éTude d'un systeme éolien autonome basé sur une génératrice asynchrone auto excitée

ÉTUDE D'UN SYSTEME ÉOLIEN AUTONOME
BASÉ SUR UNE GÉNÉRATRICE ASYNCHRONE
AUTO-EXCITÉE
MEMOIRE DE MASTERE
L’ECOLE NATIONALE D’INGENIEURS DE GABES
en vue de l’obtention du
DIPLOME DE MASTERE DE RECHERCHE EN GENIE
ELECTRIQUE : SYSTEMES INTELLIGENTS & ENERGIE
RENOUVELABLE
par
Mme DALILA Chouaya
République Tunisienne
Ministère de l’Enseignement
Supérieur et de la Recherche Scientifique Université de
Gabès
Ecole Nationale d’Ingénieurs de Gabès
2019 / 2020
Encadré par : M. LASSAAD Sbita

TABLE DES MATIÈRES
Modélisation et simulation
des GAS à cage
Auto-amorçage de la génératrice
asynchrone en régime linéaire
Génératrice asynchrone en
régime de saturation
Modélisation et simulation
du système
Conclusion et perspectives
Introduction générale
Étude bibliographique
Modélisation de la turbine
éolienne

L' énergie d'origine éolienne fait partie des EnRs. Un aérogénérateur, plus communément appelé
éolien, est un dispositif qui transforme une partie de l'énergie cinétique du vent en énergie
mécanique disponible sur un arbre de transmission puis en énergie électrique par l'intermédiaire
d'une génératrice électromagnétique accouplée à la turbine éolienne.
Déﬁnition de l’énergie éolienne
1
Conversion de l'énergie cinétique du vent

Situation actuelle de l’énergie éolienne
L’année 2020 devrait être une
année record pour l’énergie
éolienne, et le GWEC prévoit
76GW de nouvelles capacités.
Cependant, l’impact total du
COVID-19 sur les installations
éoliennes est encore inconnu.
Croissance de la puissance éolienne installée dans le monde de 2001 à 2019,
2
GWEC : Global Wind Energy Council
Le plus grand marché éolien au monde est la
Chine, avec une capacité de plus de 237 GW d’
énergie éolienne installée ,

La répartition spatiale de l’énergie éolienne à l’échelle de la Tunisie indique très clairement que certaines régions
sont beaucoup plus favorables que d’autres à l’utilisation de l’énergie éolienne.
Énergie éolienne annuelle pour les différents sites en Tunisie,
Situation actuelle de l’énergie éolienne
3

L’énergie éolienne est une forme indirecte de l’énergie solaire. L’absorption du rayonnement solaire
dans l’atmosphère engendre des différences de température et de pression qui mettent les masses d’air
en mouvement, et créent le vent. L’éolienne transforme une partie de l'énergie cinétique du vent en
énergie mécanique disponible sur un arbre de transmission puis en énergie électrique par
l'intermédiaire d'un générateur.
Principe de fonctionnement de l’énergie éolienne
Le SCE est constitué d’un générateur
électrique, entrainé par une turbine éolienne à
travers le multiplicateur, d’un système de
commande, d’un convertisseur statique, d’un
transformateur et enfin d’un réseau électrique.
Principaux organes du système de conversion éolien,
4
SCE : Système de conversion Eolien

Différent type des éoliennes
Classification des turbines éoliennes,
Deux types des éoliennes,
5

Descriptif d’une l’énergie éolienne
Coupe d’une nacelle, source : repower
6

Avantages et inconvénient d’une éolienne
Inconvénients Le manque de ﬂexibilité et
son inconstance ;
Des effets sur le paysage
(esthétique) ; problème du
bruit ;dépendante de la
topographie;
Avantages
Ne produit ni pollution, ni
déchets ;
Ne produit aucun rejet
atmosphérique ni déchet
radioactif ;ne nécessite
aucun carburant ;
Le coût d’investissement
nécessaire est faible par
rapport à des énergies
plus traditionnelles.
7

