Alternateur à double excitation alimentée par des convertisseurs statiques : simulation et expérimentation

Double excitation generator supplied with power converters : siulation and pratics

• Auteur / Autrice : Gérald Barbier
• Direction : Jean-Marie Kauffmann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Besançon
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Franche-comté. UFR des Sciences, Techniques et Gestion de l'Industrie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux électriques (énergie) -- Régulation

Hacheurs (électricité)

Alternateurs

Résumé

La qualité d'un réseau électrique impose le maintien de la stabilité lors de fonctionnements perturbés. L'absorption de la puissance réactive créée par les lignes de transport, lors de creux de charge est un facteur d'instabilité, d'autant plus important que les lignes sont plus longues. Un alternateur muni d'un second enroulement décalé dans l'espace, permet d'absorber une puissance réactive importante tout en maintenant la stabilité. Des études ont montré que cette solution était viable, pour des réseaux dont les longueurs de lignes sont conséquentes, comme le réseau en Russie. Depuis le début des années 80, l'ex-Union Soviétique s'est intéressée au fonctionnement de cet alternateur dit à double excitation. Des prototypes ont été implantés à la centrale de Burchtinskaya. Une collaboration entre la Russie et la France a permis d'améliorer le mode de contrôle. Les travaux de ce mémoire sont associés à cette collaboration. L'auteur donne la description de l'implantation d'un banc d'essai à échelle réduite, d'un groupe de production d'énergie électrique utilisant un alternateur à double excitation débitant à travers une ligne dans un réseau puissant. Les circuits d'excitation sont alimentés par des convertisseurs du type hacheur à IGBT, réversible en courant et en tension pour assurer la libre circulation des courants inducteurs. Le banc d'essai est instrumenté et le contrôle géré en temps réel au moyen de Dspace associé à Matlab/Simulink. Les schémas de contrôle théoriques et réels sont présentés. Les signaux de mesures et de commande doivent être filtrés et l'auteur fait une comparaison pratique entre deux modes de pilotage des convertisseurs. Parallèlement à cette expérimentation, une étude théorique par simulation sur le logiciel Saber est faite, en vue d'étudier le comportement du système décrit précédemment et donc de simuler le comportement global y compris des ponts à IGBT. Ceci nécessite une mise en équation de l'application et la transcription compatible avec le logiciel Saber. La simulation permet une validation du fonctionnement de l'alternateur à double excitation en absorption ou fourniture de puissance réactive. Il faut noter la difficulté d'identification des paramètres transitoires de la machine. L'étude a été menée en grandeurs réduites pour permettre une généralisation. Une étude expérimentale expose dans le plan des puissances active et réactive, une évolution duy Critical Clearing Time (CCT), afin de déterminer les performances de l'alternateur associé à son mode de contrôle, suite à un défaut triphasé. Les premières conclusions montrent une amélioration très nette par rapport à une machine classique.

The quality of an electrical supply network imposes the maintenance of stability during disturbed operations. The consumption of the reactive power created by the lines, during hollow of load is a factor of instability, all the more important that the lines are longer. A generator provided with a second inductor winding shifted in space, makes it possible to absorb an important reactive power all while maintaining stability. Studies showed that this solution was viable, for networks of which the lengths of lines are consequent, like the network in Russia. Since the beginning of the Eighties, the Soviet ex-Union was interested in operation of this generator called double excitation. Prototypes were built in the power station of Burchtinskaya. A collaboration between Russia and France, made it possible to improve the mode of control. Work of this memory is associated with this collaboration. The author gives the description of the test bench at a reduced scale, of a group of production of electrical energy using a generator with double excitation connected through a line to a powerful network. IGBT converters of chopper type, reversible in current and voltage feed the field circuits. The test bench is instrumented and controls are managed in real time by means of Dspace associated with Matlab/Simulink. The theoretical and real diagrams of control are presented. Inputs and outputs must be filtered and the author makes also a practical comparison between two modes of piloting the converters. Parallel to this experimentation, a theoretical study by simulation on the Saber software is made, in order to study the behaviour of the system described previously and thus to simulate the total test bench including bridges with IGBT. This requires a setting in equation of the application and a transcription compatible with the Saber software. Simulation allows a validation of the running of the double excitation generator in consumption or supply of reactive power. It must be noticed the difficulty of identification of the parameters of the machine. The study has been carried out in per unit values to allow a generalisation. An experimental study traduces in the active and reactive powers plan, the evolution of the Critical Clearing Time (CCT) following a three-phased short circuit, in order to determine the performances of the generator and its control. The first conclusions show a very clear improvement of stability compared to a classical synchronous machine.