Sujet

IREENA EA 4642
ED STIM
Sujet 2
Comportement dynamique en mode dégradé et algorithmes de
commande des générateurs polyphasés associés aux convertisseurs
tolérants aux défauts
Directeur de thèse :
Mohamed Fouad Benkhoris
Encadrant : Mourad Aït-Ahmed
Encadrant : Jean-Claude Le Claire
[email protected]
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Résumé : Dans le contexte d’exploitation des sources d’énergie renouvelables, nous proposons
d’étudier en mode dégradé, une architecture tolérante aux défauts pour la récupération d’énergie
marine. On s’intéresse à l’analyse du comportement dynamique, à l’étude de la stabilité et à
l’élaboration des stratégies de commande en mode dégradé, ainsi que l’élaboration des méthodes de
détection des défauts et de la reconfiguration des algorithmes de commande d’un ensemble
génératrice synchrone polyphasée – redresseur Vienna connecté à un réseau DC. Pour les modes de
fonctionnement en dégradé, on veille à l’optimisation de la chaîne de conversion d’énergie et à la
continuité de l’énergie produite.
Abstract: In the context of exploitation of renewable energy resources, we propose to study in
degraded mode fault tolerant architecture for the marine energy exploitation. We are interested in
the analysis of the dynamic behavior, the study of the stability and development of control
strategies in degraded mode. We are also interested in developing methods of fault detection and
reconfiguration algorithms for the control of a polyphase synchronous generator - Vienna rectifier
set connected to a DC network. For degraded modes, care is taken to the optimization of the energy
conversion chain and to the continuity of power
Comportement dynamique en mode dégradé et algorithmes de commande des générateurs
polyphasés associés aux convertisseurs tolérants aux défauts
Descriptif du sujet de thèse
Aujourd’hui, le contexte énergétique actuel fait émerger de nouvelles problématiques dans le
domaine de la maîtrise et de la gestion de l’énergie. Outre la maîtrise de la consommation
énergétique, il devient important d’exploiter diverses sources d’énergie renouvelables. La source
d’énergie primaire envisagée dans ces travaux est de nature marine. Dans ce cas, il est évident que
le système de production d’énergie est placé en mer et par conséquent l’accès n’est pas aisé.
L’amélioration de la sûreté de fonctionnement de la chaîne de production d’énergie, nécessite alors
d’envisager une structure fiable de conversion de l’énergie mécanique en énergie électrique,
tolérante aux défauts et assurant la continuité de l’énergie produite en permettant le fonctionnement
en mode dégradé. Malgré l’aspect aléatoire de la source d’énergie primaire, le rendement de la
chaîne de conversion d’énergie doit être optimal et l’énergie électrique produite doit être de bonne
qualité.
Le sujet proposé fait suite aux activités de recherche amorcées au laboratoire sur la gestion et le
contrôle de la production de l’énergie électrique basée sur une chaîne innovante tolérante aux
défauts. Cette chaîne est composée d’une génératrice synchrone polyphasée à aimants permanents
associée à un redresseur de type Vienna. En effet, la génératrice polyphasée assure la continuité de
la production de l’énergie grâce à son grand nombre de phases même en mode dégradé, et le
redresseur Vienna, caractérisé par un nombre réduit d’interrupteurs de puissance actifs, procure une
meilleure fiabilité.
L’architecture classique d’une chaîne de conversion d’énergie électromécanique connectée à un
réseau continu et exploitant une source d’énergie renouvelable est de type mono machine mono
convertisseur statique et plus précisément une machine triphasée connectée à un bus continu via à
un redresseur contrôlé. Avec cette architecture classique, un défaut sévère dans un élément de la
chaîne de conversion d’énergie peut à lui seul entraîner la perte de contrôle totale ou partielle de la
chaîne de conversion. L’accroissement du nombre de phases du générateur électromécanique et
l’insertion d’un convertisseur statique d’électronique de puissance tolérant aux défauts permet
d’une part d’accroître la disponibilité du système de production d’énergie, d’autre part de segmenter
la puissance qui sera véhiculée par le convertisseur statique. Si on se limite seulement à la partie
puissance d’un ensemble génératrice–redresseur, plusieurs défauts peuvent se produire : ouverture
d’une ou de plusieurs phases, court-circuit d’une ou de plusieurs phases, combinaison d’ouverture
d’une phase et court-circuit d’une autre, …. Alors, la maîtrise du système de production d’énergie
nécessite au préalable la modélisation en vue de la simulation pour l’analyse de son comportement
dynamique et statique en mode normal et dégradé, ce qui constituera par la suite un outil d’aide
pour le dimensionnement correct des éléments physiques de la chaîne.
Une fois que l’ensemble génératrice-redresseur est en défaut, l’optimisation de la chaîne de
conversion d’énergie, tout en veillant à la qualité d’énergie, exige alors d’élaborer les stratégies de
commande en vue d’optimiser des critères à définir. Ceci exige de développer au préalable des
modèles dynamiques, en vue de la commande, adéquats et de synthétiser des régulateurs robustes
assurant le suivi des consignes et s’adaptant à la topologie variable de l’ensemble génératriceredresseur.
Un autre aspect important à traiter pour ces chaînes de conversion d’énergie tolérantes aux défauts
est la détection des défauts et la reconfiguration des algorithmes de commande du mode normal en
mode dégradé. Pour éviter des dérivées de courant importantes lors de la reconfiguration des
algorithmes de commande, des régulateurs de courant à bandes passantes adéquates doivent être
recherchés.