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république algérienne démocratique et populaire

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1. 58 HI 5 Mise en uvre de la commande de poursuite MPPT 60 WI 5 1 Principe du MPPT juctscincdencersadiiocs waieniiantieiessts aunaseesacteiniaiar a a O MI 5 2 Introduction du MPPT dans la chaine PV 62 MO ConClision seins hui Re Rte en advan nat above te AR NS te del 65 Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV IV L Tint Od ctr On srann a M M AR RS RER Me a A AR 67 IV 2 Mod le de la machine asynchrone triphas e 4607 IV 3 Equations lectriques de la machine asynchrone dans le rep re triphas 67 IV Transformation d Park 3 5 1 edo veae udas obese sonen due tadeuk ace tannins A EEE E i E 68 IV 5 Strat gie de commande par MLI vectorielle 2 0 0 0 cece cece cece cence eeenaeeaeeenneeeeeeeaeed 70 IV 5 1 Principe de la commande par MLI vectorielle 70 IV 5 2 Vecteurs tensions de r f rence 72 IV 6 Simulation de la commande MLI vectorielle 73 IV 6 1 Mod le d Simulation 4 44 sessinissinnenenniannnainnnnn nina 3 IV 6 2 R sultats de simulation ie eee esseeneneeeeeeees TO IV 7 La commande vectorielle de la MAS 75 IV 7 1 Principes de la commande vector
2. M L onduleur triphas repr sente un sous ensemble important pour entrainer le moteur asynchrone aliment par un g n rateur photovolta que Plusieurs techniques des commandes de l onduleur existent dans la litt rature pour la commande d onduleur Pour l optimisation de l onduleur con u et r alis une technique MLI vectorielle est adopt e puisqu elle n est pas difficile mettre en application L optimisation du moteur induction est bas e sur la technique de conduite utilis e Diff rents auteurs dans la litt rature du moteur induction ont propos plusieurs techniques conduisant chaque m thode est utile pour une application sp cifique Dans l armature de ce travail nous avons montr que le contr le vectoriel est introduit afin de pouvoir commander la machine asynchrone avec le maximum de dynamique L objectif du contr le par orientation du flux est le d couplage des grandeurs responsables de la magn tisation de la machine et de la production du couple Math matiquement la loi de commande consiste tablir l ensemble des transformations pour passer d un syst me poss dant une double non lin arit structurelle un syst me lin aire qui assure l ind pendance entre la cr ation du flux et la production du couple comme dans une machine courant continu excitation s par e Les r sultats obtenus par simulation montrent qu il est possible de r gler convenablement l adaptation MPPT
3. Q L I or nos gode i alien lial mito 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 1 Tension V Figure IL3 Caract ristique d une cellule solaire II 2 2 Caract ristique I f V d une cellule solaire La caract ristique I f V repr sente la courbe de puissance sachant que le courant g n r est donn par la formule II 9 et que la cellule fonctionne sous un clairement fixe E et une temp rature constante T Le fonctionnement du module est caract ris essentiellement par trois zones gt Zone MN Le courant I est donn presque constant la cellule se comporte comme un g n rateur de courant pratiquement constant de valeur voisine de Icc Le fonctionnement de la cellule dans cette zone donne des puissances faibles des courants lev s et des tensions petites gt Zone PS R gion correspondante aux valeurs lev es de Rc La cellule se comporte comme un g n rateur de tension en circuit ouvert Vco Le fonctionnement de la cellule dans cette zone donne des puissances faibles des courants petits et des tensions lev es gt Zone NP Le fonctionnement de la cellule dans cette zone donne des puissances lev es des courants et des tensions acceptables 22 Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que Il 2 3 Param tres caract ristique d une cellule solaire Ces param tres sont caract ris s par ceux des modules constituants le champ PV
4. gt Courant de court circuit Icc Il est obtenu pour une tension de sortie nulle partir de l quation IL 9 aRslcc ester ow 2 1 Se 11 10 P Dans le cas d une cellule id ale Rs 0 et Rp kec Iph qg Ln Lp 1 11 Tenant compte de l effet des r sistances Rs et Rp le courant de court circuit varie en fonction de ces deux r sistances et est proportionnel au flux incident gt Tension en circuit ouvert Elle est obtenue pour un courant de sortie nul partir de l quation II 9 CLS V RsI 1 Ipn Io caxr 1 ns 11 12 Dans le cas d une cellule id ale Rs 0 Rp gt Iph Ie et A 1 Veo Log 1 11 13 q Io SIR Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que gt Facteur de forme FF C est le rapport entre la puissance maximale que peut fournir une cellule et la puissance qu il est th oriquement possible d obtenir puissance optimale P Im V FF nm Il 14 Popt Icc Vco Il caract rise l influence mixte des r sistances s rie et parall le sur la caract ristique I f V gt Rendement nerg tique maximum Nm Le rendement nerg tique maximum est le rapport de la puissance maximale fournie Pmax Sur la puissance du rayonnement solaire incident P Pmax fa Im Vin Nit pe 11 15 S Surface de la cellule solaire E Flux incident Im Vm Coordonn es du point de fonctionnement II
5. III 3 1 Mod le de la cellule PV Sur la base du mod le math matique de la cellule solaire d velopp dans le sous paragraphe II 2 du chapitre 2 on obtient le bloc sch matique de SIMULINK est montr sur la Figure II 2 Shell SP 75 PV cell characteristics x Pow Product To Workspace l V characteristic PN junction characteristic Eclairement Insolation to ISC current gain Figure IIL2 Bloc de la cellule solaire dans SIMULINK Les r sultats de simulation du bloc SIMULINK sont montr s sur la Figure III 3 a et Figure III 3 b pour l clairement E 1000W m et de temp rature 25 C 55 Chapitre III Simulation de la chaine de conversion PV sous MATLAB SIMULINK P w I A me Pmax 045 4 1 2 0 4 J i Icc Pmax 0 35 Pd 0 3 4 0 8 0 25 J SET 0 2 0 4 0 15 4 O 1 0 2 0 05 0 0 0 0 1 0 2 0 5 0 0 1 0 4 0 5 0 6 02 y 0 0 3 Va Figure IIL3 a Caract ristique I f V de la cellule Figure IIL3 b Caract ristique P f V de la cellule D apr s ces r sultats de simulation on peut constater que cette cellule gt Courant de court circuit Icc 1 A gt Tension de circuit ouvert Vco 0 54 v gt Puissance maximale Pm 0 44 w III 3 2 Caract risation du module PV Dans ce travail nous avons simul le module Shell SP75 qui comporte 36 cellules solaires de silicium monocristallin de 125 125mm connect es en s rie Le Shell SP75 peut pr
6. Il existe aussi des structures beaucoup plus complexes qui suivent le soleil dans son mouvement quotidien pour augmenter l nergie capt e la pr sence des pi ces mobiles r duit la fiabilit et entra ne des co ts suppl mentaires lev s Ces structures sont surtout utilis es pour des syst mes photovolta ques concentration o seul le rayonnement direct est concentr sur la surface active 11 Il arrive cependant qu il soit impossible d installer le panneau exactement face au sud d C blage lectrique Il sera l ext rieur expos au vent au gel au soleil et autres agressions Il est strictement n cessaire utiliser des c bles adapt s des sections suffisantes 16 Nous allons d abord effectuer un branchement par un c ble lectrique qui sera un c ble de qualit par exemple il devra subir les agressions du vent de la pluie du soleil du gel croissance marines et autres La section sera d au moins 1 5 mm 2 5 mm d s que la longueur exc de 25 m ou que la puissance du module soit sup rieure 100 W 10 e C blage de liaison Il se trouve entre les modules et le r gulateur il doit tre d une section d au moins 2 5 mm ou plus si la longueur exc de 15cm Pour une intensit inf rieure 4 A sa section sera calcul e de fa on ne pas avoir plus de 6 de chute de tension I 7 Avantages et inconv nients d une installation PV a Avantages 14 gt Dabord une haute fiabili
7. une motopompe CC ou AC travers un convertisseur continu continu fonctionnant en MPPT Maximum Power Point Tracking pour la machine continue et toujours un convertisseur continu continu fonctionnant en MPPT coupl un convertisseur continu alternatif pour la machine alternative Introduction g n rale eee SS Due au co t lev du g n rateur photovolta que et la d sadaptation existante entre les caract ristiques I f V du g n rateur et de la charge une grande importance est donn e leur conception et leur utilisation optimale qui permettent un fonctionnement fiable et conomique L objet de notre m moire porte sur la pr sentation de la technique d adaptation et commande de ces syst mes en vue d un meilleur rendement d utilisation du g n rateur PV L tude effectu e est ax e et orient e vers l optimisation de la puissance du g n rateur PV et sur l incorporation d un convertisseur continu continu command par un algorithme de recherche du point de puissance maximale MPPT Cette tude concerne la mod lisation l analyse et l optimisation du syst me de pompage photovolta que comportant un g n rateur PV un convertisseur continu continu et un groupe motopompe La mod lisation des diff rents l ments d un syst me photovolta que est une tape indispensable qui doit pr c der toute phase de dimensionnement commande ou de simulation Le document pr sent est r di
8. H C33 ip et ip C39 H 3 t3 Q a Avec 2 0 oi ae ae 1 1 3 C3 lo v3 et C2 7a Va 2 2 2 a 3 7 Ja 4 1 1 Mh 2 2 V2 v2 Ma 1 1 Mal 3 1 T2 2 Mp mg 0 HO F m Ma Mp m T Ma Me mg Avec i 42 0 1 1 3 T 1 7 V2 Tas ye PS V2 2 104 Annexes Annexe 2 Algorithme pour trouver le point de puissance maximale dans la cellule PV 2 find maximum power point in the PV cell data generated by pvl mdl pmax max PV signals values 2 vrange max PV signals values 1 irange max PV signals values 3 tf index ismember pmax PV signals values 2 disp MPP power disp PV signals values index 2 disp MPP voltage disp PV signals values index 1 disp MPP current disp PV signals values index 3 figure 1 plot PV signals values 1 PV signals values 2 plot P Vpv axis 0 vrange 0 pmax figure 2 plot PV signals values 1 PV signals values 3 plot Ipv Vpv axis 0 vrange 0 irange 105 Annexes Annexe 3 Algorithme de MPPT perturbations et observations Simple MPP perturb and observe tracking algorithm using Boost DC DC input current Iref as the control variable Pold Iref and Increment are initialized in InitializeMPPtrackIref m Input power P to be maximized Output reference current function y MPPtrackIref P global Pold global Iref
9. REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE Ca UNIVERSITE ABOU BEKR BELKAID TLEMCEN Cee af FACULTE DES SCIENCES DEPARTEMENT DE PHYSIQUE CLS UNITE DE RECHERCHE MATERIAUX ET ENERGIES RENOUVELABLES ECOLE DOCTORALE Energies Renouvelables M moire de Magister Sur le Th me Mod lisation et commande d une chaine de pompage photovolta que Pr sent par M MEFLAH AISSA Soutenu le 14 11 2011 Devant le jury compos de Pr sident M BOUMEDIENE BENYOUCEF Professeur Universit de Tlemcen Directeur M TAYEB ALAOUI Maitre de conf rences Universit de Tiaret Examinateurs M ABDELGHANI KHEROUS M ALI CHERMITTI M CHEIKH BELFEDAL Maitre de conf rences Universit de Tlemcen Maitre de conf rences Universit de Tlemcen Maitre de conf rences Universit de Tiaret Universitaire 2011 2012 R sum L objectif de ce m moire est d assurer une commande vectorielle associ e une lectropompe asynchrone immerg e La configuration de ce syst me comporte un g n rateur photovolta que un bus PV un filtre PV connect un hacheur survolteur un bus DC et un onduleur de tension alimentant une machine asynchrone coupl e une pompe centrifuge L objectif de ce syst me consiste assurer un fonctionnement puissance maximale du syst me photovolta que pour diverses conditions climatiques L adaptatio
10. Sch ma quivalent d une cellule solaire r elle Appliquons la loi de Kirchhoff aux n uds A B Iph Ip Rp 1 4 20 Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que Le courant I d bit par la cellule est la somme alg brique de trois courant gt Iph Photo courant ind pendant de V ou de Rs il est proportionnel au flux incident taux de g n ration recombinaison et aux longueurs de diffusion des porteurs 17 lpn 98 Ln Ly ILS gt IRp Courant traversant Rp si Rp est tr s grande il devient tr s faible est ind pendant du tension 20 V V RsI Ipp zE IL 6 Car Va Rplrp V Rs 11 7 gt Ip Courant diode il est de m me ordre de grandeur que Ir pour les faibles tensions et il devient tr s grand au voisinage de Vco il s crit sous la forme 17 ay Ip Ip eaxt 1 1 8 Rempla ons dans II 4 les quations II 5 11 6 et II 8 l quation caract ristique deviendra aV V RclI I Iph l eaxF 1 ze I1 9 A est le facteur d id alit de la cellule qui d pend des m canismes de recombinaison dans la zone de Charge d espace Pour les cellules actuellement commercialis es au Silicium on prend A 1 La repr sentation graphique I f V de l quation II 9 est illustr e dans la Figure IL3 Ot Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que Caract ristique F V 0 35
11. provoquer son coulement dans une canalisation II 5 1 Classifications des pompes 29 Selon les applications et les diff rentes sources d eau puits forage pompage de rivi re etc plusieurs types de pompes peuvent tre utilis s dans les syst mes de pompage photovolta que Parmi ces pompes on trouve les turbos pompes et les pompes volum triques a Turbopompe Une turbopompe est un appareil dans lequel l nergie transmise au liquide est une nergie principalement cin tique qui lui est communiqu e par l interm diaire d un rotor mais n est pas en relation invariable avec le d placement du rotor d autre part elle n est pas distribu e uniform ment dans tout le liquide Les diff rents types des turbopompes sont gt Pompes centrifuges Le mouvement du liquide est rigoureusement normal l axe car il p n tre au centre de la roue et est projet vers l ext rieur par l action combin e de la force centrifuge et des aubes du rotor La volute du corps transforme la vitesse acquise par le liquide en pression JAR Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que gt Pompes h lice Dans ce type de pompe le fluide est anim d un mouvement parall le l axe de la pompe qui lui est communiqu par un impulseur en forme d h lice la conversion partielle de l nergie en pression se fait par l interm diaire d un diffuseur aubes ou par une augmentat
12. A toute ma grande famille Meflah Labeche A mes collegues des tudes Et tous mes amis Meflah Aissa Sommaire Sommaire Nomenclature Lexique Introduction G n rale essences 01 Chapitre I Description g n rale d un syst me de conversion photovolta que El Introd ction er eas E R AE EERTE EEEE REET EEE niet ER 04 1 2 Rayonnement solait s iii ac shies opine dine in nan EE EEE E e 05 1 2 1 Spectre du rayonnement ei eeraa raria iaiaeiaeiaa ed a iieii 06 2 2 Dur e d InSolation s cseccaiesscsedayscdacsdacshess saaceiachsadadanscuasly cateagecsnconessvadvlaadusgcayecdesatvacapaad cneaueseauncatasaeas canes 06 1 3 Description des l ments d un syst me de captage photovolta que 0 eee ceesseeeceseeeeseaceeeeeeneeaees 07 1 3 1 La cellule photovolta ques nissan itunes 07 1 3 2 Le module photovolta que sise 08 1 3 3 Caract ristiques d Un MOJU Esenes aenieei in eiee iee AA Ei eii ES 10 E34 Le panneau solaire eiior erreren e rE REEE E S EE ANAE S 10 14 Syst me de C nyersioNeninoiireipeniie i ieit ESEN AEA E NEAN E aat 12 1 4 1 Le convertisseur continu continu DC DC sise 12 1 4 2 Le convertisseur continu alternatif DC AC sise 13 5 Lea Charge eeneioe e Ea Ea E E EEA A ANE E EEA E a ad E6 Installation des panneaux sienne iaiaaeaia a i a E 15 1 7 Avantages et inconv nients d une installation PV sn 16 A AV AMA ROS UN ites E E ae lren de de tree li dire nat A tiens 16 DI I