Application des éoliennes
Une éolienne est un dispositif capable de
récupérer l’énergie cinétique présente dans le
vent. Cette énergie sera transformée en énergie
mécanique de rotation en tenant compte du
rendement de la machine. Ce dernier peut être
exploité de deux manières :
❏ Directement pour entraîner une pompe ;
❏ Pour entraîner une génératrice électrique.
Dans le cas de production d’énergie électrique
deux cas d’énergie se présentent :
❏ Utilisée directe sur réseau de distribution ;
❏ Utilisée directe dans une habituation avec
accumulateur.
L’énergie éolienne sert d’un côté de complément aux moyens traditionnels de
production, d’un autre côté à la production pour alimenter les sites non raccordés.
8

Taille des aérogénérateurs
Aﬁn d’utiliser le maximum de la force du vent, on
cherche à ce que l'hélice balaie une surface où le
vent est maximum, pour cela les éoliennes sont
très hautes perchées pour ne pas subir les effets
de sol qui freinent le vent.
Evolution de la taille des éoliennes
9

Classement des éolienne
➔ Performances limitées mais structure
électrique plus simple, robuste et
ﬁable ;
➔ Peu de probabilité d’excitation des
fréquences de résonance des
éléments de l’éolienne ;
➔ Pas besoin du système électronique
de commande ;
➔ Faible coût de construction et
maintenance.
★
Éoliennes
à
vitesse
ﬁxe
➔ Fort rendement de conversion d’
énergie ;
➔ Oscillations du couple réduit ;
➔ Efforts subis par le convertisseur de
puissance réduit ;
➔ Génération d’une puissance
électrique d’une meilleure qualité ;
➔ Stress mécanique réduit.
★
Éoliennes
à
vitesse
variable
10

On peut classer les générateurs éoliens selon différentes
catégories :
❏ La nature du convertisseur électromécanique (machine
synchrone, asynchrone, etc...) ;
❏ La nature de l'accouplement mécanique (présence de
multiplicateur de vitesse ou attaque directe) ;
❏ Le type de fonctionnement (vitesse ﬁxe ou variable).
Spéciﬁcité des générateurs électriques éolien
11

Spéciﬁcité des générateurs électriques éolien Générateurs asynchrones
Machines asynchrones à cage d'écureuil
Grâce à ses qualités de robustesse et de faible coût ainsi que
l'absence de balais-collecteurs ou de contacts glissants sur des
bagues ce qui la tout à fait appropriée pour l'utilisation dans les
conditions parfois extrêmes que présente l'énergie éolienne.
Elles offrent des performances attractives en termes de coût
d'investissement, tout particulièrement dans les solutions de
base où elles sont directement connectées au réseau.
Génératrice asynchrone à cage à vitesse fixe,
Génératrice asynchrone à cage à vitesse variable,
12

Spéciﬁcité des générateurs électriques éolien
Génératrice asynchrone à double alimentation avec
convertisseurs MLI,
Machines asynchrones à rotor bobiné MADA
Elles offrent un potentiel économique très attractif pour la
variation de vitesse. Malgré un surcoût (machines non
standards et construction plus complexe) par rapport à une
machine à cage et la présence d'un système bagues-balais
triphasé, elles permettent d'exploiter des variateurs
électroniques de puissance réduite.
Notons que l'usure des contacts tournants occasionne une
maintenance plus importante que celle des machines à cage,
ce qui constitue un inconvénient, en particulier pour les
systèmes offshore.
Générateurs asynchrones
Lorsqu'il s'agit de réaliser un entraînement à
vitesse variable, on leur préfère plutôt des
machines à rotor bobiné doublement alimentées
qui offrent d'excellents compromis
performances/coût
13

Spéciﬁcité des générateurs électriques éolien Générateurs synchrones
Générateurs synchrones
Les éoliennes basées sur une GADA présentent l'inconvénient
de nécessiter un système de bagues et de balais et un
multiplicateur, induisant des coûts signiﬁcatifs de maintenance
en particulier pour les projets offshore situés en milieu salin.
Pour limiter ces inconvénients, certains constructeurs ont développé
des éoliennes basées sur des machines synchrones à grand nombre de
paires de pôles et couplées directement à la turbine, évitant ainsi le
multiplicateur. Si, de plus, la génératrice est équipée d'aimants
permanents; le système de bagues et de balais est éliminé.
Génératrice synchrone à rotor bobiné. (a) avec
redresseur à diodes, (b) avec convertisseurs
MLI,
14

