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Amélioration de la qualité d'énergie d'un système de conversion d'énergie éolienne à base de machine asynchrone à double alimentation et connecté au réseau électrique

Abderrahim, Iheb (2015). Amélioration de la qualité d'énergie d'un système de conversion d'énergie éolienne à base de machine asynchrone à double alimentation et connecté au réseau électrique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La production d’électricité éolienne a connu une forte croissance dans la dernière décennie. Cela se traduit par le développement de Systèmes de Conversion de l'Énergie Éolienne (SCEE) aux niveaux de la modélisation et de la commande électrique. Les SCEEs modernes fonctionnent à des vitesses de vent variables et sont dotés de génératrices synchrones ou asynchrones. Parmi ces génératrices, la Génératrice Asynchrone à Double Alimentation (GADA) offre plusieurs avantages et des capacités de puissances actives et réactives à quatre quadrants. Le SCEE à base de GADA entraîne également des coûts de conversion de puissance moins faibles et des pertes d’énergie minimales par rapport à un SCEE basé sur une génératrice synchrone entièrement alimenté par des convertisseurs de puissance à pleine échelle. La connexion d’un tel système au réseau de distribution électrique implique un fonctionnement bidirectionnel des réseaux. Cela se manifeste clairement dans les modes de fonctionnement en hypo et hyper synchrone de la GADA. Le réseau électrique fournit la puissance active au rotor de la GADA en fonctionnement hypo synchrone et reçoit la puissance active du rotor en fonctionnement hyper synchrone de la GADA. La qualité d’énergie est ainsi d’une importance majeure lors de l’intégration de l’éolien au réseau électrique. Une mauvaise qualité d’onde peut nuire à la stabilité de réseau et pourrait même engendrer des problèmes et conséquences majeurs. Ceci est encore plus critique dans le contexte où des charges non linéaires telles que les alimentations à découpage et les entrainements à vitesse variable sont connectés au réseau électrique.

L’idée de ce travail de recherche est ainsi de mitiger les problèmes liés à la qualité d’onde tout en assurant une meilleure opération de la GADA de telle sorte que l’ensemble de SCEE reste insensible aux perturbations extérieures et aux variations paramétriques. Pour cela, le Convertisseur du Coté réseau électrique (CCG) doit être en mesure de compenser les harmoniques, le déséquilibre de courant et la puissance réactive injectés par une charge triphasée non linéaire déséquilibrée connecté au réseau électrique au Point de Couplage Commun (PCC). Le CCG est considéré ainsi comme étant une solution simple, efficace et de cout compétitif en épargnant l'utilisation d’autres équipements de puissance. En même temps, le rendement énergétique de la chaine de conversion éolienne doit être amélioré en faisant extraire le MPPT. La recherche permet de sélectionner la commande vectorielle et la commande dans le référentiel synchrone d-q pour y arriver à ces objectifs. L’ensemble de SCEE à base de GADA est simulé dans MATLAB SIMULINK en présence d’une charge non linéaire triphasée équilibrée puis déséquilibrée.

Titre traduit

Improving energy quality of a wind energy conversion system based doubly fed induction generator and connected to the electric network

Résumé anglais

Wind power generation has grown strongly in the last decade. This results in the development of Wind Energy Conversion System WECS at the levels of modeling and electrical control. Modern WECS operate at varying wind speeds and are equipped with synchronous and asynchronous generators. Among these generators, the Doubly-Fed Induction Generator (DFIG) offers several advantages and capabilities of active and reactive power in four quadrants. WECS based DFIG also causes less conversion costs and minimum energy losses compared with a WECS based on a synchronous generator powered entirely by full scale of power converters. The connection of such a system to the electrical distribution network involves bidirectional operation of networks. This is clearly established in sub and super synchronous operating modes of DFIG. The grid provides the active power to the rotor of DFIG in sub synchronous operating mode and receives the active power of the rotor in super synchronous operating mode of DFIG. Energy quality is thus of major importance during the integration of wind power to the grid. Poor wave quality can affect network stability and could even cause major problems and consequences. This is even more critical where non-linear loads such as the switching power supplies and variable speed drives, are connected to the grid.

The idea of this research work is how to mitigate the problems associated with the wave quality while ensuring better implementation of DFIG so that the whole of WECS remains insensitive to external disturbances and parametric variations. The Grid Side Converter (GSC) must be able to compensate harmonics, current unbalance and reactive power injected by a nonlinear three-phase unbalanced load connected to the grid. In addition to these innovative features to improve the conditions of operation of the grid, it provides also the power flow during different modes of operation of the DFIG. It is considered a simple, efficient and cost competitive solution by saving the use of other power equipment. At the same time, the energy efficiency of wind power conversion chain should be improved by extracting the MPPT. Searching allows us to select vector control and control in synchronous reference to achieve these objectives. WECS based DFIG is simulated in MATLAB SIMULINK in the presence of a non-linear balanced and unbalanced three-phase load.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie, concentration énergies renouvelables et efficacité énergétique". Bibliographie : pages 139-146.
Mots-clés libres: Systèmes de conversion de l'énergie éolienne. Machines à induction. Générateurs électriques. Convertisseurs électriques Modèles mathématiques. Réseaux électriques (Énergie) Qualité Contrôle. Réseaux électriques (Énergie) Stabilité. Électricité Distribution. alimentation, asynchrone, double, éolien, GADA, SCEE, hypo synchrone, hyper synchrone, MPPT, qualité d’énergie, CCG, commande vectorielle, référentiel synchrone, fonctionnement bidirectionnel, MATLAB SIMULINK, charge non linéaire, génératrice
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Saad, Maarouf
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Chandra, Ambrish
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 20 janv. 2016 19:01
Dernière modification: 20 janv. 2016 19:01
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1608

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