13. Horizon ARTICLE PDF Canada 2001 15 J LABBE L hydrog ne lectrolytique comme moyen de stockage d lectricit pour syst mes photovolta ques isoles th se de doctorat Ecole des Mines de Paris 21 D cembre 2006 98 Bibliographie 16 Dirk Sauer Electrochemical Storage for Photovoltaics Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE Freiburg Germany 2004 17 M Rachid Application de l nergie photovolta que au pompage hydraulique sur les sites de Tlemcen et Bouzareah M moire de Magister Universit de Tlemcen 2005 18 S Bouazza H Bouchnafa Estimation des nergies incidentes et fournies par module photovolta que M moire de DES Universit de Tlemcen Juin 2001 19 A Hamidat Etude et simulation des performances r elles sur une longue p riode des syst mes de pompage photovolta que au fil du soleil Th se de magist re CDER 1989 20 T Fogelman Syst me photovolta que pour les pays en d veloppement Manuel d installation et d utilisation Agence Fran aise pour la Ma trise de l Energie AFME 1982 21 B Azoui Modelisation and experimentation of low power system aimed to electrification of mountainous and isolation region Th se de Magister Universit de Batna 1990 22 A Betka Optimisation d un syst me de pompage photovolta que au fil du soleil Th se de Magister Centre universitaire Biskra 1997 23 A
14. Rendement lev pour une large gamme de vitesse Couplage directe avec le g n rateur photovolta que Moins de maintenance avec une bonne fiabilit Un rapport couple poids lev d o un volume mod r N cessite un syst me de commutation co t suppl mentaire Tableau II 1 R sum des principaux avantages et inconv nients de diff rents types des moteurs utilis s le plus souvent dans les syst mes de pompage PV RAG Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que II 4 3 Structure du moteur asynchrone 17 On classe les diff rentes pi ces rencontr es dans toute machine tournante selon les trois grandes fonctions r alis es lectrique magn tique et m canique a Le stator Partie fixe constitu par la carcasse du moteur sur laquelle est mont es trois enroulements bobines parcourus par des courants triphas s et poss de p paires de p les Les enroulements sont d cal s de 120 ente eux Les courants alternatifs dans le stator cr ent un champ magn tique tournant la vitesse de synchronisme qui est la vitesse angulaire du champ magn tique tournant Elle s exprime en rad s et reli e la pulsation du courant triphas et au nombre de paires de p les du moteur La vitesse angulaire de synchronisme ns est ns Ns vitesse synchrone de rotation du champ tournant en rad s P nombre de paires de p les du moteur f fr que
15. Sd IL 22 Ns vitesse de rotation de synchronisme du champ tournant impos par le r seau en tr s NR vitesse de rotation du rotor en tr s Os pulsation des courants inducteurs rad s Qpr pulsation des courants induits rad s S est un nombre positif sans unit et inf rieur 1 On l exprime en 235 Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que II 4 4 Principe de fonctionnement 17 Les trois enroulements statoriques trois enroulements identiques d cal es de 120 aliment s par un r seau triphas quilibr cr ent dans l entrefer un champ magn tique tournant la fr quence de rotation de synchronisme ns Les conducteurs du rotor sont soumis ce champ tournant Ils sont alors travers s par des courants de Foucault induits D apr s la loi de Lenz les courants induits s opposent par leurs effets la cause qui leur donnent naissance Les enroulements du rotor tant en court circuit la circulation des courants sont alors possibles Les forces de Laplace qui en r sultent exercent des moments sur le rotor Le rotor tourne alors la fr quence de rotation nr De par son principe la fr quence de rotation du rotor est inf rieure la fr quence de synchronisme fs fr lt fs I1 4 5 Mod le du moteur induction 27 Le moteur induction est mod lis selon le sch ma quivalent conventionnel Figure II 12 Circuit de magn
16. les courants statoriques et la vitesse Quel que soit le type de d couplage propos un risque d instabilit existe si les param tres du mod le voluent et pose donc un probl me de robustesse de la commande Pour poursuivre ce modeste travail nous proposons les perspectives suivantes gt L optimisation de syst me de pompage photovolta que par des autres techniques d intelligence artificielle comme la logique floue les r seaux de neurones artificiels et les r seaux neuro flous gt D velopper des lois de commande base des techniques intelligentes et ceux ci en vue de surmonter les probl mes de non lin arit du mod le impos par la source PV et la charge Par ailleurs l am lioration du bilan nerg tique pourrait tre examin e en consid rant le niveau du flux rotorique comme un degr suppl mentaire dans la proc dure d optimisation gt Investiguer au niveau de l implantation des lois de commande envisag es par l utilisation de la carte DSP MCK 240 ou la carte Dspace 1104 96 Bibliographie R f rences Bibliographies 1 A Hamidat Simulation des syst mes de pompage photovolta ques destines pour l alimentation en eau potable et pour la petite irrigation Th se de doctorat Universit de Tlemcen 2004 2 S Aminata Simulation du syst me hybrides Photovolta que Th se de Doctorat canada 1998 3 B Mohammed Mod lisation D un Syst me De Captage Photovolta
17. que Autonome M moire de Magister Universit de Tlemcen 2007 4 R P Mukund Wind and solar Power Systems Ph D P e Universit merchant Marine 1999 5 M Dahbi Etude et optimisation d une installation Hibride PV Eolienne Th se de Doctorat Universit de Bechar 2007 6 Les piles solaires le composant et ces applications Edition Masson 1985 7 A buyers Les syst mes photovolta ques guide Article Canada 2002 8 F Benyarou et B Benyousef Optimisation du rendement d une cellule solaire NP au silicium monocristallin Revue des Energies Renouvelables 1998pp 95 100 9 T Fogelman Syst me photovolta que pour les pays en d ventement manuel d installation et d utilisation Agence Fran aise pour la Ma trise de l nergie AFME 1982 10 C Bernard J Chauvin D Lebrun J F Muraz P Stassi Station solaire autonome pour l alimentation des antennes de l exp rience de radio d tection l Observatoire Pierre Auger 2006 11 A Guen Contribution l tude des syst mes de t l communications mobiles Th se de Magister Universit de Tlemcen F vrier 1992 12 www solarelectricpower org 13 D Th venard and M Ross Validation and Verification of Component Models and System Models for the PV CETC internal report 2003 035 Canada 2003 14 D Turcotte M Ross and F Sheriff Photovoltaic hybrid System Sizing and Simulation Tools PV
18. rentes grandeurs a cause de la technique de MPPT qui oscille autour de point de puissance maximale surtout pour les faibles clairements Nous appliquons cinq niveaux d clairement E 400W m E 600 W m E 800 W m E 1000 W m et E 600W m successivement chaque 0 3 s tout en gardant une temp rature constante gale 25 C les r sultats de simulation obtenus sont pr sent s par les Figures IV 21 0 0 5 1 1 5 Figure IV 21 a Puissance du GPV P t 86 Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV W rad s Figure IV 21 b Vitesse du rotor t Figure IV 21 c Hauteur manom trique de la pompe H t 87 Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV vss 0 0 5 1 15 Figure IV 21 d D bit de la pompe Q t Figure IV 21 R sultats de simulation des diff rentes grandeurs du syst me de pompage Photovolta que T 25 C 1 E 400 W m 2 E 600 Wim 3 E 800 W m 4 E 1000 W m 5 E 600 W m Aux premiers paliers d clairements E 400W m E 600W m et E 800W m les valeurs de la puissance maximale du GPV sont 230 W 355 W et 460 W Figure IV 21 a ainsi que les vitesses du rotor correspondantes sont 65 rad s 125 rad s et 149 rad s Figure IV 21 b Ensuite les valeurs des d bits de la pompe sont 8 m h 12 m h et 16 m h Pour l clairement E 1000W m la valeur de la puissance du GPV est 5
19. sistant Cr Cu Cr La charge impose un couple r sistant de moment C sur l arbre qui tourne la vitesse Le moteur doit fournir un couple utile de moment Cu l quilibre Cu Cr Le point de fonctionnement du groupe moteur charge pompe se situe l intersection des caract ristiques m caniques Cy f et Cr f des deux machines Moteur Cu Charge m canique Cr Re oit de l nergie Pompe lectrique et donne de Consomme de l nergie Fournie par le moteur l nergie m canique Figure IL 14 Couplage directe du moteur avec la pompe u couple moteur N m C couple r sistant N m vitesse angulaire rad s 42 Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que II 4 9 M thode de calcul du point de fonctionnement 17 I en existe deux a M thode de r solution graphique On trace les deux caract ristiques m caniques moteur pompe sur le m me rep re et on d termine les coordonn es du point de fonctionnement b M thode de r solution par le calcul Si l on conna t les relations math matiques Cy f et Cr f on r sout l quation Cu Cr II 5 Pompe centrifuge Une pompe est une machine servant a v hiculer un fluide qui peut tre de l eau ou quelconque p trole huile en l aspirant pour le refouler une certaine pression N N Une pompe est un syst me transf rant de l nergie un liquide de fa on
20. solaires du faible rendement et de puissance intermittent selon la fluctuation des conditions atmosph riques Par cons quent n importe quelle conception de syst me d application d nergie solaire devrait prendre en compte ces inconv nients Ce m moire s agit d une contribution l optimisation de l ensemble compos de l onduleur le hacheur le moteur et la pompe qui sont reli s un g n rateur solaire Cette tude couvre en d tail les caract ristiques du g n rateur photovolta que et de ses applications dans un secteur rural tel que les syst mes autonomes ou dans la ville comme dans le cas des syst mes connect s au r seau La technique d algorithme d optimisation du g n rateur solaire qui a t tudi e est la perturbation et l observation P amp o elle est g n ralement utilis e par les concepteurs de suiveur de point de puissance maximum MPPT mais elle souffre de quelques inconv nients du point de vue de l ex cution ou dans le processus de poursuite En outre la mod lisation et la simulation de diff rents sous ensembles de l ensemble compos de l onduleur le hacheur le moteur asynchrone et la pompe branch s sur un g n rateur photovolta que dans l environnement de programmation de MATLAB SIMULINK ont t d velopp es Les r sultats de simulation ont montr l volution de tous les param tres de chaque sous ensemble aussi bien que le syst me entier 95 Conclusion g n rale
21. x c La consommation vide Une consommation importante vide va r duire l nergie emmagasin e par la batterie cas de nuit 14 Pour cette raison il est important de limiter les pertes un faible pourcentage de la puissance nominale 1 5 Puret de la tension sinuso dale pure 220v 50Hz La puret de la tension de sortie est obtenue grace a gt Un syst me de r gulation qui rend a maintenir la tension et la fr quence aux valeurs nominales quelle que soit la tension d entr e gt Un filtrage en sortie de l onduleur qui tend lisser la forme de la tension donc r duire le taux d harmonique 14 Chapitre I Description g n rale d un syst me de conversion photovolta que I 5 La Charge La charge et l quipement lectrique aliment par le syst me peut tre de type continue comme des quipements de t l communications le pompage d eau ou de type alternative dans les cas d usage domestique maison solaire ce cas n cessite un onduleur I 6 Installation des panneaux Pour installer les panneaux solaire dans un site il est n cessaire de v rifier les conditions suivantes 4 a Disposition des panneaux Les structures doivent tres solides fix es au sol pour r sister 4 des vents d au moins de 150 Km h De plus elles doivent tre fiables dans le temps elles doivent utiliser un mat riau de bonne fiabilit outre l aluminium anodis la visserie inox
22. Benatiallah Etude exp rimentale et simulation des performances d une installation photovolta que de faible puissance Th se de Magister Universit de Tlemcen 1998 24 F Benyarou Conception assist e par ordinateur des syst mes photovolta ques mod lisation dimensionnement et simulation Th se de Doctorat d tat Universit de Tlemcen Juillet 2004 25 N Ourabia D veloppement d un convertisseur triphas Rapport Interne Labo PV CDER 26 M T Boukadoum Contribution l tude et a la conception d un convertisseur statique DC AC triphas destin un syst me de pompage photovolta que Th se de Magister au CDER 1990 27 S Diaf Exp rimentation d un syst me de pompage photovolta que sur site saharien Th se d ing nier d tat CDER 1992 28 S Diaf Etude et optimisation des syst mes de pompage photovolta que Th se de Magister Universit de Boumerd s 2002 29 Techniques de l ing nieur M canique et chaleur pompes vide air comprim NB4 Paris 1988 30 S Belakhal Conception et commande des machines aliments permanents d di es aux nergies renouvelables Th se de Doctorat Universit de Constantine 2010 31 B Chikh Bled et O Sebbane Mise au point d un banc d essais installation de pompage d eau M moire d ing nieur d tat Institut de G nie M canique 1996 99 Bibliographie 3
23. I 7 alors cette boite de d rivation fix e sur une structure du montage a comme r le d effectuer les connections entre les modules pour obtenir une puissance optimale en sortie Figure I 7 Boite de d rivation 10 La boite de d rivation est compos e galement d un circuit imprim sur lequel se trouvent gt Des diodes Schottky en s ries plac e sur un radiateur sur chaque entr e qui emp chent aux batteries de se d charger dans les panneaux gt Des fusibles de protections qui emp cheront aux batteries de se d charger dans les modules en cas de destruction des diodes antiparall les gt Des diodes lumineuses en parall le sur chaque fusible de protection Ces diodes permettant de contr ler individuellement chaque branche de modules Par exemple une boite 4 entr es de 24 Volts sera constitu e de deux branches de deux modules il y aura donc deux diodes qui permettront de constater le fonctionnement de chaque branche gt Une protection parafoudre en sortie de la bo te Le c blage de ces boites permet d avoir une sortie en 12 24 ou 48 volts selon les modules elles sont quip es de deux douze entr es selon les tensions de sortie 11 Chapitre I Description g n rale d un syst me de conversion photovolta que La quantit d lectricit dans l ensemble des composants des panneaux PV d pend gt Des besoins en lectricit gt La taille du panneau gt L ensol
24. Ppv w Figure IV 22 f Caract ristique Q f Ppv Figure IV 22 R sultats de simulation des diff rentes grandeurs du syst me de pompage Photovoltaique T 25 C E de 500 W m 1000 W m Figure IV 22 pr sente le sc nario de l ensoleillement appliqu sur le GPV Le changement de l clairement influe sur les caract ristiques de la machine asynchrone et par la suite sur les performances de la pompe R sultats num riques Pour un clairement E 1000 w m et pour une vitesse de r f rence 190 rad s gt La puissance de sortie du g n rateur PV P 598 4 w gt La vitesse du rotor maximale 185 7 rad s gt Le d bit maximal de la pompe Q 19 9 m h gt Lahauteur maximale de la pompe H 35 19 m Les r sultats de simulation montrent ainsi l efficacit de l adaptateur MPPT dans l extraction de la puissance maximale afin d exploiter la vitesse optimale en vue d obtenir le d bit maximal disponible 92 Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV IV 11 Conclusion Dans ce dernier chapitre nous avons tudi une structure de commande utilisant la fois le concept de la m thode du flux orient pour la machine asynchrone et le fonctionnement en MPPT pour l adaptateur de puissance La strat gie de commande vectorielle par orientation du flux rotorique a servi ici comme une solution pour contr ler le d bit et la hauteur manom trique total
