CONTRIBUTION DES CONVERTISSEURS MULTINIVEAUX AU RACCORDEMENT DE LA PRODUCTION D'ORIGINE EOLIENNE SUR UN RESEAU ELECTRIQUE

1

1

É

cole

N

ationale

P

olytechnique d’Alger

(

L

aboratoire de

C

ommande des

P

rocessus)

É

cole

C

entrale de

L

ille

(

L

aboratoire d’

É

lectrotechnique et d’

É

lectronique de

P

uissance)

Soutenance de Thèse de Doctorat en Génie Électrique

Jeudi 19 Avril 2007

2

2

I.

I.

Introduction générale

Introduction générale

II.

II.

Modélisation et commande des onduleurs à trois niveaux par la

Modélisation et commande des onduleurs à trois niveaux par la

modulation directe

modulation directe

III.

III.

Connexion d’une éolienne en utilisant un convertisseur NPC à trois

Connexion d’une éolienne en utilisant un convertisseur NPC à trois

niveaux

niveaux

IV.

IV.

Extension et généralisation de la modélisation et de la commande

Extension et généralisation de la modélisation et de la commande

par la modulation directe aux onduleurs multiniveaux

par la modulation directe aux onduleurs multiniveaux

V.

V.

Extension au système multi sources en utilisant un convertisseur

Extension au système multi sources en utilisant un convertisseur

DCI multiniveaux

DCI multiniveaux

VI.

VI.

Conclusion Générale & Perspectives

Conclusion Générale & Perspectives

Présentation

3

3

I.

I.

Introduction générale

_{Introduction générale}

Civilisation industrielle

exploitation des ressources énergétiques

(pétrole, charbon, minéraux)

ressources non

renouvelables

Épuisement de ces ressources dans quelques décennies

Dégage les gaz

à effet de serre

Réchauffement climatique

Remplacer progressivement par les

énergies nouvelles et renouvelables

(hydraulique, photovoltaïque, éolienne…)

 Introduction générale

4

4

 Introduction générale

Énergie

éolienne

Les éoliennes produisent plus de 1 % de l’électricité mondiale

10 % de l’énergie électrique pourrait être d’origine éolienne vers 2020



Production imprévisible et décentralisée



Protection climatique



Ressources renouvelables

Augmenter le taux de pénétration

Exemple [WWEA]

I.

I.

Introduction

_Introduction

générale

_générale



Stock illimité



Peu ou pas polluantes



Taux de pénétration limité à moins de 30%



Générateurs multisources, production décentralisée, …



Participer aux services systèmes (réglage de la fréquence et de la tension, …)

Avantages

Inconvénients

5

5

 Introduction générale

éolienne à vitesse fixe

éoliennes à vitesse variable

Deux types d’éoliennes

MAS ou MSAP



augmenter le rendement énergétique



diminuer les charges mécaniques et



améliorer la qualité de l’énergie électrique

produite



La puissance débitée varie en fonction du vent

et de la vitesse du générateur



A vitesse fixe la puissance extraite n’est pas maximale



_{Pour optimiser la puissance débitée en fonction du vent,}

il faut régler la vitesse de rotation de l'éolienne



Le générateur à vitesse variable permet de récupérer un

maximum de puissance ‘Maximum Power Point Tracking’

6

6

Réseau

vm

1

MSAP

AC/DC Convertisseur DC/AC Convertisseur Multiniveau

M

A

S

Connexion réseau

Rs,Ls i

s₁

i

s₂

3

AC/DC Convertisseur

i

e

i

st

Objectif de

notre travail

Contribution des convertisseurs multiniveaux au raccordement

de centrales multisources,

Centrale multisource  Générateur à base d’énergie

renouvelable + Stockage

Exemple d’application:

Le stockage sert à

1. Lisser la puissance envoyée au réseau,

2. Possibilité du fonctionnement en îlotage.

7

7

I.

I.

Introduction générale

Introduction générale

II.

II.

Modélisation et commande des onduleurs à trois niveaux par la

Modélisation et commande des onduleurs à trois niveaux par la

modulation directe

modulation directe

III.

III.

Connexion d’une éolienne en utilisant un convertisseur NPC à trois

Connexion d’une éolienne en utilisant un convertisseur NPC à trois

niveaux

niveaux

IV.

