République Algérienne Démocratique et Populaire

République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université Hadj Lakhdar Batna
Faculté de Technologie
Département d’Électrotechnique
THÈSE
Présentée pour l’obtention du diplôme de
DOCTORAT 3ème cycle LMD en Électrotechnique
OPTION
Commande des systèmes industriels et Energies renouvelables
Par
BOUZERIA HAMZA
Thème
MODELISATION ET COMMANDE D’UNE CHAINE DE
CONVERSION PHOTOVOLTAÏQUE
Soutenue le 30 Avril 2016 devant le jury composé de :
Dr. CHIKHI KHALED
Prof.
Université BATNA
Président
Dr. FETHA CHERIF
Prof.
Université BATNA
Rapporteur
Dr. BAHI TAHAR
Prof.
Université ANNABA
Co-rapporteur
Dr. BOUHARKAT MALEK
Prof.
Université BATNA
Examinateur
Dr. DEBBACHE NASREDDINE
Prof.
Université ANNABA
Examinateur
Dr. RAHEM DJAMEL
Prof.
Université OUM EL BOUAGHI
Examinateur

Dédicace
Je dédie ce modeste travail aux étoiles qui éclairent ma
vie, ma source de tendresse « mes parents »
Ces deux êtres qui ont su m’éduquer, qui étaient toujours
derrière moi et qui m’ont poussé à aller de l’avant.
À nos tantes et oncles.
Enfin à tous nos frères et sœurs

REMERCIEMENTS
Remerciements
Je tiens à remercier Monsieur FETHA Cherif, Professeur à
l’université Hadj Lakhdar-Batna, pour avoir accepté la direction
scientifique de ces travaux de recherche. Je lui exprime toute ma
gratitude pour son expérience, ses compétences, son soutien
inconditionnel et ses qualités humaines.
Je tiens également à exprimer, mes vifs remerciements à Monsieur
BAHI Tahar, Professeur à l’université Badji Mokhar - Annaba pour
avoir bien voulu co-encadrer ce travail ainsi que pour son soutien et sa
disponibilité tout au long de la réalisation de ce travail.
J’adresse mes sincères remerciements aux membres du jury :
Je remercie vivement Monsieur CHIKHI Khaled, Professeur à
l’université Hadj Lakhdar et doyen de la Faculté de technologie, pour
m’avoir fait l’honneur de présider le jury de soutenance de ma thèse.
Je remercie chaleureusement : Monsieur BOUHARKAT Malek,
Professeur à l’université Hadj Lakhdar, Monsieur DEBBECHE
Nacereddine, Professeur à l’université Badji Mokhtar et Monsieur
RAHEM Djamel, Professeur à l’université Oum El Bouaghi, pour avoir
accepté d’examiner ce travail.
Mes remerciements vont aussi à l’ensemble de mes enseignants et
à tous ceux qui de près ou de loin ont contribué à l’élaboration de ce
travail.
Je remercie, tout particulièrement, mes parents pour leur soutien
moral et leur encouragement tout au long de mes études.

I
SOMMAIRE
Résumé
Liste des figures……………………………………………………………………………... IV
Liste des Tableaux…………………………………………………………………………... VIII
Tables des notions et symboles……………………………………………………………... IX
Introduction générale………………………………………………………………………..
01
CHAPITRE I
ETAT DE L’ART SUR L’ENERGIE SOLAIRE ET SES APPLICATIONS
I.1 Introduction ……………………………………………………………………….
03
I.1.1 Energies renouvelables ……………………………………………………..
03
I.1.2. Evaluation de l'énergie renouvelable en Algérie …………………………..
04
I.2 Énergie Solaire …………………………..………………………………………..
05
I.2.1 Estimation de l’énergie disponible …………………………………………
06
I.2.2 Systèmes Photovoltaïques…………………………………………………..
07
I.2.3 Données relatives au soleil………………………………………………….
09
I.2.4 Energie du soleil en Algérie……………………………………………….
10
I.3 Applications d’énergie solaire……………………………………………………..
11
I.3.1 Applications des systèmes photovoltaïques………………………………...
12
I.3.1.1 Systèmes autonomes…………………………………………………
12
I.3.3.2 Systèmes hybrides……………………………………………………
12
I.3.3.3 Systèmes couplés au réseau………………………………………….
13
I.3.3.4 Systèmes fonctionnant au fil du soleil (Pompage photovoltaïque)…..
14
I.4 Configuration d’un système de pompage photovoltaïque…………………………
14
I.5 Avantages et inconvénients des systèmes photovoltaïques………………………..
16
I.6 Technologie des moteurs…………………………………………………………..
17
I.6.1 Moteur à courant continu…………………………………………………...
17
I.6.2 Moteur à courant continu sans balais……………………………………….
18
I.6.3 Moteur à courant alternatif………………………………………………….
18
1.7 Conclusion………………………………………………………………………...
19
CHAPITRE II
MODELISATION D’UNE CHAINE DE CONVERSION PHOTOVOLTAÏQUE
II.1 Introduction……………………………………………………………………….
20
II.2 Modélisation d’une cellule photovoltaïque……………………………………….
20
II.3 Rendement d'un panneau PV……………………………………………………..
24
II.4 Simulation du panneau photovoltaïque…………………………………………...
26
II.4.1 Effet de l’ensoleillement sur les caractéristiques I=f (V)…………………..
26
II.4.2 Effet de température sur les caractéristiques I=f (V)……..………………..
27
II.5 Modélisation du convertisseur DC-DC…………………………………………...
32
II.5.1 Convertisseur DC-DC pour MPPT………………………………………...
32
II.5.1.1 Structure et model du convertisseur Boost…………………………..
33
II.5.1.2 Structure et model de convertisseur Buck…………………………...
35
II.5.2 Recherche du fonctionnement optimal……………………………………
36
II.6 Principe de la commande MPPT………………………………………………….
37
II.6.1 Principe de la recherche……………………………………………………
38
II.6.2 Différents algorithmes de commande MPPT………………………………
40
II.6.2.1 Méthode de perturbation et observation (P&O)…………………….
40
II.6.2.2 Méthode de la conductance incrémentale…………………………...
42

