Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

HAL Id: hal-02983066 https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02983066 Submitted on

HAL Id: hal-02983066 https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02983066 Submitted on 29 Oct 2020 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Émulation du fonctionnement d’une éolienne à partir d’un banc d’essai à échelle réduite basé sur une génératrice à induction à rotor bobiné Shahin Hedayati Kia To cite this version: Shahin Hedayati Kia. Émulation du fonctionnement d’une éolienne à partir d’un banc d’essai à échelle réduite basé sur une génératrice à induction à rotor bobiné. Symposium de Génie Electrique, Université de Lorraine [UL], Jul 2018, Nancy, France. hal-02983066 SYMPOSIUM DE GENIE ELECTRIQUE (SGE 2018), 3-5 JUILLET 2018, NANCY, FRANCE Émulation du fonctionnement d’une éolienne à partir d’un banc d’essai à échelle réduite basé sur une génératrice à induction à rotor bobiné Shahin HEDAYATI KIA Laboratoire des Technologies Innovantes (EA3899), Université de Picardie "Jules Verne", 33 rue Saint-Leu 80039 Amiens, France RESUME – Ce travail propose une méthode pour émuler le fonctionnement d’une éolienne à partir d’un banc d’essai à échelle réduite basé sur une génératrice à induction à rotor bobiné. Cette émulation a pour but d’évaluer les nouvelles techniques de gestion de puissance et de surveillance de l’ensemble du système avant de les mettre en œuvre sur les systèmes réels. La technique proposée utilise les paramètres mécaniques et électriques d’une éolienne aﬁn de les adapter à un banc d’essai de laboratoire. Ce dernier est constitué des éléments de base d’une éolienne tels que le roulement principal, l’arbre principal, le multiplicateur planétaire et la génératrice à induction à rotor bobiné ayant une puissance de 5,5kW. Les résultats obtenus avec cette méthode démontrent en particulier une excellente cohérence dans l’évaluation expérimen- tale de la recherche des points de puissance maximale entre les caractéristiques de la turbine et celles de la génératrice. Mots-clés – Aérorogénérateur, Engrenage planétaire, Emulation, Eolinne, Machine asynchrone à rotor bobiné, Surveillance. 1. INTRODUCTION Les progrès technologiques récents dans le domaine éolien ont donné lieu à une importante contribution de cette source d’énergie propre et économique dans la production d’énergie électrique mondiale au cours de la dernière décennie. Cela a été possible grâce au développement d’éoliennes de puissance allant jusqu’à 6MW. Les éoliennes sont souvent soumises à des sollicitations mécaniques élevées vu l’environnement hostile au- quel elles sont exposées. De ce fait, il est primordial d’amélio- rer la ﬁabilité et la disponibilité des éoliennes aﬁn de réduire leur temps d’arrêt dû aux pannes imprévues et de minimiser leur coût de maintenance [1]-[8]. À ce jour, plusieurs techniques du diag- nostic de défaut dans la chaîne de conversion d’énergie éolienne ont été développées aﬁn d’améliorer la sureté du fonctionne- ment de ce système. Cependant, la plupart des approches utili- sées pour détecter le défaut sont performantes en régime perma- nent. La technique la plus répandue est celle de la transformée de Fourier permettant d’extraire les signatures de défauts des si- gnaux tels que la vibration, le bruit acoustique, les courants du stator, le couple mécanique et le ﬂux de dispersion [9]. Dans la littérature, le diagnostic de défaut en régime transitoire des éo- liennes est rarement abordé alors que ce système, soumis à des variations de vitesse du vent, fonctionne pour la plupart dans ce régime. Dans ce dernier cas, il est difﬁcile de localiser les composantes fréquentielles dans un spectre obtenu par la trans- formée de Fourier, ce qui peut tout à fait justiﬁer la nécessité de mise au point des nouveaux algorithmes de gestion de puissance et des techniques de surveillance à travers les émulateurs dédiés à ce domaine en utilisant les méthodes avancées de traitement du signal [10]-[17]. Dans cet article, une technique simple permettant d’émuler le fonctionnement d’une éolienne est présentée à travers un banc d’essai à échelle réduite [18]. La technologie basée sur géné- ratrice à induction à rotor bobiné (GIRB) qui domine le mar- ché des éoliennes à vitesse variable a été choisie dans ce tra- vail. Initialement, les courbes caractéristiques puissance-vitesse de rotation sont calculées à partir des paramètres électriques et mécaniques d’une éolienne du marché du type V42-600kW. Ce type d’éolienne a été choisi puisque tous ses paramètres élec- triques et mécaniques étaient disponibles. Ensuite, ces courbes seront utilisées pour l’émulation et l’adaptation au banc d’essai à échelle réduite, basée sur une GIRB de 5,5kW aﬁn de valider la méthode proposée. 