25. aux diam tres maximaux et minimaux possibles de la roue 34 Si la charge de moteur est une pompe merg e monocellulaire roue radiale Elle est caract ris e par un mod le qui sert d terminer la d pendance de la hauteur manom trique totale HMT en fonction du d bit Q 49 Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que En prenant comme param tre la vitesse de rotation du moteur le mod le utilis est identifi par l expression de PELEIDER PETERMAN 2 2 HMT Ko ky Q ky Q 11 44 Avec Ko kj kz des constants propre de la pompe donn e par le constricteur O La vitesse rad sec HMT la hauteur m tre Q d bit l min La courbe HMT Q comme indiqu e sur la Figure IL 18 est une parabole Le point de rencontre de la courbe HMT Q avec l axe des ordonn es est le point d bit nul C est le point vanne ferm e ou encore point de barbotage 34 Le point de fonctionnement de la pompe est le point d intersection des deux courbes 22 7 i i 20 Pa a r R RS n s a M T E ee ee i ee r a 18 H ie steer E E E E E Pompe i i i i 16 F i H L 14 T ARR ec E p T e A AIE EEEE POATE AET o SEE E S lossssel 5 i i w 1 10 i 1 Le es Ass sieves CRE 5 z f pa 1 E Canalisation __ 4 I7 a a oe ee dns FPS a tease EE eee ON ve WLR EE t E EE Asise mi 2 ee A ee Jsseee Lam
26. de mod lisation des syst mes dynamiques Il fournit un environnement graphique et un ensemble de biblioth ques contenant des blocs de mod lisation qui permettent le design pr cis la simulation l impl mentation et le contr le de syst mes de communications et de traitement du signal 36 La Figure III 1 pr sente la biblioth que de l environnement SIMULINK 54 Chapitre III Simulation de la chaine de conversion PV sous MATLAB SIMULINK Edit View Help etercewcntem i E Library Simulink Search Results none Most Frequently Used Blocks dada Commonly Used Commonly Used Blocks Blocks Continuous Continuous iscontinuities iscrete Logic and Bit Operations Math Modei Lookup Tables Operations Verification Math Operations Model Verification ne Signal Attributes Model ide Utilities rts amp Subsystems ignal Attributes ignal Routing Discontinuities Logic and Bit Discret iscrete Operations Lookup Tables Model Wide Utilities Signal Routing User Defined Sinks Sources Functions PSE Additional Math Sinks L amp Discrete Sources ser Detined Functions dditional Math amp Discrete Aerospace Blockset Communications Blockset Control System Toolbox Data Acquisition Toolbox EDA Simulator Link Embedded IDE Link Fuzzy Logic Toolbox Gauges Blockset Image Acquisition Toolbox Figure IIL 1 Biblioth que SIMULINK III 3 Le g n rateur photovolta que G PV
27. en SIMULINK La Figure IV 15 montre le sch ma de la commande CVFO dans l environnement SIMULINK effectu e l aide des mod les d taill s dans les Figures IV 11 12 13 14 79 Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV Controleur de vitesse Vitesse de r ference lt Rotor seed wm gt EI Figure IV 15 Bloc de la commande vectorielle de MAS par flux orient C VFO Source 1 Onduleur Aliment par un onduleur MLI avec un contr leur de vitesse Est Flux Start Flux Calculation Magnetisation Teta Calculation Current Regulator M_vector Figure IV 16 Subsystem de la commande CVFO 80 Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV ee IV 8 2 R sultats de simulation Les param tres utilis s sont ceux de la machine asynchrone Annexe 4 sans prise en compte de la saturation magn tique et avec une vitesse de r f rence 150 rad s Figure IV 17 a La vitesse du rotor et sa r f rence Figure IV 17 b Le flux du rotor Qq et Qd et son r f rence 81 Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV 1500 T T T T 500 che SKA Rees he O Ras TE ER De Ret here LR RENAN NE D LI EN ESA AIR PTET 1500 i i j 0 0 2 0 4 0 6 0 8 Figure IV 17 c Le couple lectromagn tique Ce et son r f rence IV 8 3 Interpr tation des R sultat
28. en g n ral peu co teux Peu d influence de l usure ou de la corrosion sur les caract ristiques Tr s large gamme de qualit s mati res suivant le service requis Grand flexibilit d utilisation Ajustement automatique du d bit la pression Vv Vv Vv VV VV VV V Puissance absorb e limit e donc sans danger 45 Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que b Inconv nients gt Limitation de la viscosit gt En fait la pompe centrifuge est limit e pratiquement des viscosit s de l ordre de 100cSt centistokes et son rendement chute rapidement au del de cette valeur gt D bit l g rement instable dans les basses valeurs difficult de contr ler le d bit Les pompes centrifuges pr sentent beaucoup d avantages simple co t faible maintenance et elle est disponible dans une large gamme de puissance C ne ou divergent Diffuseur Volute ou lima on _ Oufle ou illard Roue ou turbine ou rotor Autre mobile Aube fixe Corps de pompe Figure IL 15 a Constitution d une pompe centrifuge 30 Tuyau de refoulement Roue Gamiture de Presse toupe Tuyau d aspiration Presse toupe Fond du corps de pompe Pi ce d aspiration Corps de pompe colimagon Figure IL 15 b couple d une turbopompe 22 46 Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que II 5 3 Constitution d une pompe centr
29. et la visserie inviolable b Fixation des panneaux La fixation des panneaux doit assurer correctement les fonctions suivantes 14 gt Maintien de l orientation gt R sistance contre le vent et les autres intemp ries gt R sistance contre les agressions m caniques gt Protection contre les salissures et agressions venant du sol gt Ventilation des panneaux afin de limiter leur chauffement c L orientation des panneaux L installation des modules peut se faire sur un toit si son orientation et son inclinaison sont bonnes ou m me le sol pour peu que l endroit soit bien d gag a r 10 cm d espace sous les modules est vivement conseill et prot g On les place habituellement avec la pente vers l quateur vers le sud dans l h misph re nord L inclinaison des panneaux n est pas critique 4B os Chapitre I Description g n rale d un syst me de conversion photovolta que On la prend en g n ral gale la latitude avec une tol rance de 15 La hauteur maximale du soleil variant au cours de l ann e on choisira une inclinaison sup rieure ou inf rieure la latitude suivant que les besoins sont les plus importants lorsque la course du soleil est basse clairage besoins importants en hiver dans l h misph re nord ou haute irrigation 7 Toutefois l inclinaison des modules devrait rester sup rieure 10 pour assurer un auto nettoyage lors des pluies 11
30. formation de l ordre de sortie peut tre assur e par deux dispositifs a Rotatif C est un moteur courant continu coupl un alternateur son rendement varie de 50 60 pour 1kW jusqu atteindre 90 pour 50kW gt Ses avantages sont Simplicit onde sinuso dale bonne fiabilit gt Ses inconv nients sont Chert faible rendement surtout pour les faibles puissances b Statique On le d signe sous le nom d onduleur C est un dispositif utilisant des transistors de puissance ou des thyristors L onde de sortie pr sente dans le plus simple des cas une forme carr e qui peut s adapter quelques types de charges des pertes vide consid rables surtout pour des faibles puissances Les onduleurs peuvent tre am lior s l aide d un filtrage ou par utilisation des syst mes en MLI mod lisation de largeur d impulsion qui permettent gr ce la modulation de la longueur des impulsions d obtenir une onde de sortie sinuso dale 13 Avec ce syst me on obtient gt Un rendement lev sur une plage du taux de charge gt De faibles pertes vide La Figure I 12 illustre un onduleur triphas autonome fr quence variable commutation forc de type MLI op r en source de tension Il est aliment partir de la tension continue g n r e conjointement par le redresseur et le hacheur s rie il est r alis base de transistors IGBT Insulated Gate Bipolar
31. global Increment IrefH 5 upper limit for the reference current IrefL 0 lower limit for the reference current Deltal 0 02 reference current increment if P lt Pold Increment Increment change direction if P decreased end 2 increment current referenc Tref Iref Increment DeltalI check for upper limit if Iref gt IrefH Iref IrefH end check for lower limit if Iref lt IrefL Iref IrefL end 2 save power value Pold P 2 output current referenc y Iref 106 Annexes Annexe 4 Param tres caract ristiques du g n rateur PV et du groupe motopompe gt Module photovolta que Shell SP 75 Temp rature aux conditions standard Eclairement aux conditions standard Tension de circuit ouvert Courant de court circuit Puissance maximale Tension au point de la puissance maximale Courant au point de la puissance maximale Longueur Largeur Epaisseur Poids gt Moteur asynchrone 3 HP Drive Tension R sistances statorique du moteur R sistances rotorique du moteur Inductances propres d un enroulement du stator Inductances propres d un enroulement du rotor Inductances mutuelle Nombre de paires de p les du moteur gt Pompe centrifuge Performances de la pompe une vitesse de 2900 tr min D bit maximal Relevage maximal Puissance moteur T2250 E 1000 W m Vco 21 7 V Icc 4 8 A Pm 75 W
32. les sorties sont les tensions de r f rences Vas et Vas dans le rep re dq IV 7 2 Calcul des r gulateurs 41 a R glage de la boucle de la vitesse Il prend en entr e la vitesse de r f rence et la vitesse mesur e Il agit sur le couple c est a dire que sa sortie est le couple de r f rence pour r guler la vitesse Le sch ma bloc de la r gulation de la vitesse est repr sent par la Figure IV 12 Ts eo 2 2 1 Figure IV 12 Sch ma bloc de r gulation de vitesse 78 Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV Sea sSOSoTo SS J YHS gt w Y247YNWNYS HH b R gulateur du flux Il prend en entr e le flux de r f rence et le flux estim Il convient de r gler le flux en agissant sur les constantes Kp et Ki du r gulateur PI t exp 2 pi fc Tvect b exp 2 pi fc Tvect Figure IV 13 Sch ma bloc de r gulation du flux c R gulateur du courant Pour s assurer que les courants r els suivent les courants de consigne des r gulateurs de courants agissant sur les courants de commande sont indispensables nous int ressons au dimensionnement des r gulateurs pr sents dans le bloc R gulateur i de la Figure IV 14 Le r gulateur que nous allons utiliser est du type proportionnel int gral PI ajer Figure IV 14 Sch ma bloc de r gulation du courant IV 8 Simulation de la commande vectorielle par orientation de flux IV 8 1 Mod le de la CVFO
33. 2 N Nooma SONG Taaba Groupe motopompe m moire d ing nieur d tat en lectrotechnique 2004 33 J Royer T Djiako E Schiller B Sada Sy Le Pompage Photovoltaique Manuel de cours l intention des ing nieurs et des techniciens IEPF Universit d Ottawa EIER CREPA 34 A Saadi Etude comparative entre les techniques d optimisation des syst mes de pompage photovolta que M moire de Magister en lectronique Universit Mohammed Khider Biskra 2001 35 A MOUSSI A SAADI Etude comparative entre les techniques d optimisation des syst mes de pompage photovolta que LARHYSS Journal N 01 Mai 2002 36 M ALI Mounira Mod lisation et simulation du module photovoltaique ATERSA75 M moire de Master en M catronique Universit de BOUMERDES 2009 37 R Khezzar M Zereg Comparaison entre les diff rents mod les lectriques et d termination des param tres de la caract ristique I V d un module photovolta que Revue des Energies Renouvelables Vol 13 N 3 2010 379 388 38 F Z Zerhouni Adaptation Optimale d une Charge un G n rateur Photovoltaique M moire de Magister Institut d Electronique USTO 1996 39 A Meroufel Contr le de la machine asynchrone Simulation avec le logiciel Matlab Simulink Universit Djillali Liab s Sidi Bel Abb s 2008 40 L BAGHLI Mod lisation et Commande de la Machine Asynchrone IUFM de Lorraine UHP
34. 2 4 Groupement des cellules solaires a Module photovolta que Le mod le utilis pour simuler les performances du module PV groupement de cellules en s rie est d duit du mod le de la caract ristique d une cellule solaire par l quation suivante 18 A EL V Rsel I Iph Ip emar tse _ 1 E 11 16 Avec I Le courant d bit par le module photovolta que Et Rgeet Rpe r sistance s rie et parall le du module d fini par Rse n Rs et Rpe n Rp 24 Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que b Panneau photovolta que La mod lisation d un panneau compos de Ns modules en s rie et Np modules en parall le est 17 V Rsel V Rgel 1 Np Re IL 17 q bee I Nolpn Nplo er Avec Rise et Rpe r sistance s rie et parall le du module d fini par Ree n Rs Et R II 2 5 Facteurs limitatifs du rendement gt Influence de l clairement L augmentation d ensoleillement flux lumineux se traduit par un d placement de la caract ristique I f V suivant l axe des courants L croissement du courant de court circuit est beaucoup plus important que celui de la tension circuit ouvert tant donn que le courant de court circuit est une fonction lin aire de l clairement alors que celle de la tension circuit ouvert est logarithmique 21 L influence du flux lumineux sur la caract ristique de la cellule solaire est rep
35. 2005 41 D Aguglia Identification des param tres du moteur induction triphas en vue de sa commande vectorielle m moire pour l obtention du grade de Maitre s Sciences Universit de LAVALQUEBEC Canada 2004 42 N Mansouri N Ghanmi Commande et analyse des performances d une station de pompage photovoltaique fonctionnant en r gime optimal Revue des Energies Renouvelables Vol 11 N 1 2008 100 Annexes Annexe 1 Transformations des syst mes triphas s gt Transform e de Park La transform e de Park est un outil math matique utilis en lectrotechnique afin de r aliser un changement de rep re dans un syst me d axe diphas ou triphas Elle est g n ralement utilis e pour passer d un rep re fixe li au stator d une machine lectrique un rep re tournant li son rotor ou au champ magn tique Mise en quation La transformation directe a dq s exprime ainsi tal _ cos sin r La sin cos x La transformation inverse dq af s exprime ainsi Tal _ cos 0 sin 0 rq T3 sin cos 0 x Il s agit juste de rotation de rep res gt Transform e de Clarke La transform e de Clarke est un outil math matique utilis afin de mod liser un syst me triphas gr ce un mod le diphas 2T Un syst me triphas constitu de bobines et de courants d phas s entre eux de a permet de cr er un champ tournant la vi
