Optimisation et commande d'une génératrice pentaphasée pour applications hydroliennes

Optimization and control of a five-phase generator for renewable marine energy applications

• Auteur / Autrice : Alioune Seck
• Direction : Mohamed Fouad Benkhoris, Mohamed Machmoum
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 27/06/2019
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : COMUE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Énergie Électrique de Nantes-Atlantique
• Jury : Président / Présidente : Corinne Alonso
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luc Moreau, Farid Meibody-Tabar, Jean-Frédéric Charpentier, Sandrine Moreau, Brayima Dakyo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergie -- Conversion directe

Générateurs électriques

Hydroliennes

Mots clés libres

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Résumé

Les travaux présentés dans cette thèse concernent l’investigation d’une chaîne de conversion d’énergie tolérante aux défauts pour des applications hydroliennes. Cette chaîne est constituée d’une génératrice synchrone pentaphasée à aimants permanents déposés en surface associée à un redresseur MLI. Trois volets complémentaires sont traités : la modélisation, l’optimisation technicoéconomique et la commande plus particulièrement en mode dégradé. Concernant la modélisation, trois approches sont élaborées : la modélisation dynamique en vue de l’analyse de l’effet des profils de la fem sur la qualité du couple, la modélisation analytique de chaque élément de la chaîne de conversion d’énergie en vue du dimensionnement et de l’estimation du coût et de l’énergie extraite, et la modélisation en vue de l’élaboration de la stratégie de commande. Une méthodologie d’optimisation multi-objective du coût d’investissement et de l’énergie extraite pour une durée d’exploitation de 20 ans en tenant compte des probabilités d’apparition de la vitesse des courants marins est réalisée. Cette optimisation intègre les contraintes électriques, thermiques … et la stratégie de commande en mode de défluxage. Concernant la commande, des approches innovantes de commande minimisant les ondulations de couple en mode dégradé liées à l’ouverture d’une ou de deux phases sont développées et comparées. Elles consistent à systématiser la génération de la matrice de changement de base pour avoir des courants sinusoïdaux tout en ayant le déphasage adéquat avec les fems des phases saines.

The works presented in this thesis concern the investigation of a fault-tolerant energy conversion system for renewable marine energy applications. The studied conversion chain is based on a five-phase for surface mounted permanent magnet synchronous generator associated with a PWM rectifier. Three complementary aspects are treated: modeling, technico-economic optimization and control especially in fault mode. Regarding to the modeling, three approaches are developed: a dynamic modeling of the generator in order to analyze the effect of the fems profiles on the torque quality, an analytical modeling of each element of the energy conversion chain for the designing and the estimation of both cost and the extracted energy, and a modeling for the control strategy. A methodology of multi-objective optimization of the investment and energy extracted for an operating period of 20 years by taking into account the probabilities of occurrence of the tidal speed is developed. This optimization integrates the electrical and thermal constraints ... and the flux weakening control strategy. For the control in fault mode, innovative control approaches that minimize the torque ripples related to the opening of one or two phases are developed and compared. They consist in systematizing the generation of the matrix transforms in order to have sinusoidal currents and ensure a proper phase shift with the fems of the healthy phases.