2. GESTION DES PUISSANCES ACTIVE ET RÉACTIVE La stratégie de commande suivant le principe d’orientation du ﬂux statorique a été implantée aﬁn de pouvoir gérer le ﬂux des puissances active et réactive indépendamment. Les équations de la GIRB peuvent être écrites en négligeant la chute de tension sur la résistance du stator Rs [19], [20] : Vds ≈dϕs dt = 0 (1) Vqs = √ 3Vrms (2) v′ dr = R′ ri′ dr + σL′ r di′ dr dt −v′ dr1 (3) v′ qr = R′ ri′ qr + σL′ r di′ qr dt + v′ qr1 (4) Te −TL = J dω dt + fω (5) Te = p(ϕdsids −ϕqsiqs) (6) avec, v′ dr1 = (ωs −ωr)σL′ ri′ qr (7) v′ qr1 = (ωs −ωr)(M ϕs Ls + σL′ ri′ dr) (8) σ = 1 −M 2 L′ rLs (9) ϕs = Lsids + Mi′ dr (10) 0 = Lsiqs + Mi′ qr (11) ϕ′ dr = L′ ri′ dr + Mi′ ds (12) ϕ′ qr = L′ ri′ qr + Mi′ qs (13) où vds, vqs et ids, iqs représentent les tensions et les courants du stator, v′ dr, v′ qr, et i′ dr, i′ qr représentent les tensions et les courants du rotor ramenés au stator, ϕds, ϕqs, ϕ′ dr, ϕ′ qr repré- sentent les composantes d et q de ﬂux du stator et du rotor, Vrms étant la valeur efﬁcace de la tension d’une phase du stator, Rs and R′ r représentent les résistances du stator et du rotor, Ls et L′ r représentent les inductances cycliques du stator et du rotor, M étant l’inductance magnétisante du stator, Te étant le couple électromagnétique, TL étant le couple de charge, J étant le mo- ment d’inertie équivalent, f étant le coefﬁcient du frottement visqueux, p étant le nombre de paires de pôles, ω étant la vitesse angulaire de rotation du rotor de la GIRB, ωs et ωr représentent la vitesse de rotation du repère du ﬂux du stator et celle élec- trique du rotor respectivement. Les puissances active et réactive peuvent être obtenues à partir des relations suivantes : Ps = vdsids + vqsiqs (14) Qs = vqsids −vdsiqs (15) A partir des relations (1)-(13), il est possible de simpliﬁer les équations des puissances active et réactive données par (14) et (15) en fonctionne des composantes q et d du courant du stator respectivement. Ps = − √ 3Vrms M Ls i′ qr (16) Qs ≈ √ 3Vrms M Ls ( √ 3Vrms ωsM −i′ dr) (17) 2.1. Calcul des paramètres de régulateurs de courant Les nouvelles variables v∗ dr et v∗ qr peuvent être obtenues selon les expressions (3) et (4) : v∗ dr = Rri′ dr + σL′ r di′ dr dt (18) v∗ qr = Rri′ qr + σL′ r di′ qr dt (19) avec, v′ dr = v∗ dr −v′ dr1 (20) v′ qr = v∗ qr + v′ qr1 (21) Les gains proportionnel et intégral (Kpc et Kic) des compo- santes d et q des régulateurs de courant ayant des caractéris- tiques identiques selon les relations (18) et (19). Ces paramètres peuvent être déterminés en utilisant la méthode de compensation du pôle dominant [17] : Kpc = 2πBiσL′ r (22) Kic = 2πBiR′ r (23) Il est nécessaire que la bande passante des régulateurs de cou- rant Bi soit plus grande que celle de régulateurs des puissances active et réactive. 2.2. Calcul des paramètres de régulateurs des puissances ac- tive et réactive Nous avons utilisé le schéma montré sur la ﬁgure 1 pour cal- culer les paramètres de régulateurs des puissances active et ré- active où la variable Q∗ s est déﬁnie par : Q∗ s = 3V 2 rms ωsLs (24) La méthode de compensation du pôle dominant a été employé pour déterminer les gains proportionnel et intégral des régula- teurs des puissances active (KpP et KiP ) et réactive (KpQ et KiQ) de manière identique à celle utilisée pour le calcul des pa- ramètres de régulateurs de courant. KpP = KpQ = − σL′ rLs √ 3VrmsM 2πBP Q (25) KiP = KiQ = − R′ rLs √ 3VrmsM 2πBP Q (26) où BP Q est la bande passante de régulateurs de puissances ac- tive te réactive. 3. CARACTÉRISTIQUES PUISSANCE-VITESSE DE RO- TATION D’UNE ÉOLIENNE On peut déﬁnir les caractéristiques puissance-vitesse de rota- tion uploads/Management/ main-new-1.pdf