36. 8 A Voo 21 7V Vm 17V Pma 5W lt 57 Chapitre III Simulation de la chaine de conversion PV sous MATLAB SIMULINK 6 ER 5 1000 w mz 1000 wim2 800 w mz 600 w mz Y Axis w o 5 10 15 20 2 0 5 10 15 20 5 Tension du module v Tension V Figure IIL 6 a Courbe I V du module Figure III 6 b Courbe P V du module III 4 Convertisseur DC DC Hacheur survolteur Le hacheur ou convertisseur continu continu est un dispositif de l lectronique de puissance mettant en uvre un ou plusieurs interrupteurs command s et qui permet de modifier la valeur de la tension d une source de tension continue Si la tension d livr e en sortie est inf rieure la tension appliqu e en entr e le hacheur est dit d volteur Dans le cas contraire il est dit survolteur Le convertisseur d volteur survolteur combine les propri t s des configurations de d volteur et de survolteur Il peut tre employ pour transformer id alement n importe quelle tension continue d entr e en n importe quelle tension continue d sir e de sortie 3 Figure III 7 Hacheur survolteur 58 Chapitre IIT Simulation de la chaine de conversion PV sous MATLAB SIMULINK Courant de sortie A inductor current lout Tension d entr e 1 CD Induct output voltage Inductor 4L FA Vout s it AC Integrator C Switch C AL Integrator L peel Swi
37. 88 W proche de sa puissance maximale 600 W Figure IV 21 a la vitesse du rotor est environs 183 rad s Figure IV 21 b Le d bit de la pompe est 19 m h Pour une diminution d clairement de 600 W m il y a une diminution de puissance lectrique maximale jusqu 350 W De m me la vitesse du rotor et le d bit de la pompe ont diminu 88 Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV Dennen eee IV 10 3 R sultats de simulation en r gime permanant Les Figure IV 22 repr sentent les diff rentes grandeurs du syst me de pompage photovolta que pour une plage de l clairement entre 500 W m et 1000 W m avec une temp rature constante T 25 C en r gime permanent Figure IV 22 a Tension sortie de l onduleur W rad s Figure IV 22 b Vitesse du rotor w t 89 Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV EE Figure IV 22 c Hauteur manom trique de la pompe H t Q m3 h Figure IV 22 d D bit de la pompe Q t 90 Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV eee vv__sT Figure IV 22 d Caract ristique Q f N de la pompe Figure IV 22 e Caract ristique H f Q de la pompe 91 Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV D bit Q m3 h 20 E 1000w m2 gt F 800w m2 gt E 600w m2 gt O 100 200 300 400 500 600
38. IL LM LJL O L l m L l m Me p o 0 r F w r F 69 Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV Sv mM En notation complexe le syst me d quation IV 7 dans le r f rentiel du champ tournant s crit d Ve Reh E j L MI 1 L I MI Er O V R I g J L I MI dt Ou V Vas IVa E I Pu Pa J as ar Ja Il existe plusieurs choix de l orientation du rep re de Park qui d pendent des objectifs de l application voulue a Axes solidaires du champ tournant Ce choix permet d avoir une pulsation de glissement et s adapte parfaitement la commande vectorielle par orientation du flux rotorique b Axes li s au stator c est le rep re naturel ou stationnaire de la machine asynchrone Ce choix permet de simplifier la transformation de Park en celle de Clark dans le cas de non conservation de puissance ou celle de Concordia dans le cas contraire Annexe 1 C est ce dernier choix qui est utilis pour la conception de la commande directe du couple Ces deux r f rentiels sont les plus utilis s dans la commande de la machine asynchrone IV 5 Strat gie de commande par MLI vectorielle 39 Il existe plusieurs strat gies de commande MLI on va utiliser la commande MLI vectorielle car elle peut permettre l alimentation de la machine asynchrone avec une plus grande tension et a
39. Le choix de l une des solutions est tributaire des aspects suivants co t fiabilit performances disponibilit des composants etc Dans notre syst me nous pouvons utilis un onduleur de tension en MLI triphas e sp cialement pour l alimentation des r cepteurs triphas s tel qu un groupe motopompe tension et fr quence variable II 3 2 Structure de convertisseur Le convertisseur DC AC se compose des parties suivantes 27 gt Etage de puissance Il est constitu des semi conducteurs de puissance transistor ou thyristor utilis s comme commutateurs Son r le est de hacher la tension continue d entr e gt Circuit de g n ration des signaux MLI Ce circuit g n re des signaux triphas s en modulation de largeur d impulsion MLD et assure le transfert optimal de puissance du g n rateur vers le group motopompe en maintenant le rapport tension fr quence constant gt Alimentations Ce circuit imprim sert l alimentation des diff rents circuits lectroniques du convertisseur gt Circuit de r gulation et de protection Ce circuit assure la r gulation de la fr quence et la protection du groupe motopompe contre les surcharges et le manque d eau 25 26 II 3 3 Diff rents types d onduleurs Il existe deux types d onduleurs qui se diff rentient par la nature de la fr quence de sortie soit fixe ou soit variable qui sont 27 a Onduleur a fr quence fixe Son utilis
40. NCONV MENES NL M MR EE E TE OE TE E N ds esteteneset sente 17 ES Conclusion einen ini iieiea EEA E E E NE nee ni aie ea 17 Chapitre II Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que WET Introduction aicinn ei Rates a a a i aus a aa LD II 2 Mod lisation du champ photovolta que 19 I1 2 1 Mod lisation d une cellule solaire 19 II 2 2 Caract ristiques I f V d une cellule solaire 22 11 2 3 Param tres Caract ristiques d une cellule solaire 23 II 2 4 Groupement des cellules solaires 24 I 2 5 Facteurs limitatifs du rendement 2D MP3 les CONVEITISSQUTS a ceive saadeanacsersuneiudasate Re swtana et espnsnenniithennnenatelen eee same ere ie ares M31 les Convertisseurs d nerple sstssss sine tniatnaieeniadenenndetn rit moisi 2O 11 3 2 Structure des convertisseurs 31 11 3 3 Diff rents types d onduleurs 31 WEA Moteur INGUCHON 5248 sak srase ne lt apescedeisstesststivendang vnasan EANA REE AEA SAAS e OD I1 4 1 Crit res de choix du type du Moteur usine 32 I1 4 2 Avantages et inconv nients des Moteurs 33 I 4 3 Structure du Moteur asynchrone ts 34 I1 4 4 Principe de fonctionnement uses 30 I1 4 5 Mod le du mo
41. SYV mM III 1 Introduction La simulation digitale sert afin de comprendre le comportement op rationnel de ces composants et les interactions entre eux Depuis la simulation de la performance d un syst me on peut tracer toutes les tapes de la conversion d nergie et identifier en d tail les pertes travers le syst me Comme la simulation sur ordinateur permet la variation d une gamme de param tres d un syst me l investigation comme fonction de ces param tres de caract ristiques op rationnelles du proc d du projet de tel syst me Toutes les op rations de simulation sont faites par le logiciel MATLAB 7 10 0 II 2 L outil Matlab Simulink MATLAB fait galement partie d un ensemble d outils int gr s d di s au Traitement du Signal En compl ment du noyau de calcul Matlab l environnement comprend des modules optionnels qui sont parfaitement int gr s l ensemble gt Une vaste gamme de biblioth ques de fonctions sp cialis es Toolboxes gt Simulink un environnement puissant de mod lisation bas e sur les sch mas blocs et de simulation des syst mes dynamiques lin aires et non lin aires gt Des biblioth ques de blocs Simulions sp cialis s Blocksets gt D autres modules dont un Compilateur un g n rateur de code C un acc l rateur gt Un ensemble d outils int gr s d di s au Traitement du Signal le DSP Workshop SIMULINK est une plate forme de simulation multi domaine et
42. Transistor Le choix de ce type de composant rel ve d une part de sa particularit s pouvoir commuter de tr s grandes valeurs de courant et tension des fr quence de d coupage de plusieurs dizaines de KHz et d autre part parce qu il permet la suppression de tous les circuits d aide la commutation des montages a thyristors 5 13 Chapitre I Description g n rale d un syst me de conversion photovolta que Figure I 12 Sch ma de L onduleur 5 Les caract ristiques d un convertisseur continu alternatif sont a La puissance nominale C est la puissance que le convertisseur est capable de d livrer en fonctionnement permanant Th oriquement le choix de la puissance d livrer doit tre la somme des puissances des quipements install s ou installer mais en pratique il est rare que tous les appareils fonctionnent en m me temps et le choix de la puissance nominale r sultera de la valeur maximale du profil moyen de la consommation b Le rendement c est un crit re tr s important car il influe sur le dimensionnement du champ PV et de la batterie Celui ci varie en fonction du taux de charge rapport de la puissance de sortie et de la puissance nominale ainsi que la variation de ce rendement varie d un onduleur un autre Le rendement de l onduleur est aussi donn entre l nergie consomm e par la charge et l nergie fournie par la source continue
43. Vm 17 2 V Im 3 5 A L 1200 mm A 527 mm E 56 mm Pd 7 6 Kg V 220V Rs 0 01485 2 Rr 0 00929 2 Ls 0 3027 mH Lr 0 3027 mH Lm 0 3027 mH p 2 Qmax 30 m h Hr 80 m Pm 14 kW
44. ant gt Stator gt Rotor La transformation de Park est obtenue partir d une matrice unique 2x3 donn e par cos cos 22 3 cos 42 3 l V3 sinf sin 22 3 sin 0 47 3 TiO k O k est une constante qui peut prendre la valeur 2 3 pour la transformation avec non conservation de puissance ou la valeur 4 2 3 pour la transformation avec conservation de puissance Nous n gligeons la composante homopolaire car nous consid rons que le syst me est quilibr Le changement de variables relatif aux courants aux tensions et aux flux est d fini par la transformation 68 Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV X X 34 T Xa y s our s stator r rotor AV 4 7 La transformation inverse de Park a pour expression cos sin dv 5 T cos 22 3 sin 27 3 cos 47 3 sim 42 3 D o la transformation inverse des variables X a IV 6 v r F 2 4 xX X q y y La transformation de Park consiste appliquer aux courants tensions et flux un changement de variables faisant intervenir l angle entre l axe des enroulements et l axe du rep re de Park d q Les quations IV 1 et V 2 donnent alors lieu au syst me suivant Vy R 0 I La d a 0 ds lo riz ald lo o l V 0 a R 0 Ia d a 0 Qa 7 a ed ee ee a L M l ex L M ly IV 8 fi LM L
45. apitre la mod lisation de l ensemble compos de g n rateur photovolta que hacheur et commande MPPT est pr sent e Les mod les SIMULINK sont construits sur la base des mod les math matiques La simulation du syst me photovolta que nous a permis de v rifier le bon fondement des relations et des mod les math matiques de chaque partie de ce syst me Ainsi nous avons pu faire simuler les modules solaires avoir leurs caract ristiques et voire la performance de la commande MPPT qui force le syst me PV travailler autour de sa puissance maximale 65 Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV IV 1 Introduction L objectif de ce chapitre est de donner un aper u sur la mod lisation des machines asynchrones triphas es sous forme d quations d tat en vue de leur commande Nous rappellerons bri vement le mod le du convertisseur statique en pr sentant une commande approch e des interrupteurs de l onduleur apr s nous traiterons la commande vectorielle par flux orient et nous cl turons par des tests de simulation pour valider nos mod les IV 2 Mod le de la machine asynchrone triphas e 39 La machine asynchrone repr sent e par la figure IV 1 se compose gt D un circuit statorique fixe comportant trois phases identiques d cal es entre elles de 120 gt D un circuit rotorique mobile comporta
46. ation dans les syst mes de pompage n cessite l interposition des batteries d accumulateurs entre le g n rateur photovolta que et l onduleur ainsi la tension de fonctionnement du syst me est fix e par le syst me de stockage safe Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que b Onduleur fr quence variable Pour le fonctionnement au fil du soleil assurant l adaptation aux points de fonctionnement optimaux et utilisant des moteurs optimis s en rendement cet onduleur s adapte pr cis ment aux syst mes de pompage photovolta ques Il d livre des signaux d amplitude cr te constante mais de fr quence variable proportionnelle la puissance d livr e par le g n rateur photovolta que La tension cr te des impulsions est fix e par le circuit de contr le de l onduleur H 4 Moteur induction II 4 1 Crit res du choix du type du moteur La pompe n cessite une nergie m canique en entr e pour fonctionner Cette nergie m canique est fournie dans la plupart des cas par un moteur G n ralement trois types de moteurs sont utilis s dans les syst mes de pompage PV e Les moteurs courant continu e Les moteurs courant alternatif asynchrones e Les moteurs courant continu sans balais commutation lectronique Brushless permanent magnet DC motors Les crit res qui permettent d tablir le choix le plus judicieux du moteur sont les suivants 27 gt B
47. clisation Figure IL 12 Sch ma quivalent du moteur induction Is courant primaire A IR courant secondaire A Im courant de magn tisation A Rst r sistance d une phase statorique du moteur Q Rr r sistance d une phase rotorique Q Rm r sistance de magn tisation Q Xs r actance de fuites d une phase statorique Q Xr r actance de fuites d une phase rotorique Q Xm r actance de magn tisation Q 36 Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que II 4 6 Equations fondamentales Les forces induites dans les enroulements primaires et secondaires ont comme expressions Es Er Ns fs Nr fr 11 23 Avec flux magn tique Weber Ns et Nr nombre de spires des enroulements primaire et secondaire fs et fr fr quences des enroulements primaire et secondaire On en d duit ES 1 q 11 24 ER g TE 11 24 Avec fr g fs ag repr sente le rapport de transformation des tensions Les forces magn tomotrices est donn es par Fs Ns Is 11 25 Fr Nr IR On a Fs Fr lt gt Ns Is Nr IR On en d duit I S N R ee ol 11 26 a repr sente le rapport de transformation des courants A lt Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que II 4 7 Bilan des puissances 17 27 E Entr du Stator Entrefer Rotor Sortie du moteur moteur Figure II 13 Bi
48. e compose d un abri du verre g un encapsulant e et un m tal en arri re contact m afin de r duire les pertes par r flexion du rayonnement incident 7 La jonction p n de ces deux mat riaux fonctionne comme une diode Lorsque cette diode est expos e des photons dont l nergie hv est sup rieure celle de l nergie du mat riau a appel e l nergie de bande gap Eg le nombre d lectrons libres du semi conducteur de type p et celui de trous du semi conducteur de type n augmente consid rablement Si les photons incidents ont une nergie inf rieure Eg ils ne seront pas absorb s c est dire leurs nergies ne contribuent pas la 22 conversion photovoltaique Q m Figure I 3 Sch ma d une cellule solaire Chapitre I Description g n rale d un syst me de conversion photovolta que Dans une cellule PV une large fraction de ces lectrons et trous atteignent la jonction p n et un champ lectrique est cr En cons quence un courant lectrique peut tre tabli en connectant les mat riaux de type n et type p un circuit ext rieur La direction de ce courant est l oppos de celle de la cellule lorsqu elle fonctionne en tant que diode autrement dit quand la diode est illumin e un courant positif I traverse de n vers p La puissance lectrique produit par une cellule industrialis e est tr s faible typiquement de 1 3W avec une tension de moins d u
