Suject Commande par réseaux de neurones d’une MADA intégrée à un système éolien.
Ecole : Université Djilali liables de sidi bel-abbés -- faculté des sciences de l’ingénieur
Département : ÉLECTROTECHNIQUE

Résumé :

Ce travail présente l’étude et l’utilisation de la génératrice asynchrone à double alimentation dans la production de l’énergie éolienne. Pour cela, nous avons défini un modèle de la turbine éolienne pour l’entraînement de la MADA. Deux types de commande vectorielle ont fait l’objet de cette d’étude dans ce mémoire pour le contrôle indépendant de la puissance active et réactive : la commande directe et la commande indirecte. La commande indirecte offre plusieurs avantages et facilite la mise en place au filtrage. La commande par réseaux de neurones artificiels est introduite pour augmenter la robustesse des correcteurs vis-à-vis des variations paramétriques de la machine. Le filtrage actif par GADA, améliore considérablement la qualité de l’énergie fournie au réseau électrique. Les résultats obtenus en simulation ont été validés comparativement aux travaux des articles cités en bibliographie.

Introduction :

L’énergie électrique est un élément crucial pour tout développement socio-économique. Elle est devenue dans la vie quotidienne des populations, notamment dans les pays développés, une forme d’énergie dont on ne peut se passer.

Vu l’ampleur de l’industrialisation de ces dernières décennies, la multiplication des appareils domestiques de plus en plus gourmands en consommation d’énergie électrique, la demande en énergie électrique est devenue très importante. Face à cela et avec la diminution du stock mondial en hydrocarbure et surtout la crainte d’une pollution de plus en plus envahissante et destructif pour l’environnement, les pays industrialisés ont massivement fait recours aux centrales nucléaires. Cette source d'énergie présente l'avantage indéniable de ne pas engendrer de pollution atmosphérique contrairement aux centrales thermiques traditionnelles, mais le risque d'accident nucléaire (comme la catastrophe de Tchernobyl à l’Ukraine du 26 avril 1986 qui reste gravée dans la mémoire commune), le traitement et l'enfouissement des déchets sont des problèmes bien réels qui rendent cette énergie peu attractive pour les générations futures.

Face à ce dilemme, il s’avère nécessaire de faire appel à des sources d’énergie nouvelles qui seront sans conséquence pour l’homme et l’environnement. C’est ainsi que les pays industrialisés se sont lancés dans le développement et l’utilisation des sources d’énergie renouvelables comme le solaire, la biomasse, la géothermie, la marémotrice, l’hydraulique,… Parmi ces sources d’énergie, l’éolienne représente un potentiel assez important non pas pour remplacer les énergies existantes mais pour palier à l’amortissement de la demande de plus en plus galopante. Après des siècles d’évolution et des recherches plus poussées depuis quelques décennies, plusieurs pays se sont, aujourd’hui résolument tournés vers l’énergie éolienne. Les plus avancés dans le domaine dans le monde sont respectivement : l’Allemagne, l’Espagne, les Etats-Unis, l’Inde, la Chine et le Danemark. Avec certains projets d’énergie éolienne développés (“offshore”, au large des côtes) de grandes centrales éoliennes fournissent de l’électricité dans certaines parties du monde, à un prix concurrentiel à celui de l’énergie produite par les installations conventionnelles (par ex. : les centrales nucléaires et les centrales thermiques au mazout ou au charbon). Par contre en Afrique, le développement de l’énergie éolienne n’a connu aucune évolution et pourtant les ressources n’y manquent pas et la technologie accessible, sauf la volonté et le manque de prise de conscience de la majorité des autorités africaines.

La multiplication des éoliennes a conduit les chercheurs en Génie Electrique à mener des investigations de façon à améliorer l'efficacité de la conversion électromécanique et la qualité de l'énergie fournie. Dans ce cadre, le présent mémoire décrit une étude sur l'utilisation des machines de type asynchrone dans un système éolien. Le premier chapitre est consacré à des statistiques sur le développement de l’énergie éolienne dans le monde, puis nous allons nous intéresser à l’état actuel des avancées technologiques qui ont permis la construction et le fonctionnement de ces aérogénérateurs, suivi par un état de l'art sur la conversion électromécanique à travers les différents types de génératrices utilisées et les convertisseurs qui leur sont associés.