IV.

Extension et généralisation de la modélisation et de la commande

Extension et généralisation de la modélisation et de la commande

par la modulation directe aux onduleurs multiniveaux

par la modulation directe aux onduleurs multiniveaux

V.

V.

Extension au système multi sources en utilisant un convertisseur

Extension au système multi sources en utilisant un convertisseur

DCI multiniveaux

DCI multiniveaux

VI.

VI.

Conclusion Générale & Perspectives

Conclusion Générale & Perspectives

Présentation

8

8

Modélisation et commande des onduleurs à trois niveaux

par la modulation directe

PO Discontinue

f

12

u

s

₁

f

22

u

m

₁

f

11

f

21

i

m

₁

i

s

₁

f

32

f

31

i

m

₂

u

s

₂

f

13

f

23

f

33

i

s

₂

u

m

₂

(R29)

V

m



U

m

















2

1

1

2

3

1

(R30)

















2

1

avec

s

s

m

u

u

s

U

s

U

M

U

T

















2

1

avec

im

im

m

s

m

M

I

I

I

(R31)



 





 





_

































23

22

23

21

13

12

13

11

22

21

12

11

f

f

f

f

f

f

f

f

m

m

m

m

M

(R32)

 

( k 1 ). Tm

 

k . Tm

1

x t =

.

x t dt

Tm





(R8)

c c c c c

T

et

f

T

T

f

₁



_{1 2}



_{2 3}

(R5)

1

0

v

10

v

10

0

1

C

1

i

m

₁

i

m_mac

C

2

i

m

₂

u

s

₁

u

s

₂

R, L

u

m

₁

i

s

₁

R, L

i

s

₂

R, L

u

m

₂

PO Discontinue

v

c

2

T

_1c

T

_2c

T

_3c

T

_4c

f

1c

f

2c

f

3c

1 0 0

0 1 0

0 0 1

u

s

1

0

v

c0

1 1 0 0

0 1 1 0

0 0 1 1

2c

3c

f

_1c

_











f

f

v

c0

v

c

2

u

s

1

o

Avec

c=1















































2

1

2

1

2

2

1

2

1

1

s

s

s

s

m

s

s

s

s

m

u

m

u

m

u

f

f

u

f

f

u

u

m

u

m

u

f

f

u

f

f

u

22

12

23

22

13

12

21

11

23

21

13

11

Schéma électrique de l’onduleur triphasé à neutre clampé.

Représentation matricielle

GIC du modèle Moyen

Cellule de commutation c

9

9

ref

c

ref

c

ref

c

ref

c

ref

c

ref

c

ref

c

ref

c

ref

c

f

T

f

f

T

T

T

T

T

₁

_{_}



₁

_{_}

et

₂

_{_}



₁

_{_}



₂

_{_}

,

₃

_{_}



₁

_{_}

et

₄

_{_}



₂

_{_}

<u

m2

>

<u

m1

>

us1 us1 2

u

m2

u

m1

u

m E 2 ) 2 , 1 ( u ) 0 , 0 ( u       _    1 1 1 _{2. 1} s u um Tm t      _{ } _   1 2 1 1 2 _{2. 1} s s u um u um Tm t       _    1 2 3 2 1 . 2 s u um Tm t ) 2 , 1 ( ) 2 , 0 ( u u  ) 2 , 1 ( ) 1 , 1 ( u u 

commande par inversion du GIC de modèle moyen du

convertisseur à trois niveaux

y

u

u

x

u

u

u

u

s

m

s

m

s

m

_

_



.

4

.

4

4

₁ 2 1 1 1





10

10







































2

)

1

(

)

0

(

:

2

)

1

(

)

1

(

:

1 2 1 2 21 1 11 13 1 1 2 1 2 21 1 11 13 1

us

us

us

us

m

us

m

u

d

us

us

us

us

m

us

m

u

c

m m

redondant

Vecteur

Équilibrage du diviseur

capacitif

Influence de la sélection des vecteurs sur la tension

Représentation des possibilités d'équilibrage

11

11

<um

_{2_ref}

>

<um

_{1_ref}

>

c₂d₂

 Détermination du vecteur de référence

 Détermination du secteur puis les trois

vecteurs et leurs durées correspondantes

 Équilibrage du Bus Continu

Implantation pratique du système de MV

des conversions

Procédure de sélection des vecteurs tensions

pour réaliser l'équilibrage

12

12

10

v

Tensions de référence et les vecteurs utilisés

Tension composée modulée

( )

Spectre harmonique en p.u. de

Résultats de simulation en utilisant un onduleur à trois niveaux.

