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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’enseignement sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’enseignement supérieur de la recherche scientifique Université Abderrahmane MIRA de Bejaia Faculté de Technologie Département de Génie Electrique Mémoire de fin de cycle En vue de l’obtention du diplôme de Master en Electrotechnique Option : Energies Renouvelables Réalisé par : Encadré par : Melle SALI Sara Mme S. BELAID Melle OUAKLI Aldjia Mr K. IDJDARENE Année universitaire: 2016/2017 Commande non linéaire d’un système de pompage photovoltaïque Remerciements Avant tout nous tenons à remercié le bon Dieu de nous avoir donné la force, le courage pour dépasser toutes les difficultés. Ce travail est l’aboutissement d’un long cheminement aux cours duquel on a bénéficié de l’encadrement, et du soutien de plusieurs personnes, à qui on tient à dire profondément et sincèrement merci. Tout d’abord on tient à exprimer notre profonde gratitude aux directeurs de ce mémoire Md Belaïd Sofia et Mr Idjdarene Kassa tous deux maîtres de conférences au département de génie électrique de l’université de Bejaïa. Pour avoir assurés de manière agréable le suivi quotidien de notre travail et pour nous avoir fait profiter de leurs expériences leurs compétences scientifiques, leurs conseils, pour leurs disponibilités malgré leurs emplois du temps chargé, pour leurs confiances, leurs égards, leurs respects et sympathies. Nous tenons également à remercier messieurs les membres de jury Mr Madi Yazid et Mr Taraft Saci pour L’honneur qu’ils nous ont fait en acceptant de juger ce travail. Dédicace Au nom de Dieu le clément et le misécordieux louange à ALLAH le tout puissant. On dédie ce modeste travail en signe de respect, reconnaissance et de remerciement à nos très chers parents que Dieu les gardent et les Protègent pour leurs soutien moral et financier, pour Leurs encouragements et les sacrifices qu’ils ont endurés. A nos très chers frères et sœurs. Aux deux familles Ouakli et Sali. A tout nos amies. A tout ceux qui ont participé à l’élaboration de Ce modeste travail et tous ceux qui nous sont chers. Mlle Ouakli Aldjia & Mlle Sali Sara Sommaire Sommaire Liste des symboles …………………………………………………………………………i Liste des figures ……………………………………………………………………………ii Liste des tableaux …………………………………………………………………………iii Introduction générale ………………………………………………………………..……..1 Chapitre 1 : Généralités sur les systèmes de pompages photovoltaïque Introduction…………………………………………………………………………………4 I.1 Pompage photovoltaïque………………………………………………………………...4 I.1.1 Pompage au fil du soleil …………………..………………………………………...4 I.1.2 Pompage avec batterie.……………..……………………………………………….5 I.2 Configuration typique d’un système de pompage photovoltaïque………………….…..6 I.2.1 Systèmes de petite puissance (50- 400W) …………………………………………6 I.2.2 Système de moyenne puissance (400-1500W)…………………..………………….7 I.3 Description des différents composants d’un système de pompage PV……...………….8 I.3.1 Généralité sur l’énergie photovoltaïque…………………………………………….8 I.3.1.1 Historique du photovoltaïque…………………………………………………..8 I.3.1.2 La conversion de la lumière en électricité……………………………………...9 I.3.1.3 Principe de fonctionnement d’une cellule solaire……………………………..10 I.3.1.4 Caractéristique du fonctionnement d’une cellule photovoltaïque ….................11 I.3.1.5 Technologie des cellules photovoltaïque ..........................................................11 I.3.1.6 Avantages et inconvénients du photovoltaïque………....……………………..13 I.3.1.7 Modèles et caractéristiques de cellule photovoltaïque………………………...14 I.3.1.8 Le module photovoltaïque ………………………..…………………………..15 I.3.1.9 Générateur photovoltaïque........................................................................…....16 I.3.1.10 Association en série et en parallèle des cellules photovoltaïques…….……..16 Sommaire I.3.1.11 Protection des modules photovoltaïques…………………..………………...17 I.3.1.12 Les différents systèmes photovoltaïques ………….……………….…...…...17 I.3.2 Les convertisseurs statiques DC/DC …………………………………………...