Contribution à la commande résiliente aux défaillances des convertisseurs statiques et à la démagnétisation de la génératrice synchrone à aimants permanents d'une hydrolienne

On fault-tolerant control of a permanent magnet synchronous-based tidal turbine under faulty converter and magnet failure

• Auteur / Autrice : Sana Toumi
• Direction : Mohamed Benbouzid, Mohamed Faouzi Mimouni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 09/12/2017
• Etablissement(s) : Brest en cotutelle avec Ecole Nationale d'Ingénieurs de Sousse (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme
• Jury : Président / Présidente : Jaleleddine Ben Hadj Slama
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamed Benbouzid, Mohamed Faouzi Mimouni, Jaleleddine Ben Hadj Slama, Maria Pietrzak-David, Ilhem Slama-Belkhodja, Yassine Amirat, Elhoussin Elbouchikhi, Mohamed Trabelsi
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Maria Pietrzak-David, Ilhem Slama-Belkhodja

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tolérance aux fautes (ingénierie)

Commande, Théorie de la

Hydroliennes

Mots clés libres

Hydrolienne

Génératrice synchrone à aimants permanents (GSAP)

Convertisseur

IGBT

Modélisation

Défaut de circuit ouvert de l’IGBT

Désaimantation

Commande tolérante au défaut

Commande par Backstepping

Commande par mode glissant

Tidal turbine

PMSG

IGBT

Modeling

IGBT open circuit

Magnet failure

Fault-tolerant control

Backstepping control

Sliding mode control

Résumé

De nos jours, l’exploitation des énergies renouvelables afin de générer de l’électricité est en croissance soutenue puisqu’elles sont à ressource illimitée, gratuites et ne provoquent pas de déchets ou d’émissions polluantes. Dans cette thèse, on se propose d’étudier l’un de ces types d’énergie à savoir l’énergie issue des courants marins. Il s’agit plus particulièrement de s’intéresser à la commande tolérante aux défauts des systèmes de récupération de l’énergie des courants marins. Le potentiel de la production d'électricité à partir des courants marins est estimé à une production de 100 GW dans le monde. Cependant, ces chaînes de conversion d’énergie sont exposées et soumises à des contraintes fonctionnelles et environnementales importantes et sévères. Ces contraintes favorisent inévitablement la dégradation des performances des différents blocs fonctionnels de ces systèmes et l’accélération de leur processus de vieillissement, conduisant ainsi à l’apparition des défauts d’origines mécaniques et/ou électriques. Ainsi, la mise en place des techniques de commande tolérantes aux défauts de ces systèmes permettra d’améliorer la fiabilité, les performances et réduire les coûts relatifs au fonctionnement en mode dégradé et aux opérations de maintenance. Le but des travaux de cette thèse est l’étude, la modélisation et la simulation d’une chaîne de conversion hydrolienne à vitesse variable dans le cas sain et le cas d’un défaut (soit au niveau de la machine synchrone à aimants permanents (défaut de la désaimantation) ou au niveau du convertisseur statique (défaut d’un circuit ouvert d’un interrupteur). Il s’agira donc d’étudier les différentes commandes tolérantes aux défauts utilisées en cas d’un défaut au niveau de la génératrice ou au niveau de l’électronique de puissance associée.

Nowadays, the exploitation of renewable energies in order to generate electricity is growing steadily because they are unlimited resources, free and don’t cause waste or polluting emissions. In this context, it is proposed to study one of these types of energy, which is marine currents energy. In particular, we are interested in fault-tolerant control of tidal turbines. The potential for power generation from marine currents is estimated at 100GW in the world. However, tidal turbines are submitted to severe operational and environmental constraints. These constraints inevitably will lead to these systems performance degradation and the acceleration of their aging process, thus leading to the occurrence of mechanical and/or electrical faults. The implementation of fault-tolerant control techniques will improve the tidal turbines reliability, performance, and reduce costs relating to maintenance operations. The aim of this thesis is to study, model, and simulate a tidal turbine system in healthy and faulty conditions (either in the converter (switch open circuit) or in the permanent magnet synchronous generator (magnet failure). Various fault-tolerant control approaches are therefore evaluated and compared under these specific failure It will therefore be necessary to study the various fault-tolerant controls used in the event of a fault in the generator or in the associated power electronics.