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BENCHERIF Bilel - Université Ferhat Abbas de Sétif

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1. 200 oa 2qea 1 l l l 1 i F i i f H e i 1 8 f n f e F i f pe u S oTr 2 4 Q 2 A e E F aN Lo IMI e eO EE oo E F eE a O pe N j F i z z z B Ro 1 AIF ES l ooo I l i l f f L TESST L 1 o o e o o e e tre re tre le PS a T da QU l allure de la tension du bus Figure V 10 l allure de la tension de sortie de Figure V 9 continu e apr s 15 s 2 l installation charg s pe e6ewo epqwe t s Pallure de la vitesse de rotation de l allure de la vitesse sp cifique Figure V 12 Figure V 11 trice n ra Z la turbine et la g les figures V 6 V 7 on remarque que l
2. t s Figure I 19 Les trois tensions abc de la GSAP pur n 25 tr s et une charge 5 A t 2 s Interpr tation des r sultats Les figures I 18 et M 19 montrent la proportionnalit entre la vitesse de rotation du g n rateur et P amplitude et la fr quence de la tension fournie Dans la figure III 19 on remarque qu il y a une chute de tension lorsqu on charge la GSAP par ce que le couple r sistant augmente quation I 49 Pour viter ce probl me il faut faire un contr le du couple moteur qui entraine la g n ratrice 45 Chapitre III Mod lisation de la machine synchrone aimants permanents III 6 Conclusion Dans ce chapitre nous nous sommes attach s r aliser une tude g n rale d une machine synchrone pour les deux types d
3. 0 20 40 60 80 100 Figure V 26 la tension de phase la sortie de l onduleur On remarque que la tension de sortie de l onduleur figure V 26 devienne plus stable et on peut P utiliser pour des objectifs de consommation ou de r gulation de la tension du r seau Le syst me de stockage dans la figure V 21 est au niveau du bus continu c d c est un syst me des batteries ou des condensateurs V 10 conclusion D apr s les r sultats de simulation on remarque que l amplitude de la tension de sortie de l installation d pend de la vitesse du vent et aussi de la charge Dans le premier cas lorsqu on charge la g n ratrice le couple r sistant augmente ce qui conduit une diminution de la vitesse de rotation de l olienne et donc une r duction du coefficient de puissance Et pour viter ce probl me il suffit de calculer les param tres optimaux de la turbine pour une charge bien d termin e Dans le deuxi me cas la charge est constante mais la vitesse du vent varie diminuer ou augmenter on aura alors une puissance sup rieure ou inferieure la puissance de la charge La solution se trouve dans un syst me de stockage qui absorbe fournit la puissance au dessus manquante de la
4. Chapitre IV Mod lisation des convertisseurs lectroniques 100 80 a nn DURS ge 60 Spern i i I AE I ele eee fe nl 1 _ 1 AU 40 l NN l NINI TN Ea ONE 20H jo D s LU AU 8 0 I I a ati ES NTI NN gt 1 j i l Il IN 4 EE oo 20 MHR jinn QU 40 oi ee N IE 40 1 Ps ssess 50 ete ee ll M ES p a Le ee 1905 05 1 15 2 80 05 1 15 2 s t s a b Figure IV 29 l allure de courant ia et de tension Vab avec la commande MLI sinuso dale Fondamental vab 1Hz 72 09 THD 87 07 100 80 Amp de Fondamental 20 0 10 40 50 70 Fr quence Hz 60 80 90 Figure IV 30 Spectre de la tension ondul e par MLI sinuso dale Le spectre de la tension est compos du fondamental de r f rence et des harmoniques dus au d coupage Beaucoup d tudes ont t faites dans le but de calculer la valeur de ces harmoniques dont nous donnons quelques r sultats Les premiers harmoniques d une tension onduleur r sultante d une MLI apparaissent autour de la fr quence de la porteuse IV 6 mod lisation de l onduleur 16 L onduleur de ten
5. Pour le mod le dynamique du syst me on va diviser l tude du convertisseur en trois parties le cot alternatif la partie discontinue compos e par les interrupteurs et le cot continu Dans ce contexte la fonction des interrupteurs est d tablir une liaison entre le c t alternatif et le bus continu ces interrupteurs tant compl mentaires leur tat est d fini par la fonction suivante figure 1V 15 et AV 11 D D est passante __ D est passante ab D est passante 4 D est passante D D est passante _ Ds est passante ac D est passante Dest passante D D est passante nn DS est passante bc Doest passante Dest passante Vac Dap Va Vp Dpa Vp Va Dac Va Ve DeaVe Va Dpc Vp Ve Deb Ve Vp IV 6 54 Chapitre IV Mod lisation des convertisseurs lectroniques redresseur Figure IV 16 Le mod le de redresseur sous SIMULINK 450 A An ii 350 300 250 Vdc volt 200 150 100 50 o 0 02 004 0 06 0 08 t s Figure IV 17 Les partitions de la tension Vdc On remarque que chaque branche participe par un tiers dans la tension redress e Vdc V 220 volt f 50 Hz Finalement on d duit l quation de la tension dans le bus continue dVpc C dt lac l D o en multipliant les deux membres de l quation par Vac
6. 45 A gt charge r sistive 40F charge inductive 35 30 5 5 5 6 6 5 7 7 5 8 Figure III 7 La variation de la tension aux bornes de la GSAP en fonction du courant de charge On remarque que la chute de tension aux bornes de la GSAP en fonction du courant varie d une charge l autre selon le type Une charge inductive provoque une chute de tension plus importante qu une charge r sistive Par contre une charge capacitive n incite aucune chute de tension HI 3 La transformation de Park Sur la figure III 8 le vecteur de la fm m fm est la somme vectorielle des trois vecteurs fma fmp fm port s respectivement par les trois axes triphas s a b c Ce m me vecteur fm peut tre d compos sur deux axes perpendiculaires d axe direct et q axe de quadrature en deux f m m Tma etfm 6 est l angle entre l axe triphas a et l axe diphas d La valeur alg brique de fn et fm sont calculables par la projection de la somme fm fm fm II 4 Sur l axe d et q on obtient la relation suivante 2T 2T cos cos o cos o fma 27 27 mp Qu sin0 sin o z sin o fme 32 Chapitre III Mod lisation de la machine synchrone aimants permanents Figure IIT 8 La projection d un syst me triphas a b c sur un syst me diphas d q Ce syst me d quations n tant pas inversible il faut lui rejoindre une
7. HI 2 c Le statoi no tn ane as HI 2 d Ce rotoi onasin tno A E uns EEA TETEE HI 2 e Circuit quivalant d un g n rateur synchrone HI 2 f GSAP en chai generioi deveiis ieni Eeri AE ESEE ECA MNenREs HI 3 La transformation de Park ssssessssssssneneenrerrrseesreereseeseesssssssssessss HI 3 a Transformation initial de Park HI 3 a Transformation de Park modifi e n II 4 Exemple de simulation sous MAtlab simulink de la transformation de PARK HI 5 Mod lisation de la MSAP II 5 a Equation de tension et flux IHI 5 b La puissance et le couple lectromagn tique HI 5 c Fonctionnement g n rateur HI 6 CONCIUSION Auesiena ian nie rE R E EAE O Aat IV Mod lisation des convertisseurs lectronique IV 1 IMTOMUCUON srssssns sereine se diiensin tee itunes se diese leiee Penaaierasdan ete IV 2 structure de puissance des convertisseurs IV 3 R dress ura diodes eai n nt een nent een IV 3 a Ia tension redresse oori ooe riden ea sree a pensent IV 3 b Facteur de TOME Sarea EEE entente tanins IV 3 c La capacit de filtrage IV 4 Mod le du redresseur 4 ss IV 5 L 0nduleur AE E EE E N rein
8. Chapitre IV Mod lisation des convertisseurs lectroniques Pour g n rer la commande des transistors on utilise le mod le de la figure IV 24 pour les deux cas de la commande MLI MLI r guli re MLI sinuso dale Les figures V 27 a b et IV 28 repr sentent les r sultats de simulation d un onduleur deux nivaux command par MLI r guli re alimente une charge RL Les figures 1V 29 a b et 1V 30 repr sentent les r sultats de simulation d un onduleur deux nivaux command par MLI sinuso dale alimente une charge RL Vab V 150 100 150 100 7 T T I 1 do RE en lon ses i Figure IV 27 l allure de courant ia et de tension Vab avec la commande MLI r guli re 100 Amp de Fondamental S oO Fondamental Vab 1Hz 71 8 THD 88 20 0 10 2 3 40 5 60 70 80 9 4100 Fr quence Hz Figure IV 28 Spectre de la tension ondul e par MLI r guli re 61
9. Figure IV 33 Le mod le complet des deux convertisseurs 64 Mod lisation des convertisseurs lectroniques Chapitre IV On prend 120 sin 10t 27 3 ve 120 sin 10t 27 3 120sin 10t v Va Z Vp Ve gale 50Hz 1 a La fr quence des tensions v dent figure 1V 33 avec une c Z La figure IV 34 repr sente les r sultats de simulation du mod le pr capacit de filtrage permet de garder la tension au dessus de 207 volt HOA eA 0 015 0 02 0 005 c 2 n r e par 2 Figure IV 34 l allure de la tension avant le redresseur a au bus continu b et la tension g P onduleur c 65 Chapitre IV Mod lisation des convertisseurs lectroniques Il faut noter que les tensions v4 Vp v sont des tensions compos es D apr s les figures 1V 34 a b c on a la possibilit de contr ler la fr quence et la valeur efficace de la tension ondul e Mais on n a pas le pouvoir d agir sur l amplitude des portions constituant la tension hach e VI 8 conclusion Dans ce chapitre nous avons abord l tude et la mod lisation des convertisseurs lectroniques d di s transf rer toute la puissance g n r e par l olienne vers une charge ou vers le r seau La m thode de cr ation des impulsions de commande des transistors MLI a t d velopp e Les r sult
10. Le coefficient a a sensiblement les valeurs suivantes Lieu Valeurs de a En mer 0 13 Sur un rivage 0 16 En plaine 0 2 En plaine bois e 0 24 En ville 0 3 Tableau L 3 variation du coefficient a en fonction de lieu Vent ED d R wA A a plaine b colline en pente douce c plateau pentes irr guli res d pic Figure 1 3 r partition de vitesse de vent en fonction de relief rencontr et de l altitude La figure traduit la r partition de la vitesse du vent en fonction du relief rencontr et de l altitude 3 I 5 Loi de Betz 2 Consid rons l olien sch matis sur la Figure I 4 sur lequel on a repr sent la vitesse du vent v en amont de l a rog n rateur la vitesse v en aval la vitesse du vent qui traverse l a rog n rateur est v Figure I 4 Tube de courant d air autour d une olienne Chapitre 1 G n ralit s sur les syst mes oliens En supposant que Vi V2 4 La masse d air en mouvement de densit volumique p traversant la surface S des pales en une seconde est __ PS V1 V2 2 Pt 5 La puissance extraite Pm s exprime alors par la moiti du produit de la masse et de la diminution de la vitesse du vent seconde loi de Newton _ m Vi vi Pn z A 6 Soit en rempla ant m par son expression donn e dans 1 6 on trouve PS V1 V2 V 3 V2 A 7 Un vent th oriquement non perturb trav
11. On remarque que ce syst me intervient dans le fonctionnement de la turbine par la variation du calage de mani re pr pond rante depuis le d marrage et dans le r gime de r gulation de vitesse jusqu au ph nom ne de d crochage a rodynamique de la turbine Position de prise pale Section de au veni maximale t Sens de d placement Figure Il 7 Syst me d orientation des pales pitch I1 7 b Syst me d crochage a rodynamique ou syst me stall 2 Il utilise une m thode passive L augmentation de la vitesse relative du vent s accompagne automatiquement d une diminution de l angle de calage afin de permettre le d crochage a rodynamique de la turbine aux vitesses du vent plus grandes que la vitesse nominale En comparaison avec les turbines angle de calage variable les avantages sont les suivants une structure plus simple du rotor une maintenance plus ais e et un contr le simple et efficace de la puissance Cette solution est utilis e surtout quand la g n ratrice et le couplage conduisent une vitesse de rotation peu variable g n ratrice asynchrone couplage direct sur le r seau Ce syst me est simple et relativement fiable mais il manque de pr cision car il d pend de la masse volumique de l air et de la rugosit des pales donc de leur tat de propret Il peut dans certains cas tre am lior en autorisant une l g re rotation de la pale sur elle m me syst
12. temps Figure III 12 Le mod le de la MSAP sous MATLAB SIMULINK 41 Chapitre III Mod lisation de la machine synchrone aimants permanents Param tres de la machine Grandeur d signation valeur R R sistance d une phase statorique 2 87 Q Ld Lq L inductance propre selon l axe d et l axe q 7 5e 3 H M La mutuelle 0 007 H L amplitude du flux dans l entrefer 0 175 wb p Le nombre des p les 2 J L inertie 8e 3 kg m V La tension d alimentation 220 volt f La fr quence alimentation 50 Hz k Coefficient de frottement 0 001 R sultats de simulation Les figures 11 13 HI 14 et M 15 repr sentent respectivement le couple la vitesse de rotation et le couple en fonction de la vitesse de la MS AP Ce N m Figure I 13 couple moteur de la MSAP 42 I I 1 I kens gt I I I l t s 43 2994 5 2995 2995 5 la vitesse de rotation de la 2994 que 2993 2993 5 W tr min 2992 5 2992 Mod lisation de la machine synchrone aimants permanents Chapitre III 3000 Uw M 500 vitesse de rotation de la MSAP Figure I 14 1500 2000 2500 3000 1000 0 W tr min couple moteur en fonction de la vitesse de rotation figure HI 15 sultats 2 re Interpr tati
13. 0 11237168 0 2690126 Tableau Il 2 correction des deux derni res lignes du tableau II 1 I1 9 conclusion Dans un contexte li la mod lisation d un syst me de conversion d nergie cin tique du vent en nergie m canique avec un rendement acceptable nous avons d velopp une tude et un mod le simplifi d un a rog n rateur Donc nous avons calcul les efforts dus l action d air sur une aile en mouvement Et d apr s les r sultats de calcul des propri t s d un profile on a trouv que l efficacit d un a rog n rateur est li e directement au rapport Cx Cz Ce rapport qui repr sente le quotient entre la train e et la portance joue un r le principal l am lioration du coefficient de puissance Cp Par cons quent la conception des pales est la premi re tape vers une olienne rentable Ensuite la deuxi me tape qui est la commande d angle de calage des pales afin d extraire le maximum de la puissance dans une large gamme des vitesses du vent 26 Chapitre III Mod lisation de la machine synchrone aimants permanents III 1 Introduction Le terme de machine synchrone regroupe toutes les machines dont la vitesse de rotation de l arbre de sortie est gale la vitesse de rotation du champ tournant Pour obtenir un tel fonctionnement le champ magn tique rotorique est g n r soit par des aimants soit par un circuit d
14. Sommaire Introduction sener aler EE be einen de Dee sean de ee ee T Il G n ralit s sur les Syst mes Eoliens I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 I 7 I 8 IntroducuOn xs iae AOE EEE AE Ei E EERROR RENAR Parcs d Eohenhe Soei menne anae e A E aE E E ERRET Composition d une olienne Propri t s du VENT sam rien htancen dan annee Han Loi de B tz 2sssatet hapa n E RE RE T E el REEE EOE A EIO Puissance m canique d une olienne Technologie de production d lectricit partir de l nergie olienne I 7 a Diff rentes machines utilis es dans l olienne Turbine olienne entra nant une g n ratrice synchrone aimant I 7 b permanentne a E E EE E E E AR a a Conclusio meneren raino E e E E TE NES Etude et mod lisation de la turbine olienne H 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 I 7 Il 8 I 9 Introductions oa r eae E AE AA E EERE teen ets Notion sur la th orie de l aile portante I 2 a D FIMUONSE 4 024 seen EAEE anne EAE LE aeS I 2 b Action de lair sur l aile en mouvement I 2 c Coefficient a rodynamique de portance train e et de moment Pouss e du vent sur l h lice couple moteur produit Il 3 a Evaluation d
