Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Cette thèse décrit la conception et la mise en oeuvre d'une commande directe des puissances pour une génératrice asynchrone à double alimentation (GADA). L’intérêt porté à la GADA est dû à sa capacité de fournir une puissance active par le stator et par le rotor selon son mode de fonctionnement. La topologie usuelle de la GADA adoptée dans ce travail consiste à connecter le stator directement au réseau, alors que le rotor se connecte par l’intermédiaire de deux convertisseurs triphasés à deux niveaux. Les deux convertisseurs sont identiques et sont connectés en cascade via un lien à courant continu (CC). La commande du convertisseur côté réseau assure la régulation de la tension du lien CC et la maîtrise du facteur de puissance côté réseau. Or, la commande du convertisseur côté machine permet de réguler les puissances active et réactive au stator de la GADA en tenant compte de la vitesse de rotation et du couple mécanique d’entraînement imposé sur la GADA. La commande vectorielle du convertisseur côté réseau est basée sur l’orientation de la tension de réseau en utilisant la transformation de Park pour assurer un découplage entre les puissances active et réactive côté réseau. Les régulateurs proportionnels-intégrales (PI) sont utilisés, en premier lieu, pour contrôler la tension du lien CC et le facteur de puissance à travers deux boucles de régulation imbriquées. En se basant sur l’orientation du flux statorique de la GADA, la structure et l’implémentation de la commande du convertisseur côté rotor est très similaire à la commande du convertisseur côté réseau. Par contre, cette commande consiste principalement à découpler les puissances active et réactive échangées avec le réseau au stator de la GADA. Également, on maîtrise la vitesse de rotation de la GADA, selon le mode de fonctionnement désiré, en utilisant des régulateurs PI. La commande robuste par mode glissant est proposée dans cette thèse comme alternative aux régulateurs PI. Ainsi, la commande dite directe des puissances par mode glissant est appliquée sur les deux convertisseurs afin d’améliorer le comportement de la GADA. Les stratégies de commande élaborées ont été simulées dans Matlab et implémentées expérimentalement sur un banc d’essai réalisé en laboratoire. Ceci a permis d'évaluer les techniques de contrôle des convertisseurs électroniques en laboratoire dans un contexte le plus réel possible, en apportant des contributions significatives. Les résultats obtenus montrent bien la validité de la démarche suivie. Ils montrent également que la stratégie de commande développée est bien adaptée aux problèmes de suivi de trajectoires, au respect des contraintes électromécaniques et à la robustesse vis-à-vis des incertitudes paramétriques.

This thesis deals with the design and implementation of direct power control for doubly fed induction generator (DFIG). The interest in the DFIG is due to its ability to provide active power by the stator and the rotor according to its operation mode. In this work, the topology adopted for the DFIG is to connect the stator directly to the network, while the rotor is connected to the network through two three-phase back-to-back converters. Both converters are connected in cascade via a direct current (DC) bus. The grid side converter provides DC bus voltage regulation and controls of the power factor. While the rotor side converter control ensures the active and reactive power regulation on the stator of the DFIG, taking into account the rotational speed and the mechanical drive torque imposed on the DFIG. The vector control of the grid-side converter is based on the grid voltage orientation using the Park transformation to ensure a decoupling between the active and reactive powers on the network side. Proportional-Integral (PI) controllers are primarily used to control the DC bus voltage and power factor through two cascade control loops. Based on the stator flux orientation of the DFIG, the structure and the implementation of the rotor-side converter control are very similar to the grid-side converter control. However, the role of this control is mainly used to decouple the active and reactive powers exchanged with the network at the stator of the DFIG. In addition, the DFIG rotational speed is controlled according to the desired operating mode using PI regulators. A robust sliding mode control is proposed in this thesis as an alternative to PI controllers. This control method is used to control both converters in order to improve the behavior of the DFIG. The developed strategy was simulated on MATLAB, and implemented experimentally through a test bench realized in laboratory. The objective was to experimentally evaluate the control techniques of electronic converters as close to reality as possible. The obtained results show clearly the validity of the adopted methodology. They also show that the developed control strategy is well adapted to tracking trajectory problems, to electromechanical constraints limits, and to robustness regarding parametric uncertainties.