Modelisation et commande d'une chaîne de conversion d'énergie hydrolienne à base de machine synchrone à aimants permanents doublement saillante

• Auteur / Autrice : Hao Chen
• Direction : Mohamed Machmoum, Mohammed El-Hadi Zaïm, Nadia Aït-Ahmed
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et génie électrique
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Nantes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Énergie Électrique de Nantes-Atlantique
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : École polytechnique de l'Université de Nantes
• Jury : Président / Présidente : Abdelmounaïm Tounzi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamed Machmoum, Mohammed El-Hadi Zaïm, Nadia Aït-Ahmed, Abdelmounaïm Tounzi, Mohamed Benbouzid
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohamed Benbouzid

Mots clés

Mots clés contrôlés

Commande en mode glissant

Machines synchrones

Hydroliennes

Mots clés libres

Machine synchrone à aimants permanents

Modélisation thermique

Couple

Résumé

Several techniques to extract and exploit ocean energy have been recently suggested. The most studied ones are: marine current energy, wave energy and ocean ̐thermal energy. This Ph. D. Thesis fits in this context and its main objective is to contribute on control and modelling of a Marine Current Energy Conversion System (MCECS). This requires multi-physics modelling from the hydrokinetic resource to the electricity grid, design and control of an innovative low speed non-conventional generator and its associated power electronic interfaces. At first, turbine concepts, relative projects and usual chain of tidal energy conversion are presented. Tidal current and turbine modelling are secondly addressed. The dynamic modelling of a low speed Double Salient Permanent Magnet Generator (DSPMG) based on finite element method and Park transformations is developed. Results are compared to classical Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG) to highlight advantages, originality, complexity and principal characteristics of the proposed structure. Suitable currents are then determined and tested by simulation in order to deliver a quasi-constant torque and minimise Joule losses. The mutual effect on the generator performances is detailed. Finally, several control strategies are applied to DSPMG associated to a bidirectional back-to-back converter and are analysed. The main results, based on the developed marine current turbine simulation tool, are presented and discussed with illustration by several realistic studies and Matlab/Simulink assessment.

Parmi les énergies marines renouvelables hors éolien posé, toutes naissantes, l’énergie des courants marins (énergie hydrolienne) est susceptible de déboucher sur une exploitation commerciale et industrielle à moyen terme. C’est une énergie intermittente, mais très prévisible, ce qui facilite son intégration au réseau. Les travaux réalisés dans cette thèse rentrent dans ce contexte et ont pour objectif la modélisation et la commande d’une chaîne de conversion d’énergie hydrolienne. Cela nécessite une modélisation multiphysique allant de la ressource jusqu’à l’intégration au réseau électrique, la conception et la commande d’une génératrice innovante à attaque directe et des interfaces d’électronique de puissance associés. Les concepts de turbines hydroliennes, les projets existants ou en cours ainsi que les structures usuelles de chaînes de conversion sont présentés. Les modèles de la ressource et de la turbine sont dressés. Un modèle dynamique d’une génératrice synchrone à aimants permanents doublement saillante basé sur la méthode des éléments finis et la transformation de Park est ensuite développé. Les résultats obtenus sont comparés à ceux d'une génératrice synchrone à aimants permanents classique montrant ainsi l’originalité, la complexité et les principales caractéristiques de la structure proposée. L’impact de la mutuelle inductance entre les phases statoriques sur les performances de la machine est détaillé. Des formes particulières de courants d’alimentation sont recherchés et testés par simulation en vue de délivrer un couple quasi constant et de minimiser les pertes Joule. Différentes stratégies de contrôle sont ensuite élaborées et appliquées à l’ensemble génératrice – convertisseurs bidirectionnels à MLI. Les résultats obtenus en mode de fonctionnement MPPT ou défluxé à l’aide de l’outil de simulation développé sont présentés et discutés pour des cas tests réalistes réalisés sous l’environnement Matlab/Simulink.