15. dVpc C Vac dt Vac lac Vacl C est dire que l on a un bilan de puissance T T T La tension fournie La ieron fournie La tension foumi 400 par la brabche Da par la ANNEES par la brabche D IV 7 IV 8 IV 9 55 Chapitre IV Mod lisation des convertisseurs lectroniques Ainsi connaissant la puissance active fournie par le redresseur P et la puissance active P absorb e par l onduleur on en d duit la variation d nergie contenue dans le condensateur C d o il en r sulte la valeur de l nergie dans ce condensateur w et donc la valeur de la tension dans l tape continue IV 10 redresseur Figure IV 18 mod le de redresseur plus la capacit de filtrage T T T T 1 1 1 0 400 jen Leds le ere Tes i i 1 1 T l A LOS NE a ES EU ONCE a o 1 1 1 1 OO O ee r ESS Reese F AB0hk a nann Issue dessine rss lee sen 2 l l l l 1 i 1 i g 200 4 K EN EE EE 1 1 1 IBe je tam Deer lt eee H sen l l l 1 D sn ne ne ne terne us 109 1 l 1 l 1 1 1 1 CT freres RSS rl Fetes En oo 1 1 1 1 o 1 L L L O 0 02 0 04 0 06 0 08 0 1 Figure IV 19 la tension redress e apr s filtrage On remarque que la tension redress e est plus proche d une valeur constante repr sente l amplitude de la tension compos e amont qui est dans notre cas 380 volt IV 5 L onduleur 14 L onduleur est un
16. pas de syst me balais collecteur bon facteur de puissance pas ou peu d entretien simplicit de fabrication IIT 2 a Composition de la MSAP 9 La machine synchrone triphas e comporte un stator fixe et un rotor tourne autour de l axe de sym trie de la machine Dans les encoches r guli rement r parties sur la surface interne du stator sont log s trois enroulements identiques p paires de p les leurs axes sont distants entres eux d un angle lectrique gale 27 3 La structure du rotor est r alis e par un enroulement monophas e excit en courant continu ou par un aiment permanent La roue est con ue soit p les lisses ou p les saillants Il sera admis que pour cette derni re structure la machine pourrait tre munie d enroulements amortisseurs qui ont pour r le 27 Chapitre III Mod lisation de la machine synchrone aimants permanents Permettent la machine de s opposer des r gimes de d s quilibres Augmenter le couple lectromagn tique Machine p les saillants Machine p les lisses Figure III 2 Les deux types de la MSAP selon le rotor IT 2 b Le nombre de p les de la machine 1 Le nombre de p les d un alternateur est impos par la vitesse du rotor et par la fr quence du courant produire Ainsi consid rons un conducteur de l induit devant lequel se d placent les p les nord et les p les sud du rotor Si la tension indu
17. z ro dans la relation pr c dente CzpL r Pour faciliter le passage aux applications les quantit s Ae k h Cp et I ont t calcul es par ordinateur programme MATLAB 7 9 pour des valeurs de comprises entre 0 1 et 10 Nous avons galement tablie un diagramme repr sentant les courbes de variation des quantit s Cz pL r et I en fonction de Cet abaque permet de pr ciser rapidement pour une olienne en fonction de la position des profils de pale fix e par le rapport r R les valeurs de l angle d inclinaison I et celles que l on doit donner la quantit Cz pL r pour que l olienne pr sente le meilleur rendement pour la vitesse sp cifique choisie Le mode d emploi est particuli rement simple La vitesse sp cifique pour laquelle l olienne doit avoir le rendement maximal tant connu il fait de mener par le point d intersection de la droit oblique caract risant la vitesse sp cifique d extr mit 19 Chapitre II Etude et mod lisation de la turbine olienne droit d quationi A r R et de l horizontal correspondant la position du profile fix e pour la valeur de r R une droit verticale Cette droite verticale coupe les courbes I 4 et Cz pL r en deux points dont les ordonn es sont gales aux valeurs I et Cz pL r recherch es Sur l abaque nous avons figur la d termination des quantit s I et Cz pL r pour les profiles situ s 0 6R d
18. V 12 repr sentent les r sultats de simulation d une turbine olienne entraine une g n ratrice synchrone aimants permanents sous une vitesse du vent gale 15m s le GSAP alimente une charge travers un redresseur diode et un onduleur commande MLI pour g n rer une tension fr quence et valeur efficace contr lables La charge est appliqu e a t 15s pour montrer l influence de la charge sur la vitesse de rotation de l ensemble turbine g n ratrice 73 Mod le combin de l installation olienne Chapitre V t s
19. fait sinuso dale Cette distorsion est due principalement la pr sence des tensions de troisi me harmonique qui se superposent la tension fondamentale Avec une connexion en toile les troisi mes harmoniques n apparaissent pas entre les files de ligne car elles s annulent Par contre si l on utilise une connexion en triangle ces tensions s additionnent et provoquent la circulation d un courant dans le triangle et par cons quent occasionnent des pertes Joule suppl mentaires III 2 d Le rotor Si l on fait tourner le rotor les lignes de flux produites par les p les des aimants balaient les trois enroulements du stator et induisent dans ceux ci des tensions triphas es Les rotors sont p les saillants ou p les lisses selon qu ils sont entra n s basse vitesse par des turbines hydrauliques ou haute vitesse par des turbines vapeur HI 2 e Circuit quivalant d un g n rateur synchrone On peut repr senter un alternateur triphas par un circuit qui montre trois tensions induites Es correspondant chacune des phases Chaque phase contienne une r sistance R en s rie avec une r actance X au moins 10 fois plus grand que la valeur de R On peut donc n gliger la r sistance ce qui donne le circuit simple de la Figure III 3 videmment on doit tenir compte de cette r sistance en ce qui concerne les pertes et l chauffement du stator Selon le type de construction de l alternateur la valeur de la r
20. 2 13 2 134 mD m D S min Rapport de multiplication L alternateur devant tourner 1500 tr min nous adopterons pour le rapport de multiplication de la vitesse de rotation entre olienne et le g n rateur la valeur 24 Chapitre II Etude et mod lisation de la turbine olienne _1500 _ DAS re I1 8 a Calcul des pales Choix des profils nous adopterons pour la construction des pales le profil NACA 23015 La variation des coefficients de portance et de train e de ce profil en fonction de l incidence est donn e par les relations suivantes C 0 1 0 11 i pour i lt 10 C 1 5 0 0188 i 14 pour 10 lt i lt 15 Cx 0 007 0 0055 C i 0 22 pour i lt 10 CC 0 0125 0 16 C i 1 1 pour i gt 10 1 37 L incidence optimale pour ce type de profil est de l ordre de 6 Nous choisirons comme loi de variation de l angle d incidence en fonction de la distance l axe l expression r i 12 75 757 II 38 L angle d incidence varie donc de 5 25 l extr mit de la pale r R et 12 la distance r 0 1 R de l axe La d termination des angles d inclinaison et de la quantit Cz pL r a t effectu e selon la m thode classique l aide d Excel 2007 par l utilisation des formules pr c dentes La loi de variation de l angle d inclinaison ayant t fix e les angles de calage a
21. AU At t s Figure IV 12 L effet de la capacit de filtrage sur la tension de sortie On va calculer la capacit de filtrage pour que la tension la sortie du redresseur de la figure IV 11 ne descende pas au dessous de 370 V pour un courant de 36 3A Dans un condensateur on a I C IV 5 Figure IV 13 la d charge de la capacit de filtrage D apr s la figure IV 13 on a AV 10V et At 2 7ms alors on aura c 12 0 0098 F a I I E EEN VC Vott Figure IV 14 La tension filtr e la sortie du redresseur 53 Chapitre IV Mod lisation des convertisseurs lectroniques IV 4 Mod le du redresseur 15 Pour l tude de l ensemble g n ratrice redresseur figure IV 15 on s int ressera uniquement au comportement dynamique des variables lectriques et m caniques de la machine Afin de faciliter la mod lisation et r duire le temps de simulation on mod lise le redresseur par un ensemble d interrupteurs id aux c est dire r sistance nulle l tat passant r sistance infinie l tat bloqu commutation instantan e Db o m l pm el m 5 ea R L i O an ele amp 4 eb R L A EFM a a c Vdc ec R L ic 3 E g l i l Figure IV 15 l assemblage du MSAP et le redresseur
22. I i et les largeurs de pale pour les diff rents profils se trouvent automatiquement d termin s Les r sultats sont rassembl s dans le tableau suivent 25 Chapitre I1 Etude et mod lisation de la turbine olienne 36 6718306 24 67183063 1 42 1 4248 1 4248 4 97460403 23 6916596 11 25 1 255 1 2697 1 09505684 1 1725 1 1725 0 65431392 1 0075 1 0075 0 30453046 0 925 0 925 0 22601733 0 8425 0 8425 0 17419963 0 6775 0 6775 0 11237168 5 41998541 0 169985409 Tableau IT 1 calcule des pales sous Excel 2007 0 060625 0 5819067 0 51999681 12 44165964 1 3375 1 357825 1 357825 2 11819402 0 4312266 0 3720335 0 32976362 0 30226348 0 2850669 0 27568685 0 27290725 0 2764371 L examen du tableau montre que la largeur L de la pale diminue de fa on r guli re et progressive de l axe vers l extr mit Cependant on peut noter que l angle de calage a passe par un minimum pour r 0 8 R puis cro t ensuite Pour viter cette petite anomalie et facilit la construction nous prendrons entre r 0 8R et l extr mit de la pale a 0 ce qui nous am ne remplacer les deux derni re lignes du tableau par les suivantes 0 9 6 3 6 01279741 6 01279741 0 76140772 0 300646382 0 76140772 0 13827301 0 27240269 5 41998541 5 41998541 0 6961984 0 116006973 0 6961984
23. Tel que Da Laia Of I 39 q Laig HI 40 On remplace les quations de flux dans les quations de tension d Va Riia La a EL amp Loig QI 41 d Va Rsiq Lan ia OLaia 09 II 42 La et L sont les inductances propre des axes d et q respectivement telle que Lap La La La La cos 28 5 III 43 q q 3 Lap L inductance mesur e entre les deux phases a et b la phase c est ouverte 40 Chapitre III Mod lisation de la machine synchrone aimants permanents Pour une machine p les lisses il n y a pas de variation de l inductance en fonction de 0 donc L La Lq III 44 Pour une machine p les saillants on aura max L min L pai et L Ca II 45 IIT 5 b La puissance et le couple lectromagn tique La puissance dans ce cas est pe Vala Vaiq Pe Rs i i2 utoa ig Zo w aig Oaia III 46 D D 3 Le terme 1 repr sente les pertes joules Le terme 2 repr sente la puissance magn tique emmagasin e le terme 3 repr sente la puissance lectromagn tique chang e entre le stator et le rotor Sachant que P NC HI 47 Alors Ce plaig aida III 48 L quation de mouvement de la machine est donn e par dQ JE lefa III 49 A partir des quations on d duit le mod le complet de la MSAP dans le rep re li e au rotor
24. grille G Figure IV 4 Le drain est l anode alors que la source est la cathode L tat de ce transistor d pend de la tension appliqu e sur la grille Le courant Ip dans le drain est amorc en appliquant une tension Eas positive d environ 12 V entre la grille et la source La conduction cesse d s qu on diminue Ess D D Figure IV 4 Symbole de MOSFET en dessous d environ 1V L IGBT est un transistor dont la conduction est amorc e et d samorc e en appliquant une tension appropri e sur la g chette la base Comme dans un transistor conventionnel les trois bornes sont nomm es collecteur C metteur E et base B 48 Chapitre IV Mod lisation des convertisseurs lectroniques C IG G EG N g Figure IV 5 Symbole d IGBT IV 3 Redresseur diodes 13 Les montages redresseurs souvent appel s simplement redresseurs sont les convertisseurs de l lectronique de puissance qui assurent directement la conversion alternatif continu Aliment s par une source alternative monophas e ou polyphas e ils permettent d alimenter en continu le r cepteur branch leur sortie On utilise un redresseur chaque fois que l on a besoin de continu alors que l nergie lectrique est disponible en alternatif Comme c est sous cette seconde forme que l nergie lectrique est presque toujours g n r e et distribu e les redresseurs ont un tr s vaste domaine d applications Les redresseurs dio
25. ils demandent des infrastructures gigantesques pour emmagasiner l nergie non stable du vent sous d autre forme d nergie chimique potentiel ou cin tique a fin de l utilis e selon la demande des consommateurs 84 Perspectives Comme perspective on va essayer de d velopper un seul mod le de toute l installation olienne pour mieux simuler l op ration de conversion de l nergie du vent en nergie lectrique et pour trouver une relation directe entre l entr e qui est la vitesse du vent et la sortie qui est la tension la sortie de l onduleur Aussi on va travailler sur les convertisseurs lectroniques vu les nombreux avantage qu ils offrent l installation olienne notamment le filtrage des harmoniques de courant et de tension En outre avec le d veloppement technologique des mat riaux magn tique une tude approfondie de la forme et de l emplacement des aimants permanents est indispensable fin de minimiser les inconv nients des machines synchrones aimants permanents Surtout leur utilisation dans la production de forte puissance Bibliographie 1 T Wildi Gilbert Sybille Electrotechnique Chapitres 34 36 et 45 4 dition 2005 Ed De Boeck 2 F Poitiers Etude et commande de g n ratrices asynchrones pour l utilisation de l nergie olienne Th se de doctorat de l universit de Nantes 2003 3 Jean MARTIN Energies oliennes
26. l l l 0 L L L 0 0 05 0 1 0 15 0 2 t s Figure IV 7 La tension redress e 40 T T T l l l l l l a Sae PEU I TE ANA l l l l l l iais bakal mi aad a n a aa E aa aie mi adn kA Ami C0 Lacan D l l I ioHA Ek dAt kt g aman S EE PA S LE a E ES i i i T 0 B JL A el K e L E L _ l l I I 0k Et E NL 1 la ak d adaa 1 E EE LE S i i i l l l sgh te Et d Hk t ES SES ERS a PER l I I l l l 30F Sa a a a a a A a A td d l l l l I I 06 0 08 01 015 0 2 Figure IV 8 le courant d une phase Figure IV 9 le courant cot charge 50 Chapitre IV Mod lisation des convertisseurs lectroniques 300 200 100 409 02 Figure IV 10 les phases de conduction de chaque diode La tension redress e est la tension compos e comme indique les deux figures IV 7 et V 10 La r gle pour d terminer les diodes passantes est tr s simple pour le commutateur cathode commune la diode dont l anode est au potentiel le plus lev conduit d o la d nomination plus positif pour le commutateur anode commune la diode dont la cathode est au potentiel n gatif le plus faible conduit d o la d nomination plus n gatif Chaque diode conduit ainsi pendant un tiers de p riode on dira que l indice de commutation de ce montage est q 3 tandis que la tension redress e se compose de six portions de sinuso des par p riode on
27. les coefficients de puissance maximaux susceptibles d tre atteints Le graphe montre que pour obtenir des performances lev es grande vitesse sp cifique il est n cessaire que les pales pr sentent la plus grande finesse possible ce qui suppose des profils parfaitement lisses Pour une vitesse sp cifique A donn e le coefficient de puissance est d autant plus lev que la valeur de tge est faible Il sera maximal pour l incidence qui rendra tge minimale Lambda LA lambda 8 Product v Figure IT 6 Mod le complet de la turbine olienne sous MATLAB SIMULINK 7 9 21 Chapitre II Etude et mod lisation de la turbine olienne IT 6 Influence du nombre de pales La th orie pr c dente suppose le nombre de pales infini En r alit celui ci est limit Il en r sulte des pertes d nergie dues une plus grande concentration des tourbillons Cette dissipation d nergie a t tudi e notamment par ROHRBACH WOROBEL GOLDSTIEN et PRANDTL Solen PRANDTL la r duction de rendement qui en r sulte est donn e pour une machine comportant p pales par la relation 139 Np 1 E sin I 34 I d signant l angle d inclinaison l extr mit des pales Dans l hypoth se o l olienne fonctionne au voisinage des conditions optimales 1 2 sin I dI 35 JI cotg I 3 72 0 44 En admettant
