Système éolien basé sur une MADA : contribution à l'étude de la qualité de l'énergie électrique et de la continuité de service

Wind energy conversion system based on DFIG : contribution to the study of electric power quality and continuity of service

• Auteur / Autrice : Arnaud Gaillard
• Direction : Shahrokh Saadate, Philippe Poure
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 30/04/2010
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Ecole(s) doctorale(s) : IAEM Lorraine
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GREEN
• Jury : Président / Présidente : Alain Nicolas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Shahrokh Saadate, Philippe Poure, Alain Nicolas, Luc Loron, Frédéric Richardeau, Serge Pierfederici, Loïc Leclere
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Luc Loron, Frédéric Richardeau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éoliennes

Électricité

Éoliennes à axe horizontal

Énergie éolienne

Mots clés libres

Eolienne

Mada

Qualité

Énergie

Fiabilité

Fpga

Wecs

Dfig

Quality

Energy

Reliability

Fpga

Résumé

Les systèmes éoliens seront certainement amenés, à court terme, à contribuer aux services systèmes (compensation de la puissance réactive, stabilité du plan de tension,…) comme le font actuellement les alternateurs de centrales classiques. Ils seront également amenés à participer à l'amélioration de la qualité de l'énergie électrique, filtrage des courants harmoniques en particulier. De plus, vu l'augmentation de la puissance éolienne installée et fournie au réseau électrique, les éoliennes devront certainement assurer, à plus long terme, une continuité de service suite à un défaut électrique sur le réseau ou sur un des éléments de la chaîne de conversion électromécanique (interrupteurs de puissance, capteurs,…) afin d'améliorer leur fiabilité. Dans ces travaux de thèse, nous avons montré dans un premier temps qu'un système éolien basé sur une Machine Asynchrone à Double Alimentation (MADA) possédant un gain d'amplification entre les courants rotoriques et statoriques peut participer efficacement à l'amélioration de la qualité de l'énergie électrique en compensant simultanément de la puissance réactive et des courants harmoniques présents sur le réseau, sans pour autant nécessiter un surdimensionnement des éléments de la chaîne de conversion électromécanique. Ensuite, nous avons étudié des topologies dites “fault tolerant” de convertisseurs statiques triphasés et leurs commandes associées, permettant de garantir la continuité de service en présence de défauts éventuels d'un semi-conducteur ou d'un capteur de courant. Pour réduire autant que possible le temps de détection de défaut, nous avons ciblé un composant FPGA (Field Programmable Gate Array) pour le contrôle/commande “fault tolerant”. Les résultats de simulation, de prototypage “FPGA in the loop” et expérimentaux démontrent les performances des méthodes proposées

Wind Energy Conversion Systems (WECS) will probably be intended, in a short term, to provide ancillary services such as reactive power compensation, as done by conventional generators of power plants and/or participate in improving electric power quality by filtering harmonic currents. Furthermore, by considering the increased installed wind power, connected to the grid, WECS will certainly ensure, in long term, the continuity of service following an electrical fault on the grid or on one of elements of the electromechanical conversion (power switches, sensors…) to ensure their reliability. In this thesis, we have studied in the first part a WECS based on Doubly Fed Induction Generator (DFIG) with an amplification gain between the stator and rotor currents. We have demonstrated that such a WECS can efficiently improving the electric power quality by compensating simultaneously reactive power and harmonic currents on the grid, without requiring any oversized elements in the electromechanical conversion chain. Then, we studied fault tolerant converter topologies and associated controls, ensuring the continuity of service in the presence of possible faults of a semiconductor or a current sensor. To minimize the time fault detection, we used an FPGA (Field Programmable Gate Array) to implement the fault tolerant controller. Simulation, “FPGA in the loop” prototyping and experimental results have validated the performances of the proposed methods and fault tolerant topologie