II
II.6.2.3 Commandes MPPT à base de la logique floue……...
44
II.6.2.4 Etude par simulation d’un système PV à commande MPPT………..
46
II.7 Modélisations des machines alternatives…………………………………………
49
II.7.2 Domaines d’applications..…………………………………………………
49
II.7.2.1 Equations de Park de la machine……………………………………
50
II.7.2.2 Equations dans le repère α, β………………………………………..
51
II.7.3 Simulation de la MSAP……………………………………………………
52
II.8 Modélisation de la machine asynchrone………………………………………….
53
II.8.1 Modèle biphasé de la machine asynchrone………………………………...
53
II.8.2 Modèle biphasé dans le plan (d-q) ………………………………………...
55
II.8.2.1 Equations électriques………………………………………………..
56
II.8.2.2 Simulation…………………………………………………………...
57
II.8.3 Modèle biphasé (α, β) de la machine asynchrone………………………….
59
II.9 Modélisation de la pompe centrifuge……………………………………………..
61
II.10 Modélisation et commande de l’onduleur……………………………………….
62
II.10.1 Techniques de commande MLI……………………….………………….
62
II.10.2 Onduleur à modulation de largeur d’impulsion…………………………..
69
II.10.3 Modélisation de l'onduleur de tension……………………………………
76
II.11 Conclusion………………………………………………………………………
78
CHAPITRE III
COMMANDE D’UNE CHAINE DE POMPAGE PHOTOVOLTAÏQUE
III.1 Introduction……………………………………………………………………...
79
III.2 Commande vectorielle…………………………………………………………...
79
III.2.1 Principe de la commande vectorielle de la MSAP………………………..
79
III.2.1.1 Découplage des courants Id et Iq…………………………………...
81
III.2.1.2 Simulation de la commande vectorielle avec MSAP………………
83
III.2.2 Commande vectorielle de la MAS………………………………………...
85
III.2.3 Simulation de la commande vectorielle avec MAS……………………….
90
III.3 Commande vectorielle indirecte à flux rotorique orienté (IRFOC)……………..
90
III.3.1 Résultat de simulation…………………………………………………….
98
III.4 Commande directe du couple……………………………………………………
98
III.4.1 Commande DTC de MSAP……………………………………………….
99
III.4.1.1 Séquences d’un onduleur de tension triphasé………………………
99
III.4.1.2 Sélection du vecteur de tension…………………………………….
103
III.4.1.3 Résultats des simulations et discussion…………………………….
107
III.4.1.4 Simulation de la DTC avec la machine MAS……………………...
107
III.4.2 Commande DTC-SVM……………………………………………………
108
III.4.2.1 Résultat de simulation de DTC avec MSAP……………………….
116
III.5 Conclusion……………………………………………………………………….
121
CHAPITRE IV
AMELIORATION DES PERFORMANCES DE LA CHAINE DE POMPAGE
IV.1 Introduction……………………………………………………………………...
122
IV.2 Commande sans capteur de vitesse……………………………………………...
122
IV.2.1 Modèles de système adaptatif à modèle de référence…………………….
123
IV.2.1.1 Méthode MRAS basée sur la puissance réactive…………………..
124
IV.2.1.2 Mécanisme d'adaptation……………………………………………
125
IV.2.2 Application à la commande vectorielle…………………………………...
127
IV.2.3 Simulation de la commande MRAS avec MAS…………………………..
127
IV.3 Commande par mode glissant…………………………………………………...
131
IV.3.1 Principe du contrôleur à mode glissant…………………………………...
131