiciel qu’il s’agira d’identifier
(MATLAB/SIMULINK, EMTP, …). Des validations expérimentales seront réalisées, sur la
plateforme Energies Reparties de l’équipe RESEAUX du L2EP.
7) Valorisation scientifique du travail par communications et publications internationales.
8) Rédaction du mémoire de thèse.

Figure 1
Figure 2
Bibliographie:
[1] "Innovative DC connections for offshore wind and tidal current farms". Third EPE-Wind Energy
Chapter, Staffordshire, 15-16 avril 2010, Pascal MONJEAN, Christophe SAUDEMONT, Jonathan
SPROOTEN, Benoît ROBYNS, Loic LECLERE, Abdollah MIRZAIAN.
[2] "Topologies Comparison of Multi-cell Medium Frequency Transformer for Offshore Farms",
ACDC 2010, The 9th International Conference on AC and DC Power Transmission, 20-21 October
2010, IET: London, UK, Pascal MONJEAN, Jérôme DELANOE, Jérôme AUGUSTE, Christophe
SAUDEMONT, Jonathan SPROOTEN, Abdollah MIRZAIAN, Benoît ROBYNS.
[3] "Comparison methodology of offshore wind farm architectures", Electrimacs 2011, Cergy-Pontoise,
France, Pascal MONJEAN, Jérôme DELANOE, Jonathan Sprooten, Christophe SAUDEMONT, Benoît
ROBYNS.
[4] "Control strategies of DC-based offshore wind farm", EPE 2011, Birmingham, UK, Pascal
MONJEAN, Jérôme DELANOE, Jérôme AUGUSTE, Daniel MARIN, Christophe SAUDEMONT,
Benoît ROBYNS.
[5] “Optimisation de l’architecture et des flux énergétiques de centrales à Energies Renouvelables
offshore et onshore équipées de liaisons en continu », Thèse de Doctorat, soutenue le 26/09/2012 à
Lille.
[6] Stefan LUNDBERG. Wind Farm Configuration and Energy Efficiency Studies – Series DC versus
AC Layouts, Thesis, Chalmers University of Technology, Sweden, 2006.