49. e de la station de pompage La commande avec l adaptateur MPPT permet d optimiser la puissance d livr e par le g n rateur photovolta que en fonction de l ensoleillement Ce qui a permis de faire fonctionner la station au point de fonctionnement optimal L optimisation du syst me propos utilise la m thode MPPT Perturbations et Observation Cet algorithme ne tient pas compte de la variation des param tres influen ant le mod le du syst me de pompage tels que la temp rature et les param tres du moteur Ce qui limite sa robustesse Il existe d autres techniques modernes insensibles et robustes bas es sur l intelligence artificielle qui permettent une optimisation en temps r el du syst me de pompage 03 Conclusion g n rale Conclusion g n rale La demande mondiale en nergie volue rapidement et les ressources naturelles de l nergie telles que l uranium le gaz et le p trole diminuent en raison d une grande diffusion et d veloppement de l industrie ces derni res ann es Pour couvrir les besoins en nergie des recherches sont conduits l nergie renouvelable Une des nergies renouvelables qui peut accomplir la demande du monde jusqu maintenant est l nergie solaire qui est libre et abondante dans la plupart des r gions du monde et est av r une source conomique L utilisation d nergie solaire comme source alternative d nergie souffre du co t lev des cellules
50. e l onduleur triphas deux niveaux Une analyse combinatoire de tous les tats possibles des interrupteurs constituants le convertisseur donne huit 2 combinaisons possibles dont six tats actifs non nuls et deux restants des tats de commutation nuls Les vecteurs de tensions sont repr sent s par la relation suivante IV 10 Les extr mit s de ces six vecteurs d finissant les sommets d un hexagone r gulier puisque deux vecteurs successifs font entre eux un angle de 71 3 Figure IV 4 Chacun des couples de vecteurs V et Vis i 1 6 d finissent les limites d un des six secteurs de l hexagone noter que dans le secteur 6 la notation V correspond au vecteur V1 Ale Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV Figure IV 4 Repr sentation du polygone de commutation IV 5 2 Vecteurs tensions de r f rence V r U 2 cosat S V r U 2 cos t 2x 3 V r U 2 cos t 4x 3 sc IV 11 La transformation de Concordia donne Via r 43 2 U 2 cos at IV Vig r J3 2U 2 sinet On peut d finir un vecteur Vs dont les cordonn es sont les composantes de Concordia Ve Vsp du syst me triphas des tensions Vsa Vsh et Vgc qu on d sire obtenir en sortie Le sch ma suivant r sume la m thode de calcul de la MLI vectorielle Equations IV 12 wv S a Z 3 ss S quences Figure IV 5 Sch ma de principe de la MLI vectori
51. e principe de fonctionnement de chaque l ment le constituant La Figure I 1 pr sente un sch ma simplifi d un syst me de pompage photovolta que Chapitre I Description g n rale d un syst me de conversion photovolta que Champ PV Syst me de R gulation f Charge Alternative Syst me de Conversion Figure I 1 Sch ma simplifi d un syst me PV 3 I 2 Rayonnement solaire Le soleil est une toile parmi tant d autres Il a un diam tre de 1390000 km soit environ 50 fois celui de la terre Il est compos 80 d hydrog ne 19 d h lium et 1 d un m lange de 100 l ments soit pratiquement tous les l ments chimiques connus depuis que Langevin et Perrin s appuyant sur la th orie de la relativit d Einstein ont mis l id e il y a une soixantaine d ann es que c est l nergie de fusion nucl aire qui fournit au soleil sa puissance il est aujourd hui admis que le soleil est une bombe thermonucl aire hydrog ne h lium transformant chaque seconde 564 millions de tonnes d hydrog ne en 560 millions tonnes d h lium la r action se faisant dans son noyau la temp rature d environ 25 millions de degr s Celsius Ainsi chaque seconde le soleil est all g de 4 millions de tonnes dispers es sous forme de rayonnement 4 Sa lumi re une vitesse de 300000 km s met environ 8 minutes pour parvenir la terre sa distribution spectrale de l atmosph
52. eillement du lieu d utilisation gt La saison d utilisation 1 4 Syst me de conversion Un convertisseur d nergie est un quipement que l on dispose g n ralement soit entre le champ PV et la charge sans stockage avec charge en continu il portera le nom de convertisseur continu continue soit entre la batterie et la charge il sera alors appel onduleur ou convertisseur continu alternatif L onduleur est g n ralement associ un redresseur qui r alise la transformation du courant alternatif en courant continu et dont le r le sera de charger les batteries et d alimenter le circuit en continu de l installation en cas de longue p riode sans soleil 13 1 4 1 Le convertisseur continu continu Ce type de convertisseur est destin adapter chaque instant l imp dance apparente de la charge l imp dance du champ PV correspondant au point de puissance maximal 13 Ce syst me d adaptation est couramment appel MPPT Son rendement se situe entre 90 et 95 Ce syst me a deux inconv nients pour un PV de faible puissance gt Prix lev gt Le gain nerg tique annuel par rapport un syst me moins complexe cas d une r gulation de la tension n est pas important 19 Chapitre I Description g n rale d un syst me de conversion photovolta que 1 4 2 Le convertisseur continu alternatif C est un dispositif destin convertir le courant continu en courant alternatif La
53. elle ST Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV IV 6 Simulation de la commande MLI vectorielle IV 6 1 Mod le de simulation La Figure IV 6 pr sente le mod le de la commande MLI des interrupteurs S1 S2 Ss pour un onduleur triphas et les vecteurs tensions de r f rence From2 Mosfet2 outage Figure IV 6 Bloc SIMULINK de MLI vectorielle IV 6 2 R sultats de simulation Figure IV 7 Les tensions filtr es Va Vg Ve 73 Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV Figure IV 8 Les tensions de lignes Va Vb Ve R ponses de l association MAS onduleur MLI Vectorielle Vitesse rd s Courant statorique is A Figure IV 9 b Courants rototique et statorique ig ir A 74 Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV 50 m aa Ua 0 05 15 2 25 3 Figure IV 9 c Le couple lectromagn tique Cem N m Figure IV 9 R ponses de l association MAS onduleur MLI Vectorielle Lors du pilotage par MLI vectorielle le couple pr sente moins d ondulation en MLI vectorielle Ceci montre que la MLI vectorielle peut apporter une am lioration appr ciable dans la tension de sortie Elle peut permettre l alimentation de la machine asynchrone avec une plus grande tension et avec moins de distorsion harmonique La commande d un onduleur par une MLI vectorielle apporte u
54. es RER 2 Rideau r A l E as PATRES cS Re ia aa d Les po 0 i 0 1 2 3 4 5 6 7 8 D bit m s x 10 Figure IL 18 Caract ristiques de la pompe HMT Q et de la canalisation 50 Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que d Caract ristique de rendement Pour les groupes lectropompes pompe moteur les fabricants donnent g n ralement la courbe du rendement comme on peut tracer la courbe de rendement hydraulique en utilisant la formule 17 M 11 45 Avec P p g Q HMT p La masse volumique de l eau tant de 1000kg m g Acc l ration de la pesanteur 9 8 1m s Q D dit d eau Hm Hauteur manom trique totale P p Puissance fournie par le moteur G n ralement le rendement maximal du groupe motopompe ne d passe pas 72 Le sch ma de Figure II 19 pr sente les valeurs de rendement d une pompe F0 es b gI ap o oS Rendement bh 10 D bit Q m3 s x1073 Figure IL 19 Caract ristiques de rendement de la pompe centrifuge 51 Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que II 5 6 Caract ristiques de la pompe centrifuge immerg e La pompe centrifuge immerg e est caract ris e par les param tres suivants gt Son diam tre est soit de 4 95 mm soit de 6 142 mm gt Le corps de pompe est en acier inoxydable les roues et les diffuseurs tant soit en acier inoxydable so
55. eur C Ka XW IV 15 Avec Ka d signe la constante de proportionnalit et w la vitesse de rotation du moteur Connaissant les performances d une pompe centrifuge Q H et P pour la vitesse N les lois de similitude permettent de d terminer les performances Q H et P pour une vitesse N en utilisant les relations suivantes a N7 a N 2 LE N 3 C 05 3 H H Q i PE IV 16 Avec Q et les d bits correspondants respectivement la vitesse N et N H et H les hauteurs manom triques totales correspondantes respectivement la vitesse N et N et P et P sont les puissances du moteur correspondant respectivement la vitesse N et N Figure IV 18 pr sente le mod le de la pompe centrifuge bas sur les quations math matiques pr c dentes Product H Cm Math Producti Function Math Function1 Product2 Figure IV 18 Bloc SIMULINK de la pompe centrifuge 83 Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV IV 10 Optimisation du syst me de pompage PV global IV 10 1 Mod le global du syst me La Figure IV 19 repr sente le sch ma synoptique du syst me de pompage photovolta que global avec les diff rentes commandes utilis es Champs PV Commande Commande MLI Vectorielle Figure IV 19 Synoptique du syst me de pompage global Le mod le SIMULINK pr sent dans la Figure IV 20 repr sente le groupement du mod le SIMULINK du g n rateur pho
56. eurs rad s Pulsation des courants induits rad s Nombre de paires de p les du moteur R sistance statorique du moteur Q R sistance rotorique Q R sistance de magn tisation Q Inductance d un enroulement du stator H Inductance d un enroulement du rotor H Inductance mutuelle H Couple lectromagn tique N m Couple r sistant N m Vitesse de la pompe rad s PV GPV FF MPPT P amp O DC AC MAS MCC CVFO MLI IGBT PI Lexique Photovoltaique G n rateur Photovoltaique Facteur de forme Maximum Power Point Tracking Perturbation et Observation Courant Continu Direct Current Courant Alternatif Alternative Current Moteur asynchrone Moteur a courant continu Commande vectorielle par flux orient Modulation par largeur d impulsions Insulated Gate Bipolar Transistor Proportionnel Int gral occ Generale Introduction g n rale Introduction g n rale Depuis la g n ralisation de l utilisation de l lectricit la consommation nerg tique n a cess d augmenter le probl me de la conversion et du stockage de l nergie a conduit la recherche et au d veloppement de nouvelles sources d approvisionnement Cet int r t s est accru face l puisement in luctable des nergies fossiles leur impact sur l environnement et aux d chets qu ils engendrent La technologie p
57. g en quatre chapitres principaux r sum s dans ce qui suit Dans le premier chapitre on va faire une description g n rale et le principe de fonctionnement de chaque l ment constituant le syst me photovolta que Le deuxi me chapitre est consacr l tude des l ments du syst me de pompage photovolta que champ photovolta que onduleur et groupe motos pompe Dans une premi re tape en exposant d une mani re d taill e la mod lisation math matique le principe de fonctionnement et la caract ristique I f V du g n rateur Dans une seconde tape un aper u th orique sur le moteur induction ou moteur asynchrone et les pompes qui peuvent tre utilis s dans le pompage PV Il pr sente aussi le mod le math matique de chacun de ces composants Dans le troisi me chapitre on va pr senter les r sultats des performances des composants de la chaine de conversion photovolta que panneaux solaires hacheur MPPT obtenues sous l environnement de simulation MATLAB SIMULINK Enfin dans le dernier chapitre nous pr senterons les diff rentes strat gies de commande du syst me de pompage photovolta que commencerons par la commande MLI Modulation de Largeur d impulsions apr s nous traiterons la commande vectorielle par flux orient et les performances de ces commandes pour le groupe motopompe et le syst me de pompage globale Chapitre I Description g n rale d un syst me de conve
58. hotovolta que PV est une solution attrayante comme remplacement ou compl ment des sources conventionnelles d approvisionnement en lectricit en raison de ses nombreux avantages Elle est un moyen fiable qui requiert peu d entretien Elle fournit de l lectricit avec l nergie gratuite et renouvelable du soleil Elle ne n cessite aucun combustible Elle est silencieuse et non polluante respectueuse de l environnement VV VV Y Elle est polyvalente et peut tre ajust e selon les besoins La situation g ographique de I Alg rie favorise le d veloppement et l panouissement de l utilisation de l nergie solaire En effet vu l importance de l intensit du rayonnement re u ainsi que la dur e de l ensoleillement qui d passe les dix heures par jour pendant plusieurs mois notre pays peut couvrir certains de ses besoins en nergie solaire ces avantages pourraient tre profitables dans les r gions les plus recul es surtout dans les applications du pompage photovolta que Le pompage photovolta que est l une des applications prometteuses de l utilisation de l nergie photovolta que Le syst me de pompage PV est g n ralement compos d un g n rateur PV d un convertisseur d nergie d un moteur et d une pompe Deux types de syst mes peuvent tre utilis s le premier est constitu d un g n rateur PV coupl directement un groupe motopompe le deuxi me est compos d un g n rateur PV coupl
59. ielle par orientation de flux 76 IV 7 2 Calcul des r gulateurs ressens h a e nent lO IV 8 Simulation de la commande vectorielle par orientation de flux 70 IV 8 1 Mod le de la CVFO en SIMULINK eee serres seemeneenese ee DD IV 8 2 R sultats de simulation idees O IV 8 3 Interpr tation des r sultats su 82 IV 9 Mod le de la pompe centrifuge see 83 IV 10 Optimisation du syst me de pompage PV global 84 IV 10 1 Mod le global du syst me seen ia 84 IV 10 2 R sultats de simulation en r gime dynamique 84 IV 10 3 R sultats de simulation en r gime permanant 80 IV T1 Conclusion petne a A nona Re ADR detente set ovens re il ehniterennr im e tisse 92 Conclusion g n rale 2 1e tee cebrakot uses aarbvstgnas vsbsvrndtsvbeatstiasie s 43 sbaheaibelesestondregedlsebun bons 94 R f rences Bibliographies cccccsssssssssssssssssscsescseseesessescsessessssssesessssesseseseseeseseeseea a sesesssssnsasansseeeeas 97 ANDEKS m mo en ann ann 101 Ice Vco Nomenclature Constante de Planck 6 62 10 j s Fr quence de l onde lumineuse Hz Energie de la bande interdite eV Surface du module photovolta que m Eclaireme
60. ifuge La pompe centrifuge se compose essentiellement de 22 Figure II 15 a b a Un distributeur fixe Le plus souvent r duit une simple tubulaire profil e qui donne au fluide une vitesse et une direction convenables et conduisant ce dernier depuis la section d entr e de la machine jusqu l entr e de la roue Le distributeur est g n ralement constitue par un c ne convergent qui permet de r aliser une meilleure disposition des filets liquides en am liorant le parall lisme et l galit des vitesses Il est pr c d par la canalisation d aspiration b Une roue ou impulseur Plac e sur l arbre de la pompe appel e aussi rotor mobile qui est l l ment actif de la pompe son r le est de transformer l nergie m canique appliqu e l arbre en nergie hydrodynamique nergie de pression et nergie cin tique c Un diffuseur fixe Qui transforme l nergie cin tique du fluide la sortie de la roue en nergie de pression nergie potentielle Pour pomper l eau dans un forage ou alimenter un syst me d irrigation il faut disposer d une forte pression de refoulement qui pourrait tre provoqu e par une pompe monocellulaire quip e d une roue grand diam tre Ce m me mouvement peut tre d compos chaque instant en deux mouvements distincts gt Un mouvement d entra nement caract ris par la vitesse U gt Un mouvement relatif d placement du liquide par rappo