28. me stall actif permettant ainsi de maximiser l nergie capt e pour les faibles vitesses de vent Pour les fortes vitesses de vent la pale est inclin e de fa on diminuer l angle de calage a et renforcer ainsi l effet stall de la pale La r percussion des variations de vitesse de vent sur le couple m canique fournie par l olienne est ainsi moins importante 7 23 Chapitre II Etude et mod lisation de la turbine olienne att Figure II 8 Syst me d crochage a rodynamique ou syst me stall II 8 Calcul d un a rog n rateur axe horizontal 5 D terminer les caract ristiques d un a rog n rateur trois pales devant fournir 16 KW par vent de 10 m s vitesse de vent nominale et ayant un rendement maximum pour une vitesse sp cifique Ao 7 vitesse nominale de rotation de l alternateur et 1500 tr min Solution En admettant que l alternateur et le syst me multiplicateur aient un rendement de 80 la puissance qui devra tre fournie sur l arbre par vent de 10 m s devra tre gale P a 20kW Ea En appliquant la relation P 0 2 D V qui donne en watts la puissance maximale susceptible d tre fournie par une olienne rapide on obtient pour le diam tre 20 000 0 2 x 1000 107 Valeur de la vitesse de rotation Le rendement doit tre maximal pour 7 ce qui correspond une vitesse 20 7x10 tr tr N
29. novembre 2008 gaila Cle pars ani Hla ge Jlaziul je YY ASUS vel JV Jin Yl Jai g 6 ju ju l aail AS aila june xs 8 ill 5 es Ji ael Atay cit Gall aliia Auot M zilaill le giai ill Al all ia Call ga LS iris Cul l oual oriiuall ingil Laai LS Ai g IUT Y small LS YU oblial jisall pall 55 yet Jill al gall cpu ill Lo a gi Ale Les al SE pe g ill Va Jan ii JD qui si eil LS Au pe Cl LS Gi cpu pi iY Abstract The wind is a permanent source of renewable energy but it is not stable To optimally exploit this energy it is preferable to use generator operating at variable speeds as was the case in this thesis where we are making a model to the different parts of a wind turbine those are the turbine permanent magnet synchronous generator and electronics converters We also presented the methodology used to calculate the optimal parameters of the turbine The simulation results were satisfying and they show up how to use this kind of technology to produce electricity R sum Le vent est une source permanente d nergie renouvelable mais elle n est pas stable Pour une exploitation optimal de cette nergie il faut utiliser des g n rateurs fonctionnant des vitesses variables comme t le cas dans cette tude qui traite la modalisation des diff rents composent de installation olienne qu ils sont la machine synchrone aiment permanent et les convertisseurs lectronique Nous avons galement pr sen
30. porteuse La SPWM a t fr quemment utilis e cause de la flexibilit de sa r alisation pratique analogique mais son implantation num rique est plus compliqu e Les instants d intersection de la dent de scie avec la modulante sont solutions d quations transcendantes Un grand nombre d chantillons de la modulante doit tre sauvegard dans une m moire ROM pour pouvoir obtenir une bonne pr cision du signal modul Ceci justifie l apparition de la MLI r guli re ou chantillonn e La modulante sinuso dale est chantillonn e par un chantillonneur bloqueur Sa valeur reste constante pendant une p riode d chantillonnage Te La tension modul e moyenne r sultante est gale sa r f rence constante pendant Te 59 Chapitre IV Mod lisation des convertisseurs lectroniques modulante non ch t O 0 2 0 4 0 6 0 8 1 t s Figure IV 25 MLI r guli re ou chantillonn e L chantillonnage introduit un retard de Te 2 de la tension modul e par rapport la tension de r f rence ainsi qu une augmentation des harmoniques de la tension modul e Pour r duire le taux d harmoniques il convient de choisir une fr quence frwm de valeur lev e 50 Hz par rapport celle de la modulante 100 QE MLI pulse Figure 1V 26 Onduleur de tension triphas commande MLI alimente une charge RL 60
31. quation suppl mentaire Pour cela on introduit fm proportionnelle la composante homopolaire des f m m quand les courants sont sinuso daux fmo ko fma fmp fme II 6 D o l quation matricielle B 2T 2T fmp QUI 7 p sin sin e z Ko Ko Ko 9 9 2T 9 2T fma cos cos cos m fma fmal fmo fme fma fma fmo Sont suppos es engendr es respectivement par les courants iq iq io Des coefficients de proportionnalit entre f m m et courants nombres fictifs de spires n4 np sont d finis fma niia fmp Miip fme niic fma nzia Mg Nz2ig fmo Mio AII 8 Par substitution il vient 2T 2T cos cos e cos e i a id on 3 3 igl 2T 2T ib QU 9 n sin sin e sin e lo 3 3 lc Ko Ko Ko Les syst mes de courants triphas s d espace ia b c et diphas s d espace iqq sont d clar s quivalents lorsqu ils cr ent la m me force magn tomotrice d entrefer la composante d indice 0 ne participe pas cette cr ation de sorte que l axe homopolaire peut tre choisi arbitrairement orthogonal au plan d q 33 Chapitre III Mod lisation de la machine synchrone aimants permanents On remarquera qu il n est pas fait mention du caract re sinuso dal ou non de ces courants Il nous reste lever l ind termination sur les valeurs attribuer n1
32. rapidement dans la direction de l optimum le plus proche Parmi ces m thodes nous citons notamment la technique de la plus grande pente steepest descent les m thodes de Newton ou quasi Newton BFGS ou DFP la m thode de Levenberg Marquardt Rao 1996 Les m thodes g om triques ou heuristiques Ces m thodes utilisent uniquement les valeurs de la fonction objectif Elles explorent l espace des solutions par essais successifs en recherchant les directions les plus favorables Comme pour les m thodes gradient la convergence des m thodes g om triques reste locale mais la robustesse est meilleure en particulier si la fonction optimiser est faiblement bruit e ou discontinue Le principal inconv nient de ces m thodes r side dans l augmentation du co t de calcul lorsque le nombre de variables de conception augmente Parmi les heuristiques les plus couramment employ es nous trouvons les m thodes de Hooke and Jeeves Bianchi et al 1995 de Nelder et Mead de Rosenbrock et de Powell Kone 1993 V 4 b Les m thodes stochastiques Les m thodes stochastiques sont bas es sur une prospection al atoire de l espace des solutions l aide de r gles de transition probabilistes A nsi pour des optimisations distinctes avec les m mes configurations de d part le trajet vers l optimum peut tre diff rent Parmi les algorithmes stochastiques couramment utilis s pour la conception de syst mes de conversion
33. titif sur le march Etant disponibles sur une plage de puissance tr s rendue quelque watts jusqu aux modules de quelques MW les batteries lectrochimiques peuvent tre utilis es dans une large vari t d applications En 1994 un syst me d accumulateurs 75 Chapitre V Mod le combin de l installation olienne chimiques capable de fournir 20 MW sur 40 minut s a t install Puerto Rico pour am liorer le contr le de la fr quence et de la tension du r seau lectrique Un autre exemple de grande taille constitu d un accumulateur lectrochimique pouvant fournir 40 MW sur 7 minutes ou 27 MW durant 15 minutes a t install en Alaska en 2003 afin de soutenir le r seau lectrique Pos Electrode Side Neg Electrode Side Electrode Membrane Pump Discharge Charge Pump Pos Electrode Side y e Neg Electrode Side tei V Figure V 14 Sch ma de principe du syst me de stockage au vanadium V 7 c Stockage d nergie cin tique dans une masse tournante appel e volant d inertie Les syst mes inertiels de stockage d nergie SISE figure V 15 ont t red couverts depuis quelques ann es Un SISE comporte un volant d inertie coupl une machine lectrique pouvant fonctionner dans deux r gimes moteur ou g n rateur Les SISEs ont des constantes de temps de quelques minutes jusqu plusieurs heures en fonction de leur conception Les SISES
34. 1 II 22 Egalons les valeurs respectives de dF et dM obtenues par les deux m thodes Il vient G 1 K h 1 a DIR cotg Il cotgl I 23 17 Chapitre II Etude et mod lisation de la turbine olienne IL 3 b Coefficient de puissance locale La puissance susceptible d tre retir e de la veine fluide l mentaire traversant l olienne entre les cercles de rayon r et r dr figure II 2 a est donn e par l expression dPy wdM prr dr w2V 1 k h 1 II 24 Cette valeur correspond un coefficient de puissance local dh _o r p de e PORES ERRE I 25 1 En posant _ Vi Il 3 c Valeur maximale du coefficient de puissance local d une olienne id ale D terminons la valeur maximale que peut prendre le coefficient de puissance Dans ce but consid rons une olienne id ale comportant des pales ayant des profils tra n e nulle Cy 0 et par z c voie de cons quence tg E 0 Z Dans ce cas particulier la relation donnant G E s crit G 1 K h 1 _ _X h gt Le II 26 E DER Fk C Soit encore 2 T 1 K h2 1 Reportons dans l expression donnant Cp la valeur de h extraite de cette galit 1 K Il vient P 1 K Pour une valeur de donn e le coefficient de puissance passe par un maximum en fonction de k pour dC Bai dK Le calcul de cette d riv e montre que le maximum de Cy e
35. Figure II 2 b Estimation des efforts d air sur un entre les cercles de rayon r et r dr profile de pale d olienne Premi re valuation Comme pr c demment on a dR pC W Ldr 1 dR A pCxW Ldr 16 Chapitre II Etude et mod lisation de la turbine olienne Ce qui donne par projection sur l axe de l olienne pour la composante axiale 1 dFy dR cos I dR sin I z PLW dr C cos I C sin I I 15 Et par projection sur la vitesse U pour la composante tangentielle 1 dFy dR sin I dR cos I z PLW dr C sin I C cos I II 16 Ces expressions peuvent s crire encore en posant dRx Cx BR G mee a Bad do e I 18 dr cos TARUS gp z ose C La contribution des l ments de pales de l olienne situ s entre les distances r etr dr s l ve par cons quent dans la pouss e axiale et dans le couple moteur respectivement 1 2n COS E 1 2n Sn E dM rp dFy zPLW C Re dr I 20 Deuxi me valuation Evaluons maintenant ces deux quantit s quations I 19 amp II 2 en appliquant les th or mes g n raux de la m canique la veine fluide annulaire qui traverse l olienne entre les cercles de rayon r r dr On obtient en appliquant le th or me d Euler pour la pouss e axiale l mentaire dF prrdr V 1 K II 21 Et pour le moment l mentaire dM pnr dr V 1 K prnr drw V 1 K h
36. article 1996 4 Abdenour ABDELLI Optimisation multicrit re d une cha ne olienne passive Th se de doctorat de l institut national polytechnique de Toulouse 2007 5 D sir LE GOURIERES professeur l universit de DAKAR Energie Eolienne Th orie conception et calcule pratique des installations Chapitre 2 et 4 2 dition 1982 6 Technique de l ing nieur A rog n rateurs lectriques D 3 960 7 Les machines synchrones Technologies et diff rents modes d alimentations des machines synchrones cours des machines 8 BABAK VASEGHI contribution a l tude des machines lectrique en pr sence de d faut entre spire th se de doctorat de l I N P L 2003 9 R Abdessemed amp M Kadjoudj Mod lisation des machines lectriques Batna 1997 10 J P CARON et J P HAUTIER mod lisation et commande de la machine asynchrone ditions technique 1995 11 BENBRAHIM Amel Commande Pr dictive G n ralis e d une Machine Synchrone Aimants Permanents th se de magist re l universit de Batna 2009 12 E Wolfgang F J Niedernostheide D Reznik H J Schulze Advances In Power Electronic devices In the 35 IAS Annual Meeting and World Conference on Industrial Applications of Electrical Energy 4 6 1999 13 License EEA Energie et convertisseur d nergie chapitre 3 Universit de Savoie cours 2010 14 G S guier et R Bausi
37. convertisseur statique assurant la conversion continu alternatif Si on dispose l entr e d une tension continue gr ce des semi conducteurs on relie chacune des bornes du r cepteur une tension tant t positive tant t n gative Par une s quence ad quate de commande des semi conducteurs il est donc possible de produire la sortie du l onduleur une tension alternative de valeur moyenne nulle Cette tension peut comporter un ou plusieurs cr neaux par alternance suivant qu il s agit d une commande un cr neau par alternance ou d une commande par Modulation de Largeur d Impulsions Pulse Width Modulation en anglo saxon On distingue plusieurs types d onduleurs Selon la source 56 Chapitre IV Mod lisation des convertisseurs lectroniques onduleurs de tension onduleurs de courant Selon le nombre de phases monophas triphas etc Selon le nombre de niveaux 2 3 etc IV 5 a Onduleur de tension commande pleine onde La commande des transistors ce fait l aide des g n rateurs des impulsions synchronis s pour cr er la tension convenable Discrete s 5e 005 s pove rgui j e i 100 ov Figure VI 20 Onduleur de tension triphas commande pleine onde alimente une charge RL La commande de chaque bras de pont est compl mentaire et les commandes des diff rents bras sont a 2 5 d cal es de 120 On va
38. cr er une tension alternative d une valeur efficace i 100 V et d une fr quence de 1 Hz pour alimenter une charge RL Vab rol Figure IV 21 la tension compos e Vab 57 Chapitre IV Mod lisation des convertisseurs lectroniques Ven Val t s Figure IV 22 la tension simple Van Fondamental 1Hz 98 54 THD 32 19 _ 100 80 60 LL ce R 40 a amp 20 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Fr quence Hz Figure IV 23 Le spectre de la tension Vab La tension en sortie du convertisseur continu alternatif n est pas sinuso dale En effet les semi conducteurs travaillant en commutation la tension de sortie sera toujours constitu e de morceaux de tension continue Cette tension non sinuso dale peut tre consid r e comme la somme d un fondamental que l on souhaite et de tensions de fr quences multiples de celle du fondamental les harmoniques que l on ne souhaite pas Ces tensions harmoniques provoquent la circulation de courants harmoniques Dans notre onduleur on obtient un syst me de tensions triphas es On remarque que les harmoniques de rangs multiples de trois ont disparus 58 Chapitre IV Mod lisation des convertisseurs lectroniques Pour rapprocher la forme sinuso dale et au m me temps r duire l effet des harmoniques il n cessite une commande plus efficace c est la commande p
39. de consigne ne peut plus tre respect e V 9 Exemple d insertion d un syst me de stockage avec l olienne On utilise un syst me de stockage apr s le pont des diodes pour emmagasiner l nergie lectrique sous forme d nergie chimique et au m me temps pour lisser la tension d alimentation de l onduleur Les param tres du syst me de stockage et de l installation olienne sont les suivants tableau V 3 81 Chapitre V Mod le combin de l installation olienne Param tres Valeurs Taux de charge 4s Taux de d charge 4s La tension max charg e 90v La vitesse du vent moyenne 10m s Le rapport Cx Cz 0 001 Tableau V 3 param tre du syst me de stockage et de l installation Les param tres de la GSAP sont les m mes du paragraphe III 5 c chapitre 3 avec une charge de 130W A fin exploiter au maximum la puissance du vent on a utilis un syst me de stockage avec Pinstallation olienne figure V 21 Ce syst me de stockage permet de lisser les pics de puissance va VDC vb p vc h gt va va yb Vde gt hNde Vs gt gt w R vc e syst me de stockage welec Ct ce h redresseur Turbine Ce le CSAP omega ctie Couplage Turine GSAP Figure V 21 syst me de stockage avec l installation olienne Les quations du mod
