Commande à structure variable et étude de l'intégration d'éolienne à base de machine asynchrone à double alimentation sur le réseau électrique

• Auteur / Autrice : Toufik Bouaouiche
• Direction : Mohamed Machmoum
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique et génie électrique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences et technologies de l'information et des matériaux (Nantes)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergie éolienne

Modèles mathématiques

Machines asynchrones

Éoliennes

Résumé

Cette thèse traite de la commande et de la minimisation des effets des perturbations électriques sur un système éolien à base de machine asynchrone à double alimentation (MADA). Après un bref historique sur l’évolution de l’énergie éolienne, un état de l’art des ensembles convertisseurs-machines utilisés est dressé. Pour la partie mécanique de la turbine, une hélice à angle de calage variable est utilisée pour maximiser la puissance extraite. Dans un deuxième temps, la modélisation et le contrôle de la MADA sont détaillés. La procédure de synchronisation au réseau est discutée. Ensuite, une commande vectorielle permettant un contrôle indépendant des puissances active et réactive statoriques avec une recherche du point de fonctionnement à puissance maximale (MPPT) est mise en œuvre. Les différentes lois de commande élaborées en synthétisant des régulateurs linéaires de type PI ou non linéaires par mode de glissement sont testées et comparées. La dernière partie est consacrée à l’étude de l’intégration de l’éolienne sur le réseau. Une attention particulière est portée sur la maîtrise des interactions stator/réseau en minimisant les effets des perturbations électriques telles que court circuit, déséquilibre tension ou courants harmoniques sur les performances de la génératrice. De nouvelles stratégies de contrôle permettant, par action mécanique sur la turbine ou électrique sur les convertisseurs rotoriques, de compenser efficacement ces différentes perturbations, d’améliorer la qualité de l’énergie fournie et de participer potentiellement aux services systèmes sont étudiées.

This thesis deals with a 7. 5 kW variable wind speed turbine with doubly-fed induction generator (DFIG). The goal is to design a robust control for the DFIG and minimise the impact of grid faults, unbalanced voltages or current harmonics on the performances of the system. After a brief historic of the evolution of wind turbines, the state of the art of used generators and their associated power electronics is presented. For mechanical part, a variable blade pitch wind turbine is used for maximal power extraction. The second part depicts the model of variable speed constant frequency DFIG using back-to-back PWM voltage source converters and the corresponding control schemes. The feasibility and advantages of soft synchronizing DFIG to the grid using stator voltage control method is discussed. The rotor side converter is used to control the wind turbine output power in order to follow a predefined power-speed tracking characteristics (MPPT) and the voltage (or reactive power) at the grid terminals. Both linear or non-linear control structures based respectively on PI regulator or variable structure control (sliding mode) are developed and compared. Some experimental results are shown to validate simulation study. The last part of this work is devoted to the integration of the wind turbine based on DFIG to the distribution network. In particular the behavior of the system under unbalanced power transmission grids, current harmonics or short circuit faults conditions is studied. A new active control strategy based on sliding mode regulators is developed to compensate electrical perturbations, improve power quality and assure the possibility of stabilizing and continuous mode function.