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Revue des Energies Renouvelables SMEE’10 Bou Ismaïl Tipaza (2010) 337 – 346 337

Revue des Energies Renouvelables SMEE’10 Bou Ismaïl Tipaza (2010) 337 – 346 337 Commande en mode glissant de la MADA dans une éolienne à vitesse variable connectée au réseau Saci Taraft* , Djamila Rékioua et Djamal Aouzellag Laboratoire de Technologie Industrielle et de l’Information, Département d’Electrotechnique Université A. Mira, Route de Targa Ouzemour, Béjaia, Algérie Résumé - L’objectif de cet article est l’étude de comportement dynamique de l’aérogénérateur à base de la machine doublement alimentée (MADA) connectée au réseau. Le stator de la MADA est directement relié au réseau, par contre son rotor est connecté à ce dernier via une cascade (Redresseur, Filtre, Onduleur), où on a établi un modèle de fonctionnement de l’onduleur triphasé à trois niveaux à structure (NPC). Le contrôle de puissances active et réactive de l’éolienne est réalisé par le réglage des grandeurs rotoriques de la MADA, tout en appliquant la commande non linéaire dite en mode glissant. Dans un premier lieu, la modélisation des différentes parties de l’aérogénérateur est présentée. Pour maximiser la puissance captée, la technique d’extraction du maximum de puissance (MPPT) est appliquée. Dans un second lieu, le principe de contrôle des puissances mises en jeu entre le réseau et l’éolien est exposé. Enfin les résultats de simulation du comportement dynamique du système étudié sont présentés, ce qui nous a permis de justifier la fiabilité du modèle proposé et de la commande élaborée. Mot clés: Turbine - MADA - MPPT - Mode glissant - Convertisseur Statique AC/AC – Vitesse variable. 1. INTRODUCTION Une alternative, consiste à exploiter les énergies renouvelables, qui offrent la possibilité de produire de l’électricité et surtout dans une moindre dépendance des ressources à condition d’accepter leurs fluctuations naturelles [1]. L’éolienne à vitesse variable permet d’augmenter le rendement énergétique et d’améliorer la qualité de l’énergie produite par rapport à celle fonctionnant à vitesse fixe. Donc le contrôle de la vitesse de rotation de la machine est nécessaire à chaque instant [2]. La commande du système étudié basé sur la machine doublement alimentée par des méthodes classiques (action proportionnelle, intégrale et dérivée) implique la connaissance des différents paramètres qui peuvent influer sur celui-ci et agir en conséquence afin de contraindre le système à atteindre l’objectif fixé. Seulement, cette connaissance est souvent entachée d’erreurs et d’imprécisions. De plus, le couplage existant entre les variables, d’augmenter du système, rend le contrôle plus difficile. Il est possible de résoudre ce problème en utilisant des méthodes non linéaires et la commande par mode glissant, en est une. Cette dernière est considérée l’une des approches les plus simples pour la commande des systèmes non linéaire et les systèmes ayant un modèle imprécis [3, 4]. Le système étudié est représenté sur la figure 1. * taraft1@hotmail.com _ dja_rekioua@yahoo.fr _ aouzellag@hotmail.com S. Taraft et al. 338 Fig. 1: Schéma global du système étudié 2. MODELISATION DE L’AEROGENERATEUR 2.1 Modélisation de la turbine La puissance aérodynamique sur l’arbre est donnée par [5]: 3 p mec V S ) , ( C . 