Contribution à l'étude des commandes avec et sans capteur d'une éolienne de faible puissance insérée dans un micro réseau électrique

Contributions to the study of control for small-scale wind turbine connected to electrical microgrid with and without sensor

• Auteur / Autrice : Hossam Al Ghossini
• Direction : Fabrice Locment, Manuela Sechilariu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Réseaux Électriques : Laboratoire Avenues - GSU [EA 7284]
• Date : Soutenance le 23/11/2016
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Commande en mode glissant

Observateurs d'états (mathématiques)

Commande, Théorie de la

Kalman, Filtrage de

Boucles d'asservissement de phase

Machines synchrones

Réseaux électriques intelligents

Énergies renouvelables

Énergie éolienne

Éoliennes

Mots clés libres

Production éolienne

Éolienne à petite puissance

Machines synchrones à aimant permanent (MSAP)

Commande sans capteur

Boucles à verrouillage de phase (PLL)

Observateur à mode glissement (SMO)

Observateur de Luenberger d'ordre réduit

Filtre de Kalman étendu (EKF)

Réglage adaptatif

Micro-réseau DC

Wind power generation

DC microgrid

Small-scale wind turbine

Permanent magnets synchronous machine (PMSM)

Sensorless control

Phased locked loop (PLL)

Sliding mode observer (SMO)

Reduced order Luenberger observer

Extended Kalman filter (EKF)

Adaptive tuning

Résumé

L'objectif de cette thèse est de proposer l'approche la plus appropriée afin de minimiser le coût d'intégration de petite éolienne dans un micro-réseau DC urbain. Une petit éolienne basé sur un machine synchrone à aimant permanent (MSAP) est considéré à étudier. Un état de l'art concernant les énergies renouvelables, micro-réseau DC, et la production d'énergie éolienne, est fait. Comme le capteur mécanique de cette structure est relativement d'un coût élevé, les différents types de contrôle pour un système de conversion éolienne sont présentés afin de choisir une structure active de conversion d'énergie et un MSAP sans capteur. Par conséquent, un estimateur de vitesse/position est nécessaire pour contrôler le système. Ainsi, les méthodes différentes proposées dans la littérature sont considérées et classifiées à étudier dans les détails, puis les plus efficaces et largement utilisés sont à vérifier dans la simulation et expérimentalement pour le système étudié. Les méthodes choisies sont: estimation de la flux de rotor avec boucle à verrouillage de phase (PLL), observateur à mode glissement (SMO), observateur de Luenberger d'ordre réduit, et filtre de Kalman étendu (EKF). Face à d'autres méthodes, l'estimateur basé sur un modèle EKF permet une commande sans capteur dans une large plage de vitesse et estime la vitesse de rotation avec une réponse rapide. Le réglage des paramètres EKF est le problème principal à sa mise en œuvre. Par conséquent, pour résoudre ce problème, la thèse présente une méthode adaptative, à savoir réglage-adaptatif d’EKF. En conséquence, et grâce à cette approche, le coût total du système de conversion est réduite et la performance est garantie et optimisée.

The aim of this thesis is to propose the most appropriate approach in order to minimize the cost of integration of a wind generator into a DC urban microgrid. A small-scale wind generator based on a permanent magnet synchronous machine (PMSM) is considered to be studied. A state of the art concerning the renewable energies, DC microgrid, and wind power generation is done. As the mechanical sensor for this structure is relatively of high cost, various types of wind conversion system control are presented in order to choose an energy conversion active structure and a sensorless PMSM. Therefore, a speed/position estimator is required to control the system. Thus, different methods proposed in literatures are considered and classified to be studied in details, and then the most effective and widely used ones are to be verified in simulation and experimentally for the studied system. The methods which are chosen are: rotor flux estimation with phase locked loop (PLL), sliding mode observer (SMO), Luenberger observer of reduced order, and extended Kalman filter (EKF). Facing to other methods, the EKF model-based estimator allows sensorless drive control in a wide speed range and estimates the rotation speed with a rapid response. The EKF parameters tuning is the main problem to its implementation. Hence, to solve this problem, the thesis introduces an adaptive method, i.e. adaptive-tuning EKF. As a result and grace to this approach, the total cost of conversion system is reduced and the performance is guaranteed and optimized.