× 5 109 -805.52 0.0041 7628.713 298.43 -1364.052 -806.64
0 0 0 0 0 0 81.65 0
1470.07 -2.6 -0.004 0 -0.00043 0.00013 -1.14 10 3.47 10 -6.32 1345.25 -0.00043 2.2 0.004 0 -0.00018 -0.0003
Cc = × ×
Dans le cas ou le régulateur K(s) est strictement propre (c'est-à-dire Dc=0) et son ordre est égal à celui du système augmenté P(s), ce type est dit : compensateur central et est donné
7.15 10 1.3 10 2502 0.026s+1.67 10 2826s+7.947 10 s+97.23 0.01292 2766s+3.163 10 3774s+6.682 10 6.77 10 1.3 10 980.7 20 0.01292 2764s+3.304 10
k s+97.23 0.01292
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conséquent la tension de l’axe q est nulle (vq=0). Dans ce cas, la puissance active de côté réseau est donnée par : En remplaçant l’équation (5.61) dans (5.60), le courant de référence de l’axe direct idref est calculé par : A partir des deux lois de commande et le module de la tension on peut calculer les tensions de Park vod et voq de l’onduleur de côté réseau par : La transformation de Park inverse est appliquée au système d’équations (5.63) pour trouver les tensions triphasées voabc. Puis, en utilisant la transformation de Concordia :
1 2 1 2
Figure (5.10) : Stratégie de commande du régulateur H∞ multivariable de la partie réseau avec un onduleur à trois niveaux.
5.9 Résultats de simulation
Les résultats de simulation sont obtenus pour les mêmes paramètres de la commande DTC-SVPWM de l’onduleur à trois niveaux. Ces résultats sont présentés dans l’ordre suivant :
Changement de vent
La Figure (5.11) montre les réponses de la puissance active et réactive du réseau quand le générateur à induction est commandé par le contrôle direct du couple DTC-SVPWM pour un inverseur à trois niveaux. On peut remarquer, qu’avant le démarrage de la turbine, la puissance active atteint une faible valeur représentant les pertes constantes du générateur.
Une fois que la turbine est en marche au temps t = 0.5 sec et v = 10m/sec, le générateur est entraîné par un couple mécanique Tm de -11 Nm qui produit une puissance de sortie correspondante de Pg=-1.2kW vers le réseau. Quand la turbine fournie le couple nominal (Tm=-16 Nm), le générateur produit la puissance nominale de Pg= -2kW au réseau. La référence pour la puissance active est obtenue à partir de la stratégie de maximum de puissance MPPT. Les réponses de la vitesse du rotor, le couple mécanique produit par la turbine avec le couple électromagnétique du générateur, le rapport de vitesse de bout λ et le coefficient de puissance Cp sont illustrées par la Figure (5.12). On peut constater que la turbine entraîne la génératrice par une vitesse Nr de 1335 rpm pour un couple électromagnétique de -11 N.m et de 1600 rpm, quand la turbine entraîne la génératrice par un couple de -16 N.m. Le coefficient de puissance Cp est nul avant que la turbine ne démarre et atteint sa valeur maximale de 0.41 après le démarrage de la turbine. Même remarques pour la vitesse de bout λ, seulement la valeur maximale est de 8.1.
La Figure (5.13) montre l’allure de la tension de lien continu vdc et les composantes du courant actif id et réactif iq du réseau ainsi que les formes d’onde des courants de la phase A, respectivement pour la génératrice et le réseau. On remarque que la tension de lien continu vdc suit sa référence de 800V et que les courants actif et réactif suivent leurs consignes (pour
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id la référence est fixée selon le vent disponible et la référence du courant réactif iq est imposée nulle).
Figure (5.11): Puissances active et réactive du réseau et du générateur.
Figure (5.12) : Vitesse du rotor de générateur, couple électromagnétique avec le couple mécanique, le rapport de vitesse de bout λ et le Cp de coefficient de puissance.
Figure (5.13) : La tension de lien continu, les composants dq des courants du réseau et les formes d'onde des courants de la phase A du générateur et du réseau.