2 1 P × × ρ × β λ = (1) Où λ est le ratio de vitesse qui est défini comme étant le rapport entre la vitesse linéaire des pâles et la vitesse du vent. V G R mec × Ω × = λ (2) ) , ( Cp β λ représente le coefficient de puissance de la turbine éolienne, et sa valeur ne peut pas dépasser (16/27) limite de Betz [1, 6] ; L’utilisation des turbines éoliennes à vitesse variable permet de régler la vitesse de variation de la génératrice. Ceci s’avère très utile pour extraire le maximum de puissance en charge partielle. Le but de ce contrôle est la recherche permanente de ce maximum, technique que l’on retrouve sous le nom de MPPT Tracking) [7]. La puissance mécanique optimale est donnée par l’équation (3) 3 mec 3 3 opt max p opt _ mec G 2 R C P Ω × λ × × π × ρ = (3) 2.1 Modèle de la MADA dans le repère de Park L’application de la transformation de Park aux équations électriques de la MADA, [5] et dans le référentiel lié au champ tournant nous permet d’aboutir au système équations électriques suivantes: ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ φ − + φ + = φ − − φ + = φ + φ + = φ − φ + = rd m s rq rq r rq rq m s rd rd r rd sd s sq sq s sq sq s sd sd s sd ) w w ( dt d i . R V ) w w ( dt d i . R V w dt d i . R V w dt d i . R V (4) SMEE’2010: Commande en mode glissant de la MADA dans une éolienne… 339 A partir du système d’équations (4), nous obtenons le système d’équations (5): ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ − + − − − − = ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ − + − − − − = ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + − − − = ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ + − − = sd s s rd r m s sq rq r rq r rq sq s s rq r m s sd rd r rd r rd rq s sq s rq sq s sq s sq rq s rd sd s sd s sd i . M . ) w w ( i . L . ) w w ( i dt d M i . R V L 1 i t d d i . M . ) w w ( i . L . ) w w ( i dt d M i . R V L 1 i t d d i . M . w i . M . w i dt d M i . R V L 1 i t d d i . M . w i dt d M i . R V L 1 i t d d (5) Les puissances active et réactive statorique sont données comme suit: ( ) ( ) ( ) ( ) ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ × − × = × + × = × − × = × + × = rq rd rd rq r rq rq rd rd r sq sd sd sq s sq sq sd sd s i V i V Q i V i V P i V i V Q i V i V P (6) L’équation du couple électromagnétique est donnée par: ( ) rq sd rd sq s em i i . L M . p C × φ − × φ = (7) 2.2 Modélisation du redresseur La figure 2 représente le schéma d’un convertisseur AC/DC C triphasé. En utilisant les fonctions de connexion 6 à 1 i F , i = , pour chaque interrupteur, on définit la matrice de transfert du u redresseur comme suite ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ × ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ = ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − + c b a 6 4 2 5 3 1 C C V V V F F F F F F V V (8) Avec − + − = C C C V V V De même, on peut exprimer le courant continu red i en fonction des courants d’entrée. [ ] ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ × = c b a 5 3 1 red i i i F F F i (9) Fig. 2: Redresseur MLI S. Taraft et al. 340 2.3 Modélisation du bus continu Pour diminuer les ondulations de la source de tension, on insère à l’entrée de l’onduleur un filtre C , L . Ce dernier est schématisé par la figure 3. Fig. 3: Schéma électrique du filtre Le fonctionnement du filtre électrique est régi par le système d’équations (10). ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ − = − − = ) i i ( . C 1 t d E d ) i . r E V ( . L 1 t d i d ond red red C red (10) 2.4 Structure de l’onduleur à trois niveaux [8] L’onduleur triphasé à trois niveaux à structure NPC (Neutral Point Clamping) étudié (Fig. 4), se compose de trois bras symétriques constitués chacun de quatre interrupteurs en série, plus deux diodes permettant l’obtention du zéro de la tension km V et chaque interrupteur est commandable. Fig. 4: Onduleur triphasé à trois niveaux à structure NPC Pour l’onduleur à trois niveaux, on définit en plus la fonction de connexion d’un demi-bras notée b km F où ) 3 , 2 , 1 ( k = , le numéro du bras ⎩ ⎨ ⎧ − − = 2 k 1 k 4 k 3 k T et T de uploads/Industriel/ 10-commande-en-mode-glissant-de-la-mada-ds-une-eolienne-a-vitesse-variable-connecte-au-reseau.pdf