Etude du Système de Conversion Electromécanique d’une Microcentrale Hydroélectrique à Vitesse Variable

Study of the electromechanical conversion system of a variable speed micro-hydropower plant

• Auteur / Autrice : Stefan Breban
• Direction : Benoît Robyns, Mircea M. Radulescu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergies renouvelables

Machines asynchrones

Centrales hydroélectriques

Résumé

L’intérêt pour les énergies renouvelables croît continuellement dans le monde. L’objectif de l’Union Européenne est d’attendre à l’horizon 2020 une production de 20% de la consommation énergétique totale à partir des énergies renouvelables. Donc, la vaste majorité des pays ont décidé de réduire les émissions de gaz responsables de l’augmentation de l’effet de serre. Cette décision présume la réduction de la consommation en énergie fossile (gaz naturel, pétrole, charbon, etc. ) au profit des énergies renouvelables dont fait partie l’énergie obtenue dans les microcentrales hydroélectriques. La petite hydraulique possède un fort potentiel de développement et on prévoit qu’elle tiendra une place importante dans la production électrique future par énergies renouvelables, les applications visées étant l’alimentation de sites isolés, non électrifiés, ainsi que la fourniture d’appoint au réseau interconnecté, notamment par association avec d’autre sources renouvelable comme l’éolien par exemple. Le but de la thèse concerne l’étude théorique et expérimentale (sur un banc d’essais) de la structure d’une microcentrale hydroélectrique à vitesse variable. Le système est constitue par une machine asynchrone à double alimentation (MADA), excitée, au rotor par une machine synchrone à aimants permanents (MSAP) ; ces deux machine étant montées sur le même arbre. Deux convertisseurs à MLI, réversibles, réalisent la connexion électrique entre les deux machines. Cette étude concerne les aspects liés à la commande des machines électriques, le fonctionnement de la microcentrale en îlotage et en débit sur un réseau puissant et l’association à d’autres sources décentralisés de production. L’association avec une centrale éolienne à vitesse fixe a été étudiée. En plus, on a ajuté un dispositif de stockage à supercondensateurs ayant le rôle d’augmentation de la capacité de pénétration dans le réseaux îlots ou puissantes.

The interest for renewable energy is growing every day, globally. The European Union’s objective is to increase, by year 2020, the production of electrical energy from renewable sources with 20% of the total energy consumption. With this aim, the majority of countries have decided to reduce the gas emissions responsible for the greenhouse effect. This decision implies the using reduction of the fossil fuel (oil, coal, natural gas) based power plants and increasing use of the renewable based power plants like micro-hydropower plants. The micro-hydro has a great potential of development, and will have an important role in the future of renewable energy production, the applications pointed are the electric energy supply of the remote areas or connected to power network in association with other renewable energy production units like wind power plants. The aim of this thesis is to develop theoretical and experimental (on the test bench) the structure of a micro-hydropower plant with variable speed. The system consists of a doubly-fed induction generator (DFIG) linked mechanically and electrically (through back-to-back power electronic converters in the rotor circuit) to a permanent-magnet synchronous machine (PMSM). This study concerns the aspects about the electrical machines control, islanded operation and connection to power grid and also the association with other renewable energy sources. The association with a fixed speed wind generator was studied. In addition, a storage device with supercapacitors was added having the role to increase the penetration rate into the islanded or strong power grids.