-400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400

 Modélisation et commande des onduleurs à trois niveaux par la modulation directe

2

1

et

m

m

u

13

13

Résultats expérimentaux en utilisant un onduleur à trois niveaux.

Le convertisseur NPC à trois niveaux

Variation de fréquence

Démarrage en conditions déséquilibrées

m

u

s

i

2 1

c

c

v

v



2 1

c

c

v

v



s

i

im

2

im

1

14

14

I.

I.

Introduction générale

Introduction générale

II.

II.

Modélisation et commande des onduleurs à trois niveaux par la

Modélisation et commande des onduleurs à trois niveaux par la

modulation directe

modulation directe

III.

III.

Connexion d’une éolienne en utilisant un convertisseur NPC à trois

Connexion d’une éolienne en utilisant un convertisseur NPC à trois

niveaux

niveaux

IV.

IV.

Extension et généralisation de la modélisation et de la commande

Extension et généralisation de la modélisation et de la commande

par la modulation directe aux onduleurs multiniveaux

par la modulation directe aux onduleurs multiniveaux

V.

V.

Extension au système multi sources en utilisant un convertisseur

Extension au système multi sources en utilisant un convertisseur

DCI multiniveaux

DCI multiniveaux

VI.

VI.

Conclusion Générale & Perspectives

Conclusion Générale & Perspectives

Présentation

15

15

Unité de stockage

Énergie:

• Photovoltaïque

• Éolienne…

Structure générale

Structure générale

Connexion Réseau d’une

source d’énergie

16

16

U=u

s

₁

⇒u

s

_{1_max}

=

U

_max

Unité de stockage

Utilisant un convertisseur à deux niveaux

Utilisant un convertisseur à deux niveaux

Utilisant un convertisseur à trois niveaux

Utilisant un convertisseur à trois niveaux

U=u

s

₁

/2

⇒us

_{1_max}

=2x

U

_max

17

17

Unité de stockage

–

La récupération de l’énergie,

La récupération de l’énergie,

–

Le lissage de la puissance envoyée au réseau,

Le lissage de la puissance envoyée au réseau,

–

Le réglage du bus continu (est donc libérer le

Le réglage du bus continu (est donc libérer le

convertisseur coté réseau).

convertisseur coté réseau).

–

Diverses possibilités de connexion de plusieurs unités.

Diverses possibilités de connexion de plusieurs unités.

Utilisant un convertisseur à trois niveaux

Utilisant un convertisseur à trois niveaux

L’Unité de Stockage (US) permet:

_{L’Unité de Stockage (US) permet:}

18

18

Réseau vm1 DC/AC Convertisseur Multiniveau Connexion réseau Rs,Ls is1 is2 3

Connexion d’une éolienne en utilisant un convertisseur NPC à

Connexion d’une éolienne en utilisant un convertisseur NPC à

trois niveaux

trois niveaux

_Réseau

vm1 MSAP AC/DC Convertisseur DC/AC Convertisseur Multiniveau Connexion réseau Rs,Ls is1 is2 3 ie Réseau vm1 MSAP AC/DC Convertisseur DC/AC Convertisseur Multiniveau

M

A

S

Connexion réseau Rs,Ls is1 is2 3 AC/DC Convertisseur ie ist Tam



Tam



Vam F2 AC/DC ist Iam Iam am  Vc Vam

Volant _{Machine asynchrone}

am



Système inertiel de stockage d’énergie

19

19

1 Rs+Ls.p + - isd vs_d vmd + - 1 Rs+Ls.p + - isq + + s .Ls s .Ls isd is_q vs_q vsd vm_q vb_d vb_q Modèle eq ed

III.

III.

