Chapitre II Modélisation de la Chaine de Conversion d’Energie Eolienne
II.4 Modélisation du système d’alimentation
II.4.3 Stratégie de commande des onduleurs par MLI sinus-triangle
Le tableau ci-dessous montre les expressions qui prennent les tensions simples et les
tensions composées, en fonction de l'état ouvert ou fermé des interrupteurs k1, k2, k3 (les états de k4, k5, k6 sont respectivement complémentaires de ceux de k1, k2, k3).
Tableau II.1. Etablissement des expressions des tensions simples et composées.
II.4.3 Stratégie de commande des onduleurs par MLI sinus-triangle
Plusieurs stratégies peuvent être considérées pour la commande d'un onduleur de tension alimentant une machine dans le cadre d'une application industrielle : les commandes en régime permanent et les commandes en régime transitoire. Dans le cas des commandes en régime permanent, les critères d'optimisation électrotechnique dominants sont l’élimination d'harmoniques pour éviter les ondulations de couples dans les machines et la minimisation des pertes dans les interrupteurs des onduleurs. Et dans le cas des commandes en régime transitoire, les critères de type automatiques dominant sont rapidité, temps de réponse.
49
Toutefois. Il est souvent très difficile de répondre parfaitement et simultanément aux deux types de critères.
L’objectif de la MLI, c’est la minimisation ou la réduction des oscillations sur la vitesse, le couple et les courants. Cela permettra de réduire la pollution du réseau électrique en harmonique, avec minimisation des pertes dans le système par conséquent augmenter le rendement [DJE09].
La commande MLI consiste à découper la tension ou le courant de sortie en plusieurs créneaux de largeurs différentes par action sur les commutateurs de l'onduleur. Ces commutations sont déterminées par l'intersection entre deux signaux : le premier est l'onde de référence ou modulante représentant la tension de sortie désirée de fréquence f et le deuxième qui est un signal de haute fréquence par rapport au signal de référence est l'onde de modulation (porteuse) qui définit la cadence de la commutation des interrupteurs statiques de l'onduleur.
Les coïncidences entre la référence (tensions sinusoïdales Vref) et la porteuse (un signal triangulaire de haute fréquence) déterminent les instants de commutation des sorties MLI. Lorsque le signal de référence est au-dessus du signal de la porteuse, l'impulsion de sortie est 1: lorsqu'il est au-dessous de la porteuse, l'impulsion de sortie est égale -1.
La figure II.9 montre le principe de fonctionnement de la MLI ainsi que les impulsions de gâchettes et la tension composée obtenu par Matlab/Simulink
Chapitre II Modélisation de la Chaine de Conversion d’Energie Eolienne
50
Fig.II.9. Principe et réponses de la commande MLI sinus-triangle (a) : Signaux de comparaison (référence et porteuse),
(b) : Impulsion de commande du premier transistor, (c) : Tension composée de sortie de l’onduleur (V).
51 II.5 Résultat de simulation
Les grandeurs nominales et les différents paramètres de la MADA dans un system éolien à attaque direct sont dimensionné en détail par [ROU19] et données dans l’annexe A, avec les conditions de simulations. La représentation graphique des modèles sous forme de schéma-blocs implantés dans l’environnement logiciel MATLAB /Simulink/SimPowerSystem, relatifs à ce chapitre sont illustrés dans l’annexe A.
La figure II.10 donne le schéma bloc global du système étudié sous Matlab/SIMULING. La turbine éolienne couplé directement avec la machine asynchrone à double alimentation (GADA) ; le stator de la machine est connecté directement au réseau électrique triphasé (398/690 V/ 50 Hz), et le rotor alimenté par un onduleur triphasé commandé par MLI.
Fig.II.10. Schéma global du système éolien(turbine_GADA)
Chapitre II Modélisation de la Chaine de Conversion d’Energie Eolienne
52
Les résultats de la simulation numérique de l’onduleur commandé par la technique MLI triangulo-sinusoïdale sont donnés à la figure II.11 (en haut la comparaison entre la porteuse et la modulante, en bas la sortie d’une phase de l’onduleur).
Fig.II.11. Tension de l’onduleur
Nous avons testé le model complet de système dans Matlab simulink sous une vitesse de vent fixe puis une vitesse variable, les résultats des puissances données par les figures II.12 et II.13 respectivement.
(a) vitesse de vent fixe
53
(b) vitesse mécanique
(c) Puissance active
(d) Puissance réactive
Chapitre II Modélisation de la Chaine de Conversion d’Energie Eolienne
54
(e) Couple électromagnétique Fig.II.12. Cas d’une vitesse fixe
(a) vitesse de vent variable
(b) vitesse mécanique
55
(c) Puissance active
(d) Puissance réactive Fig.II.13. Cas d’une vitesse variable
La figure.II.12 présente les résultats de simulation de la génératrice GADA couplée directement à la turbine éolienne à vitesse fixe 10 m/s, et la figure.II.13 présente les résultats de simulation des puissances active et réactive de la génératrice GADA couplée à la turbine éolienne, avec une vitesse du vent variable de valeur moyenne égale à 12 m/s.
Les résultats de simulation obtenus montrent bien la réponse dynamique rapide de la vitesse (0.04 s ). Cette dernière atteint une valeur légèrement inférieur à la vitesse du vent due aux l’élimination de multiplicateur.
Des fluctuations sont présentées au niveau des puissances dues à la technique MLI à cause de la commutation des interrupteurs de l’onduleur.
Chapitre II Modélisation de la Chaine de Conversion d’Energie Eolienne
56
Notons aussi que la machine génère plus de l’énergie réactive que l’énergie active ce qui donne un facteur de puissance plus loin de l’unité (cos𝜑 = 0.55) et détériore le facteur de puissance global du réseau, Ce problème est réglé par la commande vectorielle traitée dans le suivant chapitre.
II.6 Conclusion
Dans ce chapitre, on a modélisé la chaîne de conversion de l’énergie éolienne à attaque direct et on a déduit son modèle physique ; en plus on a présenté le modèle complet de la machine asynchrone à double alimentation dans le repère de Park lié au champ tournant.
Les résultats obtenus en simulation montrent des fluctuations au niveau des puissances dues à la technique MLI (naturelle) à cause de la commutation des interrupteurs. De plus notre système pose des problèmes de stabilité et de perturbation en boucle ouverte.
Sachant que le modèle de la MADA est fortement couplé, le chapitre suivant fera l’objet de trouver des commandes permettant de rendre le contrôle de la puissance active et réactive indépendant en fonctionnement génératrice.