61. ion de la section de passage gt Popes h lico centrifuges Ce type de pompe a un impulseur qui est interm diaire entre les deux types extr mes centrifuge et a h lice le mouvement imprim au liquide est donc la fois centrifuge et axial b Pompes volum triques Une pompe volum trique est une pompe dans laquelle l coulement du liquide est en proportion constant avec le d placement d un organe mobile du corps de la pompe Les pompes volum triques sont deux sortes les pompes volum triques alternatives et les pompes rotatives gt Les pompes volum triques rotatives Ces pompes sont constitu es par une pi ce mobile anim e d un mouvement de rotation autour d un axe qui tourne dans le corps de pompe et cr e le mouvement du liquide pomp par d placement d un volume depuis l aspiration jusqu au refoulement e Pompes engrenages Le liquide circule entre les dents et le corps de la pompe Les engrenages peuvent tre du type droit ou h lico dal simple ou double e Pompes palettes Dans ce type de pompe un rotor excentr par rapport au corps est muni sur sa p riph rie de volets ou de palettes qui projet s par la force centrifuge contre le corps assurent l tanch it entre corps et rotor Le liquide bloqu entre deux volets successifs est entra n et forc vers l ext rieur au refoulement e Pompes vis Dans les pompes vis le rotor a la forme d un cylindre sur le pourt
62. it en mat riau synth tique Ces mat riaux pr sentent une tr s bonne r sistance l abrasion gt Le corps d aspiration est prot g par une cr pine contre les grosses impuret s sup rieures 3 mm gt Unclapet anti retour est int gr a la t te de pompe qui est taraud e pour le raccordement au tuyau de refoulement La lubrification est assur e par l eau pomp e gt Le nombre d tages est li la hauteur manom trique totale de refoulement gt Le type d aubage de chaque tage est li la puissance hydraulique fournir pour la Hm nominale gt Les rendements hydrauliques des pompes solaires sont lev s utilisation de technologies de pointe Ils sont de l ordre de 55 60 au point de fonctionnement nominal gt La dur e de vie peut tre estim e entre 5 et 7 ans elle est fortement li e la qualit de l eau gt L entretien courant consiste au nettoyage des tages boue sable d chets si la pompe est install e dans un puits La fr quence de celui ci d pend de la qualit de l eau pomp e 35 II 6 Conclusion Dans ce chapitre nous avons pr sent les diff rents composants du syst me de pompage photovolta que et leurs mod les afin de faciliter l acc s la simulation du syst me ane Chapitre II Simulation de la chaine de conversion PV sous MATLAB SIMULINK Chapitre IIT Simulation de la chaine de conversion PV sous MATLAB SIMULINK oo vvv_
63. lan nerg tique du moteur asynchrone gt Puissance lectrique absorb e ou re ue par le stator puissance d entrer du moteur P 3 Is Vs cos Og II 27 Ou Is Courant primaire A Os L angle entre Is et Vs repr sente le d phasage de Is sur Vs gt Pertes par effet Joule au stator Pys Comme pour toute machine triphas e pr sentant une r sistance Rs entre deux bornes de phases statoriques il existe une puissance dissip e par effet Joule Pjs 3 Rst ls 11 28 Is courant primaire A Rs r sistance d une phase statorique du moteur Q gt Pertes fer statoriques Py Ces pertes sont ind pendantes de charge 38 Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que gt Puissance transmise Py C est la puissance lectromagn tique transmise du stator vers le rotor travers l entrefer Elle est gale la puissance absorb e moins les pertes statoriques Pir Pa Pis Pis 11 29 gt Moment du couple lectromagn tique Cem Les forces qui s exercent sur les conducteurs du stator tournent la vitesse s elle glisse sur le rotor qui tourne a la vitesse r L action de l ensemble des forces lectromagn tiques se r duit a un couple lectromagn tique r sultant de moment Tem C em 11 30 Avec Cem N m Pr W et s rad S gt Puissance m canique totale Pm Le couple lectromagn tique de moment Cem entra ne le
64. lan complet Pa Pu gt pertes Pa Py PJS PJR PC IL 39 gt Rendement Il est d fini par n Tm 11 40 n est un nombre positif sans unit compris entre 0 et 1 et que l on exprime en La valeur maximale du rendement est n 1 S II 4 8 Etude du couplage du moteur avec la pompe 17 a Etude vide A vide Tu 0 gt Pu 0 et S 0 Rr 0 S 0 le rotor tourne presque au synchronisme Po Volo Cos Qo et Piso Rlo 0 car Io est faible Pc a vide Pc en charge Bilan vide Pao Pc Un essai vide permettra de d terminer les pertes collectives 4 Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que b Etude en charge gt Caract ristique m canique Le moteur asynchrone triphas d marre seul et il prend rapidement sa vitesse de r gime en charge comme vide Nous pouvons en conclure que ce moteur pr sente un couple de d marrage important Cette caract ristique m canique montre que e La fr quence de rotation varie peu de l essai l essai en charge e Le couple utile est lev au d marrage pr sente un maximum et il est proportionnel au glissement S dans la zone utile gt Point de fonctionnement du moteur en charge C est le point d intersection des caract ristiques C f n du moteur et de la charge Soit une charge de caract ristique m canique Cr n En r gime permanent le moment du couple utile Cu est gal au moment du couple r
65. les conditions standards 25 C et un clairement de 1000 W m gt La caract ristique I f V Courbe repr sentant le courant I d bit par le module en fonction de la tension aux bornes de celui ci gt Tension vide Vco Tension aux bornes du module en l absence de tout courant pour un clairement plein soleil gt Courant de court circuit Icc Courant d bit par un module en court circuit pour un clairement plein soleil gt Point de fonctionnement optimum Pm Vm Im Lorsque la puissance de cr te est maximum en plein soleil Pm Vm Im gt Rendement Rapport de la puissance lectrique optimale la puissance de radiation incidente gt Facteur de forme Rapport entre la puissance optimale Pm et la puissance maximale que peut avoir la cellule Vco Icc 3 4 Le panneau solaire Le panneau solaire Figure I 6 ou champ solaire se compose de plusieurs modules photovoltaiques interconnect s en s rie et ou en parall le afin de produire la puissance requise Ces modules sont mont s sur une armature m tallique qui permet de supporter le champ solaire avec un angle d inclinaison sp cifique Figure I 6 Panneau solaire 10 10 Chapitre I Description g n rale d un syst me de conversion photovolta que Pour chaque panneau on peut avoir autant de sorties que de modules ce que fait qu on aura besoin de boite de d rivation qui regroupe le tous comme l illustre la Figure
66. ls les moments o le soleil est biens visible sont enregistr es on parle alors de dur e d insolation r elle ou effective et d pend du fait que le soleil lev soit visible du point d observation ou cach par les nuages Au d faut de l h liographe il est possible partir du calcul du mouvement astronomique relatif du soleil et de la terre d valuer la dur e th orique du jour c est dire celle qu il y aurait si les nuages ne cachaient pas le soleil Chapitre I Description g n rale d un syst me de conversion photovolta que I 3 Description des l ments d un syst me de captage photovolta que I 3 1 la cellule photovolta que Les cellules photovolta ques sont des composants opto lectroniques qui transforment directement la lumi re solaire en lectricit par un processus appel effet photovolta que a t d couvert par E Becquerel en 1839 6 Elles sont r alis es l aide des mat riaux semi conducteurs c est dire ayant des propri t s interm diaires entre les conducteurs et les isolants La structure la plus simple d une cellule photovoltaique comporte une jonction entre deux zones dop es diff remment du m me mat riau homo jonction ou entre deux mat riaux diff rents h t rojonction Le but de la structure photovolta que c est de cr er un champ lectrique interne Dans la Figure I 3 un chantillon sch matique d une configuration de la cellule solaire Elle s
67. mettent d viter qu un module au soleil ne se d charge dans un module l ombre 10 ar ER um pad ra z L e Lo ss a Diodes antiparall les Figure I 5 Boite de jonction 10 Les modules photovoltaiques assurent les fonctions suivantes gt Protection des cellules contre les agents atmosph riques gt Protection m canique et support gt Connexion lectrique entre cellules et avec l ext rieur Les modules en silicium monocristallin c Si 64 de march poly cristallin ou multi cristallin xc Si 28 du march ou silicium amorphe a Si 13 du march d livrent des tensions normalis es 12 24 48 et des puissances entre 10 et 100 Wc watt cr te puissance obtenue pour l ensoleillement maximal 9 La plupart des modules commercialis s sont compos s de 36 cellules en silicium cristallin le courant de sortie et la puissance seront proportionnels la surface du module Ils ont une efficacit de conversion nergie lectrique produite nergie solaire incidente de l ordre de 10 20 11 Chapitre I Description g n rale d un syst me de conversion photovolta que I 3 3 Caract ristiques d un module 12 Les modules sont g n ralement des parall l pip des rectangles rigides minces quelques centim tres d paisseur dont les caract ristiques suivantes gt La puissance de cr te Pc Puissance lectrique maximum que peut fournir le module dans
68. n entre le g n rateur photovolta que et la charge a t effectu e moyennant le convertisseur DC DC La technique de commande vectorielle est d velopp e et pr sent e dans ce m moire de magister Une simulation sous l environnement simulation du logiciel MATLAB de la structure propos e Mots cl s Photovolta que Contr le MPPT Machine asynchrone Hacheur Onduleur Vaile J duua ll ADD Sga le cg gins Li ia Cn pS 5 y gate dives pa A ps al dic levi aSa A pid 5 gA Alu jf 038 Co ciel AS pe tira Jus pe is je LIA pas oies Al ib pS ule sb e A Joss y ge in yo coy BEN Ria ig EN ls a oj gut g y NL cg pui de LbiwY opts i fait los ga Li bia co ciol DC DC Hb Jos all ihu g 25 Lis ll 3 on 9 SI s MATLAB Alad ali y Elu gs Cai illal ois liu Lal ilu y ei leads bap obi ai Lic Lest ASS Au Lid Ed Bag Dial gil gS Sle sisi ls ple LiL xe MPPT PA ins eS IYD lat Abstract The objective of this thesis is to provide a vector control combined with an electric asynchronous motor The configuration of this system includes a photovoltaic generator a PV bus a PV filter connected to a boost converter a DC bus and a voltage inverter fed induction machine coupled to a centrifugal pump The objective of this system is to ensure operation at maximum power of PV system for various climatic conditions The matching between the photovoltaic generator and the load was determined by the DC DC converter Vector control technology is developed a
69. n volt 8 Le rendement de conversion des cellules commercialis es atteint actuellement 15 19 pour le silicium monocristallin 12 16 pour le silicium poly cristallin 7 9 pour le silicium amorphe Pour lever la tension les cellules sont commercialis es sous forme des modules photovolta ques 3 2 Le module photovolta que Pour produire plus de puissance les cellules solaires sont assembl es pour former un module Figure L 4 a Les connections en s rie de plusieurs cellules augmentent la tension pour un m me courant tandis que la mise en parall le accro t le courant en conservant la tension Ces cellules sont prot g es de l humidit par encapsulation dans un polym re EVA thyl ne vynil ac tate Figure L 4 b et prot g sur la surface avant d un verre tremp haute transmission et de bonne r sistance m canique et sur la surface arri re d une ou de poly thyl ne 9 4 Verre y y gt Tedlar AR 4 RP EME N D gt A Cellule solaire dpd E 7 te ay 1 J 4 A i N ay i a b Figure I 4 Module photovolta que Chapitre I Description g n rale d un syst me de conversion photovolta que Les modules sont g n ralement entour s d un cadre rigide en aluminium anodis comprenant des trous de fixation A l arri re de chaque module se trouve une boite de jonction contenant 2 diodes antiparall les Figure 1 5 Ces diodes antiparall les per
70. nce des courants alternatifs en rad s b Le rotor Partie tournante solidaire de l axe du moteur n est pas reli aucune alimentation Il en existe deux types gt Rotor en cage d cureuil constitu des barres m talliques alliages aluminium pour l all ger parall les sont reli es par deux couronnes de faible r sistance Ce rotor facile construire pr sente un faible co t gt Rotor bobin les barres m talliques forment un enroulement triphas Les extr mit s de ces enroulements sont soud es trois bagues Des balais frottant sur ces bagues permettent d acc der au rotor Le rotor tourne la vitesse de rotation Nr lt Ns Ces conducteurs sont parcourus par des courants induits courants de Foucault 34 Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que c Entrefer l entrefer est l espace entre le stator et le rotor La relation entre la pulsation et la fr quence du courant Q 2nf 11 19 Rappelons galement les relations entre vitesse angulaire et fr quence de rotation fs d tat os ae 11 20 Si fy est en tr s Ws 21 fs 11 21 Glisement S le rotor du moteur tourne toujours un peu moins vite que le champ tournant vitesse de synchronisme ns On dit que le rotor glisse par rapport au champ tournant Le glissement S c est l cart relatif entre la vitesse de synchronisme ns et sa vitesse r elle nr Le glissement est d fini par
71. nd presented with the environment of simulation MATLAB on the proposed structure Keywords Photovoltaic MPPT control asynchronous machine chopper Inverter Je remercie ALLAH le Tout puissant de m avoir donner le courage la volont et la patience de mener terme ce pr sent travail Je tiens nmercier Mr Tayeb Alaoui Maitre de conf rences L Universit de Tiaret qui a accept de mencadrer et je lui exprime particuli rement toute ma reconnaissance pour mavoir fait b n ficier de ses comp tences scientifiques ses qualit s humaines et sa constante disponibilit J exprime mes sinc res remerciements Mr Boumediene Benyoucef Professeur l Universit de Tlemcen d avoir accept de pr sider le Jury de cette th se Je remercie sinc rement Mr AbdlghaniKherous Maitre de conference L Universit de Tlemcen Mr Ali chermitti Maitre de conf rence l Universit de Tlemcen Mr Cheikh Belfedal Ma tre de conf rence L Universit de Tiaret d avoir accept de faire partie du Jury A tous ceux qui ont contribu de pr s ou de loin la realisation de ce travail Mr Meflah Aissa A L me de ma m re qui t pour mon corps mieux qu un c ur p CF A mon cher p re qui a sacrifi son temps pour nous A l me de mon fr re Kadda A mes s urs Ch rifa Mokhtaria et Fatima A mon neveux Youcef Et mes nieces Narimane Lina Iness et Nour A tous ceux qui me sont chers
72. ne am lioration perceptible dans la tension de sortie de l onduleur et une am lioration appr ciable dans la performance du moteur qu elle alimente Cette partie est n cessaire pour la commande de la machine asynchrone IV 7 La commande vectorielle de la MAS Le principe de la commande vectorielle a t d couvert par Felix Blaschke en 1972 elle a pour objectif le d couplage du flux et du couple dans les machines courant alternatif En fait nous cherchons de nous rapprocher de la commande d une machine courant continu en liminant tous les probl mes caus s par le moteur courant continu co t entretien lourd puissance massique inf rieure 75 Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV eee De nombreuses variantes de commande vectorielle ont t pr sent es dans la litt rature technique que l on peut classer de la fa on suivante gt Mode d alimentation Commande en tension Commande en courant gt D termination de la position du flux Directe n cessite mesure du flux ou observation Tndirecte n cessite le contr le de la fr quence de glissement gt Acquisition du flux Fond e sur un mod le du rotor Fond e sur un mod le du stator Observation de flux gt Orientation du rep re d q sur Flux rotorique Flux statorique Flux d entrefer 39 Le contr le du flux statorique ou du flux d entrefer n assure pas un d couplage
