Contribution à la modélisation et la commande d'un convertisseur direct de fréquence : application à la conduite de la machine asynchrone

Abstract

Le travail présenté dans cette thèse est une contribution à la modélisation et la commande d’un convertisseur direct de fréquence et son application à la conduite de la machine asynchrone triphasée dans un système éolien. Nous avons présenté la modélisation du convertisseur matriciel ainsi que deux techniques de commande du convertisseur matriciel, à savoir, l’algorithme de Venturini et la modulation vectorielle; puis on a effectué des tests de simulation pour vérifier et comparer nous résultats avec les travaux déjà publiés. Le problème-clé à résoudre pour la réalisation d’un convertisseur matriciel est la commutation du courant; pour cela, nous avons étudié des stratégies de commutation permettent de réaliser des commutations appropriées dans le MC. Néanmoins, l’utilisation de ces stratégies complique davantage les algorithmes de commande du convertisseur, ce qui exige des calculateurs de plus en plus performants et qui par conséquent freine le développement du MC. Une nouvelle topologie du convertisseur matriciel (IMC) est étudiée; elle combine la méthode de contrôle traditionnelle MLI pour le convertisseur AC/DC/AC avec les besoins d'un convertisseur matriciel et accomplit ainsi les avantages fonctionnels du convertisseur matriciel. Les résultats théoriques d'analyse et de simulation prouvent que le convertisseur IMC peut constituer la solution idéale pour les problèmes de commutations rencontrés dans la structure MC, ce qui permettra l’émergence de la conversion directe AC/AC et concurrencer la conversion indirecte conventionnelle AC/DC/AC. La dernière partie du présent travail est réservée à une application ciblée du MC dans un système éolien à vitesse variable basée sur la machine asynchrone double alimentée associée à une unité de stockage inertiel. En terme de résultats du comportement dynamique obtenus, nous pouvons confirmer que le convertisseur matriciel constitue une solution viable, attractive et une alternative par rapport aux convertisseurs conventionnels utilisés jusqu'à présent dans les systèmes éoliens. Le but du présent travail est premièrement la modélisation et la commande du convertisseur direct AC/AC et deuxièmement l’analyse des problèmes de commutation dans cette structure et d’éventuelles solutions qui permettent d’y remédier. Enfin, une application attractive du convertisseur matriciel à la conduite de la machine asynchrone dans un système de production d’énergie électrique d’origine éolienne est proposée. Au chapitre 1 du présent rapport de thèse, nous présenterons la modélisation du convertisseur matriciel, en élaborant son modèle de connaissance sans a priori sur la commande en utilisant le réseau de Petri, et son modèle de commande au sens des valeurs moyennes en vue de la commande. Au chapitre 2 quelques stratégies de commande du convertisseur seront exposées et analysées. L’étude par simulation est effectuée sous l’environnement Simulink du Matlab. Le chapitre 3 introduira les commutations dans le convertisseur matriciel, après une description des différentes configurations possibles des commutateurs bidirectionnels, une attention particulière sera portée sur le problème de commutation dans le convertisseur matriciel réalisé par des commutateurs à deux interrupteurs en antiparallèle. Nous terminons, ce chapitre, par les différentes techniques adoptées pour remédier au problème de commutations dans le MC. Le chapitre 4 présente quelques topologies du convertisseur matriciel indirect, nous commencerons par examiner les différentes topologies possibles pour réaliser le convertisseur IMC. Un algorithme de commande MLI adapté sera ensuite implémenté. Afin de vérifier sa faisabilité, des simulations numériques sont prévues. Nous terminerons, dans la perspective de développement des structures multi-niveaux du convertisseur matriciel, nous présenterons la topologie IMC à trois niveaux et son algorithme de commande. L’objectif du chapitre 5 concernera, dans un premier temps, l’étude et la modélisation de diverses parties du système éolien à vitesse variable munie d’un dispositif de stockage inertiel. Dans un second temps, les différentes approches de commande pour chaque partie sont fournies. Enfin, la présentation des simulations numériques du comportement dynamique du système global étudié ainsi qu’une interprétation des résultats obtenus avec un accent particulier sur les performances du système grâce à l’introduction du convertisseur matriciel. On terminera par une conclusion du travail réalisé ainsi que quelques idées en perspectives.