40. de l Union Europ enne avec 4 15 GW et le Danemark avec 2 9 GW la fin de l ann e 2002 La France ne repr sente que 230 MW 2 Cet exemple montre qu un jour viendra ou les solutions base d nergies renouvelables qui sont en ce moment trop couteuses et peu rentables se r v leront moins ch res que les nergies fossiles Esp rons toutefois que nous saurons d velopper ces nergies renouvelables avant ce jour C est dans cet objectif que vient s ins rer notre tude qui porte sur une des nergies renouvelables en d veloppement en ce moment qui est l nergie olienne Nous allons nous int resser l tat actuel des avanc es technologiques qui ont permis la construction et le fonctionnement de ces a rog n rateurs tout ceci en regardant aussi ce qui freine leur d veloppement Pour ce faire on a r parti le manuscrit en cinq chapitres Le 1 chapitre contiendra des g n ralit s sur les syst mes oliens et les a rog n rateurs utilis s en ce moment ainsi que les propri t s du vent et le principe de fonctionnement d une turbine olienne Le 2 chapitre traite les notions de base de fonctionnement de l l ment principale d une olienne qui est l aile comme il aborde la technique de calcule des param tres optimaux de la turbine tels que la largeur et l angle d inclinaison de la pale en vu de rendre l installation plus performante Le 3 chapitre pr sentera le princi
41. excitation La position du champ magn tique rotorique est alors fixe par rapport au rotor ce qui impose en fonctionnement normal une vitesse de rotation identique entre le rotor et le champ tournant statorique Cette famille de machine regroupe en fait plusieurs sous familles qui vont de l alternateur de plusieurs centaines de m gawatts au moteur de quelques watts en passant par les moteurs pas pas N anmoins la structure de toutes ces machines est relativement proche Le stator est g n ralement constitu de trois enroulements triphas s r partis tel que les forces lectromotrices g n r es par la rotation du champ rotorique soient sinuso dales o trap zo dales Les stators notamment en forte puissance sont identiques ceux d une machine asynchrone Il existe trois grandes familles de rotor ayant pour r le de g n rer le champ d induction rotorique Les rotors bobin s p les lisses les rotors bobin s p les saillants ainsi que les rotors aimants Dans ce chapitre nous aborderons la mod lisation de la machine synchrone aimant permanant et p les lisse ainsi que la pr sentation des caract ristiques principales de cette machine 7 IIT 2 Machine synchrone aimants permanents 8 Les machines aimants permanents sont de plus en plus utilis es dans diverses applications pour les raisons suivantes bon rendement fort couple massique fort couple volumique peu de pertes au rotor
42. l l l sy 1 l md 1 1 l 1 i i l l 1 I l i f L L L L t e fi nn UE 5 N ES N r z a s w A 7 7 MOa opA de stockage 83 eme t s la tension du syst Figure V 25 Figure V 24 la tension du bus continu Chapitre V Mod le combin de l installation olienne 100 80b bAise a 40 fal
43. la machine p les saillants la matrice des inductances propres du stator Lss est en fonction de la position Elle contient deux termes L0 qui est constant et L 0 qui est en fonction de l angle 8 Dm 0 tant langle lectrique et 6 est la position m canique du rotor par rapport au stator Lss Lso Ls2 0 QI 33 Le terme Lo pour expression Lso Mso Mso HI 34 al Lso Mso Mso Mso Lso Le terme L 0 s crit dans le cadre de la th orie du premier harmonique 39 Chapitre III Mod lisation de la machine synchrone aimants permanents 27 2T cos 20 cos 2 o cos 2 o 27 27 Ls2 8 Ls cos 2 o cos 2 o cos 28 II 35 27 27 cos o cos 28 cos o 2 Les inductances propre et mutuelle Lso Mso et Lsz Sont des constantes En introduisant l quation de flux on aura d vs Rolli z ELss lis A I 36 On remarque que l quation pr c dente est non lin aire et coupl e Pour supprimer ce probl me on adopte des changements de variable et des transformations qui r duisent la complexit du syst me Dans ce cas nous proc dons la Transformation de Park qui consiste transformer les enroulements immobiles a b c par des enroulements d q tournent avec le rotor Les quations lectriques dans le rep re de Park Va Rsia Lo wg I 37 Va Rsig T0 oO I 38
44. le onduleur partie N d quations turbine 11 26 11 27 Il 28 II 29 IT 33 I 10 V 3 Couplage turbine GSAP V 6 GSAP M 25 1 26 I 41 HI 42 IN 48 I 49 redresseur IV 6 Syst me de stockage V 7 V 8 V 9 onduleur VI 11 VI 21 Scope Les figures V 22 V 23 V 24 V 25 et V 26 repr sentent les r sultats de simulation du syst me dans figure V 21 On a utilis une vitesse du vent perturb e d une valeur moyenne gale 10 m s pour visualiser la n cessit e d un syst me de stockage dans la r gulation de la tension de sortie de l installation 82 Mod le combin de l installation olienne olienne Ou bien pour faire fonctionner l installation sans fait recours des syst mes de contr le et de commande tr s compliqu es Chapitre V Figure V 23 la vitesse de rotation moa a6ey90S saide A j T i i 8 1 a 5 gt B ee a ee e i E 1 1 l 2 lt lt p l l l l 1 DRE RE raah I 1 I 1 I pe tal I 1 l l l KR gt l 1 1 I 1 1 ag a I 1 I 1 f l PRE un Bassshenssls nest ste he l i a Sa AREARE R E e l l l l l I I Li N l i i gt pue A 3 nn Lo D To l s le zZ i l 1 i S 5 Eee pe rene Lente S i l 1 l l On i l
45. potentielle de l eau 75 V 7 b Stockage d nergie sous forme d nergie chimique 75 Stockage d nergie cin tique dans une masse tournante appel e V 7 c ee 76 Volant d inertie eseni ire ison rene unes Mere un use V 8 Mod lisation d un syst me de stockage dans le cadre de l tude 78 V 9 Exemple d insertion d un syst me de stockage avec l olienne 81 VIO ConcluSion 3s shine innnsseat is ARE EAS EAA 84 Conclusion G n rales ren Re te nn RP Te M 85 Nomenclature p densit volumique de l aire la vitesse sp cifique Cp coefficient de puissance Cr coefficient a rodynamique total Rz la portance R la train e W La vitesse relative du vent par rapport aux pales vitesse de rotation V vitesse du vent I angle d inclinaison 1 angle d incidence a angle de calage MSAP Machine Synchrone Aimant Permanent Xs r actance synchrone GSAP G n ratrice Synchrone aimant permanant PWM MLI pulse wide modulation modulation de largeur d impulsion Introduction g n rale La croissance constante de la consommation d nergie sous toutes ses formes et les effets polluants associ s principalement caus s par la combustion des nergies fossiles sont au c ur de la probl matique du d veloppement durable et du soin de l environnement dans une discussion pour Pavenir de la p
46. puissance d sir e Il est pr f rable d utiliser ce type d a rog n rateur dans un syst me hybride de production d lectricit pour contr ler la puissance du syst me 84 Conclusion g n rale Nous avons donc entam un sujet qui est en plein d veloppement la production d lectricit par un a rog n rateur a base d une machine synchrone aimant permanent Nous sommes heureux d avoir pu aboutir aux termes de cette ann e de travailler une tude modeste mais constituant une r f rence douce de la g n ration de l lectricit partir du vent c est dans le 1 chapitre qu on a vis l tude sur les propri t s du vent la puissance que l on peut en extraire et les diff rentes machines en concurrence pour adopter cette technologie Au cours de cette tude on d tecte que la machine la plus volu e est celle qui a une vitesse variable afin d extraire un maximum de puissance en tout temps Dans le 2 chapitre on a d but par une tude simple sur le principe de fonctionnement d une l aile Comme on a abouti le principe de calcule des param tres de l olienne a fin d optimiser leur fonctionnement Les r sultats obtenus montrent que l l ment principal de l olienne qui est l aile doit tre mince Le 3 chapitre pr sente la constitution de la machines synchrone aimant permanent et leur principe de fonctionnement Les r sultats de simulation du m
47. re les convertisseurs de l lectronique de puissance la conversion continu alternatif Tome 4 deuxi me dition Lavosier TEC II DOC livre 1992 15 S Belakehal A Bentounsi M Merzoug et H Benalla article Mod lisation et commande d une g n ratrice Synchrone aimants permanents d di e la conversion de l nergie olienne Universit Mentouri de Constantine le 28 Mars 2010 16 Haritza CAMLONG th se de doctorat Minimisation de l impact des perturbations d origine olienne dans la g n ration d lectricit par des a rog n rateurs vitesse variable L cole nationale sup rieure d arts et m tiers 2003 17 Stefan Laurentiu CAPITANEANU th se de doctorat Optimisation de la fonction MLI d un onduleur de tension deux niveaux l institut national polytechnique de Toulouse 2002 18 Miguel LOPEZ th se de doctorat contribution a l optimisation d un syst me de conversion olien pour une unit de production isol e 2008 19 Gabriel Octavia CIMUCA th se de doctorat syst me inertiel de stockage d nergie associe des g n rateurs oliens cole nationale sup rieure d arts et m tiers centre de Lille 2005 20 Vincent COURTECUISSE th se de doctorat Supervision d une centrale multi source base d oliennes et de stockage d nergie connect e au r seau lectrique L cole Nationale Sup rieure d Arts et M tiers
48. technologie ne peut pas extraire la puissance maximale disponible pour toutes les vitesses du vent 3 Turbine entra nant une g n ratrice asynchrone vitesse variable Figure 1 9 4 Turbine entra nant une g n ratrice asynchrone double alimentation vitesse variable Figure I 10 5 Turbine entra nant une g n ratrice synchrone aimants permanents vitesse variable Figure I 11 ki SL 3 Figure I 8 turbine olienne entra nant une g n ratrice asynchrone travers une boite vitesse Figure I 9 Turbine olienne coupl e une g n ratrice asynchrone vitesse variable La g n ratrice est reli e au r seau travers un convertisseur fr quence variable ce qui permet d extraire en tout temps la puissance maximale du vent 10 Chapitre I G n ralit s sur les syst mes oliens convertisseur convertisseur gt 2 Pr Les pertes Figure 1 10 turbine olienne coupl e une g n ratrice asynchrone double alimentation Les convertisseurs 1 et 2 transforment seulement une partie de la puissance totale g n r e par l olienne Figure 1 11 turbine olienne coupl e une g n ratrice synchrone aimants permanents Le couplage direct sans bo te vitesse permet d viter les d g ts ventuels au syst me d engrenage la suite des coups de vent brusques Num ro d signatio
49. utilis pour exploiter cette nergie olienne r ussit stopper continuellement le vent En pratique une turbine olienne ne peut pas arr ter compl tement le vent si bien que la puissance maximale que l on peut extraire du vent est d environ 30 40 de la puissance donn e par l quation 1 2 Le Tableau I 1 donne une id e sur la vitesse et la puissance de diff rents types de vent Type du vent Vitesse m s Puissance kW m Vent l ger brise 3 0 016 Vent mod r 7 0 2 Vent fort 12 1 0 Temp te 18 3 5 Ouragan gt 32 gt 20 Tableau I 2 Classification des vitesses et des puissances de diff rents types de vents Les vitesses du vent utilisables par les oliennes sont comprises entre 5 m s et 15 m s 1 La loi de r partition de la vitesse suivant une verticale d pend d une part du relief local et d autre part de la rugosit de la r gion Au sommet d une colline arrondie on a un accroissement local de vitesse dont l effet peut inverser le gradient de vitesse habituel et faire que la vitesse au sol soit plus grande qu une certaine hauteur En terrain plat on peut repr senter la variation de vitesse v en fonction de la hauteur h au dessus du sol par la loi V hN r T 1 3 Avec Vo vitesse la hauteur ho de r f rence au dessus du sol a coefficient caract ristique du lieu Chapitre 1 G n ralit s sur les syst mes oliens
50. 6 Puissance m canique en fonction de om ga pour un pitch angle 2 a et 10 b 500 450 400 350 300 250 Pm W 200 150 100 50 Omega rad s Figure V 7 Variation de 1 en fonction de l angle de calage On remarque la correspondance entre les r sultats du mod le et de la turbine originale dans MATLAB Les deux figures V 6 a et V 6 b montrent que pour une vitesse sp cifique donn e la vitesse de rotation de la turbine varie proportionnellement la vitesse du vent qui est le cas dans la figure V 1 La figure V 7 indique que chaque valeur de l angle de calage correspond une valeur de la vitesse sp cifique d une mani re inversement proportionnelle 71 Chapitre V Mod le combin de l installation olienne V 4 Les m thodes d optimisations 4 Les m thodes d optimisation peuvent tre scind es en deux grandes familles selon le mode de recherche de l optimum V 4 a Les m thodes d terministes Comme leur nom l indique pour un probl me donn et pour un point de d part donn ces m thodes convergent toujours vers le m me optimum en parcourant de la m me mani re l espace des solutions Cette famille peut tre son tour scind e en deux sous familles Les m thodes gradient La recherche de l optimum est orient e l aide du calcul des d riv es partielles de la fonction objectif permettant de plonger
51. MINISTERE DE L ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE FERHAT ABBAS SETIF UFAS ALGERIE MEMOIRE Pr sent la facult deTechnologie D partement Electrotechnique Pour l obtention du dipl me de Magister en Electrotechnique Option Diagnostic des Machines Electriques Par BENCHERIF Bilel Th me Etude et mod lisation des diff rents composants d une installation olienne utilisant un g n rateur synchrone aimants permanents Soutenu le 2011 devant le jury compos de DR HEMSAS KAMEL EDDINE M C Universit de S tif Pr sident DR HACHEMI MABROUK M C Universit de S tif Rapporteur DR GHERBI AHMED M C Universit de S tif Examinateur DR RADJEAI HAMMOUD M C Universit de S tif Examinateur S tif 2011 Remerciements Avant tout je remercie dieu le tout puissant qui nous a donn s le courage la volont la patience et la sant durant toutes ces ann es d tude et que gr ce a lui ce travail a pu tre r alis Je tiens exprimer mes remerciements et mes gratitudes mon encadreur Mr Hachemi Mabrouk et au membre de jury Un grand remerciement aussi au d partement d lectrotechnique de l universit de S tif et tous ses enseignants Je d die tout particuli rement ce travail mes parents et ma famille A toutes les personnes qui ont contribu de pr s ou de loin l aboutissement et l impression de ce m moire
52. a vitesse de rotation de la turbine diminue lorsqu on apr s D charge la g n ratrice la diminution de la vitesse de rotation est due au couple r sistant Cela provoque la diminution de la vitesse sp cifique Alors l optimisation se fait pour une charge d termin e Si la vitesse du vent varie la puissance fournie par l installation varie sont tour de la stabilit de la tension du bus continu est A eme dre ce probl 2 pour r sou Parmi les solutions de stockage l utilisation d un syst me 74 Chapitre V Mod le combin de l installation olienne V 7 Stockage de l nergie dans les r seaux lectriques 19 L lectricit ne peut tre stock e facilement et n cessite sa transformation sous une autre forme d nergie chimique thermique potentielle m canique etc Le stockage de l nergie lectrique constitue une des composantes d un futur d veloppent durable Il y a plusieurs m thodes de stockage d nergie pouvant tre diff renci es en deux cat gories Stockage long terme temps de stockage sup rieur 10 min Stockage court terme temps de stockage inf rieur 10 min V 7 a Stockage d nergie sous forme d nergie potentielle de l eau Nomm e aussi stockage par pompage hydraulique est une m thode utilis e depuis 1929 tant la plus vieille technologie de stockage dans les centrales En effet j