Connexion d’une éolienne en utilisant un convertisseur NPC

Connexion d’une éolienne en utilisant un convertisseur NPC

à trois niveaux

à trois niveaux

R

s

, L

s

C

u

m

₂₃

u

m

₁₃

_i

s₂

i

s₁

v

s

₂

v

s

₁

v

c

₁

Grid

v

m

₂

v

m

₁

v

m

₃

i

c

₁

v

c

₂

C

i

m

₁

i

m

₂

u

s

₂

u

s

₁

i

e+

i

st

















2 22 1 12 23 2 21 1 11 13

us

m

us

m

u

us

m

us

m

u

m m

















2 22 1 12 2 2 21 1 11 1

s

s

s

s

i

m

i

m

i

i

m

i

m

i

m m

































2 2 2 2 1 1 1 1

.

1

.

1

m s s s s s m s s s s s

v

i

R

v

L

dt

di

v

i

R

v

L

dt

di

c

s

i

C

dt

du

.

2

1



Modelling of the DC bus

Convertisseur multiniveaux DC/AC

Modélisation du filtre

C

v

c

1

i

c

₁

v

c

₂

C

u

s

₂

u

s

₁

i

e+

i

st

i

e+

i

st

u

s

₁

2C

Modélisation de la connexion

Modélisation de la connexion

au réseau

au réseau

 Connexion d’une éolienne en utilisant un convertisseur NPC à trois niveaux

Réseau vm1 DC/AC Convertisseur Multiniveau Connexion réseau Rs,Ls is1 is2 3 1 Rs+Ls.p + - isd vs_d vm_d + - 1 Rs+Ls.p + - isq + + s .Ls s .Ls is_d isq Découplage

C

id - isd_ref vsd + + - is_q vm_{q_ref} + - s .Ls s.Ls

C

iq + + +

-is_{q_ref} +

-isd vs_q vs_q vs_d vm_q vm_{d_ref} vbd vb_q vb_{q_ref} vb_{d_ref} Compensation Correcteur Modèle Dispositif de commande eq ed    

20

20

















d

q

q

d

g

q

q

d

d

g

s

s

s

s

s

s

s

s

i

v

i

v

Q

i

v

i

v

P



























2 2 _ 2 2 _

.

.

.

.

q d d ref g q ref g ref q sq sd q ref g d ref g ref d

s

s

s

s

s

s

s

s

v

v

v

Q

v

P

i

v

v

v

Q

v

P

i

















Les puissances active et réactive transitées

peuvent être exprimées

En imposant

les courants de référence, on

peut donc imposer

les références pour la puissance active P

_gref

et la puissance

réactive Q

_gref

ref

ref

ref

ref

P

g

P

PMSM

P

C

L

filter

Ps





~





~

Ajustant la puissance stockée dans le volant (P

s

) pour

transiter au réseau la puissance de référence P

g

ref

g

filter

C

PMSM

Ps

P

L

P

P









La puissance

produite

la puissance à transiter au

réseau

Anticipation des

pertes

dans le filtre

Puissance nécessaire

au réglage du bus dc

P

MSAP

L

filtre

P

g

P

a

P

C

P

conv

bus DC

P

s

Connexion réseau

Stockage

MSAP

Contrôle des puissances envoyées

Contrôle des puissances envoyées

au réseau

au réseau

21

21

Dispositif de commande avec le

Dispositif de commande avec le

stockage inertiel

stockage inertiel

22

22

u

s_1ref icref

P

c_ref

u

s₁

I

s_{dq_ref}

P

g_ref

Q

g_ref

Su

pe

rv

is

io

n

de

s

p

ui

ss

an

ce

s

In

te

rf

ac

e

D

yn

am

iq

ue

r

ap

id

e

Contrôle des courants Contrôle du bus continu Isdq Vs

u

s₁ R18c

u

s1 Contrôle des puissances











imac

P

~

mac



~

Contrôle du stockage R19c

P

s_ref

u

s₁



Imas



u



s₁ 1 Cmasref 



mas Lissage de la puissance R48c

P

g_ref Fref Fref Contrôle du convertisseur à trois niveaux U



s

V

m_ref

Dispositif de commande avec le

Dispositif de commande avec le

stockage inertiel

stockage inertiel

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.5 1 -0.5 0 0.5 1 x 63/100 x+13/25 y-17/100 y 17 . 0 52 . 0 ~ . 63 . 0    mac mas g P Ω P _ref  mas Ω mac P