Hypothèses simplificatrices
Modélisation de la turbine éolienne
Afin de modéliser la turbine, nous appuierons sur un certain nombre d’hypothèses
simplificatrices, qui sont le plus couramment considérées,
Ainsi nous supposerons que :
➢ Les trois pales sont considérées de conception identique et possèdent donc la même
inertie, la même élasticité et le même coefficient de frottement par rapport à l’air ;
➢ Les trois pales sont orientables et présentent toutes un même coefficient de
frottement par rapport au support ;
➢ La répartition de la vitesse du vent est uniforme sur toutes les pales, et donc une
égalité de toutes les forces de poussée ;
➢ Le coefficient de frottement des pales par rapport à l’air est négligeable ;
15

Partie Aérodynamique (le Vent)
Le vent est l’énergie primaire des aérogénérateurs. L’énergie cinétique contenue dans le
vent est transformée en partie en énergie mécanique par la turbine, puis en énergie
électrique par le générateur. C’est donc une variable importante à modéliser car la précision
des simulations dépendra de la qualité de son modèle.
Modèle du vent
Le choix géographique d'un site éolien est primordial dans un projet de production d'énergie. Les
caractéristiques du vent vont déterminer la quantité de l'énergie qui pourra être effectivement
extraite du gisement éolien. Pour connaître les propriétés d'un site, des mesures de la vitesse du vent
ainsi que de sa direction, sur une grande période du temps, sont nécessaires.
16

Turbine éolienne
Simulation Profil de la vitesse du vent
Partie Aérodynamique (le Vent)
17

Partie Mécanique
Dans cette partie, il y a la turbine éolienne, le multiplicateur de vitesse et le rotor de la
génératrice : la turbine éolienne se compose de 3 pales orientables; le multiplicateur adapte la
vitesse de la turbine éolienne à celle du générateur électrique qui tourne à sa vitesse nominale .
Modèle de la turbine
La turbine éolienne transforme l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique :
- Théorie du disque actuateur et limite de Betz
Tube de courant autour d'une éolienne
On considère par la suite que :
La force de portance au rotor de la turbine:
18

Partie Mécanique
Coefﬁcient aérodynamique de puissance
19

Partie Mécanique
La limite de Betz est la limite théorique qui fixe la puissance maximale extractible pour une vitesse de
vent donnée. En réalité, cette limite n'est jamais atteinte et chaque éolienne est définie par son propre
coefficient de puissance exprimé en fonction de la vitesse relative représentant le rapport entre la
vitesse de l'extrémité des pales de l'éolienne et la vitesse du vent et de l'angle de l'orientation de la
pale ; le ratio de vitesse est définie par :
La puissance aérodynamique apparaissant au niveau du rotor de la turbine s'exprime par :
20

Partie Mécanique
- Evolution des coefﬁcients d'un aérogénérateur (Cp
, λ , β) :
Coefficient aérodynamique Cp en fonction du ratio de vitesse
Modèle du multiplicateur
21

Partie Mécanique
Modélisation de l’arbre de la machine
22
La masse de la turbine éolienne est reportée sur l’arbre de la turbine sous la forme d’une
inertie turbine et comprend la masse des pales et la masse du rotor de la turbine.
L’équation fondamentale de la dynamique permet de déterminer l’évolution de la vitesse
mécanique à partir du couple mécanique total appliqué au rotor :
Le couple résistant dû aux frottements est modélisé par un coefﬁcient de frottements visqueux :

Schéma bloc du modèle de la
turbine
La turbine génère le couple aérodynamique qui sera appliqué au multiplicateur.
Les entrées de la turbine sont :
● La vitesse du vent ;
● L’ angle d’orientation des pales ;
● La vitesse de rotation de la turbine .
Schéma bloc du modèle de la turbine
23

Stratégies de commande de la turbine éolienne
Méthodes de recherche du point maximum de puissance
La caractéristique de la puissance optimale d’une
éolienne est fortement non linéaire et en forme de
« cloche ». Pour chaque vitesse de vent, le système
doit trouver la puissance maximale ce qui
équivaut à la recherche de la vitesse de rotation
optimale.
Caractéristiques de l’éolienne dans le plan puissance, vitesse de rotation.
24