53. actance synchrone peut varier entre 0 8 et 2 fois l imp dance de la charge nominale Malgr cette imp dance interne lev e l alternateur peut d biter des puissances tr s importantes car la r actance synchrone ne consomme aucune puissance active 29 Chapitre III Mod lisation de la machine synchrone aimants permanents Xs Pe Z charge Figure IIT 3 Le circuit quivalant d une phase de la MSAP D termination de la valeur de X On peut d terminer la valeur de la r actance synchrone au moyen d un essai vide et d un essai en court circuit avec la m me excitation En X I 2 SC O X r actance synchrone par phase Q E tension nominale ligne neutre V Isc courant de court circuit A f m induite Un enroulement de l induit stator soumis au champ magn tique tournant de l entrefer est le si ge d une f m e t de valeur efficace E E KN f qI 3 E f m induit V K coefficient de Kapp caract ristique de la machine N nombre de conducteurs d une phase de la machine 1 spire 2 conducteurs flux maximum travers un enroulement Wb f fr quence du courant statorique En triphas le stator comporte trois enroulements ou phases On obtient trois f m el t e2 t et e3 t de m me valeur efficace E et d phas es de 27 3 30 Chapitre III Mod lisation de la machine synchrone aima
54. ar MLI Modulation de Largeur d Impulsion IV 5 b Modulation de Largeur d Impulsion 17 La modulation est le processus de variation d une caract ristique d une porteuse l aide d une information En Electronique de Puissance cette information est l amplitude la fr quence et la phase d une tension ou d un courant Le contr le de l impulsion du courant ou de la tension permet d obtenir un signal d amplitude donn e Cette variation est obtenue par deux techniques diff rentes la technique de comparaison d une modulante et d une dent de scie technique appel e aussi intersective la technique directe num rique DDT Direct Digital Technique ou technique sans porteuse Dans les premiers travaux Sch nung et Stemmler T1 T3 et T5 ont t d termin s par comparaison d une porteuse triangulaire et d une modulante sinuso dale L obtention d un signal modul ayant de bonnes performances n cessite que la fr quence de la porteuse soit plus grande que celle de la modulante Le principe d velopp par Sch nung et Stemmler est mentionn dans la litt rature sous le nom de SPMW Sinusoidal PWM Figure IV 19 Lorsque le signal sinuso dal de r f rence d passe le signal triangulaire le signal modul est 1 Dans ce cas T1 1 par exemple si on consid re le premier bras de l onduleur Sinon le signal modul est 0 Donc Ti 0 si modulante i lt porteuse Ti 1 si modulante i gt
55. ats de diff rentes simulations r alis es ont t comment s et ont permis de valider les mod les math matiques des convertisseurs 66 Chapitre V Mod le combin de l installation olienne V 1 Introduction Le vent est une source d nergie renouvelable conomique exploitable avec un bon niveau de s curit et respectueuse de l environnement Dans le monde entier les ressources d nergie olienne sont pratiquement illimit es Les r cents d veloppements technologiques dans les domaines des turbines oliennes vitesse variable en lectronique de puissance et en commande de machines lectriques tendent rendre l nergie olienne aussi comp titive que l nergie d origine fossile 18 Dans le but d optimiser le syst me de conversion de l nergie du vent en nergie lectrique s insert ce chapitre La premi re tape est d optimiser le fonctionnement de la turbine en vue d extraire le maximum de l nergie de vent Mais on sait que la puissance du vent n est pas constante ce qui implique que la puissance et la tension fournie par la g n ratrice aiment permanent n est plus constante aussi Par contre le r seau ou la charge alimenter n cessitent une tension stable V 2 Principe de maximisation de la puissance Les quations de la puissance lectrique et m canique de l installation olienne en r gime permanent permettent nouveau la formulation du
56. aximale V 2 on obtient P quation V 3 V 3 port 1 k 1 k 1 tg cotgl R m m 1 h 1 tge tel On obtient donc une forme analytique de la puissance m canique maximale de la turbine olienne en fonction de sa vitesse de rotation Q uniquement 7000 o 6000 5000 __ 4000 i T l 1 i l APE ENEE 2e l 1 1 pm w o T l 1 1 l l l 1 l 1 l l l 1 l I l f l l l l 1 l l I 1 1 3000 he SRE S 2000 1000 Omega rad s Omega rad s a b Figure V 1 puissance m canique en fonction de om ga pour Cx Cz 0 2 a et 0 09 b La figure pr c dente montre l influence du rapport Cx Cz sur l efficacit de la turbine comme elle nous offre une information tr s importante c est la relation entre le rapport Cx Cz et la vitesse sp cifique optimale de la turbine On remarque la diff rence entre les deux vitesses de rotation de la turbine pour une m me vitesse du vent Ce qui nous donne deux diff rentes valeur de Aopt V 2 a D termination pratique de l angle de calage Il n existe pas de m thode tablie et unique pour le choix des angles d incidence et par cons quent d finir les pales Celles ci peuvent videmment tre calcul es en choisissant pour angle d incidence en toutes les sections l incidence optimale correspondant la finesse maximale La valeur de la quantit Cz pL tant c
57. charge PV ON 4 mois Hydraulique gravitaire Eolien Lisser les effets Hydraulique 3 semaines m t orologiques M gravitaire saisonniers Lissage de l ordre de Hydraulique 3jours la semaine des o a gravitaire batterie pr visions m t o Hydraulique 8h Cycle journalier M gravitaire batterie Palier au pic de Batterie volant 2h charge s d inertie R serve de Batterie volant 20 minutes puissance d inertie Batterie volant 3 minutes r glage U f d inertie Super capacit Lignes en d faut Batterie volant 20 secondes creux de tension d inertie Super r glage U f capacit Tableau V 1 Utilisation du stockage avec les sources de productions intermittentes 77 Chapitre V Mod le combin de l installation olienne V 8 Mod lisation d un syst me de stockage dans le cadre de l tude 20 Dans le cadre de ces travaux un mod le math matique simplifi et g n rique d un syst me de stockage a t choisi afin de faire abstraction de la technologie choisie Deux mod les de stockage peuvent tre identifi s Un mod le physique qui permet d tudier le comportement du syst me de stockage Un mod le conom trique du syst me qui permet d tudier les aspects conomiques D un point de vue technique un syst me de stockage peut tre caract ris par Pmax puissance maximale de charge d charge Wmax nergie stock e maxi
58. d nergie le recuit simul Theodore Manikas 1996 et les algorithmes g n tiques Deb 2001 sont sans doute les plus populaires Les algorithmes g n tiques L algorithme g n tique est une technique d optimisation inspir e de la s lection naturelle et de la g n tique L algorithme part d un ensemble de solutions possibles initialis al atoirement dans l espace de recherche Les individus sont repr sent s par leurs variables de conception ou par un codage de celles ci chromosome 72 Chapitre V Mod le combin de l installation olienne V S5 le couple de l olienne En supposant que les conditions sont optimales alors l quation V 3 permet le calcul de la valeur du couple optimal con _ OFO K 1 tgecotgl R ws i 1 h 1 tge tgi J fopt V 6 mod le combin de l installation Le mod le complet de l installation contient l ensemble des trois mod les celui de la turbine de la machine et des convertisseurs lectronique Le couplage entre la g n ratrice et la turbine est donn par l quation suivante dN Mtii Ce Co F0 V 6 Tel que J Ce L inertie et le couple de la turbine respectivement Je Cg L inertie et le couple de la g n ratrice respectivement redresseur Turbine Figure V 8 Mod le combin de l installation olienne R sultats de simulation Les figures V 9 V 10 V 11
59. dale comme indique la figure IV 24 La figure IV 32 repr sente la tension compos e Vab entre les deux branches Sa et Sb de l onduleur Vab voit i i III 20 LL ao MN MUR so MM soo MANAN 1 t s Figure IV 32 l allure de la tension compos e Vab Ainsi connaissant les tats de commutation et la tension dans l tape continue on retrouve les tensions fournies par l onduleur Jusqu pr sent on suppose que la tension dans l tape continue tait constante mais elle va r ellement d pendre des puissances transf r es dans le redresseur et l onduleur IV 7 l association onduleur redresseur La conversion de l nergie vers le r seau ou vers une charge se fait travers ces deux convertisseurs Apr s le redresseur diode il y a le bus continu occup d une capacit de filtrage pour lisser la tension redress e Le bus continu alimente un onduleur transistor IGBT command par MLI sinuso dale
60. de E teen Nue aire de SE IV S a Onduleur de tension commande pleine onde IV 5 b Modulation de Largeur d Impulsion IV 6 mod lisation de l onduleur IV 7 l association onduleur redresseur 222 IV 8 Conclusions eniasnebetiedanshenetiannsnnen A EEA V Mod le combin de l installation olienne V 1 Introductions nets ne RSR A dt ste V 2 Principe de maximisation de la puissance V 2 a D termination pratique de langle de calage V 2 b D termination pratique de optimale V 3 Comparaison avec la turbine du MATLAB SIMULINK 47 47 49 51 52 52 54 56 57 59 62 64 66 67 67 68 70 70 V 4 Les m thodes d optimisations 72 V 4 a Les m thodes d t rminist s s 2e sens teen 72 V 4 b Les m thodes stochastiques 72 V 5 Le couple de T OCHENNE SSP nN rs er nne 73 V 6 Mod le combin de l installation 73 V 7 Stockage de l nergie dans les r seaux lectriques 75 V 7 a Stockage d nergie sous forme d nergie
61. des ou redresseurs non contr l s ne permettent pas de faire varier le rapport entre la ou les tensions alternatives d entr e et la tension continue de sortie De plus ils sont irr versibles c est dire que la puissance ne peut aller que du c t alternatif vers le c t continu Mais plus leur conception qui est tr s simple ils pr sentent une robustesse et une capacit de travailler des fortes puissances On prend un exemple d un onduleur de tension aliment par une source de tension triphas 220V et qu il alimente une charge RL R 10 ohm L 0 1H figure 1V 6 Continuou powergui Figure IV 6 Redresseur triphas six diodes alimente une charge RL 49 Chapitre IV Mod lisation des convertisseurs lectroniques R sultats de simulation du montage dans la figure IV 6 Les figure 1V 7 1V 8 IV 9 et IV 10 repr sente la tension redress e le courant d une phase d alimentation de redresseur le courant c t charge et les phases de conduction de chaque diode respectivement i 1 l I 350 WY Y Yy y YUUUUUVYY RRRRRE I UUUUUS l l l l l l 300 r 1 4 i i i 250l ee ea A DESEEN E ETET TEETE r Z 200 fa en Fee ne a Q i i i l I l E E E E E i i i 1002 22 52 RE RE 2e l l l 50F t 4 i i i
62. dira que l indice de pulsation est p 6 IV 3 a La tension redress e La tension redress e Vc est p riodique de p riode 7 6 Entre 0 et 7 6 cette tension a pour expression V Vmax COS wt IV 1 Avec Vmax est l amplitude maximale de la tension compos e T La p riode de la tension redress e La valeur moyenne de la tension redress e sans capacit de filtrage est 51 Chapitre IV Mod lisation des convertisseurs lectroniques T 12 6 ny p TAr OSa AV 2 T 12 La valeur efficace de la tension redress e toujours sans capacit de filtrage est T 12 6 Voert gt Ve dt 04m vV 3 T 12 IV 3 b Facteur de forme La valeur du facteur de forme caract rise la tension redress e Plus cette valeur est proche de l unit plus la tension obtenue est voisine d une grandeur continue Ce coefficient sert comparer des montages redresseurs diff rents entre eux Par d finition on nomme facteur de forme le rapport Ueff Uo F IV 4 Le facteur de forme du redresseur pr c dent gale 1 0008 Avec V 220 volt R 10 ohm L 0 1 H IV 3 c La capacit de filtrage La capacit de filtrage C va permettre d obtenir une tension quasi continue figure 1V 11 et V 14 uoa Figure IV 11 Redresseur capacit de filtrage 52 Chapitre IV Mod lisation des convertisseurs lectroniques u V
63. e son valeur optimale par construction Mais lorsqu on veut faire r duire la vitesse de rotation de la turbine on agit sur l angle de calage et par cons quence sur le rapport Cx Cz x 10 Des eele se denses 2e 2 Eee PSE E 1 V 6 m s 1 FR RE ER Ce 1 6 poses genes a nt ESS ES T f 14 Rennes fesses e l Se NOE Torus ER E PRE De 5 RS ARS CS MO AE LE l t Oe n a SR E E Re CR ne UT RS UE l I f D RESS ZT Gx z 008 N f Lambda opt 5 66 0 2 0 fi t t 0 10 20 30 40 50 60 70 omega rad s Figure V 4 variation de en fonction du rapport Cx Cz V 3 Comparaison avec la turbine du MATLAB SIMULINK On prend la turbine du MATLAB SIMULINK pour faire la comparaison avec les r sultats obtenu partir de la simulation du mod le d velopp dans le deuxi me chapitre omega Generator speed Pitch angle deg angle de calage g g Wind speed Wind Turbine v1 Figure V 5 Turbine du MATLAB SIMULINK powersystems Les figure V 6 a b et V 7 repr sente la variation de la puissance fournie par la turbine olienne figure V 5 pour trois conditions diff rentes not es au dessous de chaque figure 70 Chapitre V Mod le combin de l installation olienne 1200 1000 800 Pm wat 600 400 200 omega rad s omega rad s a b Figure V
64. e fonctionnement moteur et g n rateur en r gime permanent ou transitoire normal Pour ce faire nous avons toujours veill partir des formules th oriques de base afin d effectuer des d monstrations relativement compl tes en voyant clairement qu elles ont t les hypoth ses simplificatrices permettant de r soudre les diff rents cas tudi s dans ce chapitre En parall le de cette tude th orique nous avons pu mod liser la machine de telle mani re v rifier par simulation logiciel MATLAB que les courbes obtenues viennent confirmer la th orie Et que la tension de sortie de ce type des machines au fonctionnement g n ratrice d pend de la vitesse de rotation du rotor parce que le flux donn par l aimant est constant En fin la d marche de la mod lisation de la machine synchrone aimant permanant on t abord es dans une vue d utiliser cette machine dans la production d nergie lectrique par les oliennes Comme il faut noter que la transformation de PARK quant elle facilite consid rablement l tude des machines synchrones 46 Chapitre IV Mod lisation des convertisseurs lectroniques IV 1 Introduction Les Convertisseurs lectroniques associ s aux machines courant alternatif sont de nos jours tr s largement utilis s comme une interface de connexion avec le r seau pour profiter au maximum des capacit s de ces machines En premier lieu les progr s en mat
65. e l axe r R 0 6 la vitesse sp cifique d extr mit Agde l olienne tudi e tant gale 7 L application des r gles d emploi conduit aux r sultats suivants TITI TT TT TITI TITI r R b wt R o1 o NE o O Lambda Figure Il 4 La variation de Cz pL r et I en fonction de sous MATLAB II 5 Coefficient de puissance susceptible d tre atteint avec des pales imparfaites ayant une r sistance de tra n e Angle d incidence optimal Consid rons les l ments de pales compris entre r et r dr Comme pr c demment Cp est d fini par la relation pa wdM VdF wdM VdF UdFy Qi 32 P Opnrdr V3 prnrdrV3 VdF prnrdrV VdFy En rempla ant dFy dFy V par leur valeurs respectivement et en tenant compte des relations t jaa t t t se ArmA O R 20 Chapitre II Etude et mod lisation de la turbine olienne On obtient tous calcule faits _ 1 k 1 k 1 tg cotgl I 33 E 1 h 1 tge tgl C Lorsque tge 0 le premier facteur du second membre repr sente le coefficient de puissance la distance r d une olienne parfaite sans tra n e de pale Ce coefficient est maximal pour les conditions du Paragraphe pr c dente Dans l hypoth se o tge est diff rent de z ro pale tra n e non nulle la figure I 4 indique en fonction de et pour diff rentes valeurs du rapport Cx Cz