Fonctionnement à puissance lissée [Cim 05]

Fonctionnement à puissance

constante

ref g P _

P

g_ref

Q

g_ref

Su

pe

rv

is

io

n

de

s

p

ui

ss

an

ce

s

P

s_ref

P

g_ref

u

s_1ref icref

P

c_ref

u

s1

I

s_{dq_ref}

In

te

rf

ac

e

D

yn

am

iq

ue

r

ap

id

e

Contrôle des courants Contrôle du bus continu Isdq Vs

u

s₁ R18c

u

s₁ Contrôle des puissances











imac

P

~

mac



~

Contrôle du stockage R19c

u

s1



Imas



u



s1 1 Cmasref





mas Fref Fref

Contrôle du convertisseur à trois niveaux

U



s

V

m_ref

 Si la vitesse du volant est trop petite, on favorise le stockage

 Si la vitesse du volant est trop grande, on favorise la génération

 Si la vitesse du volant est moyenne, on transit la puissance filtrée

 Si la vitesse du volant est dans la plage admissible, on transit

une puissance constante

 Si non, on transit toute la puissance générée

23

23

Diagramme mono-phasé équivalent de la connexion au réseau

2 2 2

max

max

P

r

P

P

Q

g

g





























_

_

6

3

s

1

s

max

u

L

Vs

P

Pg

_max







La puissance active maximale:

La puissance active maximale à Qg=0 :

Les puissances active et réactive

transitées au réseau

Points du fonctionnement

2

1

P

max

1

α

P





δ

a max

P

P

_g

α

1

a

-1

r

a

0

max

P

Q

_g

1+ α

max P Q_a max

P

P

_a

-1+α

-P

1

Domaine du fonctionnement en puissance dans

Domaine du fonctionnement en puissance dans

le plan (P,Q)

le plan (P,Q)

ω

L

V

P

Q

α

s

s

_eff 2 0

₃

max





_{Et: r coefficient de réglage en tension}

avec

24

24

Banc du test

Schéma Block du banc de test

25

25

Connexion au réseau électrique en utilisant un convertisseur NPC à 3 niveaux

α

1

-1

0

max

P

Q

1+α

-1+α

a

b

c

d

o

e

f

g

h

A

-P

1 max

P

P

Points de fonctionnement dans le plan ( )

1:

Tension réseau (v

s1

) 3: courant injecté dans le réseau (i

s1

)

2: Tension modulée (u

m13

) 4: tension aux bornes de la 1 capacité (v

c1

)

Résultats du point b

0 20 40 60 80 100 -2 500 -2 000 -1 500 -1 000 -500 0 500

Pa(W)

Pg(W)

Qg(VAR)

Émulateur d’un générateur éolien

TABLE I:

Points Pa(W) Pg(W) Qg(VAR)

a

-2080 -2000

500

b

-2080 -2000

0

c

-2080 -2000

-500

d

-60

0

500

o

0

0

0

e

-20

0

-500

f

1920

2000

500

g

1920

2000

0

h

1920

2000

-500

Qg(VAR)

t(s)

max max

,

P

Q

P

P

point b

26

26

Connexion d’un générateur éolien et d’un SISE en utilisant un convertisseur NPC à 3 niveaux

Puissance éolienne Pmac et puissance active transitée au réseau Pg

Puissance réactive transitée au réseau Q

ref

=0

Vitesse du volant d’inertie

Puissance lisse

Puissance fixe

Puissance éolienne Pmac et puissance active transitée au réseau Pg

Puissance réactive transitée au réseau Qref=0

Vitesse du volant d’inertie

0

50

100

150

200

250

300

-4000

-2000

0

2000

t(s)

P m a c , P g (W )

0

50

100

150

200

250

300

-40

-20

0

20

t(s)

Q g (V A R ) 1 2 4 3 200 5 A 200 200

1: Tension réseau (v

s1

),

2: Courant dans le filtre (i

s1

),

3: Tension modulée (u

m23

),

4: Tension modulée (u

m13

)

1 2 4 3 200 5 A 200 200

0

50

100

150

200

250

300

-3000

-2000

-1000

0

t(s) P m a c , P g (W )