…18 I.3.2.1 Hacheur dévolteur …………………………………………………………....18 I.3.2.2 Hacheur survolteur................................................................................…......18 I.3.2.3 Convertisseur DC/AC (Onduleur)………....……………….………………....19 I.3.3 Commande MPPT……...........................................................................................19 I.3.4 Groupe moteur-pompe……………………………………………………………..20 I.3.4.1 Moteurs...……………………………………………………………………...20 I.3.4.2 Pompes…………………………………………………………………...…...21 I.4 Structure du système de pompage à étudié……...…………………………………….25 Conclusion….……………………………………………………………………………..26 Chapitre 2 : Modélisation des différents éléments du système de pompage photovoltaïque Introduction………………………………………………………………………………28 II.1 Modélisation du générateur photovoltaïque…………………………………………28 II.1.1 Modèle électrique d’un générateur photovoltaïque …….…………….…………28 II.1.2 Caractéristique courant-tension d'un module…………………………..………...31 II.1.2.1 Influence de l’irradiation………………..…………………………..…….…32 II.1.2.2 Influence de la température…….………………………………………..…..33 II.2 Modélisation du convertisseur statique DC/DC………………….…………………..33 II.3 Modélisation de l’onduleur de tension à MLI…………………….……………..…..35 II.4 Modélisation du moteur asynchrone ……………………………….……………….37 II.5 Modélisation de la pompe centrifuge ……………………………….…………...….39 Conclusion……………………………………………………………….…………........40 Sommaire Chapitre 3: Optimisation et commande du système de pompage photovoltaïque Introduction ………………………………………………………………………..……42 III.1 Les étapes de dimensionnement d’un système de pompage photovoltaïque …..…42 III.1.1 Evaluation des besoins en eau………………………………………………….42 III.1.2 calcul de l’énergie électrique quotidienne requise …………………………….42 III.1.3 Détermination de l’énergie solaire disponible…………………………………43 III.1.3.1 Inclinaison et orientation optimale des capteurs photovoltaïques ……….43 III.1.3.2 Mois de dimensionnement ……………………………………………….44 III.1.4 Choix des composantes de système …………………………………………...44 III.1.4.1 Dimensionnement de la pompe centrifuge ……………………………….44 III.1.4.2 Dimensionnement du champ photovoltaïque …………………………….44 III.2 La commande du point de puissance maximum (MPPT)…………………………45 III.2.1 Méthode « Perturbation et Observation » …………………………………….46 III.3 Modélisation du bus continue …………………………………………………….47 III.4 Commande de la machine asynchrone .................................................................49 III.4.1 Commande directe du couple du moteur asynchrone…………………………49 III.4.2 Modèle du vecteur tension de l’onduleur……………………………………..50 III.4.3 Stratégie de commande directe du flux et de couple …………………………51 III.4.3 1. Principe du contrôle du flux statorique……………………………….…51 III.4.3.2 Contrôle du couple électromagnétique ………………………………….53 III.4.4 Structure du système de contrôle direct du couple…………………………...54 III.4.4.1 Estimateur du flux statorique ……………………………………………54 III.4.4.2 Estimation du couple électromagnétique……………………………..….55 III.5 choix de la séquence de commande………………………………………………55 III.6 Elaboration du vecteur de commande ……………………………………………56 Sommaire Conclusion……………………………………………………………………………...57 Chapitre 4 : Simulation du système de pompage photovoltaïque Introduction ……………………………………………………………………………59 IV.1 Simulation du système de pompage photovoltaïque ……………………………..59 IV.2 Résultats de la simulation ………………………………………………………...61 IV.3 Interprétation des résultats ………………………………………………………..68 Conclusion……………………………………………………………………………...69 Conclusion générale………………………………………………………………..…..71 Annexe Références bibliographiques Liste des symboles Liste des symboles  Impp : courant au point de puissance maximale appelé aussi courant optimum (A).  Iph : photo courant ou courant généré par l’éclairement (A).  Iod : courant de saturation de la diode (A).  Rs : résistance série (Ω).  Rsh : résistance shunt (Ω).  k : constante de Boltzmann (k= 1,38.10-23 (SI)).  q : charge de l’électron (q= 1,62.10-19 C).  Tj : température de la cellule (oC).  Iph : représente le photo- courant, il dépend de l’irradiation et de la température (A).  