Supervision d’une ferme éolienne pour son intégration Chauffage Climatisation

Présenté par :
Cdt: GHENNAM Tarak
Proposé et dirigé par:
Professeur BERKOUK El Madjid (ENP Alger)
Professeur FRANCOIS Bruno (EC-Lille)
Supervision d’une ferme éolienne pour son intégration
dans la gestion d’un réseau électrique, Apports des
convertisseurs multi niveaux au réglage des éoliennes
à base de machine asynchrone à double alimentation
1
Industrialisation
Climatisation
Informatique
Chauffage
Besoin d’énergie
électrique
Télécommunication
Introduction générale
2
Satisfaction des besoins en énergie
Energie
Fossile Energie
Nucléaire Energie
Renouvelable
Introduction générale
3Energie éolienne
Satisfaction des besoins énergétiques loin des
énergies fossiles et nucléaires
Energie hydraulique Energie solaire
Introduction générale
Energie Biomasse
Energies
Renouvelables
4

Introduction générale
Un programme très ambitieux de développement des énergies renouvelables
En Algérie
40% de la production nationale d’électricité à l’horizon 2030
65 projets pour la période 2011/2020
200 000 emplois directs et indirects
Production électrique à partir de la filière éolienne
Atteindre 3% du bilan national à l’horizon 2027
Ferme éolienne à Adrar d’une puissance de 10 MW
Production = 22000 MW
5
1MW 2MW 6MW
Nordex 1MW
France Ve st a 2MW
Danemark
Enercon 6MW
Allemagne
Windtec 10MW
Clipper
Marché des turbines éoliennes
Problématique
??
10MW
MADA
6
Ferme éolienne de plusieurs dizaines de MW
Ferme éolienne de plusieurs dizaines de MW
Problématique
- Les fermes éoliennes sont contrôlées en MPPT
- Elles se déconnectent du réseau lors d’une défaillance 7
Effacement Déconnexion Instabilité
Nécessité de
procédures
d’effacement
Déconnexion des
éoliennes du
réseau électrique
Instabilité encore
plus forte du
réseau électrique
Ne participent pas au réglage de la fréquence/puissance active
Ne participent pas au réglage dynamique de la tension/ puissance réactive
Fluctuation de la puissance active
•Taux de pénétration des fermes éoliennes est devenu significatif
Problématique
problèmes
8

Article 7:
-Pour les installations de puissance supérieure à 10MW, chaque génératrice
électrique doit pouvoir à ses bornes fournir une puissance réactive minimale égale
à 0.6 de sa puissance nominale apparente et absorber une puissance réactive égale
à 0.2 de sa puissance nominale apparente
décrets du 19 avril 2003 du ministère de l’économie, des
finances et de l’industrie de la France
Pour maintenir la sécurité électrique du réseau
Réglementations spécifiques pour l’éolien
Une supervision semble nécessaire
Problématique
9
Conclusion générale et perspectives
Application des convertisseurs multiniveaux
pour la commande du système éolien
Contrôle du système éolien à base de MADA
Supervision des puissances d’une ferme éolienne
PLAN
10
Conclusion générale et perspectives
Contrôle du système éolien à base de MADA
Supervision des puissances d’une ferme éolienne
11
Application des convertisseurs multiniveaux
pour la commande du système éolien
Réseau de Transmission Ugd
Gestionnaire
de réseau
Générateurs Eoliens
à base de
MADA de 1.5MW
Charges
BUS 20kV
Transformateur
20kV/690V
Ligne
1.5km
PWF
,QWF
PL,QL
( PWF_max, QWF_max )
Echange d’information
chaque heure
( PWF_ref, QWF_ref )
iWGiWG QP max__max__
~
,
~
PWG_ref_i(t), QWG_ref_i(t)
Unité de Supervision Locale
Unité de Supervision
Centrale
Configuration du système étudié
12

