Recherche Avancée

Thèse soutenue

Optimisation des modèles électriques du système de traction ferroviaire. : Application aux essais virtuels avec l'unité de contrôle

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Auteur / Autrice : Saba Amirdehi
Direction : Paul-Etienne Vidal, Baptiste Trajin
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie Electrique
Date : Soutenance le 21/07/2020
Etablissement(s) : Toulouse, INPT
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Génie électrique, électronique, télécommunications et santé : du système au nanosystème (Toulouse ; 1999-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génie de Production (Tarbes ; 1989-....)
Jury : Président / Présidente : Bruno Sareni
Examinateurs / Examinatrices : Paul-Etienne Vidal, Baptiste Trajin, Sergio Junco, Johanna Vally, Hubert Razik
Rapporteurs / Rapporteuses : Manuela Sechilariu, Daniel Hissel

Résumé

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La validation et la vérification sont des questions importantes dans les applications ferroviaires pour des raisons de coût et de sécurité. Parmi les différentes méthodes de validation, le simulateur en temps réel (RTS) est le meilleur outil en raison de sa disponibilité, de son faible prix, du faible risque de danger, etc. Dans ce cas, il serait nécessaire de disposer d'un modèle de système précis tenant compte des phénomènes physiques pour améliorer sa représentativité des mesures et réduire le nombre de tests sur banc d'essai ou sur train. L'objectif est de développer le modèle électrique des sous-systèmes de la chaîne de traction (CdT) à mettre en œuvre sur le RTS. Pour ce faire, les limites des sous-systèmes sont d'abord identifiées en comparant les mesures sur le train ou le banc d'essai et le RTS. Ces sous-systèmes sont tels que: moteur asynchrone (MAS), saut du pantographe (SdP), transformateur et pile à combustible (PEMFC). Pour améliorer le modèle de ces sous-systèmes, la méthodologie des Bond Graph (BG) est utilisée pour modéliser les échanges d'énergie au sein des composants de la CdT. Cette méthode nous permet de créer les équations d'état de l'ensemble du système souhaité en tenant compte des phénomènes physiques qui peuvent être facilement mis en œuvre sur le RTS. Le modèle de MAS est amélioré en tenant compte de la variation de l'inductance de magnétisation basée sur la variable d'état obtenue par la méthodologie du BG. Le modèle proposé améliore la précision fondamentale du courant de 7% par rapport au banc d'essai. Le modèle de SdP, compte tenu de son comportement en arc non linéaire, inclut tous les paramètres significatifs dans cette thèse. Le phénomène d'arc de pantographe est intégré dans le côté entrée du CdT, y compris l'alimentation électrique, la caténaire et le transformateur de puissance. Le modèle est établi en utilisant un BG pour exprimer les équations différentielles du système. Le modèle de transformateur amélioré prend en compte l'inductance magnétisante non linéaire en utilisant la méthodologie du BG. Le modèle d'inductance magnétisante est fourni en appliquant les deux méthodologies : Le modèle Jiles-Atherton (JA) et la combinaison du modèle JA et de la méthode d'ajustement des courbes. Il montre que la méthode JA est très représentative pour l'état établi et transitoire. La combinaison de la méthode JA et du modèle d'ajustement des courbes nous permet d'obtenir la réponse la plus précise même lorsque le transformateur se trouve dans une zone de situation profonde, où la valeur maximale du courant d'appel est plus de deux fois supérieure au courant nominal. L'identification des paramètres du modèle JA est également étudiée dans le cas où les conditions d'essai ne sont pas idéales. Il est souligné qu'un cycle d'hystérésis incomplet, incluant le point extrême et le champ coercitif, est obligatoire pour une identification précise des paramètres. Pour avoir un modèle précis du système PEMFC, il faut prendre en compte plusieurs circuits auxiliaires. Cependant, dans les applications industrielles, le modèle précis du système PEMFC et les informations correspondantes ne sont pas souvent fournis par les fournisseurs. En outre, le modèle doit être simple et adapté à la simulation du système et non au dimensionnement. Dans cette thèse, un modèle simplifié de système PEMFC est proposé en utilisant la mission de profil expérimental. L'impact de tout le système environnemental de la pile PEMFC est estimé en utilisant la moyenne de la courbe de polarisation. Le processus d'identification proposé est appliqué à un cas d'application réel pour quatre sous- systèmes ; ensuite les simulations sont comparées aux mesures. Ces études sont complétées par l'analyse de sensibilité des paramètres identifiés. La compatibilité des modèles proposés est validée par la mise en œuvre des modèles dans une simulation globale de CdT, y compris le système de contrôle. Les résultats des simulations sont comparés aux mesures.