66. erserait cette m me surface S sans diminution de vitesse soit Pn la vitesse vi la puissance m canique totale Pmt correspondante serait alors comme nous avons indiqu pr c demment l quation 1 2 B pSvi Pat 1 8 Le rapport entre la puissance extraite du vent et la puissance totale th oriquement disponible est alors Pa DCG ts Pmt Exemple de simulation sous MATLAB Si on repr sente la caract ristique correspondante l quation 1 9 sous MATLAB pour v 0 vil Figure I 5 on s aper oit que le rapport Pa Pm appel aussi coefficient de puissance Cp pr sente un maxima de 16 27 soit 0 59 C est cette limite th orique appel e limite de Betz qui fixe la puissance maximale extractible pour une vitesse donn e du vent Cette limite n est en r alit jamais atteinte et chaque olienne est d finie par son propre coefficient de puissance exprim en fonction de la vitesse sp cifique repr sentant le rapport entre la vitesse de l extr mit des pales de l olienne et la vitesse du vent Chapitre 1 G n ralit s sur les syst mes oliens 2m 74 i i Pmt 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 F 4 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 1 V 1 Figure 1 5 Variation de Cp Pm Pmt en fonction de V2 V1 I 6 Puissance m canique d une olienne 2 En combinant les quations 1 7 1 8 et 1 9 la puissance m canique Pm disponib
67. es efforts axiaux et tangentiels Calcul du couple II 3 b Coefficient de puissance locale I1 3 c Valeur maximale du coefficient de puissance local d une olienne Valeur optimales de l angle d inclinaison et de la quantit C pL Coefficient de puissance susceptible d tre attient avec des pales imparfaites ayant une r sistance de tra n e Angle d incidence optimal Influence du nombre de pales onosssesssssssnennnenssssssssssseerereerereeeeees R gulation m canique de la puissance d une olienne I 7 a Syst me pas variable ou calage variable ou syst me pitch I 7 b Syst me d crochage a rodynamique ou syst me stall Calcul d un a rog n rateur axe horizontal IL 8 a Calcul d s pal s rss serai dires nana adieu ae ses TTEN a EAE EEEIEE E es nan ti tonne T A EE 53 LA Se 6 9 10 10 12 12 13 ne RE AE 14 16 16 18 19 19 III Mod lisation de la machine synchrone aimant permanent HI 1 INtTOdUCUON enr E A N HI 2 Machine synchrone aiment permanent HI 2 a Composition de la MSAP HI 2 b Le nombre de p les de la machine
68. i re de semi conducteur ont permis la r alisation des convertisseurs statiques de plus en plus performants En second lieu l volution des techniques num riques de commande permet d sormais d ex cuter en temps r el des algorithmes complexes de contr le des convertisseurs Dans ce chapitre on abordera l tude et la mod lisation d un redresseur triphas deux tages diodes reli travers un bus continu avec un onduleur de tension triphas commande MLI Ces deux convertisseurs ont le r le de connecter la GSAP avec une charge quelconque ou avec un r seau lectrique De m me on a la possibilit d emmagasiner une partie de l nergie lectrique fournie par la g n ratrice partir du bus continu sans passer par l onduleur IV 2 structure de puissance des convertisseurs 1 Les Convertisseurs lectroniques que ce soit redresseur ou onduleur de tension ou de courant constitu s essentiellement de composants semi conducteur Ces composant lectronique peuvent tre command s ou non pour le redressement mais enti rement command s l ouverture et la fermeture dans le cas des onduleurs Par exemple MOSFET pour les basses tensions et faibles puissances lt 30 KVA IGBT pour les moyennes tensions et puissances lt 1000 kVA ou GTO pour les hautes tensions et fortes puissances lt 30000 kVA Ceci est repr sent par la Figure IV 1 qui montre l volution en mati re de puissance apparente e
69. issante Pis Stock Stockage Charge Figure V 17 Sch ma du r seau simul Param tres Valeurs Pichmaxs 300 kW Primas 300 kW Teh 0 5 s Tach 0 55 n 1 Tableau V 2 Param tres du syst me de stockage 79 Mod le combin de l installation olienne Chapitre V Figure V 18 La puissance de r f rence M neosai ne 9 oque1 souessind 40 15 20 25 30 t S 10 seau ler e avec la puissance chang Figure V 19 80 Chapitre V Mod le combin de l installation olienne niveau de Stockage W s Figure V 20 l volution de l nergie stock e dans le syst me Pour un cycle complet de charge et de d charge 4 zones de fonctionnement apparaissent t 0s t 10 s zone 1 la consigne de puissance demand e est respect e ce qui permet de charger le stockage t 10 s t 20 s zone 2 le stockage atteint son niveau de saturation la puissance chang e avec le r seau devient alors nulle et la puissance de consigne ne peut plus tre respect e t 20 s t 30 s zone 3 la puissance de r f rence change de signe le stockage va donc se d charger et la puissance de consigne sera nouveau respect e t 30 s t 40 s zone 4 le stockage atteint son niveau de saturation la puissance chang e avec le r seau devient alors nulle et la puissance
70. ite dans ce conducteur prend une s rie de valeurs positives pendant le passage d un p le nord elle prendra une s rie de valeurs gales mais n gatives pendant le passage d un p le sud Chaque fois qu une paire de p les se d place devant un conducteur la tension induite d crit donc un cycle complet On en d duit que la fr quence est donn e par l quation Fe III 1 O f fr quence de la tension induite Hz p nombre de p les du rotor n vitesse du rotor tr min 28 Chapitre III Mod lisation de la machine synchrone aimants permanents HI 2 c Le stator Du point e vue lectrique le stator d un alternateur est identique celui d un moteur asynchrone triphas Il se compose d un noyau feuillet ayant la forme d un cylindre vide et comportant des encoches dans lesquelles sont log s les conducteurs d un enroulement triphas L enroulement est toujours raccord en toile et le neutre est accessible pour permettre sa mise la terre On pr f re la connexion en toile celle en triangle pour les raisons suivantes l La tension par phase tant seulement 1 V3 ou 58 de celle entre les lignes on peut r duire l paisseur de l isolant dans les encoches Cela permet de grossir la section des conducteurs et par cons quent la puissance de la machine 2 Lorsque l alternateur est en charge la tension induite par phase se d forme de sorte que la forme d onde n est plus tout
71. la machine R sultats de simulation Les figures M 17 M 18 I 19 repr sentent les r sultats de simulation sous les conditions suivantes une vitesse de rotation gale 10 tr min vide 25 tr min vide 25 tr min en charge apr s 2 s Vabc volt Figure III 17 Les trois tensions abc de la GSAP pur n 10 tr s 44 Chapitre III Mod lisation de la machine synchrone aimants permanents ES EE RS En i o M Vabc volt 100 150 1 l i i t 0 05 0 15 0 2 Figure I 18 Les trois tensions abc de la GSAP pur n 25 tr s 50 ao on net nent oo 30 ll Vabc voit
72. lan te A titre indicatif la Communaut Economique Europ enne se donne comme triple objectif l horizon 2020 d augmenter la part des nergies renouvelable hauteur de 20 de d polluer de 20 et d conomiser 20 d nergie et ce gr ce de multiples actions politico conomiques et technologiques concert es Dans ce contexte la fili re olienne repr sente le cr neau plus forte croissance dans la production d lectricit Parall lement au march de la g n ration olienne de forte puissance se d veloppent de plus en plus des syst mes de petite taille en site isol Ces derniers s adapteraient bien aux sp cificit s de notre pays l Alg rie 15 Ce qui justifie quelque peu le choix de cette technique de production d lectricit pour notre pr sente tude En raison de la caract ristique intermittente du vent des syst mes hybrides avec un support diesel photovolta que et ou avec un moyen de stockage de l nergie sont populaires pour les zones loign es Dans la gamme des petites turbines oliennes la tendance est de d velopper des syst mes command s de plus en plus efficaces utilisant des structures de conversion d coupage lectronique pour largir la plage exploitable de vitesses du vent Actuellement plusieurs pays sont d j r solument tourn s vers l nergie olienne C est le cas de l Allemagne leader mondial avec une puissance olienne install e de 12 GW l Espagne num ro deux
73. le sur l arbre d un a rog n rateur s exprime ainsi par 1 Pm Pnt CpPmt z CpA prR vi 1 10 Avec QR v Q vitesse de rotation avant multiplicateur R rayon de l a rog n rateur Compte tenu du rapport du multiplicateur de vitesse K la puissance m canique Pmec disponible sur l arbre du g n rateur lectrique s exprime par 1 OR 33 P c 3 Cp Re prR Vi I 11 Avec Q Q K vitesse de rotation apr s multiplicateur Cette relation permet d tablir un ensemble des caract ristiques donnant la puissance disponible en fonction de la vitesse de rotation du g n rateur pour diff rentes vitesses du vent Figure I 4 En vitesse fixe le maximum th orique n est pas atteint En vitesse variable le maximum th orique est atteint Figure 1 6 Puissance m canique en fonction de la vitesse du g n rateur pour diff rentes vitesse du vent Chapitre 1 G n ralit s sur les syst mes oliens 1 7 Technologies de production d lectricit partir de l nergie olienne 1 I 7 a Diff rentes machines utilis es dans l olienne Cinq m thodes sont utilis es pour produire de l lectricit partir du vent 1 Turbine entra nant une g n ratrice courant continu Figure 7 2 Turbine entra nant une g n ratrice asynchrone vitesse constante Figure I 8 La Vitesse de la g n ratrice reste pratiquement constante quelle que soit la vitesse du vent Cette
74. litudes ne conduit pas l galit des puissances mais pr sente l int r t de l interpr tation physique des projections d un m me vecteur dans les deux syst mes d axe et aussi d exprimer les quations avec les m mes coefficients en valeurs r duites HI 3 b Transformation de Park modifi e Cette seconde d termination des coefficients repose sur l invariance de la puissance instantan e pe dans les deux syst mes de repr sentation ce qui de toute vidence conduit leur quivalence physique Pe Vala Vpip Veic Vala Valg Volo qI 16 Posons Xaq Xa xaqo a et xanc HI 18 Xo Xe Avec x i v o est le flux d induction totalis dans l enroulement Soit P la matrice de transformation directe de telle sorte que ago PIxapel III 19 Dans ces conditions la puissance instantan e a pour expression Pe Vape lianc vaqo iago III 20 En explicitant les grandeurs xaqo dans le r f rentiel d origine on obtient Vanc liave P vanc IP lianc vapel P Plian m 21 Et P doit satisfaire la relation P P 1 III 22 Ainsi la matrice de transformation P doit tre orthogonale puisque P t PJ IN 23 35 Chapitre III Mod lisation de la machine synchrone aimants permanents Et on en d duit k HI 24 Re D o les deux matrices de passage directe et i
75. male 7 rendement du syst me de stockage Ten Constante de temps de charge Tach Constante de temps de d charge Pohmax Puissance maximale de charge Pichmax Puissance maximale de d charge T gt P gt 0 P stock Pcons gt gt Be gt lt Comparateur id m W stock Figure V 16 mod le d un syst me de stockage La puissance du syst me de stockage Pstoc est donn e par 1 1 P Pons 2 V 7 stock m Teh S 1 cons Tdch S 1 cons Et l nergie stock e dans le syst me de stockage W tocgsera Wstock Pen Ncndt Paen Nacndt V 8 78 Chapitre V Mod le combin de l installation olienne 1 Witocr lt Wmax et Peons gt 0 Avec Pachmax lt Pzons lt Penmax et M 11 Wiiock Wmax et Pons lt 0 V 9 0 Afin d illustrer le fonctionnement du mod le le r seau pr sent la Figure V 17 est simul Les principales caract ristiques du syst me de stockage sont donn es dans le Tableau V 2 La puissance de consigne Figure V 18 impos e au syst me de stockage est d termin e de mani re obtenir un cycle de charge et de d charge complet La Figure V 20 montre l volution de l nergie stock e dans le syst me la Figure V 19 montre la puissance chang e avec le r seau Source pu
76. n Num ro d signation 1 les pales 6 charge 2 tour 7 banc de condensateur 3 bo te vitesse 8 transformateur 4 la g n ratrice selon le cas f 9 r seau lectrique 5 batterie Tableau I 4 liste des composants pour les diff rentes technologies Evidemment il ne nous est pas possible de traiter toutes les technologies dans un seul expos nous limiterons notre travail la cinqui me technologie Pour cela nous pr senterons le principe de base de la g n ratrice synchrone aimants permanents 11 Chapitre I G n ralit s sur les syst mes oliens I 7 b Turbine olienne entra nant une g n ratrice synchrone aimant permanent La figure 1 11 montre une turbine olienne coupl e directement une g n ratrice synchrone aimants permanents 4 La vitesse de rotation optimale de la turbine d termine la fr quence d alimentation de la g n ratrice synchrone Cette fr quence est produite par le convertisseur 1 On remarque que les deux convertisseurs transforment toute la puissance produite par la turbine Par cons quent ces convertisseurs sont plus gros que ceux utilis s avec une g n ratrice asynchrone double alimentation L entra nement direct permet d viter la bo te de vitesses Cependant comme la vitesse de rotation est tr s basse de l ordre de 50 r min l alternateur doit tre beaucoup plus gros Par ailleurs la g n ratrice aiman
77. n3 et ko II 3 a Transformation initiale de Park 10 Dans cette premi re d termination des coefficients n n et k i est identifi la composante homopolaire lorsque les courants ia b c Sont sinuso daux IN te RE EE E E n io 3 ia ib ic Ko ia ib i gt Ko QUI 10 2 2 Une autre quation est donc n cessaire lorsque les courants sinuso daux triphas s sont quilibr s i b c t ia 4 Sont les projections sur les axes des phases du m me vecteur tournant I de module I Par la transformation tri diphas e on tire w 1 t 06 HI 11 ia E G iost QUI 11 Et on d duit par identification pe III 12 n2 ER 3 0 2 Des matrices de passage directe P et inverse P 7 sont ainsi d finies tz tyto Pollai desc ele QI 13 Soit 9 e 7 e y 7 cos cos 3 cos 3 2 2T 2T Po sin sin e sin e II 14 3 3 3 1 1 1 2 2 2 cos6 sin6 1 e 7 y e 7 a Bee TT SR dr HI 15 0 5 in 0 45 1 cos 3 sin 3 34 Chapitre III Mod lisation de la machine synchrone aimants permanents Un r sultat fondamental de cette transformation appliqu e au r gime permanent sinuso dal est que si le rep re d q tourne la pulsation w iq et iq sont constants La m me transformation d finira des flux et des tensions d axe d q o Le choix du fait de l galit des amp
78. nne selon le sens du vent 1 I 4 Propri t s du vent A cause de la masse d air en mouvement le vent poss de une nergie cin tique Consid rons par exemple 3 2 x 3 i 1 m d air se d pla ant une vitesse v de 10 m s Comme 1 m d air poss de une masse m d environ 1 2 kg l nergie cin tique Ex emmagasin e pour 1 s est Ex mv 1 Er gt 1 2 102 60J Si l on r ussit ralentir cette masse d air l aide d un dispositif quelconque et l amener l arr t complet on pourra r cup rer cette nergie cin tique C est justement le r le d une turbine olienne de capter cette nergie m canique Cette nergie est transform e en une nergie lectrique par la g n ratrice coupl e l arbre de la turbine Chapitre 1 G n ralit s sur les syst mes oliens Consid rons maintenant une surface verticale de 1 m travers e par un vent soufflant 10 m s Cette surface est travers e par un volume d air de 10 m chaque seconde Par cons quent la puissance disponible par m tre carr de surface perpendiculaire au vent est P 60J m 10 m s 600 J s 600 W Si l on g n ralise ce raisonnement on arrive la formule suivante qui donne la puissance approximative du vent en fonction de sa vitesse P 0 6 v 1 2 O P puissance par m tre carr faisant face au vent en W v vitesse du vent en m s L quation 1 2 suppose que le dispositif