73. nt Wim R sistance s rie quivalente Q R sistance parall le quivalente Q Le facteur d id alit de la jonction Le photo courant A Courant de saturation A R sistances parall le shunt Q R sistance s rie Q Temp rature de jonction K L clairement de r f rence 1000 Wim La temp rature de r f rence 298 K Le coefficient de courant en fonction de temp rature A C Le courant de court circuit A La tension de circuit ouvert V Facteur de forme Nombre de modules dans le panneau en s rie Nombre de modules dans le panneau en parall le La puissance maximale produite PV W Tension qui correspond la puissance maximale V Courant qui correspond la puissance maximale A La tension circuit ouvert de r f rence V Tension optimale V Courant optimum A Tension circuit ouvert V Courant de court circuit A A rors Coefficient de Boltzmann 1 38 10 J K Temp rature ambiante C Temp rature de la cellule C Longueur de diffusion des lectrons m Longueur de diffusion des trous m Taux de g n ration recombinaison m s Flux magn tique weber Vitesse de rotation rad s D bit de la pompe m h Hauteur manom trique totale m Vitesse synchrone de rotation du champ tournant en rad s Vitesse de rotation du rotor en tr s Pulsation des courants induct
74. nt trois phases identiques en court circuits d cal es entre elles de 120 Figure IV 1 Repr sentation symbolique de la MAS IV 3 Equations lectriques de la machine asynchrone dans le rep re triphas Les quations r gissant le fonctionnement lectrique de la machine asynchrone MAS peuvent s crire ji U 1R I awl O R I ae dt p z i W I av 2 P IZ 1 7 11 avec U U Vos Vz O h n le Z I gt I I I gt fs y Ps is 2 s y Pr D 2 s R O O R O O L m m i m m IR 0 R O R Oo R O IL m i m LL m L m 0 0 R 0 0 R m m L m m ee 67 Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV eee 7 7 cos 0 cos cos 17 2n gt IM M A cos cos O cos gt gt cos cos cos N gt gt O L 1 est l inductance propre d une phase statorique rotorique m m est l inductance mutuelle entre deux phases statoriques rotoriques et M est le maximum de l inductance mutuelle entre une phase statorique et une phase rotorique IV 4 Transformation de Park La transformation de Park est une transformation du rep re triphas fixe par rapport au stator dans un rep re biphas Cette transformation permet de r duire la complexit du syst me La position du rep re peut tre fix e par rapport aux trois r f rentiels gt Champ tourn
75. ntinu en courant alternatif onduleurs autonomes La conception de l ensemble du syst me photovolta que de fa on extraire le maximum de puissance du g n rateur photovolta que quelles que soient les perturbations d clairement et de la temp rature l alimentation sous la tension alternative des appareils partir des panneaux solaires n cessitent l utilisation d un onduleur assurant la conversion DC AC Il peut tre con u base de transistors de puissance ou thyristors utilis s comme commutateurs de puissance 25 26 La fr quence de commutation de semi conducteurs d termine la fr quence de la tension de sortie L onduleur autonome impose lui m me la forme et la fr quence de l onde de sortie Dans le syst me de pompage photovolta que la connexion entre le g n rateur photovolta que et la pompe entra n e par un moteur courant alternatif est faite par un onduleur Ce dernier permet de r aliser un transfert optimal de puissance entre le g n rateur et le groupe moto pompe sous les conditions variables de la puissance produite et de la demande en puissance Ce transfert est contr l par variation de fr quence Selon le mode de commutation on peut distinguer 27 gt Onduleur onde rectangulaire gt Onduleur cr neaux de largeur variable gt Onduleur modulation de largeur d impulsion MLI 30 Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que
76. oduire une puissance maximale de 75 watts 17 volts Ceci nous a permis de d terminer la puissance en fonction de la tension et le courant en fonction de la tension du module tudi pour un clairement de 1000 Wim Les caract ristiques lectriques du module Photovoltaique Shell SP 75 en conditions de test standards sont repr sent es sur le Tableau II 1 56 Chapitre III Simulation de la chaine de conversion PV sous MATLAB SIMULINK Grandeurs Valeur Eclairement standard E 1000 W m oo 4 Temp rature standard T 25 C Puissance cr te maximale Pan 75 W PET Tension maximale Vm 17 V PTIT Courant maximal Ip 44A 6 oo Tension de circuit ouvert Vo 21 7 V Courant de court circuit L ASA PITHY Tableau III 1 Caract ristiques lectriques du module Figure IIL 4 Module Shell SP75 Photovoltaique Shell SP 75 en condition de test standard 37 La figure ci dessous pr sente le block du module photovolta que dans l environnement SIMULINK Shell SP 75 1 Module Insolation Figure IILS Block du module Shell SP 75 dans SIMULINK Les Figure III 6 a et Figure III 6 b nous montrent les caract ristiques lectriques du module Shell SP75 apr s son simulation avec MATALB SIMULINK pour diff rentes valeurs d clairement et pour une temp rature de 25 C Nous pouvons constater les caract ristiques suivantes pour ce module photovoltaique L 4
77. oint de fonctionnement est d termin par l intersection de sa caract ristique lectrique I V avec celle de la charge Ce point de fonctionnement varie car les conditions de travail varient ou et la charge varie tout moment C est pourquoi souvent on n op re pas au MPP et la puissance fournie la charge est inf rieure la puissance maximale 38 HI 5 1 Principe du MPPT La m thode de perturbation et d observation P O est une approche largement r pandue dans la recherche du MPPT parce qu elle est simple et exige seulement des mesures de tension et du courant du panneau photovolta que Vpv et Ipv respectivement Elle peut d duire le point de puissance maximale m me lors des variations de l clairement et la temp rature Ar 700 Shell SP 75 6 module 600 500 400 300 200 100 150 200 100 vv Figure IIL 10 Block des 08 modules en SIMULINK Figure III 11 Courbe P V des 08 modules Comme son nom l indique la m thode P amp O fonctionne avec la perturbation de la tension Vpv et lV observation de l impact de ce changement sur la puissance de sortie du g n rateur PV 60 Chapitre III Simulation de la chaine de conversion PV sous MATLAB SIMULINK La Figure IIL 11 repr sente l algorithme de la m thode P amp O Au d but on fait d finit les valeurs initiales Ief A Let Poia chaque c
78. on rendement gt Souplesse de fonctionnement gt Robustesse du mat riel afin de limiter au maximum l entretien et les risques de pannes gt Fiabilit et autonomie de l installation gt Faible puissance au d marrage 3I Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que II 4 2 Avantages et inconv nients des moteurs Quelques avantages et inconv nients de chacun de ces moteurs 28 22 27 Avantages Inconv nients Moteur asynchrone Disponible dans le march avec un co t bas Son entretien est nul de fait de l absence compl te de pi ces en frottement Son utilisation augmente l autonomie et la fiabilit de l installation Disponible pour une large plage de charge Le rapport puissance poids est lev N cessit d utiliser un onduleur avec des sp cifications photovolta ques co t suppl mentaire Chute de rendement aux faibles puissances Appel de courant au d marrage qui peut atteindre cinq fois l intensit normale Moteurs courant continu avec balais Simplicit et facilit de r gulation variation de vitesse couple Couplage direct avec le g n rateur sans onduleur Rendement lev pour les faibles charges Pr sence de balais et collecteur qu il faut v rifier p riodiquement Plus lourd et plus co teux Moteurs courant continu sans balais brushless DC
79. orrespondant au point de puissance maximale 24 a Hacheur d volteur Ce nom est li au fait que la tension moyenne de sortie est inf rieure celle de l entr e Il comporte un interrupteur amor age command transistor bipolaire transistor MOS ou IGBT et en s rie avec la source Figure II 11 b et une diode de roue libre Le cycle de fonctionnement de p riode de hachage T comporte deux tapes Lors de la premi re on rend le MOSFET passant et la diode polaris e en inverse est bloqu e Cette phase dure de 0 DT avec D est appel rapport cyclique et compris entre O et 1 Lors de la seconde on bloque le MOSFET La diode devient passante Cette phase dure de DT a T Figure IL 10 Tension de sortie b Hacheur survolteur Dans ce hacheur la tension moyenne de sortie est sup rieure la tension d entr e Cette structure demande un interrupteur command et en parall le avec la source Figure II 11 a Le montage le plus simple consiste mettre p riodiquement en court circuit la r sistance R pendant une dur e ts DT bien d termin e cette mise en court circuit est assur e par un hacheur branch en parall le avec la r sistance 29 Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que Figure IL 11 a Hacheur survolteur Figure IL 11 b Hacheur d volteur 2 Le convertisseur continu alternatif DC AC C est un dispositif destin convertir le courant co
80. our duquel se trouve une h lice Le liquide est enferm entre les h lices du corps et celle du rotor Il progresse parall lement l axe du cylindre Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que gt Les pompes volum triques alternatives la pi ce mobile est anim e d un mouvement alternatif Pompes piston Son principe est d utiliser les variations de volume occasionn par le d placement Mouvement de va et vient d un piston dans un cylindre Ces d placements alternativement dans un sens ou dans l autre produisent des phases d aspiration et de refoulement Quand le piston se d place dans un sens le liquide est comprim il y a fermeture du clapet d admission et ouverture du clapet de refoulement Le fonctionnement est inverse lors de l aspiration du liquide dans la pompe e Pompes membrane Dans la pompe membrane le mouvement alternatif est transmis une membrane qui comprime un liquide contenu entre la membrane et le corps muni lui aussi de clapets d aspiration et de refoulement L int r t de ce type de pompe est de permettre l isolement total du liquide pomper II 5 2 Les avantages et les inconv nients des pompes centrifuges 29 a Avantages Construction simple en g n ral une seule pi ce en mouvement le rotor Prix peu lev Encombrement r duit Jeu assez large donc facilit de manipuler des liquides contenant des solides en suspension Entretien
81. posante las On a alors deux variables d action comme dans le cas d une MCC Une strat gie consiste a laisser la composante ly constante C est dire de fixer sa r f rence de mani re imposer un flux nominal dans la machine Le r gulateur du courant Ig s occupe de maintenir le courant ig constant et gal la r f rence igs lys gy R f rence Le flux tant constant dans la machine on peut imposer des variations de couple en agissant sur le courant TA Si l on veut acc l rer la machine donc augmenter sa vitesse on impose une r f rence courant Le positive Le r gulateur du courant las va imposer ce courant de r f rence a la machine D o un couple positif On peut galement automatiser le pilotage de cette r f rence de courant lig en la connectant a la sortie d un r gulateur de vitesse C est ce dernier qui pilotera le couple de r f rence et donc los puisqu il z Bee tt R s agira au MIEUX de mani re asservir la vitesse une vitesse de Consigne N SAT Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV Figure IV 11 Sch ma de r gulation de vitesse de MAS en CVFO La Figure IV 11 r sume cette r gulation puisqu elle repr sente le sch ma de contr le vectoriel de la machine asynchrone avec une r gulation de vitesse et la r gulation des deux courants Ig et lg s Ces deux courants sont r gul s par deux boucles de courants dont
82. r sent e sur les figures II 4 II 5 et II 6 une temp rature constante T 25 C gt Influence de la r sistance s rie Rs La r sistance s rie caract rise les pertes par effets Joule de la r sistance propre du semi conducteur et les pertes a travers les grilles de collectes et les mauvais contactes ohmiques de la cellule Les contacts semi conducteur lectrodes r sistance lev e abaissent appr ciablement la tension et le courant de sortie ce qui va limiter le rendement de conversion 25 Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que gt Influence de la r sistance parall le Rp La r sistance parall le ou shunt caract rise les pertes par recombinaison des porteurs dues aux d fauts structurales du mat riau paisseurs des r gions N et P et de la zone de charge et d espace L existence des fissures et des d fauts des structures complexes le si ge de ph nom ne physique devient assimilable aussi une r sistance parall le Rp Ordre de grandeur de Rp pour une cellule au Si Rp 10 10 Q Rp augmente avec le groupement s rie de cellules solaires et diminue avec une connexion parall le gt Influence de la temp rature Si la temp rature de la cellule augmente le photo courant Ip augmente galement due principalement la diminution du largueur de la bande interdite du mat riau Cette augmentation est de l ordre de 0 1 par degr C Le courant direc
83. r sente un sch ma simplifi d une cellule solaire id ale Figure II 1 Cellule solaire id ale L quation caract ristique d une cellule solaire id ale est de la forme av I Icc Ip Icc I eT 1 L1 I V Courant et tension fournis par la cellule Ip Courant de diode donn e par Ip p ekr i 11 2 b Cas r el La performance d une cellule solaire est limit e par l influence de deux ph nom nes physiques assimilables deux r sistances Rs et Rp 18 19 Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que gt Rs R sistance s rie due essentiellement aux pertes par effets Joule travers les grilles de collectes et la r sistance propre des semi conducteurs ainsi qu aux mauvais contactes Semi conducteur lectrodes Elle s exprime par 19 L IL3 Rs P g Rm Avec p La r sistivit de la grille L La longueur de la grille Sg Section des grilles collectrices Rm R sistance propre du mat riau sa valeur est faible lt 2Q pour les cellules au silicium gt Rp R sistance parall le dite Shunt provient des pertes par recombinaisons dues essentiellement l paisseur aux effets de surface ainsi qu la non id alit de la jonction Rs et Rp modifient le courant de court circuit de la cellule en photo courant Iph on aura donc le montage lectrique quivalent suivant 18 Figure II 2
84. rature sur la caract ristique I f V de la cellule 27 Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que tT 3500 K Te313 K e325 K _T 330 K Puissance vw o n a slassensasssanslkssesesesssdessessescssste ocs Tension V Vv 0 35 Puissance vw Courant 4 Figure II 9 L influence de la temp rature sur la caract ristique P f D de la cellule II 3 Les convertisseurs II 3 1 Les convertisseurs d nergie Un convertisseur d nergie est un quipement que l on dispose g n ralement soit entre le champ photovoltaique et la charge pour une charge continu sans stockage avec une charge en continu il portera le nom de convertisseur continu continu soit entre la batterie et la charge apr s stockage il sera appel onduleur ou convertisseur continu alternatif 28 Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que Le convertisseur remplit les fonctions suivantes 24 gt Conversion de courant continu en courant alternatif compatible avec la tension du r seau gt Optimisation de la tension continue de mani re ce que le champ de modules fonctionne dans des conditions de puissance optimales gt S curit 1 Le convertisseur continu continu DC DC Ce type de convertisseur est destin adapter chaque instant l imp dance apparente de la charge l imp dance du champ PV c
