Contrôle et optimisation énergétique d’une chaîne multimachines multi-pompes à vitesse variable pour le stockage d’énergie par air comprimé

Control and energy management of a variable speed multi-machines multi-pumps system for compressed air energy storage

• Auteur / Autrice : Océane Maisonnave
• Direction : Mohamed Fouad Benkhoris, René Aubrée, Luc Moreau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 16/12/2019
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : COMUE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Énergie Électrique de Nantes-Atlantique
• Jury : Président / Présidente : Betty Lemaire-Semail
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Delphine Riu, Hamid Gualous, Thibault Neu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yacine Amara, Mickaël Hilairet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergie -- Stockage

Air comprimé

Mots clés libres

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Résumé

Dans le cadre du développement d’un système de stockage par air comprimé, la présente étude porte sur le contrôle et l’optimisation énergétique d’une chaîne réversible multi-machines et multi-pompes en vue de la maximisation du rendement. Le système de pompage est identifié comme l’élément du système le plus influant vis-à-vis des performances. Une structure de contrôle-commande à vitesse variable est proposée et permet de contraindre son fonctionnement en régime dynamique à ses points de meilleure efficacité (BEP). Les lois de commandes soumettent la conversion électromécanique à un fonctionnement cyclique et transitoire. Une méthode de conception des machines électriques par minimisation des pertes de l’ensemble {convertisseur - MSAP} sur un cycle de fonctionnement est proposée. La mise en œuvre d’un simulateur appuyée d’un banc d’essai expérimental permet l’étude des performances de l’asservissement de vitesse cyclique d’un module de conversion. Enfin, l’étude de l’interconnexion électrique des modules entre eux est proposée en vue du développement de la plateforme de conversion complète. L’objectif est le lissage des fluctuations de la puissance au niveau de l’étage intermédiaire continu.

As part of the development of a compressed air energy storage system, the proposed study deals with the control and the energy optimization of a reverse multielectrical machines and multi-pumps system in order to maximize the efficiency. The pumping system is identified as the most influential element towards energy performances. A variable speed control structure is proposed and allows constraining the pump working in dynamic mode closed to the best efficiency points, called Best Efficiency Points. The control laws subject the electromechanical conversion to a cyclic and transient operation. A method for sizing the electrical machines by minimizing the losses of the {converter - PMSM } system over an operating cycle is proposed. The implementation of a simulation as well as an experimental test bench allows the study of the performance of the cyclic speed control of a conversion module. Finally, the study of the electrical interconnection of the modules between them is proposed for the development of the complete conversion platform. The purpose consists in smoothing the power fluctuations on the intermediary connection with a DC bus.