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Système de conversion simplifié pour éolienne équipée de génératrice synchrone à aimants permanents

M.J. Lalou

Haute Ecole d’Ingénierie et d’Architecture, Pérolles 80, CH-1705 Fribourg, Suisse

Abstract

As part of a variable speed, wind energy conversion system (VS-WECS), this paper proposes a new power electronics solution in order to inject the generated energy in the utility grid, especially dedicated to small power wind turbines (<100 kW). The conversion chain includes, in series, a permanent magnet synchronous generator (PMSG) operating in variable speed, a diode rectifier, a DC-DC converter and a voltage source inverter (VSC). Compared to a standard solution with two VSC, the proposed solution allows to reduce the necessary hardware and to simplify the control software. The control of the conversion system relies on two control loops. On one hand, the speed control of the GSAP in order to track the maximum power point (MPPT) and on the other hand DC side voltage control of the inverter. The speed control requires as inner loop to control the active power injected in the utility grid, controlled by means of a state space vector control. The obtained simulation results allow validating the proposed solution and show, in case of variation of the wind speed, a fast and precise adaptation of the PMSG speed.

Résumé

Dans le cadre de la conversion à vitesse variable d’énergie éolienne (VS-WECS : Variable Speed, Wind Energy Conversion System), cet article propose une électronique de puissance simplifiée pour injecter l’énergie produite dans le réseau, spécialement dédié aux éoliennes de petite puissance (<100 kW). La chaîne de conversion comprend en série une génératrice synchrone à aimants permanents (GSAP) fonctionnant à vitesse variable, un redresseur à diodes, un convertisseur DC-DC et un convertisseur en source de tension (VSC : Voltage Source Converter) en fonctionnement onduleur. Par rapport à une réalisation standard à deux VSC, la solution proposée permet de réduire le matériel nécessaire et de simplifier la commande. Le contrôle du système de conversion repose sur deux boucles de réglage. D’une part, la boucle de réglage de la vitesse de la GSAP permettant de suivre le point de fonctionnement à puissance maximale et d’autre part le réglage de la tension continue de l’onduleur. Le réglage de la vitesse requiert de contrôler en temps réel la puissance active injectée dans le réseau, ce qui est fait à l’aide d’un régulateur d’état avec commande vectorielle. Les résultats de simulation obtenus permettent de valider la solution matérielle proposée et montrent, lors de variation de la vitesse du vent, une adaptation rapide et précise de la vitesse de la GSAP.

Keywords

Machine synchrone à aimants permanents (GSAP) – Eolienne – MPPT - Convertisseur DC-DC - VSC.

Système de conversion simplifié pour éolienne équipée de génératrice synchrone à aimants permanents
Texte intégral

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