Id : courant de polarisation de la jonction PN (A).  Vmpp : tension au point de puissance maximale appelé aussi tension optimal (V).  Vco : tension en circuit ouvert (V).  Gstc et G : représentent respectivement, le niveau d’ensoleillement dans les conditions standards de fonctionnement et dans des conditions quelconques (W/m²).  Tstc, Tc : représentent respectivement, la température dans les conditions standards de fonctionnement et dans des conditions quelconques (°C).  Ipv : représentent la variation du courant par rapport à l’ensoleillement et à la température (A).  Vpv : représentent la variation de la tension par rapport à l’ensoleillement et à la température (V).  cc : représentent un coefficient d’incrémentation du courant Icc quand la température de la surface augmente de un degré Celsius (A/°C) (sous les conditions standards de fonctionnement).  co : représentent un coefficient d’incrémentation de la tension Vco quand la température de la surface augmente de un degré Celsius (V/°C) (sous les conditions standards de fonctionnement).  Rs : résistance série ().  Van, Vbn, et Vcn sont les tensions de phase de la charge, ou de sortie de l’onduleur et Vno est la tension du neutre de la charge par rapport au point fictif «O» (V).  S1, S2, S3 et des fonctions logiques correspondant à l’état de l’interrupteur pour un seul bras. Liste des symboles  P : est le nombre de paires de pôles.  Ω : vitesse du moteur asynchrone (rad/s)  Kr : un coefficient de proportionnalité [(Nm/ rad.s-1)2] .  Pn : puissance nominale du moteur asynchrone (W).  Ωn : vitesse nominale du moteur asynchrone (rad/s).  Eele : Energie électrique Habituellement exprimé en (KWh).  Q : Débit journalier (m3/ jour).  HMT : Hauteur manométrique (m).  Rp : En général le rendement des groupes motopompes.  g : Constante de gravité (9.81 m/s-1).  : La densité de l’eau (1000kg/m3).  ias, ibs et ics : sont des courants statoriques de la machine (A).  ICd : désignent le courant circulant dans la capacité de filtrage Cd (A).  so : le vecteur flux à l’instant t=0 (Wb).  Te : la période de commande.  φsd, φsq: Flux statorique direct et quadratique (Wb).  φrd, φrq: Flux rotorique direct et quadratique (Wb).  MPP: point de puissance maximum (maximum power point).  DTC : contrôle directe du couple (Direct torque control). Liste des figures Liste des figures Figure (I.1) : Principe de fonctionnement du pompage au fil du soleil……………….4 Figure (I.2): Caractéristiques du débit pour le pompage au fil du soleil……………..5 Figure (I.3): Caractéristiques du débit pour le pompage PV avec batterie…………..5 Figure (I.4) : Systèmes de petite puissance…………………………………………..7 Figure(I.5) : Schéma qui représente les différents composants d’un système photovoltaïque……………………………………………………………………………8 Figure (I.6) : Conversion de l’énergie solaire en électricité…………………………...9 Figure (I.7) : Principe de fonctionnement de la cellule photovoltaïque………………10 Figure (I.8) : Structure basique d’une cellule solaire………………...………………11 Figure (I.9) : Caractéristique I(V) d’une cellule Photovoltaïque……………………11 Figure (I.10) : Modèle équivalent d’une cellule réelle………………………….……14 Figure (I.11) : Modèle équivalent d’une cellule idéale………………………………15 Figure (I.12): Association en série…………………………………………………...16 Figure (I.13) : Association en parallèle………………………………………………17 Figure (I.14) : Hacheur dévolteur…………………………………………………….18 Figure (I.15) : Hacheur survolteur…………………………………………………...19 Figure (I.16) : Circuit de l'onduleur relié à la machine………………………………19 Figure(I.17) : Pompe centrifuge……………………………………………………...22 Figure (I.18) : Courbes du couple et du débit d'une pompe centrifuge………………23 Figure (I.19) : Pompe volumétrique………………………………………………….23 Figure (I.20) : Caractéristiques d'une pompe volumétrique………………………….24 Figure(I.21) : Structure d’un système de pompage photovoltaïque…………………..25 Figure (II.1) : Modèle d’un générateur photovoltaïque à une diode…………………28 Liste des figures uploads/Geographie/ commande-non-lineaire-d-x27-un-systeme-de-pompage-photovoltaique-2.pdf