Fonctionnement optimal de la turbine
Fonctionnement optimal de la turbine
La référence de la vitesse de la turbine correspond à celle correspondant à la valeur optimale du
ratio de vitesse ( à β = 2 ) permettant d’obtenir la valeur maximale du Cp .
Cette vitesse de référence dépend de la vitesse de la
turbine à ﬁxer pour maximiser la puissance extraite. En
prenant en compte le gain du multiplicateur, on a donc :
25

Méthodes de recherche du MPPT avec asservissement
Schéma bloc de la maximisation de la puissance extraite avec asservissement de la vitesse,
Le correcteur de vitesse Cass doit accomplir
deux tâches :
★ Il doit asservir la vitesse mécanique à
sa valeur de référence ;
★ Il doit atténuer l’action du couple
éolien qui constitue une entrée
perturbatrice.
Un régulateur ‘PI ’ sufﬁt pour répondre à ce cahier des charges.
26

Turbine éolienne
Résultats obtenus par simulation - Commande MPPT avec asservissement de la vitesse
27

Inconvénients Une mesure erronée de la
vitesse conduit forcément
à une dégradation de la
puissance captée .
Avantages
Cette stratégie ,
nous permettons de
contrôler la vitesse
de la génératrice .
28
Méthodes de recherche du MPPT avec asservissement

Cette méthode est basée sur l’hypothèse que la vitesse du vent, et par conséquent la
vitesse de rotation de la turbine varient très peu en régime permanent. Donc le
couple aérodynamique optimale est déterminé par l’expression :
Connaissant la vitesse de rotation de la turbine , la vitesse du vent
sera déduite de l’équation de la vitesse spéciﬁque comme suit :
29
Méthodes de recherche du MPPT sans asservissement

Pour extraire le maximum de la puissance générée, il faut ﬁxer le ratio de vitesse à la
valeur qui correspond au maximum du coefﬁcient de puissance . Le couple
électromagnétique de référence doit alors être réglé à la valeur suivante :
L’expression du couple de référence devient alors proportionnelle au carrée de la
vitesse de la génératrice :
30

Schéma bloc de la maximisation de la puissance extraite sans asservissement de la vitesse,
31

Turbine éolienne
Résultats obtenus par simulation - Commande MPPT sans asservissement de la vitesse
32

Inconvénients
La dynamique du système en
boucle fermée ne compense
pas la dynamique du système
mécanique, ce qui conduit à
réponse relativement lente
du système par rapport à des
variations du vent.
Avantages
Cette stratégie ne dépend
plus du vent, il dépend
directement de la vitesse de
rotation de la génératrice
pour calculer une vitesse
optimale de la turbine pour
développer un couple de la
génératrice optimal.
33

Les résultats obtenus pour les deux stratégies de contrôle MPPT (avec et sans asservissement de vitesse)
montrent des bonnes performances statiques et dynamiques, un temps de réponse souhaitable offertes
par les deux techniques.
34

Génératrice asynchrone à cage d’écureuil auto-excitée
❏ La génératrice asynchrone à cage (GAS) n’engendre pas sa propre énergie d’excitation
contrairement à l’alternateur.
❏ Pour cette raison il faudra lui apporter cette énergie et stabiliser sa tension de sortie et sa
fréquence.
❏ Ainsi, on connecte aux bornes du stator une batterie de condensateurs et on fait tourner le
rotor de la machine à la vitesse nécessaire.
❏ La présence d’un ﬂux magnétique est indispensable pour l'auto amorçage de la génératrice.
35
Modélisation et simulation des GAS
triphasé à cage Auto-amorcée

Modélisation et simulation des GAS
triphasé à cage
❏ Quand on accélère progressivement la GA à une vitesse moitié de celle du synchronisme ns,
le ﬂux rémanent Φr
créé dans l’enroulement statorique une force électromotrice Er
sous
l’action de laquelle un courant Is
va circuler vers les condensateurs renforçant ainsi le ﬂux
rémanent.
Auto-amorcée
Schéma de la GAS auto-amorcée
36