0

50

100

150

200

250

300

-40

-20

0

20

t(s) Q g (V A R )

Écran de l’oscilloscope

Écran de l’oscilloscope

27

27

Connexion d’un générateur éolien et d’un SISE aux bornes de chaque condensateur

Réseau

v

_m1

v

m2

v

m3 NPC à Trois niveaux Connexion réseau

L

s

R

s

_i

_s1

v

s1

i

s2

v

s2

v

s3

v

c2

v

c1 C C AC DC AC DC

M

A

S

SISE AC DC

M

A

S

SISE AC DC Pmac2 Pg Pa2 Pc2 Pdc2 Bus continu Ps₂ Connexion réseau SI GE Pmac₁ Lfiltre Pa1 Pc1 Pdc1 Ps1 SI GE Pdc Pa1 Pfiltre Pdc Pg Pmac1 Pa1_ref Lfiltre Pdcref Pgref Ps1_ref

Modèle du flux de puissance

Supervision du flux de puissance

~

mas1



Cmas1 



mas1 _ C al cu l d e la pu is sa nc e C ha ng em en t d’ éc he ll e du te m ps P

~

mac2 ic2 Ps2 Pc2ref Cmas1ref ref Ps1 



mas2 mas2



Pc2 Pc1 Cmas2ref ref Cmas2 vc2 ic1 vc1 ic2ref ic1ref  vc2 vc1 Pc1ref P

~

mac1 R52 R51 R50 R54 R54 R49 R49 R53 R53 R53c R53c R49c R49c R50c R52c R51c R54e R54e R50 Pdc1 Pdc2 Pa2 Ps2_ref Pmac2 R50c _{Pdc1_ref} Pdc2_ref Pa2_ref

v

c1_ref ic1_ref Fref

P

c1_ref

v

c1

I

sdq_ref

P

g_ref

Q

g_ref

_Su

pe

rv

is

io

n

In

te

rf

ac

e

D

yn

am

iq

ue

r

ap

id

e

Supervision des transits de puissance Contrôle des courants Contrôle du vc1 Isdq Vs

v

c1

v

c1 Contrôle des puissances



 





imac1

P

mac1

~



~

Contrôle du SI1

P

s1_ref

u

s1



Imas1



u

s1



1 Cmas1_ref mas1



P

g_ref

v

c2_ref ic2_ref

v

c2 Contrôle du vc2

v

c2

v

c2







Contrôle du SI2 1 Cmas2_ref

v

c1



u

s1



P

c2_ref

~



Imas2 imac2

P

mac2 2

~

P

s2_ref mas2



Dispositif de commande en puissance du stockage inertiel

GIC du transit de puissance avec unité de stockage

Bilan du transit de puissance avec unité de stockage

28

28

Résultats de simulation de transite d’une puissance lisse

Puissance des deux éoliennes et Pg

Puissance des deux éoliennes

Tension aux bornes de chaque condensateur du bus continu DC

Vitesse des volants d’inertie

Sans l’équilibrage des vitesses des volant d’inertie

Puissance des deux éoliennes et Pg

Vitesse des volants d’inertie

0

50

100

150

200

250

300

-6000

-4000

-2000

0

P m ac 1 + P m ac 2 , P g ( W )

t(s)

P

g

P

_mac

0

50

100

150

200

250

300

-4000

-3000

-2000

-1000

0

P m ac 1 , P m ac 2 ( W )

t(s)

P

PMSM1

P

PMSM2

0 50 100 150 200 250 300 395 400 405 v c1 , v c2 ( V ) t(s) 0 50 100 150 200 250 300 -6000 -4000 -2000 0 P m ac 1 + P m ac 2 , P g ( W ) t(s) Pg PPMSM1+ PPMSM2

3940 50 100 150 200 250 300 396 398 400 402 404 v c1 , v c2 ( V ) t(s)

Avec l’équilibrage des vitesses des volant d’inertie

Tension aux bornes de chaque condensateur du bus continu DC

29

29

Puissance des deux éoliennes et puissance active transitée au réseau Pg

Tension aux bornes de chaque condensateur du bus continu DC

Vitesse des volants d’inertie

Avec l’équilibrage des vitesses des volant d’inertie

Puissance réactive transitée au réseau Qref=0

0

50

100

150

200

250

300

-6000

-4000

-2000

0

P m ac 1 + P m ac 2 , P g ( W )

t(s)

