Commandes non linéaires d'une éolienne à base d'une machine asynchrone à double alimentation pilotée par un convertisseur matriciel

Abstract

Ce mémoire est consacré à la commande de la puissance électrique fournie par une chaîne éolienne au réseau électrique. La génératrice, élément incontournable de cette chaîne, est une machine asynchrone à double alimentation (MADA) où le stator est branché directement au réseau et le rotor est connecté à ce même réseau par l’intermédiaire d’un convertisseur matriciel. Après avoir exposé les généralités sur les différentes réalisations d’une chaîne éolienne et rappeler les équations régissant la turbine à axe horizontal, nous avons établi, pour la MADA en mode générateur, une modélisation et des lois de commandes non linéaires avec observateur du flux au rotor. Un convertisseur matriciel est utilisé pour générer, à partir du réseau, les tensions rotoriques nécessaires à la commande de la puissance active et réactive. Afin de maximiser la puissance éolienne extraite, la méthode MPPT (Maximum Power Point Tracking) est mise en oeuvre pour obtenir la référence de la puissance active au stator relative à la puissance maximale fournie par l’éolienne pour un régime du vent. Cette méthode a l’avantage de maximiser la puissance extraite de l’éolienne sans aucune connaissance des caractéristiques de la turbine et de la vitesse du vent. Enfin, nous avons simulé la chaîne éolienne dans le cas où sont appliquées les lois déjà établies de la commande de la puissance électrique et la procédure MPPT. Les résultats obtenus ont montré qu’il est possible de régler la puissance active et réactive même en présence de variations paramétriques de plus, la procédure MPPT développée a permis effectivement d’extraire la puissance maximale disponible au niveau de la turbine. Dans ce cadre, le présent mémoire décrit une étude sur l'utilisation d’une machine de type asynchrone à double alimentation dans un système éolien. Le premier chapitre donne un aperçu général sur les systèmes éoliens où on rappelle les notions et les définitions de base permettant de comprendre le fonctionnement de la chaîne l’éolienne. Le deuxième chapitre est dédié à l’étude de la partie relative à la conversion d’énergie Mécanique-Electrique laquelle est réalisée par une machine asynchrone à double alimentation(MADA). On établit un modèle mathématique de la MADA basé sur les grandeurs électriques rotoriques ceci nous permet dans un premier temps d’obtenir les caractéristiques des grandeurs principales de la MADA en fonction des tensions rotoriques. Le troisième chapitre est consacré à de commande de la puissance active et réactive de la MADA. Dans ce but sont synthétisées des lois de commande non linéaires en exploitant tour à tour: la commande par retour d’état linéarisant, les modes glissements et la commande hybride entre mode de glissement et la logique floue. Nous synthétisons également un observateur du flux rotorique basé sur les modes glissants. Le quatrième chapitre présente le convertisseur d’électronique de puissance exploité dans la chaine éolienne pour brancher le rotor de la MADA au réseau électrique. Dans notre cas, est utilisé un convertisseur matriciel afin de fournir les tensions triphasées rotoriques nécessaires à la réalisation de la commande de la puissance active et réactive de la MADA. Enfin, le présent mémoire se termine par un cinquième chapitre lequel est réservé au fonctionnement de la chaine éolienne globale. A travers ce chapitre, on cherche à améliorer les performances de la chaine éolienne.