Contribution au développement d'un simulateur électromécanique d'aérogénérateurs : simulation et commande en temps réel d'une turbine de puissance moyenne à angle de calage variable

par Amadou Doudou Diop

Thèse de doctorat en Sciences et techniques

Sous la direction de Ludovic Protin.

Soutenue en 1999

à Le Havre .

mots clés

• Énergie éolienne
• Éoliennes
• Commande en temps réel

Résumé

Ce memoire est une contribution au developpement et au perfectionnement d'un simulateur electromecanique d'aerogenerateurs qui comprend deux parties : un simulateur informatique en temps reel de la turbine, elabore a partir d'un modele mathematique de cette derniere, et un sous systeme electromecanique de suivi, pilote par le simulateur informatique qui reproduit les caracteristiques mecaniques reelles (couple-vitesse) de la turbine. Une analyse est effectuee sur les problemes d'optimisation sous contraintes et une presentation des differents simulateurs existants est donnee pour montrer l'etat actuel des travaux sur les simulateurs. Pour le simulateur informatique, la turbine est modelisee analytiquement a partir des donnees de construction en considerant les variations du calage et des parametres annexes. Des modeles classiques de generatrices, dont les equations couplees avec celles du modele complet de la turbine, permettent la simulation des aerogenerateurs. L'auteur montre, a partir d'etudes de cas sur le comportement dynamique du systeme electromecanique, qu'avec une commande en couple les erreurs du simulateur sont plus fortes en basses frequences et plus faibles en hautes frequences par rapport a une commande en vitesse. Mais, un bon compromis est obtenu en choisissant un servomoteur electrique avec des constantes de temps electromecanique et electrique tres proches. Differents regulateurs numeriques classiques ont ete testes pour evaluer les lois de commande de l'asservissement de la partie electromecanique. Mais, pour ameliorer la robustesse de la commande aux variations du point de fonctionnement, il est necessaire de considerer un reglage adaptatif. A partir des modeles mathematiques complets developpes, un logiciel a ete elabore pour simuler les aerogenerateurs de moyennes puissances a calage variable et les resultats experimentaux obtenus montrent l'interet de ce simulateur comme outil de recherche pour la conversion optimale de l'energie eolienne.

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