Pg PPMSM1+PPMSM2

Résultats de simulation de transite d’une puissance fixe

30

30

Fonctionnement en mode dégradé

C

₁

C

₂

C

₁

et C

₂

u

_s

₁

Avantages de la connexion

GE x o

SI x o

800

GE x o

SI o x

800

- fonctionnement en mode dégradé,

eff

i

s

c

V

v



6

 Connexion d’une éolienne en utilisant un convertisseur NPC à trois niveaux

Réseau

v

m1

v

m2

v

_m3 NPC à Trois niveaux Connexion réseau

L

s

R

s

_i

_s1

v

s1

i

s2

v

s2

v

s3

v

c2

v

c1 C C AC DC AC DC

M

A

S

SISE AC DC

M

A

S

SISE AC DC

Réseau

v

m1

v

m2

v

_m3 NPC à Trois niveaux Connexion réseau

L

s

R

s

_i

_s1

v

s1

i

s2

v

s2

v

s3

v

c2

v

c1 C C AC DC AC DC M A S SISE AC DC M A S SISE AC DC

31

31

I.

I.

Introduction générale

Introduction générale

II.

II.

Modélisation et commande des onduleurs à trois niveaux par la

Modélisation et commande des onduleurs à trois niveaux par la

modulation directe

modulation directe

III.

III.

Connexion d’une éolienne en utilisant un convertisseur NPC à trois

Connexion d’une éolienne en utilisant un convertisseur NPC à trois

niveaux

niveaux

IV.

IV.

Extension et généralisation de la modélisation et de la commande

Extension et généralisation de la modélisation et de la commande

par la modulation directe aux onduleurs multiniveaux

par la modulation directe aux onduleurs multiniveaux

V.

V.

Extension au système multi sources en utilisant un convertisseur

Extension au système multi sources en utilisant un convertisseur

DCI multiniveaux

DCI multiniveaux

VI.

VI.

Conclusion Générale & Perspectives

Conclusion Générale & Perspectives

32

32

 Extension et généralisation de la modélisation et de la commande par la modulation directe aux onduleurs multiniveaux

DC

C

_v

c1

L R

u

m

₂

u

m

₁

i

m1

i

m2

v

c2

C

i

m3

i

m4

v

c3

C

v

c4

C

T

22

T

12

T

11

T

21

T

31

T

41

T

51

T

61

T

71

T

81

T

82

T

72

T

62

T

52

T

32

T

42

T

23

T

13

T

43

T

33

T

63

T

53

T

83

T

73

D

11

D

21

D

12

D

22

D

71

D

81

D

31

D

41

D

51

D

61

D

72

D

82

D

52

D

62

D

53

D

63

D

73

D

83

D

13

D

23

D

33

D

43

D

32

D

42

u

s1

0

Schéma électrique d'un onduleur triphasé DCI à cinq niveaux

R

ed

re

ss

eu

r

v

c 0

C

C

C

C

i

g

T

1c im3 im4 im2 im1

0 O

2c

f

_1c

f

u

s2

u

s₁

i

m1

i

m2 4c 5c

f

f

im4

u

s₄

i

g

v

c4

v

c2

v

c1 3c

f

im3

v

c3

u

s₃

c O

T

2c

T

3c

T

_4c

T

5c

T

6c

T

7c

T

8c

D

1c

D

2c

D

3c

D

4c

D

5c

D

6c

D

7c

D

8c DC

u

s1 DC

v

c 0

Schéma équivalent du bras c en utilisant les fonctions de connexion

Signaux de commande Fonction de connexion

T1c T2c T3c T4c T5c T6c T7c T8c f1c f2c f3c f4c vc0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 us1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 us2 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 us3 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 us4 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0

