Modélisation et commande de la puissance d’un système hydrolien avec stockage d’énergie

Modeling and power control of a marine current turbine system with energy storage devices

• Auteur / Autrice : Zhibin Zhou
• Direction : Mohamed Benbouzid, Jean-Frédéric Charpentier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 17/10/2014
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la mer (Plouzané, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire brestois de mécanique et des systèmes - Institut de recherche de l'Ecole navale (Brest)
• Jury : Président / Présidente : Mohamed Machmoum
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamed Benbouzid, Jean-Frédéric Charpentier, Mohamed Machmoum, Seddik Bacha, Maria Pietrzak-David, Tianhao Tang, Seifeddine Ben Elghali, Franck Scuiller
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Seddik Bacha, Maria Pietrzak-David

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergie -- Stockage

Hydroliennes

Mots clés libres

Système hydrolien

Stockage d'énergie

Fluctuations de la puissance

Effet de houle

Batteries à circulation d'électrolyte

Défluxage de la génératrice

Marine current turbine system

Energy storage

Power fluctuations

Swell effect

Flow battery

Flux-weakeneing control

Résumé

Ces travaux de thèse concernent l’étude de l’ensemble de la chaîne de puissance d’un système hydrolien utilisant des systèmes de stockage d’énergie pour améliorer la qualité de la puissance produite et la capacité de gestion des échanges d’énergie. Dans un premier temps, les différentes technologies de stockage d’énergie et leurs applications pour lisser les fluctuations de la puissance produite par le système hydrolien sont étudiées et comparées. Ensuite, une stratégie de lissage des fluctuations de la puissance, dues à l’effet de houle (fluctuations de courte durée), est proposée : elle associe une stratégie MPPT avec filtrage (au niveau de la génératrice) à l’utilisation de supercondensateurs pour lisser la puissance injectée au réseau. Puis il est proposé d’utiliser des batteries à circulation d’électrolyte pour la gestion quotidienne de la puissance d’une hydrolienne dans le contexte d’un réseau électrique isolé. Un système hybride hydrolien/batteries/diesel est étudié pour deux configurations simples : le cas d’une alimentation avec une hydrolienne comme sources principales et le cas où les générateurs diesels sont considérés comme sources dominantes. Enfin, des stratégies de limitation de puissance basées sur le défluxage de la génératrice pour contrôler la puissance de l’hydrolienne dans le cas de vitesses de courants marins élevées sont proposées. Dans ce contexte, le contrôle à puissance constante et à puissance maximale en cours de défluxage sont comparés. L’influence des paramètres de la génératrice sur les caractéristiques de fonctionnement commun de la turbine et la génératrice est également étudiée.

This PhD thesis models the whole power chain of a marine current turbine (MCT) system and investigates the use of energy storage devices to improve power quality and energy management capability. First, various energy storage technologies concerning their applications to address the power fluctuation phenomena in tidal current generation system are reviewed and compared. Then, a two-stage power smoothing control strategy for compensating swell-induced short-time fluctuations is proposed. The proposed control strategy uses a modified MPPT with filter strategy on the generator-side and supercapacitors on the grid-side for injecting a smoothed power to the grid. Afterwards, a flow battery system for daily energy management of a hybrid MCT/battery/diesel system is proposed. The MCT dominant power supply case and an island power supply (with diesel generators as the main source) are investigated. Finally, power limitation controls with a robust flux-weakening strategy for a PMSG-based non-pitchable MCT system are proposed for over-rated marine current speed periods. In this context, the constant power control and maximum power control modes at the flux-weakening stage are compared; and the influence of the generator parameters on the joint operating characteristics of the turbine and generator are also discussed.