Evaluation des performances énergétiques d'une nouvelle génération d'éolienne off-shore

Energy performances assessment of a new generation offshore wind turbine

• Auteur / Autrice : Modobozi Kouevidjin
• Direction : Jean-François Brudny
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Electrique
• Date : Soutenance le 11/12/2015
• Etablissement(s) : Artois
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Brudny, Georges Barakat, Humberto Henao, Jean-Philippe Lecointe
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Georges Barakat, Humberto Henao

Mots clés

Mots clés contrôlés

Induction électromagnétique

Évaluation

Alternateurs

Éoliennes à axe vertical

Mots clés libres

Machine Synchrone bobinée sur plot à aimants permanents

Bobinage concentré à pas fractionnaire

Éolienne

FMM

Perméance d'entrefer

Induction

Inductances

Fonctionnement back to back

Permanent magnet synchronous machine

Fractional slot concentrated winding

Wind turbine

MMF

Air gap permeance

Air gap flux density

Inductances

Back to back tests

Résumé

L’alternateur étudié dans cette thèse équipe une éolienne flottante à axe vertical. Il s’agit d’unemachine synchrone de 2MW, polyphasée, bobinée sur plots, à pas fractionnaire, à aimants et à prisedirecte. L’objectif majeur de la thèse est la caractérisation de cet alternateur afin d’en évaluer lesperformances. Une modélisation analytique de la perméance d'entrefer et de la force magnétomotriceont conduit à l'étude de l'induction d'entrefer dont le contenu harmonique s'est révélé êtreparticulièrement riche. La caractérisation a également porté sur la détermination des inductancespropres et mutuelles, avec un calage du modèle effectué en exploitant des mesures expérimentalesfaites à l’arrêt. La particularité de la machine étudiée nous a amené à considérer un enroulement fictiféquivalent dans le but de déterminer les inductances cycliques, nécessaires à l'établissement du schémamonophasé équivalent. De plus, le fonctionnement back to back de la machine a été étudié et simulé. Ilpermet de faire des tests de la machine elle-même mais aussi des éléments de la chaîne de conversion,sans l'utilisation d'une deuxième machine ou des pâles pour entraîner le rotor du prototype. Il offre enplus la possibilité de tester différents type de fonctionnements et d'évaluer la puissance que peutproduire la machine : différents scénario de fonctionnement ont été simulés et les paramètresnécessaires aux essais sur site ont été définis. Le fonctionnement back to back a fait l’objetd’investigation sur une machine synchrone classique. Les difficultés de fonctionnement ontnotamment pu être mises en évidence avec une modélisation analytique des phénomènesélectromagnétique qui s'y produisent et des essais expérimentaux.

The studied alternator equips a vertical axis offshore wind turbine. It is a 2MW fractional slotconcentrated winding permanent magnet synchronous polyphase machine, directly connected to bladeturbine. The principal purpose of this thesis consists in characterizing the alternator in order toevaluate its performances. The air gap permeance and the magnemotive force analytical modelingleads to study the air gap flux density and its harmonic content, which is particularly rich. Thecharacterization has also concerned the self and mutual inductance determination, which has requiredstalling the model by exploiting experimental measurements done at standstill. The particularity of thestudied machine leads us to consider an equivalent fictitious winding in order to determine the cyclicalinductances, necessary for the single-phase equivalent scheme establishment. Moreover, the machineback to back functioning has been studied and simulated. This functioning allows testing the machineitself and the other conversion chain subsystems, without using a second machine or blades to drivethe prototype rotor. It offers the possibility to test different types of operating points and to estimatethe power that can produce the studied machine: different operating points scenarios have beensimulated and parameters for tests have been defined. The back to back functioning of a classicalsynchronous machine has been also investigated, with an analytical modeling of the electromagneticphenomena and experimental tests.