La Figure (5.14) représente les tensions sur le repère de Park (vod,voq) pour l’onduleur à trois niveaux et les lois de commande (D,δ) obtenues par le régulateur H∞ multivariable. Le rapport de conversion de l’onduleur D contrôle la tension continue et la partie active du courant id et l’angle de déphasage δ commande l’écoulement du courant réactif iq. Le déphasage δ atteint une valeur faible en régime permanent pour que l’écoulement de puissance réactive entre le réseau et le convertisseur soit nul, et par conséquent un facteur de puissance unitaire.
Figure (5.14) : les réponses des tensions de Park de l’onduleur et les lois de commande.
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Défaut monophasé
La Figure (5.15) représente les résultats de simulation des tensions respectivement de la phase A du réseau et de lien continu et les puissances active et réactive du réseau en cas d’un défaut monophasé (une chute de tension pour la phase A de ∆v=20% de la valeur maximale) pour les régulateurs PI et H∞. Après l’application de défaut à l’instant t1=0.9sec jusqu’à t2=1.2sec avec une durée de défaut de 0.3 sec, on peut remarquer une petite chute de puissance P due à l’application de défaut sur la tension de la phase A du réseau et aucun effet sur la tension de lien continu et la puissance réactive du réseau. Par contre, pour le régulateur PI on remarque des ondulations remarquables après l’application de défaut monophasé sur la tension, les puissances active et réactive du réseau. Cette figure montre la flexibilité et robustesse du contrôler H∞ multivariable par rapport au régulateur PI.
Figure (5.15) : Réponse de la tension de la phase A du réseau, tension de lien continu, les puissances active et réactive du réseau avec un défaut monophasé.
5.10 Conclusion
On a étudié dans ce chapitre, la génératrice asynchrone à vitesse variable raccordée à une turbine éolienne. La génératrice est commandée par le contrôle direct du couple appliqué pour un inverseur à trois niveaux. La référence de la vitesse de la génératrice est obtenue grâce à l’utilisation d’un bloc de maximum de puissance MPPT. Cette vitesse est l’entrée du bloc de la commande DTC de la génératrice asynchrone. Le contrôle de la tension continue et les courants de Park du réseau est possible grâce au régulateur H∞
multivariable. Ce régulateur présente plusieurs avantages tels que la réduction de la taille du régulateur ainsi que la robustesse de ce type du contrôleur devant les perturbations.
Les lois de commande pour la partie réseau sont obtenues par le régulateur H∞. La conception pour un régulateur H∞standardest faite par l’approche LMI.
La référence du courant actif est obtenue à partir de la puissance de référence qui est calculée par la stratégie de maximum de puissance. La composante du courant quadratique iq de la source est employée pour moduler l'écoulement de la puissance réactive. Dans notre cas, la référence de puissance réactive est fixée à zéro, pour obtenir un facteur de puissance unitaire.
Les signaux de commande des interrupteurs de l’onduleur à trois niveaux pour les inverseurs de côté générateur et côté réseau sont obtenus par la méthode de modulation de largeur d’impulsion vectorielle SVPWM.
Stratégie de commande de la
machine asynchrone double
alimentée
6.1 Introduction
Dans ce chapitre on présentera la modélisation et la commande d'une génératrice à induction double alimentée GADA (DFIG : Doubly Fed Induction Generator) entraînée par une turbine de vent.
Pour des systèmes à vitesse variable avec une gamme de vitesse limitée, par exemple ±30%
de la vitesse synchrone, la GADA peut être une solution intéressante [109].
L'avantage principal d'utiliser des générateurs à induction double alimentée (GADA) dans des turbines de vent est qu’ils se connectent directement au réseau triphasé sans convertisseurs additionnels avec le stator de la génératrice GADA.
Ce système est récemment devenu très populaire pour les turbines de vent fonctionnant à des vitesses variables [110]. Ceci est principalement dû au fait que le convertisseur d’électronique de puissance doit manipuler seulement une fraction de 20% à 30% de la puissance totale générée par la GADA [110-111]. Par conséquent, les pertes dans le convertisseur d’électronique de puissance peuvent être réduites.
Le modèle mathématique de la machine écrit dans une référence synchrone (repère lié au champ tournant) des axes d-q afin d'obtenir le système découplé de la commande vectorielle indirecte pour contrôler les puissances active et réactive.