Modélisation et commande des onduleurs à cinq niveaux

par la modulation directe









rc

rc ( r 1 )c ( r 2 )c ( r 3 )c

f



T T

_

T

_

T

_

, r 1,2,3,4 et c 1,2,3





4

4

3

3

2

2

1

1

0

f

u

s

f

u

s

f

u

s

f

u

s

v

_c



_c



_c



_c



_c

33

33

O 2

f

11

f

21

u

m2

u

s2

u

s1

f

12

f

22 O 1

i

m1

i

m2

f

41

f

42

f

51

f

52 im4

u

s₄ O 3

f

13

f

23

f

43

f

53

u

m1

Charge

f

31

f

32

i

m3

f

33

u

s3 0 O

i

s1

i

s2

i

s3

Convertisseur matriciel équivalent

4 4 41 3 31 2 21 1 11 1

s

s

s

s

s

m

m

u

m

u

m

u

m

u

i

u

u















_{10 30}

 

_{11 13}



₁



_{21 23}



₂



_{31 33}



₃



_{41 43}



₄ 1

s

s

s

s

m

v

v

f

f

u

f

f

u

f

f

u

f

f

u

u





















43 4 4 32 3 3 23 2 2 13 1 1

f

f

,

m

f

f

,

m

f

f

,

m

f

f

m

_c



_c



_c



_c



_c



_c



_c



_c



_{avec c=1 et 2 donc,}





4

1

r

.

=

r

s

rc

m

c

m

u

u

4 4 42 3 32 2 22 1 12 2

s

s

s

s

s

m

m

u

m

u

m

u

m

u

j

u

u

















1

,

0

,

1





rc

m





4

,

_

,

0

,

_

,

4





i

avec





4

,

_

,

0

,

_

,

4





j

avec

2

1

m

m

m

u

u

u











4 u u 1 s 2 m  u(-4,-4) 4 u u 1 s 1 m 

u(-3,-4) u(-2,-4) u(-1,-4) u(0,-4)

u(1,-3) u(2,-2) u(3,-1) u(4,0) u(-4,-3) u(-4,-2) u(-4,-1) u(-4,0) u(-3,1) u(-2,2) u(-1,3) u(0,4) u(4,1) u(4,2) u(4, 3) u(4,4) u(3,4) u(2,4) u(1,4) Onduleur 5 niveaux Onduleur 3 niveaux

y

u

u

x

u

u

u

u

s

m

s

m

s

m

_

_



.

4

.

4

4

₁ 2 1 1 1





Positions des vecteurs dans le plan ( )

m₁ m₂

s₁ s₁

u

u

0,

,

u 4 u 4





).

34

34

1 3 3 1 1 3 1 ₃

i,j

i+ sign(r

1

),j

i,j+ sign(r

2

)

i+ sign(r

₁

),j+sign(r

₂

)

i-1,j

i,j

i,j+1

_i,j+1

i-1,j-1

i,j-1

i-1,j

i,j

i,j-1

i+1,j-1

i,j

i+1,j

4

u

u

1 s 1 m



4

u

u

1 2 s m



u

m

u

m

j

i

4 4 4 4

<u

m₁*

>

<u

m2*

>

2 2 2 ₂

4

1 2 s m

u

u

4

1 1 s m

u

u

3 3 2 2 1 1 1

u

.

Tm

t

u

.

Tm

t

u

.

Tm

t

4

u

m

u

s

















2



2 1



3



3 1



1



1

.

.

.

1

4

T

t

u

u

t

u

u

T

u

u

u

m m

s

m

_

_

_

_

_













1

i,j

i+ sign(r

1

),j

i,j+ sign(r

2

)

i+ sign(r

₁

),j+sign(r

₂

)

4

u

u

1 s 1 m



4

u

u

1 2 s m



u

m

j

i

<u

m₁*

>

<u

m₂*

>

4

1 2 s m

u

u

4

1 1 s m

u

u

1

* 2 * 1



m



m

u

u

La tension modulée est localisée dans le triangle  si

1 2 1 3 2

u





u(i,j), u







u(i sign(r ),j) et u









u(i,j sign(r ))





* 1 2

T

m

u

m

t



, et

t

₃



T

m

u

m

₂*

j

u

u

u

i

u

u

u

s

m

m

s

m

m









4

,

4

₁ 2 * 2 1 1 * 1

avec

Réalisation de la modulation vectorielle proposée

t1 M od ul at io n ve ct or ie ll e <um1ref> <um2ref> t1+ t2 u1 u2 u3

y

u

u

x

u

u

u

u

s

m

s

m

s

m

_

_



.

4

.

4

4

₁ 2 1 1 1





&