79. nouvel objectif principal Cependant pour la fonction de la puissance m canique une forme plus simple est utilis e Pour r duire les degr s de libert du syst me la vitesse du vent seule variable non contr lable du syst me est sortie de la formulation math matique par l utilisation d une forme optimale 15 L quation 1 10 chapitre I donne la puissance correspondant une vitesse de vent V4 1 223 Pn z CpQ PrR Vi V 1 D apr s la figure 1 5 chapitre ID si le rapport de vitesse est maintenu sa valeur optimale Aopt le coefficient de puissance est sa valeur maximale Cpm C opt ainsi que la puissance de l olienne Mais plus de maintenir sa valeur maximale il faut que les pales pr sentent la plus grande finesse possible pour obtenir des performances lev es grande vitesse sp cifique Pour une vitesse sp cifique donn e le coefficient de puissance est d autant plus lev que la valeur de tge est faible Il sera maximal pour l incidence qui rendra tge minimale 5 1 port 5 Cpm prR2v3 V 2 On pose 5 prR 1 pour simplifier l quation pr c dente on aura alors POPten fonction de Cpm v seulement D autre part si la vitesse sp cifique suppos e maintenue la valeur optimale on isole la 67 Chapitre V Mod le combin de l installation olienne vitesse du vent pour la remplacer dans l quation de la puissance m canique m
80. nts permanents Diagrammes de Fresnel X jlo r 1l E f m vide V a Ux U V V tension aux bornes d un enroulement de la machine V I R r sistance de l enroulement Q X r actance synchrone Q Figure IIT 4 La chute de tension due la r sistance et la r actance interne de la machine Tr s souvent rl est n glig En tra ant le diagramme l chelle il est possible d en d duire certaines grandeurs Si la charge est r sistive 0 Le d phasage entre le courant et la tension et I varient en fonction de la consommation Le d calage interne 0 entre V et E 7 Figure IIT 5 Le diagramme de Fresnel IIT 2 f GSAP en charge 1 Lorsque la GSAP alimente une charge on s int resse la tension ses bornes en fonction du courant de charge Pour un facteur de puissance donn de la charge on trace la variation de la tension aux bornes de la machine en fonction du courant de charge gardant au m me temps le flux d excitation et la vitesse de rotation constants Permanent Magnet L Synchronous Machine EH o m RMS1 w z A m gt igi N mi S lt gt powergui P Figure II 6 Le mod le sous MATLAB SIMULINK de la GSAP en charge Bae A A 31 Chapitre III Mod lisation de la machine synchrone aimants permanents 60 charge capacitive a 50
81. nverse 9 e mm e 7 cos cos 3 cos 3 Pol E sin8 sin e m sin e m QUI 25 1 1 cos sin6 2 2T 2T p lcos e sin e 2 e y mm e R mm cos 3 sin 3 MI 26 Sal lr Sl Remarque Dans la suite du m moire c est cette transformation modifi e qui sera utilis e afin de conserver l quivalence nerg tique Pour viter le signe moins dans la tension v on inverse la direction de laxe q IIT 4 Exemple de simulation sous MAtlab simulink de la transformation de PARK On a un syst me triphas quilibr de tensions v Vp Vo et de courants i ip ic Va Vsin wt ia Isin wt p e 2T Sis 21 Vp Vsin ot 2 ip Isin ot p II 27 2T 21 Vve Vsin ot i Isin ot Ed p Tel que w 2r50 V 220 1 10 o r 8 La transformation de ce syst me triphas un syst me diphas d q est donn e par le mod le suivant 36 Chapitre III Mod lisation de la machine synchrone aimants permanents Figure III 9 Le mod le de la transformation de PARK modifi e sous MATLAB SIULINK On prend le cas o le rep re diphas d q tourne en 50 Hz c d que l angle 8 wt Donc les grandeurs Vg Vo bd ig sont continues Les r sultats de simulation sont pr sent s dans les figures I 10 a b c 3500 0 T T T T l I l I 3000 cie 2 PRES Fee a RE l l l l 2500 100 dl E
82. od le de la machine montre que l amplitude et la fr quence de la tension g n r e par ce type des machines d pendent de la vitesse de rotation parce que le flux g n r par l aimant est constant L tude et la mod lisation des convertisseurs est le contenu du 4 chapitre D apr s les r sultats de simulation on a trouv que l amplitude de la tension du bus continu n est plus constante elle d pend de la tension g n r e par la machine L onduleur cr e une tension alternative fr quence est valeur efficace contr lable mais amplitude non contr lable Finalement dans le 5 chapitre on a d velopp le mod le combin de l installation Les r sultats de simulation confirment l instabilit de la tension dans le bus continu Elle varie en fonction de la vitesse du vent et la charge L optimisation de la vitesse sp cifique se fait pour une charge bien d termin e En g n rale on utilise ce type d a rog n rateur avec d autres syst mes de production plus stable dans le cas isol pour maintenir la tension plus stable Dans ce cadre on a ins r un syst me de stockage au niveau du bus continu qui peut tre des batteries chimique ou des supra condensateurs Les r sultats de ce dernier chapitre montre o se trouve la difficult d utiliser l nergie olienne dans la production d lectricit La difficult est au niveau de l insertion de ces a rog n rateurs dans le r seau lectrique par ce qu
83. on des D les param tres de la machine et la figure I 14 on a remarqu x apr s machine est gale celle du champ tournant 3000 tr min Les figures IN 13 et I 15 indiquent que le couple moteur de la MSAP tend vers z ro pour une vitesse de rotation tr s proche de celle de synchronisme Cette valeur de couple est due au frottement Chapitre III Mod lisation de la machine synchrone aimants permanents III 5 c Fonctionnement g n rateur Pour passer au fonctionnement g n rateur il suffit d inverser le sens de courant calculer la tension comme sortie partir des quations du mod le Au fonctionnement vide le courant est nul mais au fonctionnement en charge le courant est impos par cette derni re La vitesse dans ce cas est une entr e Les param tres de la machine sont les m me sauf que le flux est devenu 0 7 wb Le mod le du g n rateur synchrone aimants permanents est repr sent par la figure M 15 Cut vq dao Al sin_cos sin_cos o Scope repaire Figure III 16 Le mod le de la GSAP sous MATLAB SIMULINK Dans le cas du fonctionnement g n rateur on s int resse l amplitude et la fr quence de la tension fournie par la GSAP Comme on s int resse aussi la chute de tension due une charge donn e Donc on trace la tension aux bornes de g n rateur vide et apr s en charge pour des diff rentes valeurs de la vitesse de rotation appliqu e
84. onnue pour tous les profils la d termination de la largeur L n offre aucune difficult tant donn que les termes Cz et p sont eux m mes connus La connaissance de l angle d inclinaison I et de l angle d incidence i entra ne imm diatement celle de l angle de calage a a l i La valeur de Cz pour l incidence optimale est en effet relativement faible pour les profiles habituels et celle de la quantit Cz pL est tr s grande au voisinage de l axe par suite des faibles valeurs de 1 68 Chapitre V Mod le combin de l installation olienne En pratique on ne d passe pas pour les profiles habituellement utilis s NACA 4415 4418 23012 23015 une incidence de 10 12 la distance 0 2R R d signant le rayon de l olienne I SHEFTER dans son remarquable ouvrage wind powered machine traduit du russe en anglais par les soins de la NASA indique que l incidence normale adopter pour des profils situ s la distance 0 2 R de laxe doit tre telle que la largeur de ces profils soit comprise entre 1 3 et 1 7 fois la largeur l extr mit On peut choisir par exemple pour loi de variation de l incidence en fonction de r une loi lin aire entre l extr mit de la pale o l incidence sera choisie gale la valeur optimale et la distance 0 2 R o on se fixera un maximum ne pas d passer Une autre possibilit consiste adopter une h lice pas constant pour tous les
85. ont trouv une application sp cifique dans le domaine d am lioration de la qualit de l nergie lectrique pour maintenir la fr quence et la tension du r seau dans les limites impos es par les r glements En raison de leur dynamique lev e de leur bon rendement et de leur longue p riode de vie les SISEs sont bien adapt s pour stocker l nergie pendant des p riodes courtes ce qui suffit pour am liorer la qualit de l nergie Dans une analyse faite sur la capacit du stockage a augment la p n tration des oliennes dans le r seau Le syst me le plus rentable de stockage est le SISE si la p riode de stockage ne d passe pas 10 min de plus il est montr que l association d un SISEs de 300 KW une olienne de 1 MW peut augmenter le revenu de 14000 an Il y a encore d autres techniques de stockage d nergie 76 Chapitre V Mod le combin de l installation olienne Convertisseur Moteur Volant G n rateur Convertisseur lectronique lectrique d inertie lectrique lectronique de puissance de puissance nn PA PR Energie Energie 000 0 000 e Electrique M canique Electrique Figure V 15 sch ma de principe d un syst me de stockage par volant d nertie diff rent type des syst mes de stockage Capacit de stockage Objectif Technologies envisageable Lissage annuel de la
86. orce r sultante R sur un syst me d axes li s la vitesse relative W on d finit ainsi une composante Rz normale la vitesse orient e positivement de bas en haut et appel e portance une composante Rx parall le la vitesse et appel e train e Rx gt CxPW S 2 Rz gt C pW s II 3 14 Chapitre II Etude et mod lisation de la turbine olienne Evaluons la contribution de la force dR dans la pouss e axiale exerc e par le vent sur l olienne Dans ce but projetons dR sur la vitesse V du vent dirig e en principe selon l axe de l h lice On obtient en appelant dF la projection de dR suivant cette direction dF dR cosI dR sin I II 4 Calculons le moment dM de la force dR par rapport l axe Ce moment est gal au produit du bras de levier r par la projection de la force dR sur le plan de rotation dM r dR sin dR cosl Rempla ons dans les formules pr c dentes dR et dR par leurs valeurs dR CP W dS etdR G p W dS dS tant la surface de r f rence de l l ment de pale Il vient 1 dF 3P W2dS C cos I Cx sin I Et 1 dM 5 p W r dS C sin I Cx cos I 1 5 1 6 7 II 8 Calculons la puissance l mentaire produite par la force a rodynamique dF s exer ant sur l l ment de pale de surface dS situ la distance r on obtient 1 dP dM p Wor dS C sin I Cy cos I Compte tenu des
87. pe de fonctionnement de la g n ratrice utilis e dans notre expos G n ratrice Synchrone aimant permanent Nous avons s par arbitrairement l tude en deux parties la premi re partie couvre le principe de fonctionnement de la GSAP Dans la deuxi me partie on a d velopp un mod le complet de la g n ratrice Le 4 chapitre pr sente le principe de fonctionnement et la mod lisation des convertisseurs associ s la g n ratrice Le 5 chapitre est consacr au mod le combin de l installation olienne avec la g n ratrice synchrone aimant et l interface lectronique Comme il d montre la n cessit d ins rer un syst me de stockage avec l installation pour bien contr ler la puissance g n r e Chapitre 1 G n ralit s sur les syst mes oliens I 1 Introduction Depuis l utilisation du moulin vent la technologie des capteurs oliens n a cess d voluer C est au d but des ann es quarante que de vrais prototypes d oliennes pales profil es ont t utilis s avec succ s pour g n rer de l lectricit Plusieurs technologies sont utilis es pour capter l nergie du vent capteur axe vertical ou axe horizontal et les structures des capteurs sont de plus en plus performantes Outre les caract ristiques m caniques de l olienne l efficacit de la conversion de l nergie m canique en nergie lectrique est tr s importante L encore de nombre
88. profils H 2nrtga 2nR tea V 4 L angle de calage a l extr mit de l aile est choisi gal ou voisin de I i optimale lo d signant langle d inclinaison l extr mit dans les conditions optimales de fonctionnement figure 1 3 R L La connaissance de a qui en r sulte tg a t800 permet alors de d terminer I tant connu l angle d incidence pour toute valeur de r et donc la largeur L adopter pour les diff rents profils Si la loi de variation de l angle d incidence a t bien choisie La r duction de rendement n est pas tr s importante car les surfaces balay es par unit de longueur de pale diminuent de plus en plus lorsque l on se rapproche de l axe on peut d ailleurs pallier facilement cet inconv nient en augmentant l g rement le diam tre 5 alpha Figure V 2 variation de l angle de calage en Figure V 3 variation du rapport Cx Cz en fonction de i et I fonction de i 0 lt i lt 15 Donc pour chaque valeur de a on trouve le rapport Cx Cz 69 Chapitre V Mod le combin de l installation olienne V 2 b D termination pratique de optimale Les figures V 2 V 3 II 4 et le tableau II 1 montrent que pour des rapports Cx Cz plus petites la turbine poss de une vitesse sp cifique plus lev e et au m me temps un bon coefficient de puissance Le rapport entre la train e et la portance est fix
89. que l on puisse tendre la relation de PRANDTL ces conditions on en d duit 0 93 2 Li a 0 44 CE 0 J I1 7 R gulation m canique de la puissance d une olienne 6 Pour garantir un captage maximal optimal de l nergie incidente il faut ajuster en permanence la vitesse de l olienne la vitesse du vent et l angle d incidence des pales La plupart des turbines oliennes utilisent deux principes de r gulation a rodynamique pour contr ler la vitesse de l olienne par rapport la vitesse du vent Il 7 a Syst me pas variable ou calage variable ou syst me pitch Il utilise la variation de l angle de calage des pales variation de l angle d incidence En variant l angle d incidence de la pale on modifie le rapport entre les composantes de portance et de tra nage L angle d incidence optimal conduit la puissance maximale disponible En g n ral la modification de l angle de calage de la pale de l olienne permet quatre actions distinctes le d marrage une vitesse du vent plus faible l optimisation du r gime de conversion de l nergie quand la vitesse du vent volue entre les limites vp vn la r gulation par limitation de la puissance pour v gt vn la protection de l olienne contre les vents trop violents par la mise en drapeau des pales de l h lice 22 Chapitre II Etude et mod lisation de la turbine olienne
90. r lens 4507 a ere en a A 1 1 1 I 1500 l l l I l I l l l l l l 1 1 Eaa RS SR TRES non 1000 T 7 1 I 1 I l l l l l l 500 Bipa e a RTE RE i i i o i 2 3 4 5 2096 i 2 3 4 5 t s t s figure IH 10 a puissance active fournie figure III 10 b tension vq dans le rep re d q li au champ tournant t s c Figure III 10 c courant iq dans le rep re d q li au champ tournant 37 Chapitre III Mod lisation de la machine synchrone aimants permanents On remarque que la tension et le courant dans le rep re d q li au champ tournant sont continue par ce que la vitesse de rotation du rep re est gale la fr quence de ces grandeurs On remarque aussi que la puissance est conserv e apr s la transformation de PARK IIT 5 Mod lisation de la MSAP 11 La machine synchrone aimants permanant peut tre repr sent e par le sch ma suivant q as d bs Figure III 11 La repr sentation sch matique d une machine synchrone aimants pos s sur la surface du rotor Afin d obtenir une formulation plus simple et de r duire la complexit du mod le de la machine l tablissement de son mod le math matique sera d velopp sur la base des hypoth ses savoir que La machine poss de une armature sym trique non satur e les inductances propre et mutuelle sont ind pendants des courants qui circulent dans les diff rents enroulement