Modélisation de GAS en fonctionnement linéaire
➢ On considère que la machine fonctionne en régime
équilibré ;
➢ On suppose les circuits magnétiques non saturés, et
suffisamment feuilletés pour que les pertes fer sont
négligeables. Les relations entre les flux et les
courants sont d'ordres linéaires ;
➢ On considère la densité de courant uniforme dans la
section des conducteurs élémentaires, L’influence
de l’effet de peau n’est pas prise en compte ;
➢ Le phénomène hystérésis et les courants de
Foucault sont négligés ;
➢ Les enroulements statoriques et rotoriques
sont symétriques et la est distribuée
sinusoïdalement le long de la périphérie des
deux armatures ;
➢ On ne tient compte que du premier
harmonique d'espace de distribution de force
magnétomotrice de chaque phase du stator et
du rotor ;
➢ L’entrefer est d'épaisseur uniforme (constant),
les inductances propres sont constantes, les
inductances mutuelles sont des fonctions
sinusoïdales de l'angle entre les axes des
enroulements rotoriques et statoriques.
37

Auto-amorçage de la génératrice asynchrone à vide
Schéma équivalent lors de l'auto-amorçage à vide,
❏ L’auto-amorçage de la génératrice ne se produit qu’en présence du condensateur.
❏ Il faut noter que lorsque la machine n’est pas saturée, la caractéristique de magnétisation Φm
(Im
) est une
droite de pente sensiblement égale à la mutuelle M .
Fonctionnement en génératrice auto-amorcée,
où :
Zc
impédance du condensateur
ZG
impédance équivalente de la
génératrice.
38

Nous avons :
Et On a :
On aura :
En introduisant le coefﬁcient de dispersion :
39

❏ Le fonctionnement stable de la génératrice
asynchrone auto-amorçée sera assuré si
l'impédance résultante est telle que :
Le phénomène d’amorçage correspond au passage d’un
état d’équilibre instable (début de l’amorçage) à un état
d’équilibre stable (point de fonctionnement ﬁnal) déﬁni
par les conditions :
: Désigne la pulsation des grandeurs
statoriques en régime d'auto-amorçage et
wr
la pulsation mécanique (p Ωr
) .
Le glissement g :
40

❖ Par conséquent, l'amorçage ne peut se produire
que si l'énergie fournie au système par l'organe
d'entraînement est supérieure à l'énergie
consommée dans les résistances rs
et rr
ʹ ;
❖ la puissance fournie au système correspond à la
puissance dissipée dans la résistance :
❖ La condition d'amorçage peut, dès lors, s'exprimer
sous une forme simple :
La partie réelle est égale à :
La condition d’amorçage s’exprime par conséquent par :
g2
< g < g1
Détermination du domaine d’amorçage,
41

❖ Pour des valeurs très faibles de g ;
❖ D’où : pour
❖ La machine tourne pratiquement à sa vitesse de
synchronisme ( g1
= 0 ).
42

❖ Pour des valeurs très importantes de g ;
❖ D’où :
❖ Connaissant les glissements limités g1
et g2
, .On en
déduit les valeurs extrêmes de la capacité C , qui
déﬁnissent le domaine dans lequel l'amorçage peut
avoir lieu.
❖ La génératrice asynchrone ne recevant d'autre
énergie réactive que celle provenant de la capacité
C .
❖ On peut tirer la valeur de la capacité qui doit être
branchée :
43

❖ Pour g = g1
≈ 0 ; on a : w1
= wr
, d’où :
❖ Cette capacité correspond à la résonance avec
l'inductance propre statorique ,Ls
.
❖ Comme g = g1
≈ 0 , la machine génère une fréquence
nominale en tournant pratiquement à la vitesse de
synchronisme.
❖ Pour :
❖ La capacité C2
correspond à la résonance avec
l'inductance Ls
σ qui n'est autre que l'inductance de
court-circuit de la machine.
❖ Cette solution est à rejeter car pour générer la
fréquence nominale, la machine doit tourner
pratiquement au double de sa vitesse de
synchronisme.
44

