Optimization design and control strategies of a double stator permanent magnet generator for tidal current energy application

par Jian Zhang

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Mohamed Machmoum et de Luc Moreau.

Le président du jury était Mohamed Benbouzid.

Le jury était composé de Mohamed Machmoum, Luc Moreau, Mohamed Benbouzid, Georges Barakat, Michel Hecquet.

Les rapporteurs étaient Georges Barakat, Michel Hecquet.

  • Titre traduit

    Dimensionnement optimisé et stratégies de commande d’une génératrice synchrone à aimants permanents à double stator pour application hydrolienne


  • Résumé

    Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l’étude, le dimensionnement optimisé et la commande d’une chaîne de conversion d’énergie hydrolienne à base de machine synchrone à aimants permanents à deux stators (DSCRPMG). Les concepts de turbines hydroliennes, les projets existants et les structures électrotechniques usuelles sont d’abord présentés. Un système d’entraînement direct avec une turbine à pas fixe est retenu. Le modèle analytique de la machine synchrone à deux stators est élaboré et différentes stratégies de commande sont testées (commande à facteur de puissance unitaire, à flux constant ou à couple maximal). Une approche originale minimisant la fois les pertes de la machine mais aussi celles du convertisseur est proposée conduisant à un meilleur rendement sur l’ensemble de la plage de vitesse (zone MPPT et régime défluxé) tout en respectant les contraintes de tenue en tension et thermiques du système. Une optimisation multi-objectif de l’investissement et de l’énergie extraite par l’ensemble de la chaîne de conversion est réalisée pour une durée d’exploitation de 20 ans avec prise en compte des probabilités d’apparition de vitesse du courant marin. Il en résulte que la machine double stator donne une nette amélioration du couple volumique en contrepartie d’une légère dégradation du couple massique comparée à la machine synchrone classique. Enfin l’accent est mis sur la commande de la chaine de conversion en mode normal ou en mode défaut, en particulier le cas de l’ouverture d’une phase du stator externe. Différentes stratégies sont étudiées pour assurer une continuité de service et minimiser les ondulations de couple montrant ainsi les possibilités offertes par la DSCRPMG.


  • Résumé

    The work presented in this thesis concerns the study of sizing, optimization and control of double stator permanent magnet generator (DSCRPMG) system for tidal current energy application. Turbine concepts, relative projects and usual chain of tidal energy conversion are first presented. A direct drive system with fixed pitch turbine is used. The analytical model of the DSCRPMG is developed and different control strategies are tested (unity power factor control, constant flux and maximum torque per ampere control). An original approach minimizing both losses of the machine and the converter is proposed, leading to improve the system efficiency over the whole speed range (MPPT and flux weakening regions) taking into account voltage and thermal constraints. A multi-objective optimization of investment and energy extracted by the entire conversion chain is performed for an operating period of 20 years, taking into account the occurrence of the sea current speed probabilities. As a result, the double stator machine gives a clear improvement in torque density despite a slight degradation of the mass torque compared to the conventional single stator synchronous machine. Finally emphasis is placed on the control of the conversion chain under normal mode or fault conditions, particularly for open circuit fault of the outer stator. Different strategies are designed to ensure continuity of service and minimize torque ripples, showing the possibilities offered by the DSCRPMG.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (227 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.219-227

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