Algorithmes de conception de lois de commande prédictives pour les systèmes de production d’énergie

Control design algorithms for Model-Based Predictive Power Control. Application for Wind Energy

• Auteur / Autrice : Van Quang Binh Ngo
• Direction : Pedro Rodriguez Ayerbe, Sorin Olaru, Silviu-Iulian Niculescu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance le 22/06/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : CentraleSupélec (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des signaux et systèmes (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1974-....)
• Jury : Président / Présidente : Ahmed Rachid
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Silviu-Iulian Niculescu, Pierre Lefranc, Islam Boussaada
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dimitri Lefebvre, Gonzalo Abad Biain

Mots clés

Mots clés contrôlés

Machines asynchrones

Fonctions de Liapounov

Modèles mathématiques

Commande prédictive

Mots clés libres

Commande prédictive

Convertisseur à trois niveaux et clampé par le neutre

Générateur asynchrone à double alimentation

Controle par les fonctions de Lyapunov

Compensation du temps mort

Doubly fed induction generator (DFIG)

Three-level Neutral-Point Clamped Converter (3L-NPC)

Finite control set model predictive control (FCS-MPC)

Direct power control (DPC)

Model predictive direct power control (MPDPC)

Control Lyapunov function (CLF)

Dead-time compensation

Two-step horizon, Computational burden

Résumé

Cette thèse vise à élaborer de nouvelles stratégies de commande basées sur la commande prédictive pour le système de génération d’énergie éolienne. La topologie des systèmes de production éolienne basées sur le Générateur Asynchrone à Double Alimentation (GADA) qui convient à des plateformes de génération dans la gamme de puissance de 1.5 à 6 MW est abordée. Du point de vue technologique, le convertisseur à trois niveaux et clampé par le neutre (3L-NPC) est considéré comme une bonne solution pour une puissance élevée en raison de ses avantages: capacité à réduire la distorsion harmonique de la tension de sortie et du courant, et augmentation de la capacité du convertisseur grâce à une tension réduite appliquée à chaque semi-conducteur de puissance. Une description détaillée de la commande prédictive à ensemble de commande fini (FCS-MPC) avec un horizon de prédiction de deux pas est présentée pour deux boucles de régulation: celle liée au convertisseur connecté au réseau et celle du convertisseur connecté au GADA. Le principe de la commande repose sur l’utilisation d’un modèle de prédiction permettant de prédire le comportement du système pour chaque état de commutation du convertisseur. La minimisation d’une fonction de coût appropriée prédéfinie permet d’obtenir la commutation optimale à appliquer au convertisseur. La thèse étudie premièrement les problèmes liées à la compensation du temps de calcul de la commande et au choix et aux pondérations de la fonction de coût. Ensuite, le problème de stabilité de la commande FCS-MPC est abordé en considérant une fonction de Lyapunov dans la minimisation de la fonction de coût. Finalement, une étude sur la compensation des effets des temps morts du convertisseur est présentée.

This thesis aims to elaborate new control strategies based on Model Predictive control for wind energy generation system. We addressed the topology of doubly fed induction generator (DFIG) based wind generation systems which is suitable for generation platform power in the range in 1.5-6 MW. Furthermore, from the technological point of view, the three-level neutral-point clamped (3L-NPC) inverter configuration is considered a good solution for high power due to its advantages: capability to reduce the harmonic distortion of the output voltage and current, and increase the capacity of the converter thanks to a decreased voltage applied to each power semiconductor.In this thesis, we presented a detailed description of finite control set model predictive control (FCS-MPC) with two step horizon for two control schemes: grid and DFIG connected 3L-NPC inverter. The principle of the proposed control scheme is to use system model to predict the behaviour of the system for every switching states of the inverter. Then, the optimal switching state that minimizes an appropriate predefined cost function is selected and applied directly to the inverter.The study of issues such as delay compensation, computational burden and selection of weighting factor are also addressed in this thesis. In addition, the stability problem of FCS-MPC is solved by considering the control Lyapunov function in the design procedure. The latter study is focused on the compensation of dead-time effect of power converter.