❖ Lorsqu’un moteur asynchrone est compensé en
plein charge au moyen d’une capacité C d’une façon
à ce que le facteur de puissance résultant soit égal à
l’unité, il y a un risque d’auto-amorçage lorsque le
moteur est déclenché en restant connecté aux
condensateur.
❖ En effet, la capacité C est telle que la
pulsation de résonance w0
est largement
inférieure à wn
:
❖ Avec les réactances Xcn
et Xsn
calculées à la
fréquence nominale :
45

Modélisation de l’auto-amorçage à vide ,
❖ Pour simuler auto-amorçage il sufﬁt de résoudre le système d'équations de tension en tenant compte de la
tension aux bornes du condensateur. Le système d'équations ﬁnal, dans un référentiel lié au stator, est exprimé
comme suit :
46

Simulation de l’auto-amorçage à vide ,
❖ Pour
Influence de la capacité :
❖ Pour
47

Interprétation des résultats Simulation de l’auto-amorçage à vide ,
❖ L’ évolution de la tension lorsque l’excitation nécessaire à l’auto-amorçage varie par la variation du
condensateur. On constate que l’augmentation et la diminution de la valeur de la capacité inﬂue sur le
transitoire de la tension ; les courants statorique augmentent pour et diminuent pour
❖ Si la valeur du condensateur est telle que la tension après une tentative à l’oscillation, décroit
rapidement pour atteindre une valeur très petite.
❖ Par conséquent, l’auto-amorçage n’a lieu que pour une certaine valeur du condensateur telle que
qui correspond à la résonance, et une vitesse de rotation donnée.
❖ Par contre cette variation n'a pas beaucoup d'effet sur la fréquence de la tension mais seulement la vitesse.
Influence de la capacité :
48

Modélisation de GAS en fonctionnement non
linéaire (de saturation)
Le modèle linéaire de la génératrice asynchrone n'est donc pas réel et le fonctionnement
correct de la génératrice est redevable à la prise en compte de la saturation du circuit
magnétique de la machine.
En régime de saturation, les ﬂux et les courants ne sont plus proportionnels. La caractéristique
de magnétisation se compose en plus de la partie linéaire, d'une partie dite coude et une autre
dite de saturation. C'est cette partie qui va limiter les grandeurs de la génératrice.
49

linéaire (de saturation)
➢ Entrefer constant, Effet des encoches
négligé,
➢ Distribution spatiale sinusoïdale des forces
magnétomotrices d’entrefer,
➢ Circuit magnétique saturé et à
perméabilité constante,
➢ Pertes ferromagnétiques négligeables,
➢ L’influence de l’effet de peau et de l’
échauffement sur les caractéristiques
n’est pas prise en compte.
La machine électrique étant un système très complexe, nous allons simplifier son étude
moyennant les hypothèses simplificatrices suivantes :
50

Génératrice asynchrone en régime de saturation
❖ En régime de saturation, les ﬂux et les courants ne sont plus proportionnels.
❖ La caractéristique de magnétisation se compose en plus de la partie linéaire, d'une partie dite coude et une
autre dite de saturation.
❖ C'est cette partie qui va limiter les grandeurs de la génératrice .
Fonctionnement à vide
❖ L’origine de la FEM induite est similaire à celle de l’alternateur c.-à-d. E = f (n, φ).
❖ Entre la FEM E et le courant de magnétisation il existe deux relations :
❖ E = f (Im
) caractéristique interne ;
❖ E = Xc
Ic
= Xc
Is
qui est une droite semblable à la droite des inducteurs dans le
cas d’une génératrice shunt
Caractéristique de
fonctionnement à vide
51
linéaire

❖ Lors de la variation de C , le point A
se déplace sur la courbe E = f (Im
) ;
or quand C augmente, A vient en Aʹ
et, à cet effet, le courant augmente ;
on peut aussi augmenter la tension
en maintenant C constant tout en
augmentant la vitesse de rotation nʹ,
le point A vient donc en Aʹʹ (courbe
pointillé).
Fonctionnement à vide
❖ Le tracé de ces deux caractéristiques (ﬁgure) montre que le point de
fonctionnement est en A (point d’intersection des deux courbes.
❖ La position du point A est liée à la pente de la droite :
Caractéristique de fonctionnement à vide
52
linéaire

