Etude et conception d'un système de régulation automatique de la fréquence et de la tension de sortie d'une hydrolienne en fonction de la vitesse de la roue (cas du projet d'électrification décentralisée de la ferme Benjin Agriculture).

V.2 LE DISPOSITIF ELECTRONIQUE DE CONTROLE DE FREQUENCE: GENERATRICE ASYNCHRONE +CONVERTISSEUR DE PUISSANCE

Comme il a été montré plus haut le moyen le plus crédible pour maintenir la fréquence et la tension de sortie constante est l'utilisation des convertisseurs statiques commandés, lesquels influerons sur le fonctionnement de la génératrice asynchrone. La génératrice asynchrone ayant été choisie nous présenterons une étude approfondie à ce sujet afin de comprendre le principe de la régulation plus loin ensuite nous expliquerons chaque partie du convertisseur statique.

a)Principe général.

L'hydrolienne fonctionnant avec une vitesse variable, le générateur (synchrone ou asynchrone) produit un courant alternatif de fréquence variable. L'emploi de deux convertisseurs de puissance permet de fixer la fréquence de sortie à la fréquence du réseau c'est-à-dire 50 Hz issue des fréquences variables des courants de la machine par la création d'un bus continu intermédiaire. Avec une telle structure, les fluctuations rapides de la puissance générée peuvent être filtrées par le condensateur en autorisant une variation de la tension du bus continu sur une plage donnée.

Ces convertisseurs seront dimensionnés pour 100% de la puissance nominale de la génératrice, ceci augmente significative le coût de l'installation et les pertes. Selon la topologie des convertisseurs utilisés, deux structures de conversion peuvent être utilisées et sont maintenant détaillées.

Roue Hydaulique

Courant alternatif à fréquence fixe

Fig.V.1Hydrolienne à vitesse variable connectée au réseau isolé de distribution via des convertisseurs statique.

b) Alimentation utilisant un redresseur à diode et un onduleur contrôlés par MLI

Cette topologie utilise un onduleur fixe (50Hz) à IGBT^3(*) contrôle par MLI placé entre le bus continu et le réseau de distribution, et un redresseur à diodes entre le bus continu et la génératrice. La puissance transitée entre la génératrice et le bus continu est donc unidirectionnelle et la génératrice ne peut donc être que freinée en cas d'utilisation d'une commande vectorielle de la génératrice (suivie d'un dispositif d'orientation des pales comme sur les éoliennes). Ce type de montage n'est pas recommandé parce qu'en cas de variation d'amplitude de tension alternative à l'entrée, le condensateur du bus continu recevra également une tension d'amplitude moyenne relativement basse ce qui perturberait le circuit de commande de l'onduleur MLI et donc il y aura un défaut de régulation (Fig.V.2)

(Fig.V.2 Alimentation avec redresseur à diodes

* ³ Insulated Gate Bipolar Transistor.