Une grande partie des éoliennes installées de nos jours sont équipées de machines asynchrones à double alimentation (MADA). Cette génératrice permet une production d’électricité à vitesse variable, ceci permet alors de mieux exploiter les ressources éoliennes pour différentes conditions de vent. Pour attendre ces objectifs, le second chapitre est consacré à l’utilisation d’une génératrice asynchrone à double alimentation (GADA) à vitesse variable dans un système éolien, la topologie et les domaines d'utilisation de la machine asynchrone à double alimentation ainsi la modélisation dans un repère biphasé ( q,d ) lié au synchronisme à l’aide de la transformation de PARK sont proposées.

Le troisième chapitre présente une stratégie de commande vectorielle en puissances active et réactive statoriques appliquée au MADA, il sera alors possible de donner des valeurs de consignes indépendantes pour la puissance active et la puissance réactive, ceci nous offre la possibilité de régler en permanence la valeur de la puissance réactive que la machine va fournir au réseau.

Différentes commandes vont être développées ici, l’une appelée commande directe qui effectue la régulation directement sur les puissances sans rendre en compte les couplages internes existants entre les puissances dans la MADA. Cette solution est simple à mettre en œuvre et permet d’obtenir rapidement des fonctionnements convenables de l’ensemble. Ensuite nous présentons la méthode indirecte qui s’occupe d’abord de réguler les courants rotoriques de la MADA et incorpore ensuite une boucle de régulation des puissances. Cette méthode, plus complexe, donne un fonctionnement similaire à celui de la méthode directe mais permet de maîtriser les courants rotoriques et nous permet le contrôle du facteur de puissance de même le filtrage actif des harmoniques.

Dans ce même chapitre nous proposons, une synthèse du régulateur proportionnel￾integral (PI), ainsi que les résultats obtenus par simulation.

Le quatrième chapitre consacré à une commande classée comme un outil d'Intelligence Artificielle, c’est la commande par réseaux de neurones artificiels (RNA). Cette commande consiste à remplacer les régulateurs proportionnel-intégral (PI) de la puissance active et réactive utilisés dans la commande vectorielle par des régulateurs neuronaux.

L'apprentissage est vraisemblablement la propriété la plus intéressante des réseaux neuronaux, cependant il existe plusieurs algorithmes utilisés pour faire l’apprentissage des réseaux multicouches, dans notre étude nous utilisons un algorithme de rétropropagation nommé algorithme de Levenberg-Marquardt (LM), cet algorithme est le plus rapide et assure la meilleure convergence vers un minimum de l’erreur quadratique, pour les problèmes d’approximation des fonctions où le nombre des poids du réseau est inférieur à cents.

Enfin le dernier chapitre abordera l’aspect qualitatif de l’énergie en proposant une solution originale afin d’éliminer les harmoniques de courant et ainsi limiter leur propagation dans le réseau. C’est un service système qui sera très appréciable. Effectivement les charges non linéaires sont de plus en plus nombreuses sur le réseau électrique. Elles génèrent des courants harmoniques se propageant dans tout le réseau et perturbant ainsi les autres charges et entraînant des pertes supplémentaires. Le but ici est de pouvoir atténuer les harmoniques de courant générés par des charges non linéaires qui sont accordées à partir du poste source où est connectée l’éolienne. Dans notre cas, l’éolienne pollue peu le réseau car elle est équipée d’un redresseur MLI à absorption sinusoïdale et d’une commande d’onduleur à MLI alimentant le rotor. On s’intéresse donc ici à présenter une solution alternative à l’installation d’un filtre actif au niveau du poste source. Nous développons la modélisation et effectuons des simulations permettant de démontrer que la MADA peut être utilisée afin de compenser les harmoniques de courant présents sur le réseau. De plus, ce service système qu’elle offre ne modifie pas le fonctionnement en puissance de la MADA et est peut coûteux car il n’y a qu’une petite partie d’électronique de commande et de mesure de courant à rajouter à notre ensemble de production éolienne.