Régulateur
PI
Algorithmes de supervision
Fonction
objective
Distribution
proportionnelle
Facilité d’implémentation
•Avantage
Ne nécessite pas la mesure de
Paero_i
Risque de saturation des éoliennes
•Inconvénient
Absence d’information sur
Pmax_i, Qmax_i
Mauvaises performances lors des variations
Mauvaises performances lors des variations
brusques des puissances de référence
Minimisation des pertes de puissance
dans les lignes de la ferme
•Avantage
•Inconvénient
Temps de calcul assez important 13
iWG
Pmax__
~
refWF
Q_
iWG
Qmax__
~
Estimation de la
puissance active
maximale de la ferme
irefWG
Q__
Estimation de la
puissance réactive
maximale de la ferme
max_
~
WF
P
max_
~
WF
Q
Calcul de la puissance
active de référence de
cha que éolienne
Calcul de la puissance
réactive de référence de
cha que éolienne
irefWG
P__
refWF
P_
Algorithme basé sur la distribution proportionnelle
•Principe Répartition proportionnelle des puissances sur les éoliennes
n
i
iWGWF PP
1
max__max_
~~ 
n
i
iWGWF PP
1
max__max_
~~
n
i
iWGWF QQ
1
max__max_
~~ 
n
i
iWGWF QQ
1
max__max_
~~
refWF
WF
iWG
irefWG P
P
P
P_
max_
max__
__ ~
~
refWF
WF
iWG
irefWG P
P
P
P_
max_
max__
__ ~
~
refWF
WF
iWG
irefWG Q
Q
Q
Q_
max_
max__
__ ~
~
refWF
WF
iWG
irefWG Q
Q
Q
Q_
max_
max__
__ ~
~
•Avantage
Les éoliennes fonctionnent toujours loin des limites
Existence d’information sur
Pmax_i, Qmax_i
L’implémentation de cet algorithme est un peu complexe
L’implémentation de cet algorithme est un peu complexe
•Inconvénient
Nécessité d’estimer Paéro
14
Estimation des puissances
maximales de chaque éolienne
iWG
Qmax__ iWG Qmax__
Analyse des puissances échangées entre le
système éolien et le réseau
Q
s
P
s
0
C
rc
C
rv
Limitation par Vr
Limitation par Ir
Limitation par Is
Limitation par
stabilité
-10 -8 -6 -4 -2 0
1
2
3
4
5
6
Qs [pu]
Ps [pu]
Limitation par Vr
Limitation par Ir
Limitation par Is
Limitation par stabilité
en régim e permanant
Qs
Ps
15
3
_max__ ..
2
1vSCPP piaéroiWG
 3
_max__ ..
2
1vSCPP piaéroiWG
050 100 150
-15
-10
-5
0x 105
Pwg1 [Watt]
t [s]
PWG_ref_1 PWG_1
050 100 150
-2
-1.5
-1
-0.5
0x 106
Pwf [Watt]
t [s]
PWF_ref
P
W
F
050 100 150
-15
-10
-5
0
5x 105
Qwg1 [Var]
t [s]
QWG_ref_1
QW
G
_1
QWG_max_1
050 100 150
-10
-5
0
5x 105
Qwf [Var]
t [s]
QWF_ref
QWF
Résultats de simulation (1er (scénario)
16

050 100 150
-10
-8
-6
-4
-2
0
x 105
Pwg3 [Watt]
t [s]
PWG_ref_3
PWG_3
050 100 150
-10
-8
-6
-4
-2
0x 105
Pwg2 [Watt]
t [s]
PWG_ref_2
PWG_2
050 100 150
-15
-10
-5
0
5x 105
Qwg3 [Var]
t [s]
QWG_ref_3
QWG_3
QWG_max_3
050 100 150
-15
-10
-5
0
5x 105
Qwg2 [Var]
t [s]
QWG_ref_2
QWG_2
QWG_max_2
Résultats de simulation (1er (scénario)
17
PWF_ref
PWG
_ref_1
PWG
_ref_2
PWG_ref_3
M o d e De lta Mode MPPT Mode défaut Mode MPPT
QWF_ref
QWG_ref_1
QW
G
_ref_2
QWG_ref_3
PWG _ref_1
PWG_1
Mode Delta Mode MPPT Mode défaut Mode MPPT
QW
G
_ref_1
QWG_1
Résultats expérimentaux (2èmescénario)
18
Pt_ref Qt_ref
Ps_ref Qs_ref us1_ref
Mode
MPPT
Mode
Delta
Paero_i Pr_i
Mode de
défaut
Unité de Supervision Locale
PWG_ref_i PWG_max_i
QWG_ref_i QWG_max_i
Pc_ref
Unité de Supervision Centrale de la ferme
Système de contrôle
•Principe Distribution des puissances sur le stator la MADA et le
convertisseur coté réseau d’une manière coordonnée
Supervision locale de la puissance
réactive de l’éolienne
19
•if (QWG_ref_i > Qt_max_i )
itirefWGirefs
itireft
QQQ
QQ
max______
max____
Qs_ref _i=Q
WG_ref_i –Q t_max_i
Qc_ref_i = Qt_max_i
MADA
vAC 50 Hz
DC/AC AC/DC
Réseau
Multiplicateur
Turbine
Supervision locale de la puissance
réactive de l’éolienne
Mode MPPT
1
Qs_ref _i= 0
Qt_ref_i = QWG_ref_i
irefWGireft QQ ____ 
Qs_ref _i=0
20