L'objectif principale de cette étude est de mettre au
point un moyen de réglage et de commande appliqué au bus continu
dédié au système de production d'énergie
électrique à partir des sources éoliennes ou solaires afin
d'avoir un bon rendement de l'ensemble de système et réseau.
Atteindre cet objectif exige de prendre en compte les
contraintes en tension et les lois de commande au niveau du bus continu.
Pour synthétiser la problématique appuyons-nous
sur le modèle générique des systèmes rappelé
ci-dessous :
Stratégie de commande et réglage du bus continu
dédiée aux systèmes de production d'énergie
éolienne et solaire
Fig.3.1 Architecture générique d'une centrale
éolienne ou solaire
Les systèmes de production d'énergie
électrique à partir de sources naturelles
(générateur photovoltaïque,
aérogénérateur...) connecté à un bus continu
utilisent un onduleur de tension pour mettre l'énergie extraite de la
source au norme du réseau électrique.
En considérant les architectures de models
utilisés précédemment, l'on constate aisément que
la tension d'alimentation de l'onduleur est imposée par le noeud (bus
continu).
Pour mieux étayer la position du problème,
limitons-nous sur le cas d'une installation éolienne rappelée par
le synoptique suivant :
Fig. 3.2. Topologie d'une centrale éolienne avec un bus
continu intermédiaire.
Le système étudié est composé
d'une source éolienne, d'un redresseur triphasé, d'un onduleur
triphasé de tension et d'un bus continu intermédiaire.
Ce dernier est dans la réalité un condensateur
qui sert d'élément de stockage pour envoyer l'énergie vers
un réseau alternatif, via l'onduleur. L'onduleur de tension a un
caractère dévolteur ; c'est-à-dire, il abaisse la tension
qui lui est délivrée à l'entrée par le bus continu
: ce qui entraîne une demande de tension de bus élevée.
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Le problème fondamental consiste à
élaborer un processus permettant d'alimenter en tension suffisante et
continue le circuit intermédiaire appelé bus continu lorsque la
source principale (ici l'éolienne) est basse tension.
En effet la tension ubus en sortie du condensateur
est appelée à remplir certaines exigences afin d'obtenir un
réseau normalisé 220V/50Hz.
La tension de bus continu est variable en fonction de celle
générée par les principales sources d'énergie ; ce
qui peut entraîner un surdimensionnement de l'onduleur.
Par ailleurs un raisonnement développé dans l'acte
du colloque présenté par B. Robyns et M. Nasser sur la
«Modélisation et simulation d'une éolienne à vitesse
variable basée sur une génératrice asynchrone à
cage« (C.f. Bibliographie) a montré que « la tension fournie
par le convertisseur côté source (hacheur ou redresseur) est
généralement supposée faible du fait que les sources
délivrent de l'énergie électrique sous forme d'un bus
continu basse tension ».
Or, pour pouvoir utiliser un onduleur de tension raccordé
à un réseau triphasé dont les tensions simples atteignent
240V, nous avons besoin d'une tension de bus continu élevée,
obéissant à la relation suivante :
ub u s = 240 2 3 + äV = 588 + äV ;
Avec äV: chutes de tension dans les semi-conducteurs de
l'onduleur, estimés à äV = 20V ».
Ainsi nous souhaitons avoir une tension de bus continu
supérieure à 600V, soit donc ubus = 750V pour pouvoir fonctionner
dans toutes les conditions.
En particulier, si l'on admet que la tension en valeur moyenne
délivrée par une source d'énergie naturelle est de 48 V,
dans ce cas, il faudrait mettre en association plus de 15 sources
(éoliennes ou photovoltaïques) pour obtenir une tension de bus
continu suffisante (750V) ; ce qui entraîne de dépenses
matérielles énormes.
Le flux d'énergie au niveau du bus continu peut
être modélisé dans le schéma de la figure 3.3.comme
suit:
Fig.3.3. Modélisation de flux de puissance du
système non régulé
L'enjeu consiste donc à proposer une solution
technologique qui offre une bonne gestion de flux d'énergie qui transite
au niveau de bus continu afin d'obtenir un réseau normalisé
220V/50Hz.
Stratégie de commande et réglage du bus continu
dédiée aux systèmes de production d'énergie
éolienne et solaire
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