Suject Modélisation et commande d’un système de conversion électromécanique pour une microcentrale hydroélectrique connectée au réseau.
Ecole : UNIVERSITE DJILLALI LIABES DE SIDI-BEL-ABBES -- Faculté de génie électrique
Département : Electromécanique

Introduction :

La croissance de la consommation mondiale d’énergie sous toutes ses formes, les risques de pénurie des matières fossiles, et les effets polluants associés et causés par sa combustion, sont au cœur de la problématique du développement durable et du soin de l’environnement dans une discussion pour l’avenir de la planète. Dans ce contexte, les nouvelles énergies renouvelables constituent une variante inévitable qui peut contribuer au maintien du taux de développement industriel, et ralentir la cadence du changement climatique actuel.

Plusieurs sources d'énergies renouvelables sont en cours d’exploitation et de recherche, dont le but est de développer des techniques d’extraction de puissances visant à fiabiliser, baisser les coûts (de fabrication, d’usage, et de recyclage), et d’augmenter l’efficacité énergétique. Parmi ces énergies, celle provenue du courant marin et transformée en électricité par l'intermédiaire des turbines hydrolienne, et qui est devenue compétitive grâce aux trois facteurs essentiels : la nature motivante de cette énergie, le développement de l’industrie des hydrolienne, et l’évolution de la technologie des semi-conducteurs, ainsi que les nouvelles méthodologies de contrôle des turbines à vitesses variables.

Dans ce travail, nous allons nous intéresser à l’étude d’une chaîne complète de conversion d’énergie hydraulique basée sur une génératrice synchrone à aimants permanents. Nous allons également étudier des stratégies de commande permettant l’optimisation de l’énergie extraite par la turbine ainsi que des contrôleurs permettant de commander la puissance électrique fournie au réseau ou superviser la tension et la fréquence fournis au site isolé.

Ce mémoire est donc organisé en cinq chapitres de la façon suivante :

  • Le premier chapitre a traité des généralités sur l’énergie hydraulique et les microcentrales hydroélectriques en rendant compte de l’état actuel de l’exploitation mondiale et dans notre paye de ce créneau énergétique. Puis nous avons parlé sur les différents types d’hydroliennes existant avec leurs différentes structures et classes. Nous avons également traité le phénomène de marée, ensuite une comparaison entre les différentes génératrices utilisées dans ce domaine nous a permis de choisir de porter notre étude sur un système basé sur une machine synchrone à aimants permanents MSAP. En fin de ce chapitre, les typologies actuelles des systèmes de conversion électromécanique d’une micro hydrocentrale ont été décrites, parmi lesquelles le système électromécanique proposé dans ce mémoire avec les multi choix des systèmes de stockage.
  • Dans le deuxième chapitre, nous allons commencer par la modélisation du courant marin qui est la source primaire principale. Ce qui nous permettra d’identifier le profil du courant marin qui sera utilisé dans le reste de notre travail. Nous allons ensuite modéliser la turbine hydrolienne sur laquelle se base notre étude. Cette modélisation va permettre de commander la turbine de sorte à ce que le coefficient de puissance soit toujours optimal quelques soient les variations de la vitesse du courant marin. Nous allons donc faire le contrôle dit MPPT avec un régulateur proportionnel intégral (PI). Quelques résultats de simulation seront ensuite donnés.
  • Le troisième chapitre est consacré à la description et la modélisation de la machine synchrone à aimants permanents, essentiellement, l’aspect technologique des aimants permanents. Un modèle de la génératrice synchrone à aimants permanents a été établi et appliqué pour différents modes de fonctionnement et leurs convertisseurs statiques associés (redresseur et onduleur à MLI). En accouplant la turbine hydrolienne et la génératrice associée aux convertisseurs statiques et la charge, la chaîne de conversion d’énergie hydrolienne sera complétée. On terminera ce chapitre par une simulation de ces configurations (MSAP et turbine) en fonctionnement générateur avec intervention de la technique MPPT, à l’aide du logiciel MATLAB/SIMULINK.
  • Dans le quatrième chapitre, nous appliquons le principe de la commande vectorielle à la machine de notre choix et nous présentons finement par la modélisation de cette commande à partir des équations mathématiques et à la fin nous portons en MATLAB pour visualiser la simulation de cette commande et nous n’oublions pas le contrôle de la puissance électrique qu’elle est produite par la génératrice grâce à son entraînement par la force hydraulique du courant marin. Ce contrôle des puissances s’impose suivant les objectifs recherchés.

Afin de résoudre le problème de robustesse de la commande vectorielle dans le chapitre quatre, Le dernier chapitre, concerne principalement à la commande par la logique floue et son application pour le réglage des issues de la machine synchrone a aiment permanent dans le cas de la variation paramétrique de cette dernière.

Ce travail se termine par des références bibliographiques et une conclusion générale.