Contribution à l'étude, la modélisation et la simulation de microcentrales hybrides autonomes multi générateurs au fil du soleil et du vent

Abstract

Les micro-centrales qui nous intéressent sont constituées essentiellement de générateurs d'énergies de types renouvelables et de générateurs diesel en appoint. En général les générateurs d'énergies renouvelables nécessite une optimisation du transfert de l'énergie disponible ainsi qu'une mise en tonne de cette énergie pour des problèmes de compatibilité avec les charges. Ces fonctions sont réalisées grâce aux convertisseurs statiques du fait de leur très grand rendement au niveau énergétique. Mais l'utilisation de convertisseurs statiques, au niveau des chaînes énergétiques de la micro-centrale, pose un problème de modélisation. Ce problème vient du fait que les convertisseurs statiques imposent à la micro- centrale une structure à configurations variables de manière permanente dans le temps. Le nœud continu, d'interconnexion des générateurs de la micro- centrale, de tension moyenne d'environ 600V, est capacitif. Deux aérogénérateurs de 100KWc chaque et trois générateurs photovoltaïques de 100KWc chaque, sont couplés à ce nœud continu à travers des convertisseurs statiques assurant le contrôle des transferts d'énergie de ces sources à "puissances finie". A partir de ce nœud continu sont alimentés : -les charges continues, constituées d'ensembles convertisseurs statiques- machines asynchrones- pompes centrifuges- puits; - le dispositif statique de génération de la tension alternative du réseau local. L'objectif principal visé est d'aboutir à la mise en œuvre de deux types de modèles du processus: - des modèles linéaires permettant une détermination, suivant les principes classiques de l'automatique, des correcteurs nécessaires pour un fonctionnement correcte du processus ; des modèles pour la simulation du fonctionnement réel de la micro- centrale. Ces modèles permettent de mettre en évidence l'influence des différents éléments structurels du processus. Ils permettent également l'implémentation et la validation des correcteurs et des stratégies de commandes développées. Le principe de modélisation systématique des convertisseurs statiques mis en œuvre se fonde sur le fait qu'on peut assimiler les fonctions de ceux-ci à une interaction entre une fonction spatiale de connexion et une fonction temporelle de commande. La mise en œuvre d'un modèle dynamique du processus (ensemble convertisseurs - sources) impose l'établissement d'un modèle de connaissance. Il est établi sur la base d'une décomposition fonctionnelle qui fait apparaître une partie commande qui décrit la manière dont s'établissent les connexions dans la seconde partie de la décomposition qui est la partie opérative (qui se divise en un bloc continu et un bloc discontinu). La partie commande peut être explicitée par des réseaux de Petrie d'état. Ce principe de modélisation systématique est appliqué aux convertisseurs statiques de la micro- centrale pour la détermination de leur modèle de fonctionnement réel. L'application des techniques de l'automatique, pour une détermination des correcteurs nécessaire pour le contrôle de la dynamique de la micro- centrale, impose la mise en œuvre de modèles linéaires, notamment pour les convertisseurs statiques. L'évolution des différentes variables (tensions, courants, etc..) au sein de ces convertisseurs statiques, résulte de la succession cyclique dans le temps de plusieurs circuits (topologie variable). Les méthodes permettant de mettre en œuvre une représentation unique du fonctionnement d'un convertisseur statique, sont entre autre les méthodes de modélisation par « schéma équivalent moyen» et par « injection de courant». Après avoir appliqué ces deux méthodes sur les convertisseurs statiques de la micro- centrale, une étude comparative a été effectuée. Nous avons retenu d'utiliser pour la détermination des correcteurs les modèles linéaires issus de la méthode de modélisation par «schéma équivalent moyen» car cette méthode à l'avantage de conserver la topologie du système et permet des représentations linéaires d'état avec les variables d'état réelles du processus. L'implémentation (dans les modèles de fonctionnement réel) des correcteurs PI, a permis de valider la démarche proposée dans ce travail, en mettant en évidence l'excellente performance de ces régulateurs à travers les résultats obtenus.