91. r en mouvement pour des diff rents valeurs de la vitesse du vent 4 II 2 Notion sur la th orie de l aile portante 5 L l ment principale du moteur olien qu il s agisse du moulin vent ancien ou de l olienne la plus moderne est la pale Celle ci n est autre chose qu une aile tournante Pour bien comprendre le fonctionnement et surtout pour dimensionner de fa on optimale les principaux l ments il est indispensable d avoir quelques notions concernant le trac des polaires d aile La formule de Betz ne nous indique pas en effet comment construire les pales Consid rons donc un profil d aile dans un vent de vitesse V voir figure II 1 et pr cisons quelques d finitions A axe de rotation P plan de rotation Figure II 1 caract ristique d un profile de pale d olienne Il 2 a D finitions On appelle bord d attaque les points du profil les plus loign s des points B o se trouve le bord de Juite AB est appel e corde de r f rence du profil L profondeur du profil Angle d incidence du profil C est langle i form par la corde de ce profil et la direction de la vitesse relative 13 Chapitre II Etude et mod lisation de la turbine olienne Angle de portance C est l angle a de la vitesse relative avec la direction de portance nulle En valeur alg brique En pratique on classe les profils en Profil biconvexes extrados et in
92. relations W V r et or V cotgl Les expressions pr c dentes peuvent s crire 1 dF 5 P V2dS 1 cotg 1 C cos I Cx sin I 1 dM zP V2r dS 1 cotg I C sin I Cy cos I 1 dP zP V3dS cotg I 1 cotg I C sin I Cx cos I 1 9 II 10 I1 11 II 12 II 13 15 Chapitre II Etude et mod lisation de la turbine olienne II 3 Pouss e du vent sur l h lice couple moteur produit La pouss e axiale totale F exerc e par le vent sur l olienne et le couple moteur M produit s obtiennent en additionnant respectivement toutes les forces dF et tous les moments l mentaires qui agissent sur les pales La connaissance de la pouss e axiale et du couple moteur produit permet de calculer la puissance fournie par le vent l h lice P dF V FV II 14 Et la puissance recueillie sur l arbre P Mo zoni TR Pu _ M 7 TRNA La d termination du rendement de l h lice n T ne pr sente alors aucune difficult II 3 a Evaluation des efforts axiaux et tangentiels Calcul du couple Consid rons l l ment de pale figure II 2 b compris entre les distances r et dr figure II 2 a Calculons les efforts qui s exercent sur cet l ment de deux mani res tout d abord en consid rant l action a rodynamique directe et ensuite par les th or mes g n raux de la m canique Figure II 2 a l ment de surface de pale
93. s La distribution des forces lectromotrices le long de l entrefer est suppos e sinuso dale Les pertes fer et l effet amortisseur sont n glig s La perm abilit des aimants est consid r e comme voisine de celle de l air L excitation tant faite par un aimant permanent telle que le flux d excitation est consid r comme constant par ailleurs l aimant est consid r comme un enroulement sans r sistance ni inductance propre et mutuelle mais comme source de flux IIT 5 a Equations de tension et flux Les tensions flux et courants triphas s dans le stator sont crits avec les notations vectorielles suivantes V1 4 1 Us respectivement L quation tension dans le r f rentiel du stator s crit s HI 28 38 Chapitre III Mod lisation de la machine synchrone aimants permanents Avec us Vas Vhs Ves is lias bs ies s Das Dps ol QI 29 Re 0 0 R 0 Rs 0 III 30 0 0 R R R sistance des enroulements du stator Les flux du stator et du rotor ont pour expression l s LssIlis 6 II 31 Et cos 0 2T r 9 5 6 3 III 32 2T cos o O sr Valeur cr te constante du flux cr e par l aimant permanent travers les enroulements du stator 0 Position absolue du rotor en degr lectrique Lss tant la matrice des inductances du stator Dans
94. s relev s de vitesse et de directions des vents sur une p riode d au moins un an 4 Lorsque la puissance du vent exc de la puissance de l olienne on doit agir pour limiter la puissance m canique de la turbine et la puissance lectrique de la g n ratrice 5 Lors des vents violents on doit r duire le pas des h lices de la turbine ou m me arr ter compl tement l olienne afin d viter d endommager la turbine et la tour qui la supporte 6 En raison de leur grande hauteur les pales de la turbine constituent une cible naturelle pour la foudre Pendant l hiver on doit surveiller l accumulation de la neige et du verglas Dans les paragraphes qui suivent nous limiterons notre propos aux oliennes axe horizontal dont l h lice est compos e de trois pales Les oliennes sont g n ralement regroup es sur un m me site pour constituer ce que l on appelle un parc d oliennes pouvant comprendre jusqu une centaine d unit s Pour extraire le maximum d nergie du vent la vitesse de rotation de la turbine doit tre dans un rapport sp cifique avec la vitesse du vent Comme r gle de base mentionnons que la vitesse de l extr mit des pales doit tre comprise entre 4 et 8 fois la vitesse du vent Comme le vent utilisable peut varier dans une large gamme 5 m s 15 m s la vitesse de la turbine devrait id alement tre variable Cependant nous verrons que le type de technologie utilis pour la g n ration de l lectricit impo
95. se parfois une vitesse de rotation constante 1 I 3 Composition d une olienne 1 Figure L 2 pr sentation d une olienne du type a rog n rateur Nordex Chapitre 1 G n ralit s sur les syst mes oliens Num ro D signation Num ro D signation 1 pales 10 radiateur de refroidissement 2 moyeu rotor 11 centrale de mesures du vent 3 nacelle 12 centrale hydraulique 4 cardan 13 contr le 5 transmission 14 m canisme d orientation face au vent 6 multiplicateur de vitesse f 15 paliers du syst me d orientation 7 frein disque 16 capot 8 accouplemen 17 m t 9 g n ratrice Tableau I 1 liste des composants d un a rog n rateur du type NORDEX Un m t permet de placer le rotor une hauteur suffisante pour permettre son mouvement Un rotor compos de plusieurs pales en g n ral trois et du nez de l olienne Le rotor est entra n par l nergie du vent il peut tre coupl directement ou indirectement un g n rateur lectrique Le rotor est reli la nacelle par le moyeu Une nacelle mont e au sommet du m t abritant les composants m caniques pneumatique lectrique et lectroniques Multiplicateur c est une bo te vitesse permettant de r gler la vitesse de l arbre Syst me d orientation syst me m canique qui permet l orientation de l olie
96. sion peut tre repr sent selon la figure 1V 26 o Ti i 1 2 3 4 5 6 sont des transistors MOSFET On peut exprimer les tensions en ligne en fonction de la tension dans l tape continue et de l tat des commutateurs On d finit pour a les variables Sa Sp Sc en fonction de l tat des commutations dans les trois branches 62 Chapitre IV Mod lisation des convertisseurs lectroniques Branchel Sa 0 si T est en position off et T est on Sa 1 si T est en position on et T est off Branche Sp 0 si T est en position off et T est on Sp 1 si T est en position on et T est off Branche 3 Sc 0 si T est en position off et T est on Se 1 si T est en position on et Te est off Les tensions compos es la sortie du convertisseur s expriment alors par Uab Voc Sa Sp Ube Vpe Sp Sc TT Uca Vpe Se E Sa On d duit les expressions des tensions simples 1 Vc Va z Uab Uca E z CSa Sc 3 1 y Vp 3 c Uap CS S Sa VI 21 _ Voc Ve 3 ca Upc CS 7 Sa ou Sp Donc le mod le sous SIMULINK sera alors comme indique la figure IV 31 va MLI pulse Figure IV 31 mod le de la branche a de l onduleur de tension 63 Chapitre IV Mod lisation des convertisseurs lectroniques Les impulsions des transistors Ti i 1 2 3 4 5 6 sont g n r es par MLI sinuso
97. st obtenu pour une valeur de K telle que 1 3K 4K DE 3K 1 Cette expression peut encore s crire 4K 3K 22 1 242 1 0 Posons K V22 1 cos II 28 18 Chapitre II Etude et mod lisation de la turbine olienne En rempla ant K par cette valeur dans l galit pr c dente on obtient apr s division par 42 1 2 1 4 cos 0 3 cos 0 0 VE 1 Or 4 cos 0 3 cos 0 cos3 0 On peut donc crire 1 1 x cos 3 0 Soit encore cos 30 mt Tr qui revient au m me 0 a 2 2 tg 2 II 29 7 arc cos es 3 zare tg 3 Pour chaque valeur de on peut calculer l ongle Ocorrespondant donc K et par cons quent la valeur maximale possible du coefficient de puissance Cp II 4 Valeur optimales de l angle d inclinaison et de la quantit C pL Nous avons obtenu pour l angle d inclinaison I et pour la quantit C pL les valeurs suivantes tel y Enh II 30 cotgI 8nr 1 k cosesin l 1 k cos I II 31 C pL D apr s les r sultats obtenus au paragraphe pr c dent le calcul de langle 0 peut tre effectu pour toute valeur de Les valeurs de K h et par voie de cons quence celles de et de I peuvent tre alors d termin es Pour calculer les valeurs de la quantit C pL nous consid rons une olienne id ale dot e de pales sans train e ce qui revient galer
98. t la m thode utilis e pour calculer les param tres optimaux de la turbine Les r sultats de simulation ont t satisfaisants et elles d crivent le mode d emploi de ce type de technologie utilis e pour produire de l lectricit
99. t fr quence de commutation en particulier de ces composants entre les ann es 1990 et 2000 12 voistor GTO 10 a en MOSFET sic i 2 3 i q 10 1 15 14 10 0 1 15 1 frequency kHz frequence kHz Progress in Power Semiecnmietor Cenhones Figure IV 1 progr s dans la technologie des semi conducteurs Le thyristor est une valve dont on peut commander la conduction Comme la diode il poss de une anode et une cathode mais il poss de en plus une troisi me lectrode appel e g chette La g chette permet de retarder l amorce de la conduction 47 Chapitre IV Mod lisation des convertisseurs lectroniques A JAK G IG K thyristor Figure IV 2 Symbole de thyristor Le GTO est un thyristor command l ouverture et fermeture La conduction est initi e en injectant un courant positif dans la g chette Afin de maintenir la conduction dans le GTO le courant d anode ne doit pas baisser en dessous d un seuil appel courant de maintien Le courant d anode est bloqu en injectant un courant n gatif substantiel dans la g chette pendant quelques microsecondes Afin d assurer le blocage le courant inject dans la g chette doit tre environ le tiers du courant circulant dans l anode A IAK Y G dF IG K GTO Figure IV 3 Symbole de GTO Le MOSFET de puissance est un semi conducteur trois bornes qui s appellent drain D source S et
100. trados convexes Profil plans convexes extrados convexe intrados plan Profile creux extrados convexe intrados concave Profil double courbure extrados et intrados concaves vers la queue On distingue l int rieur des ces cat gories les profils minces pour lesquels le quotient de l paisseur maximale du profil par la corde de r f rence a est inf rieur 6 Les profils semis pais 6 lt lt 12 Les profils pais gt 12 I1 2 b Action de l air sur l aile en mouvement Consid rons maintenant une aile en mouvement par rapport l air l exp rience montre que dans le cas o l aile est dispos e comme indiqu es sur la figure l 1 par rapport au vecteur V il y a une surpression sur l intrados et une d pression sur l extrados L action de l air sur le corps se traduit par une force r sultante R g n ralement oblique par rapport la direction de la vitesse relative W cette force s appelle action a rodynamique totale ou plus simplement r sistance de l air Elle a pour expression 1 2 R TPW S I 1 p tant la masse sp cifique de l air C un coefficient sans dimension appel coefficient a rodynamique total S la surface caract ristique du corps produit de la longueur de la corde par la longueur II 2 c Coefficient a rodynamique de portance train e et de moment Pour l tude des actions a rodynamique il est commode d valuer les projections de la f
101. ts permanents ne requiert pas de bagues ni de balais et les pertes Joules dans le rotor sont nulles Globalement m me si la machine est plus grosse les avantages de ce montage en font la technologie olienne pr f r e pour g n rer des puissances jusqu 2 MW 5 MW I 8 Conclusion D apr s les sections pr c dentes on constate que la puissance m canique d une olienne est variable selon la vitesse du vent et pour atteindre le maximum de cette puissance pour les diff rentes vitesses du vent il nous faut une g n ratrice vitesse variable G n ratrice synchrone aimants permanents 12 Chapitre II Etude et mod lisation de la turbine olienne I1 1 Introduction La ressource olienne provient du d placement des masses d air qui est d indirectement l ensoleillement de la Terre Par le r chauffement de certaines zones de la plan te et le refroidissement d autres une diff rence de pression est cr e et les masses d air sont en perp tuel d placement avec une vitesse nominale V Le dimensionnement en puissance de l ensemble de la turbine du g n rateur et de toute la m canique de structure nacelle m t associ e est d fini pour cette vitesse du vent nominale au del de laquelle il est n cessaire d cr ter la puissance En effet dans ce chapitre on abordera l tude et la mod lisation de la turbine olienne en vu d extraire le maximum de la puissance d ai
102. usqu 1970 c tait la seule option disponible sur le march pour stocker de grandes quantit s d nergie Un tel syst me comporte deux r servoirs situ s des hauteurs diff rentes L eau est pomp e du r servoir inf rieur au r servoir sup rieur ou elle est stock e En fonction de la demande l eau peut revenir au r servoir inf rieur mais en traversant une ou plusieurs turbines hydrauliques transformant l nergie potentielle de l eau en nergie m canique en nergie lectrique De tels syst mes peuvent fournir jusqu 1000 MW mais ils sont conditionn s par les contraintes g ographiques g ologiques environnementales et le co t assez lev de leur construction Ensemble Pompes et Turbines Figure V 13 Sch ma de principe du syst me de stockage par pompage d eau V 7 b Stockage d nergie sous forme d nergie chimique Le stockage d nergie sous forme chimique dans les batteries lectrochimiques et de loin la technique la plus r pandue pour le stockage de l nergie lectrique En fonction du type de batterie diff rentes r actions chimiques sont provoqu es en utilisant l nergie lectrique et en la stockant sous forme d nergie chimique En fonction de la demande des r actions chimiques invers es produisent de P lectricit Le premier et le plus utilis sur le march a t l accumulateur au plomb dont plusieurs am liorations le rendent encore comp
103. ux dispositifs existent et pour la plupart ils utilisent des machines synchrones et asynchrones Les strat gies de commande de ces machines et leurs ventuelles interfaces de connexion au r seau doivent permettre de capter un maximum d nergie sur une plage de variation de vitesse du vent la plus large possible ceci dans le but d am liorer la rentabilit des installations oliennes 1 1 2 Parcs oliens Figure L 1 Premi re ferme olienne offshore en Baltique Danemark Vindeby 1991 11 x 450 kW L nergie que l on peut extraire du vent et transformer en lectricit constitue un suppl ment int ressant l nergie de base fournie par les centrales thermiques et hydrauliques Les sections suivantes d crivent les propri t s du vent ainsi que les technologies utilis es pour la g n ration d lectricit partir de l nergie olienne Cependant pour exploiter cette nergie on doit prendre en compte les contraintes suivantes 1 La vitesse du vent peut fluctuer de 25 sur une p riode de quelques minutes 2 La direction du vent n est pas constante par cons quent on doit continuellement r orienter la turbine pour qu elle reste face au vent de fa on optimiser la puissance disponible Chapitre 1 G n ralit s sur les syst mes oliens 3 La r gularit du vent en direction et en vitesse d pend du site Pour d terminer les meilleurs gisements oliens on doit proc der de

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