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Conférence Tunisienne de Génie Electrique CTGE 2004 Méthodologie de conception dun système éolien en site isolé par loutil Bond Graphs SPM1: Communication.

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1 Conférence Tunisienne de Génie Electrique CTGE 2004 Méthodologie de conception dun système éolien en site isolé par loutil Bond Graphs SPM1: Communication N°3 Par : Ahmed HATTAB Jamel BELHADJ Xavier ROBOAM Tunis-19, 20 et 21 Février 2004 Laboratoire des Systèmes Électriques (LSE-ENIT) Laboratoire dElectrotechnique et Electronique Industrielle (LEEI-CNRS-INPT)

2 Problématique d actualité : Énergies renouvelables Méthodologie de Conception dun Système de Production de lénergie électrique au fil du vent Énergie Éolienne GS V, f Vent (cinétique, aérodynamique ) / mécanique / électrique ….. Système pluridisciplinaires et complexe

3 PLAN DE L EXPOSE Motivation du thème de recherche Conclusions Méthodologie de conception du système Modélisation et analyse systémique du système Performance du système éolien

4 Méthodologie de conception du système (1/2) 1/13 Système énergétique Maximiser la puissance électrique récupérée Comportements aléatoires des sources renouvelables Plusieurs formes de lénergie et multi-domaines Différentes échelles de temps ( vent, mécanique, électrique, … Des non-linéarités : sources, convertisseurs, charges… Conception sous angles « approche système » Formalisme Bond Graphs

5 Méthodologie de conception du système (2/2) 2/13 Caractéristiques du Formalisme Bond Graphs Représentation énergétique Transfert de puissance au sein du système Relation de cause à effet Représentation unifiante (multi-domaines) pluridisciplinaires Deux variables pour exprimer le transfert de puissance Flux : f Effort : e A B e AB f Éléments StockageIrréversibleSource Symboles CICI R Sf Se Contrainte 0, 1, TF, MTF GY MGY

6 Problématique Nationale : Balance énergétique Potentiel éolien en Tunisie 3/13 Dépassant les 500 MW 900 kWh/m2/an dans certaines régions. Répartition du Weibull Densité de probabilité Motivation du thème de recherche

7 Présentation du système éolien en site isolé (2/10) 4/13 La chaîne de conversion éolienne MS 3 ~ Vent Turbine Génératrice synchrone Redresseur à diode Accumulateurs Plusieurs formes de conversion dénergie D1 D4 D3 D6 D5 D2

8 Transformation de lénergie Énergie cinétique du vent Source éolienne 3 2 1 vSP vent éol P Pertes inertielles J v Pertes par frottement f m, méca C P, em C Pertes defficacité Cp, éol C ss IE, em P P ss IU, élec P Conversion électromagnétique Pertes résistives R s v Turbine éolienne Machine synchrone Pertes inductives L s Pertes inertielles J m Puissance disponible Macro modèle BG Puissance récupérée I:J v I:J m I:L s Source Vent 1 R:Cp C éole C méca R: f m 1 C em MGY r R: R s 1 EsEs IsIs UsUs IsIs R: Charge 5/13

9 Modélisation de la source primaire Description du vent : V vent = V base + V rampe + V rafale + V bruit V base = VMoyenne = 7.42 m/s V rampe = Echellon de vitesse de 1 m/s V rafal = Vent rafale de courte durée de Vmax = 14.5 m/s V bruit = Perturbation haute fréquence de Vmin = 0.25 m/s 6/13 Modèle analytique du vent à partir duquel nous avons effectué les différentes simulations

10 Modélisation de la turbine éolienne (1/2) Caractéristique de la turbine éolienne Couple éolien 7/13

11 8/13 Modèle bond graph de la partie aérodynamique Puissance Éolienne C méca Couple Éolien Vent I : Jm R : fm 1 f e W couple éolien Le couple éolien est proportionnel à la puissance éolienne en valeur moyenne et en instantané (très variables) Modélisation de la turbine éolienne (2/2)

12 Modélisation de la génératrice (1/2) 9/13 Modèle bond graph de la Géné Syn A. P élec C méca Phase1 V1 Phase2 V2 phase3 V3 Générateur_Phases R :Rs I :Ls MGY 1 1 1 R :Rs f 1 méca E s1 I s1 E s2 I s2 E s3 I s3 r1r1 r2r2 r3r3 Mécanique / Électrique C em MGY r 1,2,3 EsEs IsIs

13 10/13 Amplitude constante Fréquence fixe Amplitude variable Fréquence variable Vent moyen Vent très variable Modélisation de la génératrice (2/2)

14 11/13 Modélisation du convertisseur statique Modèle bond graph du convertisseur AC / DC D1 D4 D3 D6 D5 D2 GS 3 ~ Vbc D1D2D1D2 D3D2D3D2 D3D4D3D4 D5D4D5D4 D5D6D5D6 D1D6D1D6 V ph1 -V ph3 V ph2 -V ph3 V ph2 -V ph1 V ph3 -V ph1 V ph3 -V ph2 V ph1 -V ph2 Deux interrupteurs fermés (deux diodes passantes) : ===> séquence Vbc V ph1 V ph2 V ph3 MTF 1 m1m1 m3m3 m2m2 BG Elément de commutation Change à la commutation

15 12/13 Performances du système éolien Vent moyen Vent instantané Puissance électrique proportionnelle en valeur moyenne à la puissance éolienne Développement dune source de puissance 600W ( 520W ) Paramètres primaires très variables en instantané: Puiss électr. lente importance de lanalyse en moyenne et en instantané Puissance électrique varie lentement en valeur instantanée % à la puissance éolienne : Filtres ( inerties du systèmes )

16 13/13Conclusions Amélioration des performances énergétiques des systèmes hybrides avec PV 1.Une commande adéquate des convertisseurs dadaptation (MPPT éolienne) pour loptimisation de lénergie électriques. 2.Augmenter le nombre des éoliennes (sites isolés ) 3.Possibilité de lintégration du système au réseau électrique national: impact, taux de pénétration, étude technico-économique… Méthodologie de Conception dun Système Éolien en site isolé par BG Modélisation systémique (Vent- Puissance électrique ) dun système éolien en site isolé à VV : Analyse instantané et en moyenne


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