Équations de la génératrice dans le repère U,V.
Réécrivons le système d'équations :
Schéma équivalent de GAS dans le référentiel de Park généralisé
53
linéaire

Disposition des enroulements suivant les axes U, V.
Les expressions des ﬂux sont :
Représentation schématique des flux
selon les axes U,V
54
linéaire

L'inductance de magnétisation :
A partir des conditions magnétiques linéaires,
il en résulte que :
L’ expression du courant de magnétisation est :
55
linéaire

Le référentiel est lié au stator :
Système d’équations :
On tient compte de la saturation du
circuit magnétique de la machine :
56
linéaire

Mise sous forme d’état du modèle biphasé :
La condition nécessaire pour l’auto-amorçage est
exprimée par :
57
linéaire

SEIG avec turbine
Modélisation et simulation du système
Ce générateur asynchrone (AG) fournira de
l'énergie électrique pour alimenter une charge
inductive-résistive. Un banc de condensateurs
de capacité ﬁxe C fournit la puissance réactive
requise pour l’aimantation de la machine et
assure la puissance réactive consommée par la
charge. [31]
Schéma de principe d'un SEIG en mode autonome,
58

SEIG avec turbine
Présentation de la génératrice asynchrone en charge R :
On utilise le schéma monophasé côté stator dans le
repère (d,q), :
Schéma monophasée statorique à charge R
dans le repère (d)
Schéma monophasée statorique à charge R
dans le repère (q)
59

SEIG avec turbine
Présentation de la génératrice asynchrone en charge R :
On utilise le schéma monophasé côté stator dans le
repère (d,q), : Simulation de l’auto-amorçage en charge R :
Evolution de la tension d’auto-amorçage
Pour :
60

SEIG avec turbine
Simulation de l’auto-amorçage en charge R :
Evolution de du courant de ligne statorique
★ On branche une charge résistive aux bornes
de la génératrice auto-excitée. La tension
diminue à l’instant d'introduction de la charge
tandis que le courant de la ligne diminue pour
fournir le courant de charge.
61

SEIG avec turbine
Présentation de la génératrice asynchrone en charge (R-L) :
Le principe de l’auto-amorçage en charge demeure le
même qu’à vide, sauf que les équations de l’excitation
vont prendre une autre forme. Sachant que les
charges sont connectées en étoile aux bornes de la
génératrice, les équations dans le repère de Park
généralisé (U, V) sont [24] :
Avec :
62

SEIG avec turbine
Présentation de la génératrice asynchrone en charge (R-L) :
En écrivant les équations selon (α,β), on obtient le
système d’équations suivant :
En mettant les systèmes d’équations sous forme d’
état, on trouve :
63

SEIG avec turbine
Simulation de l’auto-amorçage en charge R-L :
Evolution de la tension d’auto-amorçage en charge R-L Evolution du courant de ligne statorique en charge R-L
★ L’insertion de la charge engendre des diminutions aux niveaux de l’ensemble des caractéristiques de
la SEIG par rapport à celles observées en fonctionnement à vide.
64

SEIG avec turbine
Inﬂuence de la vitesse
★ Dans ce cas, Les résultats de simulations montrent que les grandeurs statoriques sont directement inﬂuencées
par le changement de vitesse de rotation.
Influence de la vitesse sur la tension statorique
Pour : Vv
variable
Résultats de la simulation :
Influence de la vitesse sur le courant statorique
65

03
01
Étudier un système
éolien basé sur une
GAS auto-excitée.
Élaborer une stratégie
de commande aﬁn
d’optimiser le rendement
énergétique du système
02
Faire la modélisation
et la Simulation du
système
Objectif du projet
Conclusion
66

★ Utiliser un autre générateur plus performant comme le GADA;
★ Utiliser des nouvelles méthodes de contrôle basé sur les observateurs (neuronal et ﬂou) au
lieu aux stratégies traditionnels ;
★ Réaliser une plateforme expérimentale permettant d’expérimenter en temps réel;
★ Intégrer le système de stockage dans une éolienne à vitesse variable en vue d’un
fonctionnement sur réseau ou sur charges isolées. Aﬁn de constituer un ensemble capable de
fournir des services systèmes: réglage de la tension, réglage de la fréquence, réglage de la
puissance réactive.

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