Comportement transitoire d'un alternateur à double-excitation : modélisation et contrôle

Transient behaviour of a two-axis excitation generator : modelling and control

• Auteur / Autrice : Hervé Mangel
• Direction : Jean-Marie Kauffmann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Génie électrique
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Besançon
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Franche-comté. UFR des Sciences, Techniques et Gestion de l'Industrie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Commande, Théorie de la

Machines synchrones

Applications industrielles

Alternateurs

Résumé

Le sujet de ce mémoire concerne l'étude du comportement transitoire d'un alternateur à double excitation. La mise en équation dans le cas général où les deux enroulements sont décalés d'un angle quelconque est décrite dans le premier chapitre. Le comportement de l'alternateur connecté à un réseau de puissance infinie est régi par onze équations non linéaires. Il est alors proposé un modèle d'ordre 4 qui représente le meilleur compromis précision-simplicité pour l'étude en petits mouvements. Le second chapitre est consacré à l'étude en petits mouvements par le placement des pôles dans le plan complexe. Les résultats obtenus montre qu'un régulateur doit comporter un stabilisateur d'angle. Ce chapitre se termine par l'étude de l'action des différentes boucles de régulation sur le placement des pôles. Une conclusion importante est qu'il est nécessaire d'utiliser des variables directement mesurables. Dans le chapitre trois, on étudie différentes régulations dans le cadre des petits mouvements. Une commande robuste par restriction de pôles est alors adoptée. Le régulateur choisi utilise alors des propriétés de découplage et réalise un pseudo contrôle vectoriel en agissant sur l'angle donnant la position de la forcer électromotrice par rapport au rotor. La prise en compte des temps d'acquisition ainsi qu'une étude de sensibilité aux variations de points de fonctionnement et aux variations de paramètres permet d'éprouver la robustesse du régulateur en vue d'une faisabilité industrielle. Le quatrième et dernier chapitre concerne le comportement dans le cadre de courts-circuits triphasés de l'alternateur à double excitation stabilisé par le régulateur défini précédemment. Il est montré que l'alternateur peut fonctionner en régime de forte absorption de réactif y compris pour des lignes de 500 km. Ce chapitre se conclut par l'analyse de différents paramètres sur les réponses du système.

The aim of this work concerns the transient behaviour of a two-axis excitation generator. In the first chapter, the equations are written in the general case of two field windings set by an angle α (0<α<90°). When the generator is linked to a strong network, the number of the non-linear equations is great. In case of small disturbances, the system can be reduced to a four order model. The second chapter concerns the stabvility for small disturbances by use of root locus. The open-loop results show that natural frequency oscillation of a two-axis excitation generator are more important than for a classical one. It is necessary to regulate an angle to stabilize a two-axisexcitation generator. The angle between stator voltage and rotor axis has been choiced due to measurement facilities. In the third chapter, threeregulators are simulated for small disturbances. The closed-loop gains are calculated to put the poles in a restricted area for any operating point. The best regulator for any working point uses input transformation property and realises vector control by action on the angle between the position of the electromotrice force and the rotor. Measuring time are taken into account, the values of the roots when some parameters changed are discussed too. The fourth and last chapter concerns the stability in case of large disturbances like short-circuit. Some limits are introduced on the regulator. The simulation results show the generator ability to consume high reactive power even when the length of the transmission line reaches 500 km. Two generators are compared, a turbogenerator 1100 MVA rating and a 160 MVA rating. The influence of some generator parameters are discussed in the end of this chapter. A generator of medium rating power seems to be particulary well adapted.