Conception et comparaison des performances de stratégies de commande PI et DAC appliquées au calage variable d'une éolienne de 10 kw

Résumé

Le Wind Energy Strategic Network (WESNet) a notamment pour but de développer des technologies pour optimiser les éoliennes pour le climat canadien. L’éolienne de 10kW a été conçue à l’Université du Nouveau-Brunswick et l’École de technologie supérieure pour répondre à ce mandat. Elle est équipée d’un système de calage variable électromécanique et d’un système d’optimisation de la puissance faisant varier le couple du générateur. Contrairement à ce qui est couramment rencontré en industrie, ce dernier reste actif pour des vents de vitesse supérieure à la vitesse nominale. L’objectif de ce mémoire est de concevoir deux stratégies de commande pour le système de calage variable de l’éolienne du WESNet et de comparer leurs performances en conditions réelles de fonctionnement afin de déterminer laquelle permet la meilleure production. La courbe de puissance, la disponibilité et la production d’énergie annuelle (PEA) extrapolée réelle sont utilisées pour comparer les stratégies. Ce dernier indicateur est calculé en multipliant la PAE extrapolée d’une stratégie par sa disponibilité et donne un aperçu réaliste de sa production potentielle. Les stratégies de commande sont développées à partir d’un modèle linéaire et d’un modèle non linéaire tous deux réalisés dans SIMULINK avec le code de calcul d’éolienne FAST. Elles sont ensuite implantées dans le module de commande de l’éolienne et des données de fonctionnement sont recueillies pendant environ 1 mois pour chacune. La première stratégie de commande est de type proportionnelle intégrale (PI). Elle est choisie en raison de sa simplicité de conception et d’application, de l’abondante littérature disponible et de ses bonnes performances démontrées. Pour obtenir une bonne régulation de la vitesse angulaire, un ordonnancement de gains a dû être utilisé. Les données de fonctionnement de la stratégie PI servent à valider le comportement du modèle non linéaire. La seconde est une stratégie d’accommodation à la perturbation (DAC). Elle est choisie en raison de sa plus grande flexibilité d’ajustement, de sa simplicité d’application aux éoliennes et des bons résultats expérimentaux mentionnés dans la littérature. La stratégie DAC est plus apte à la production que la stratégie PI. Sa courbe de puissance pour des vents supérieurs à la vitesse nominale est plus constante et plus élevée : la valeur de production nominale de 10kW n’a été atteinte que sur la courbe de la stratégie DAC. De plus, elle présente une PEA extrapolée réelle plus élevée que la stratégie PI, en dépit d’une disponibilité plus faible. Cette production accrue est due à un effort plus soutenu de l’actionneur du calage variable. La stratégie PI accomplit une meilleure régulation que la stratégie DAC lorsque les vents sont très turbulents (IT au dessus de 18%), mais ne présente pas une production plus élevée pour autant.

Date	16 juin 2014
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Christian Belleau (Directeur(-trice)) & Simon Joncas (Codirecteur(-trice))