Le besoin mondial en énergie électrique ne
cesse d'augmenter en rencontre de préoccupations des écologistes
liées aux problèmes environnementaux engendrés par les
sources d'énergie traditionnelle (nucléaire). Ce défi
entraîne de plus en plus la mise en place des sites industriels qui
transforment des sources d'énergie naturelle en
électricité.
De nos jours des centrales éoliennes et solaires sont
mises en service chaque année au profit de l'écologie pour
produire plus 2% de l'électricité mondiale. Ainsi des nombreux
consommateurs, particuliers ou industriels relativement lointains couvrent
leurs besoins en énergie électrique grâce au vent et au
soleil regroupés sous le vocable sources d'énergie
renouvelable.
Bien que la technologie de ces dernières ait nettement
évolué, la nécessité d'apporter des solutions
innovatrices d'électronique de puissance et de commande et
réglage se fait encore sentir lorsque l'on veut optimiser
l'énergie extraite de ces sources.
Les convertisseurs de puissance occupent une place de plus en
plus importante dans le processus industriel et en particulier parmi les
éléments de la chaîne de conversion d'énergie dans
ce type de système. Leur intérêt est sollicité tant
pour l'amélioration de l'électricité produite que pour
combiner différentes sources d'énergie et gérer le
contrôle du système.
Leur interconnexion dans le système fait émerger
une notion de noeud électrique intermédiaire,
désigné par bus continu dont la gestion, du point de vue
réglage et commande, pose problème.
Dans toutes les structures envisageables, ce bus à
tension continue constitue une colonne vertébrale
énergétique habituelle. Il représente un noeud de
confluence des puissances électriques de la source productrice
d'énergie (générateur éolien ou solaire) et du
consommateur. C'est donc une jonction équipotentielle de puissances dont
le réglage se réalise grâce au degré de
liberté offert par un appoint énergétique extérieur
dont un système de régulation (généralement un
dispositif de stockage inertiel associé à un convertisseur
statique DC-DC).
De part en part, l'utilisation d'un onduleur de tension
à MLI relié au réseau demande un gradient de tension
élevée et sans variation, délivrée par le bus
continu.
En pareille occurrence, l'électricité produite
à partir des aérogénérateurs ou des cellules
photovoltaïques peut être transférée au réseau
dans son intégralité, en partie ou pas du tout ; sa mise en norme
au réseau électrique et son optimalité doivent faire
l'objet d'un réglage des puissances reparties en amont et en aval du bus
continu et par extension d'une commande bien adaptée à ce
processus.
D'où notre thème : « Stratégie de
commande et de réglage de bus continu dédié au
système de production d'énergie éolienne et solaire
».
L'objet dans ce mémoire est de proposer, dans les
systèmes de conversion d'énergie éolienne et solaire, une
solution constructive appliquée au bus continu pour contrôler et
régler sa tension, en vue de satisfaire à une demande de
puissance de l'onduleur connecté au réseau ; ce qui permettrait
en conséquence l'optimisation du rendement énergétique du
système.
La problématique d'un tel sujet soulève
néanmoins ces questions :
Stratégie de commande et réglage du bus continu
dédiée aux systèmes de production d'énergie
éolienne et solaire
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· Quelle architecture pour interconnecter les
différents éléments du système ?
· Quelles solutions mettre en oeuvre pour adapter les
niveaux de tension de bus continu afin d'obtenir un réseau
d'énergie 220Veff / 50Hz ?
· En quoi ces solutions sont intéressantes ? Quelles
sont leurs limites ?
· Comment élaborer la commande du bus continu pour
que le système fournisse sa puissance optimale?
Ce sujet demande en préalable, une aperçue
générale sur les différents éléments du
système dont il faut comprendre l'importance dans une chaîne de
conversion d'énergie électrique au moyen de sources
naturelles.
Ensuite, nous présenterons une synthèse de
problématique posée par le bus continu au sein de ce type de
système (une ou trois générateurs éoliens ou
solaires connectés à un réseau moyenne tension par
l'intermédiaire d'un système à double convertisseur ayant
en commun à un bus continu à condensateur).
Enfin, nous proposerons la stratégie de réglage
et de commande de bus continu en rapprochement de deux solutions technologiques
distinctes :
· l'une utilisant un hacheur classique ;
· l'autre utilisant un hacheur multiniveau.
En vue de satisfaire à ces initiatives, nous allons
développer une méthodologie de modélisation assez
générale qu'est le formalisme graphique REM
(Représentation Energétique Macroscopique). Il nous permettra
d'élaborer des modèles simples et lisibles par la description
externe des échanges énergétiques du processus avec son
environnement.
La structure de commande sera déduite par principe
d'inversion du modèle développé.
En adoptant cette approche systémique, nous pouvons
également bâtir des modèles du processus à partir
d'une bibliothèque de composants sous l'environnement MATLAB
SIMULINK.
Pour évaluer les résultats de l'étude et
montrer sa validité aux dépens de la stratégie
proposée (par rapport aux solutions apportées) nous allons
procéder à des simulations des modèles MATLAB SIMULINK
établis.
Nous terminerons ce rapport par une conclusion sur l'approche
comparative entre les deux procédés techniques utilisés
pour pallier ces problèmes.
Stratégie de commande et réglage du bus continu
dédiée aux systèmes de production d'énergie
éolienne et solaire
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