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Modélisation et contrôle d'une chaîne de conversion d'énergie éolienne à vitesse variable connectée au réseau et utilisant une machine asynchrone

Brédard, Frédéric (2014). Modélisation et contrôle d'une chaîne de conversion d'énergie éolienne à vitesse variable connectée au réseau et utilisant une machine asynchrone. Mémoire. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Département de mathématiques, informatique et génie, 176 p.

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Résumé

RÉSUMÉ: L'intégration sur les réseaux de production électrique provenant de turbines éoliennes a grandement augmenté dans les dernières années. Cette génération d'énergie dispersée à travers le territoire peut entraîner des perturbations sur le réseau électrique. Ce projet de recherche consiste à pouvoir intégrer plus de production électrique provenant des turbines éoliennes sans craindre un impact négatif sur la stabilité du réseau électrique. Ùne étude complète a été effectuée pour une chaîne de conversion d'énergie éolienne à vitesse variable utilisant une machine asynchrone à cage d'écureuil et un convertisseur statique centré sur un bus à courant continu. Des modèles mathématiques pour chaque composant de cette chaîne sont développés et la réalisation d'un contrôle optimal du système est effectuée ce qui permet de maximiser le transfert de puissance vers le réseau infini et de participer à la régulation de la tension et de la fréquence de ce réseau. De plus, un banc d'essai éolien a été réalisé afrn de tester en pratique le système et son contrôle pour pouvoir comparer les résultats expérimentaux à ceux obtenus en simulation. La sélection de la vitesse de la génératrice éolienne, intégrée avec une régulation sur la vitesse mécanique et une régulation des courants dq du repère de Park du stator, permet d'aller extraire le maximum de la puissance disponible dans le vent. Les performances se montrent très bonnes avec un temps de réponse très rapide. Du côté du réseau, la synchronisation est effectuée grâce à une boucle à verrouillage de phase qui reste en phase avec le réseau même si celui-ci est en défaut. En appliquant un contrôle des puissances active et réactive compatibles en fréquence avec le réseau, il est possible de garder le facteur de puissance unitaire. Cela permet de diminuer au maximum les perturbations en tension sur le réseau électrique. Bien sûr ce contrôle est possible car la tension du bus à courant continu est asservie afin de rester à sa réference. Le banc d'essai expérimental qui est présenté, sert d'outil d'émulation pour le système réel. Un moteur simule l'action du vent en entraînant la génératrice de l'éolienne qui est reliée au réseau électrique. Un système complet de conversion d'énergie altematif-continu-alternatif est intégré avec son circuit de commande. -- Mot(s) clé(s) en anglais : wind turbine, variable speed, squirrel cage induction generator, control, dq (Park) frame, phase locked loop, electric grid, DC link, transistor-based converter, pulse width modulation. -- ABSTRACT: Wind turbine energy production grew quickly in the past few years. This dispersed energy source around the lands may cause some disturbances on the electric grid. This research project consists in being able to increase the wind turbine energy integration without the negative impacts that could impair the grid stability. A complete study about a variable speed wind turbine based on a squirrel cage induction generator is done. As the power transmission is achieved by a back-to-back converter with a DC link, an investigation is also done about this structure. Every component in the conversion chain is transferred into mathematical model. Then a control to maximize power transmission to the grid and participate in voltage and frequency regulations on the grid is designed. At last, a test bench is created in order to compare the simulation and experimental results. The system and his control are implanted to emulate the comportment of a real wind turbine. On the generator side, the MPPT is integrated with a speed control loop in addition to dq stator currents control loops from Park's model in order to produce the maximum power for every wind speed. The perforrnances are great with a good response time. On the grid side, the synchronization is performed by a PLL that keeps track on the instantaneous phase changes even during a default. As the frequency is compatible, the active and reactive power regulations can be processed adequately to keep the unity power factor and by that, to decrease the disturbances on the grid. This control is accurate only if the DC bus voltage is regulated at its reference. The experimental test bench presented is an emulation of a real wind turbine. A DC motor simulates the effect of the wind by driving the generator which is connected to the grid. A complete back-to-back converter with its control is integrated to match the grid voltage and frequency. -- Mot(s) clé(s) en anglais : wind turbine, variable speed, squirrel cage induction generator, control, dq (Park) frame, phase locked loop, electric grid, DC link, transistor-based converter, pulse width modulation.

Type de document: Thèse ou Mémoire (Mémoire)
Directeur de mémoire/thèse: Chebak, Ahmed
Co-directeur(s) de mémoire/thèse: Méthot, Jean-François
Informations complémentaires: Mémoire présenté dans le cadre du programme de maîtrise en ingénierie en vue de l'obtention du grade de maître en sciences appliquées (M.Sc.A.)
Mots-clés: Modelisation Eolienne Vitesse Variable Integration Reseau
Départements et unités départementales: Département de mathématiques, informatique et génie > Génie
Déposé par: DIUQAR UQAR
Date de dépôt: 09 févr. 2017 18:18
Dernière modification: 09 mars 2017 18:43
URI: http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/1089

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