85. re pr sente un maximum pour une longueur d onde d environ 0 5um la temp rature de corps noir la surface du soleil est d environ 5780 k 5 gt Diam tre de soleil D 1 39 10 m gt Diam tre de la terre D 1 27 10 m gt Distance moyenne soleil terre Lts 1 5 10 m Chapitre 1 Description g n rale d un syst me de conversion photovolta que I 2 1 Spectre du rayonnement Le rayonnement lectromagn tique est compos de grains de lumi re appel s photons L nergie de chaque photon est directement li e la longueur d onde Le spectre du rayonnement extraterrestre correspond environ l mission d un corps noir port 5800 K Une courbe standard compil e selon les donn es recueillies par les satellites est d sign e sous le nom de AM Sa distribution en nergie est r partie en 5 Ultraviolet UV 0 20 lt 1 lt 0 38 mm 6 4 Visible 0 38 lt 1 lt 0 78mm 48 0 Infrarouge IR 0 78 lt 1 lt 10 mm 45 6 Eclairement KW m um Longueurs d ondes um Figure I 2 spectre solaire hors atmosph re 5 I 2 2 Dur e d insolation La dur e d insolation correspond au nombre d heures dans la journ e entre le lever et le coucher du soleil o celui ci est bien visible Le relev est fait au moyen de l h liographe de Campbell Stokes dans lequel une sph re de cristal concentre les rayons du soleil sur un papier qu il br le en se d pla ant Ainsi seu
86. rotor la vitesse r Il lui communique donc la puissance m canique totale Pm Pm Cem OR 1 31 t Avec Cem Ws Donc Py Pr P amp 1 S Pu 1 S Pa Pu Ptr Pjr 11 32 gt Pertes fer au rotor Pfr ces pertes sont n gligeables 39 Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que gt Les pertes par effet Joule au rotor Pzr C est la puissance dissip e par effet Joule dans les conducteurs du rotor son expression est Pir 3 Rp Ig 11 33 O IR courant secondaire A Rr r sistance d une phase rotorique Q Est comme les pertes fer du rotor sont n gligeables alors Pjr S Ptr 11 34 Px est proportionnelle au glissement S gt Pertes collectives Pc Ces pertes ne d pendent que de U f et n Comme ces grandeurs sont g n ralement constantes les pertes fer au stator et les pertes m caniques le sont aussi PC Pfs Pm 11 35 gt Couple de perte Cp Le couple de perte est une grandeur constante quelle que soit la vitesse et la charge de la machine P Coa 11 36 gt Puissance utile Pu Les pertes m caniques Pm se retranchent de la puissance m canique Pm la puissance utile du moteur est donc gale Pa Py Pm 11 37 A0 Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que gt Le moment Cu du couple utile Le moment Cu du couple utile est d fini par Cp 11 38 Os gt Bi
87. rsion photovolta que Chapitre I Description g n rale d un syst me de conversion photovolta que I 1 Introduction Le g n rateur photovolta que convertit la radiation solaire incidente en puissance lectrique et en g n ral on distingue deux types d installations 2 a Non autonomes ou grid connected rattach es au r seau de distribution lectrique Dans Les syst mes reli s aux r seaux les consommateurs standards de puissance AC sont connect s au g n rateur via un onduleur convertisseur DC AC parfois bidirectionnel redresseur onduleur Le surplus d nergie du g n rateur photovolta que est inject au r seau public et les demandes de puissance sont attach es sur le r seau b Autonomes ou stand alone ces installations isol es ne sont pas connect es au r seau mais elles doivent assurer la couverture de la demande de la charge en tout temps La puissance la sortie du g n rateur photovolta que n est pas suffisante pour satisfaire la demande de charge aussi l autonomie du syst me est elle est assur e par un syst me de stockage d nergie En g n ral ces installations comprennent quatre l ments 2 gt Un ou plusieurs modules PV gt Le syst me de r gulation gt Une ou plusieurs batteries gt L onduleur Dans ce chapitre nous d crivons la conception d un syst me de conversion photovolta que stand alone sans tenir compte du stockage et l
88. rt aux aubes caract ris par la vitesse W Ainsi la vitesse absolue V d une particule liquide qui glisse entre deux aubes est gale la somme vectorielle des deux vitesses pr c dentes V U W 11 41 AT Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que HI 5 4 Principe de fonctionnement d une pompe centrifuge Sous l effet de la rotation de la roue le liquide emmagasin entre les aubes de la roue est projet de la r gion axiale vers le diffuseur cause de la force centrifuge de ce fait une d pression est cr e l entr e de la pompe d o l effet d aspiration du liquide et en m me temps une compression la sortie de la roue cela suffit pour tablir le mouvement continu de l coulement A la sortie de la roue le liquide est r cup r dans une volute reli e l orifice de refoulement o l nergie cin tique est transform e en nergie potentielle on dispose ainsi l orifice de refoulement un d bit sous une pression qui se traduit par une hauteur manom trique de refoulement 31 II 5 5 Caract ristiques de la pompe centrifuge a Caract ristiques d bit vitesse Le d bit de cette pompe est proportionnel la vitesse de rotation du moteur Toutefois il faut une vitesse minimale une Hm donn e pour obtenir un d bit 32 D bit Vitesse Figure 11 16 Caract ristiques d bit vitesse d une pompe centrifuge b Caract ristiques couple vite
89. s Le faible rendement des panneaux photovolta ques s explique par le fonctionnement m me des cellules Pour arriver d placer un lectron il faut que l nergie du rayonnement soit au moins gale 1 eV Tous les rayons incidents ayant une nergie plus faible ne seront donc pas transform s en lectricit De m me les rayons lumineux dont l nergie est sup rieure 1 eV perdront cette nergie le reste sera dissip sous forme de chaleur I 8 Conclusion Nous avons pr sent dans ce chapitre les diff rentes notions qui entrent dans la constitution d un systeme de captage photovoltaique Aussi que les principes de fonctionnement de chaque l ment ce qui permet d introduire la mod lisation et l analyse de ce syst me chose qu on va pr senter dans le chapitre II 1G 2 Chapitre II Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que II 1 Introduction G n ralement un syst me de pompage photovolta que est constitu d un g n rateur photovolta que un hacheur un onduleur et un groupe motopompe Les syst mes de pompage photovolta que fonctionnent au fil du soleil dans ce chapitre la mod lisation de chaque composant de ces syst mes est pr sent e II 2 La mod lisation du champ photovolta que II 2 1 La mod lisation d une cellule solaire a Cas id al 17 La Figure ci dessous p
90. s Figure IV 17 c montre l allure du couple de consigne superpos au couple simul par le mod le de la machine ainsi que la vitesse m canique Ce r sultat permet de constater l efficacit de la commande vectorielle dans les changements brusques de couple lectromagn tique synonyme de grandes capacit s dynamiques De plus l allure de la vitesse nous montre le comportement purement int gral Figure IV 17 a posons une vitesse de r f rence gale 120 rad s l instant 1s on remarque que la vitesse du rotor suit parfaitement sa r f rence Figure IV 17 b montre les flux rotoriques des axes d et q tout au long du m me essai nous voyons que le flux d axe q est tr s petit comme souhait et le flux d axe d correspond la consigne ceci est la preuve du d couplage des axes de la commande vectorielle flux rotorique orient La vitesse de la machine suit sa consigne sans d passement montrant l efficacit de la boucle de r gulation de vitesse Ce qui permet par la suite d atteindre le d bit et la hauteur manom trique totale d sir s Le flux rotorique est maintenu constant au voisinage de sa valeur de consigne montrant l efficacit de la boucle de r gulation de flux 82 Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV IV 9 Mod le de la pompe centrifuge 42 La pompe centrifuge applique un couple de charge proportionnel au carr de la vitesse de rotation du mot
91. sse Le couple du moteur augmente tr s rapidement en fonction de cette vitesse et la hauteur de refoulement est fonction du carr de la vitesse du moteur La vitesse de rotation du moteur devra donc tre tr s rapide pour assurer un bon d bit Parce que le couple de d marrage est limit au couple de frottement de la pompe vitesse nulle qui est plus important qu en rotation la pompe requiert une vitesse minimale une Hm donn e pour obtenir un d bit de d part non nul 32 33 48 Chapitre IT Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que Donc la pompe centrifuge oppose un couple r sistant Cr C k C 11 42 Avec k coefficients de proportionnalit Nm rad s 5 C le couple statique tr s petite 4 i yee x 10 Caract ristiques Couple Vitesse a fn 1 i pe a Se pe ee CE 1 1 i 1 i 4 1 1 1 1 p 1 1 1 bsss ctesss et o 50 100 150 Vitesse rad sec Figure IL 17 Caract ristiques couple vitesse d une pompe centrifuge L quation de puissance m canique de la pompe est aussi d termin e en fonction de la vitesse est donn e par la relation suivante 3 Ps k 0 11 43 c Caract ristiques d bit hauteur La courbe d bit hauteur exprime les variations des diff rentes hauteurs de rel vement en fonction de d bit Les constructeurs sont en mesure de fournir au client les courbes Q HMT maximale et minimale correspondant
92. t L installation ne comporte pas de pi ces mobiles qui la rendent particuli rement appropri e aux r gions isol es C est la raison de son utilisation sur les engins spatiaux 16 Chapitre I Description g n rale d un syst me de conversion photovolta que Le co t de fonctionnement est tr s faible vu les entretiens r duits et il ne n cessite ni combustible ni son transport ni personnel hautement sp cialis La technologie photovolta que pr sente des qualit s sur le plan cologique car le produit fini est non polluant silencieux et n entra ne aucune perturbation du milieu si ce n est par l occupation de l espace pour les installations de grandes dimensions b Inconv nients 14 gt La fabrication du module photovoltaique rel ve de la haute technologie et requiert des investissements d un co t lev Le rendement r el de conversion d un module est faible de l ordre de 10 15 soit entre 10 et 15 MW km par an pour le BENELUX avec une limite th orique pour une cellule de 28 Les g n rateurs photovoltaiques ne sont pas comp titifs par rapport aux g n rateurs diesel que pour des faibles demandes d nergie en r gions isol es Tributaire des conditions m t orologiques Lorsque le stockage de l nergie lectrique sous forme chimique batterie est n cessaire le co t du g n rateur est accru Le stockage de l nergie lectrique pose encore de nombreux probl me
93. tch L duty cycle d pwm signal z i switch control MLI Resistive load 1 Rload 200 4 Convertisseur S DC DC SRPS Figure I 8 Sch ma SIMULINK d hacheur Deux types de topologies des convertisseurs DC DC convertisseur buck et convertisseur boost qui sont les plus g n ralement employ s par la majorit des concepteurs du suiveur de puissance maximum Dans le travail actuel le convertisseur boost est choisi puisqu il a d excellentes caract ristiques telles que les possibilit s des tensions lev es et de rendement important la petite taille et le bas prix La Figure IILS8 confirme a pour une valeur de tension d entr e Vin 100 v la sortie de l hacheur cette tension deviendra Vout 205 v au d but apr s elle se stabilise en environs Vout 200 v 1 j li L j 0 0 001 0 002 0 003 0 004 0 005 206 0 007 0 008 0 003 0 01 Figure IIL9 La tension de sortie de l hacheur pour une tension d entr e V 100v 59 Chapitre III Simulation de la chaine de conversion PV sous MATLAB SIMULINK III 5 Mise en uvre de la commande de poursuite MPPT Pour avoir la meilleure connexion entre le GPV une source non lin aire et une charge pour produire la meilleure puissance le Maximum Power Point Tracking MPPT est d velopp Il forcera le g n rateur a travailler 4 son Maximum Power Point MPP induisant une am lioration globale du rendement du syst me Le p
94. te de la jonction augmente aussi mais beaucoup plus vite et entra nant une diminution de la tension de circuit ouvert de l ordre de 2 mV par cellule 22 La diminution de la puissance fournie est estim e environ de 0 5 par degr pour un module 23 L influence de la temp rature sur la caract ristique de la cellule solaire est repr sent e sur les figures 1 7 1 8 et 11 9 pour un clairement fixe E 1000W m r a E e E 0 25 E E E a E E A E Courant A Tension V V Figure II 4 L influence du flux sur la caract ristique I f V de la cellule solaire 26 Mod lisation d un syst me de pompage photovolta que Chapitre IT 1000 W m 700 W m 00 W m 400 W m 5 lt E _ E _E ee ee ee ee eee 0 35 0 26 2 2 5524 5554 se 4ene esse O4 m aouessing 0 35 0 3 0 2 Courant A 0 1 f I de la cellule solaire Figure ILS L influence du flux sur la caract ristique P 1000 W m E 700 Wm i 500 W m E W m 400 Passa 0 35 0 25 m aauessi 5 0 d 0 8 1 Tension v 0 6 0 4 0 2 f V de la cellule solaire Figure II 6 L influence du flux sur la caract ristique P 4 4 4 A onno EA eee y Ueno 2 5 Tension V V Figure II 7 L influence de la temp
95. tesse Un syst me diphas constitu de deux bobines Tt perpendiculaires l une par rapport a l autre et parcourues par des courants d phas s entre eux de T permet de cr er un champ tournant la vitesse 102 Annexes Matrices de transformation Le but est de trouver les valeurs de x et xg partir de x x et xe On peut mod liser le champ tournant cr par syst me triphas par un syst me diphas gr ce aux transformations suivantes r Ta Ta r eI C3 To et Ta C32 Ea Ts a rg Te Te Pour r soudre ce syst me l axe 0 et Oa sont choisis parall le l axe des r els L axe Og est g n ralement choisi indirect par rapport laxe Oa Ce n est qu une convention qui inverse les signes de la seconde colonne Ainsi Trouver les matrices C32 et C3 revient r soudre le syst me matriciel suivant Co eiF et eiF Ca 4 cm e i ei F a Ce qui donne 1 0 C lc a ED 1 13 310 FF i vi 2 2 Avec VT Ta Tat Te 0 Il existe aussi une transformation de Concordia qui est la m me que celle de Clarke mais qui est norm e 103 Annexes gt Transform e de Concordia La transform e de Concordia est utilis e afin de mod liser un syst me triphas gr ce un mod le diphas Mise en quations On peut mod liser le champ tournant cr par syst me triphas par un syst me diphas gr ce aux transformations suivantes f la la
96. teur induction 40e 30 I1 4 6 Equations fondamentales un OT 11 4 7 Bilan des puissances shine nine nant cerns then ah etienne aaa naii tint BO II 4 8 Etude du couplage du moteur avec la pompe 4 4T I1 4 9 M thodes de calcul du point de fonctionnement 43 I 35 Pompe Centrifuge ciccevciververn sats ioninand secon eii iee a i deepaaudainiansencdnecdieaaed II 5 1 Classifications des pompes s 43 II 5 2 Les avantages et les inconv nients des Pompes centrifuges 45 II 5 3 Constitution d une Pompe centrifuge 47 II 5 4 Principe du fonctionnement d une Pompe centrifuge 48 II 5 5 Caract ristiques de la pompe centrifuge 48 II 5 6 Caract ristiques de la pompe centrifuge immerg e 52 WEG CONCIUSION Sn ee de rer a de dental ee in oo 52 Chapitre MI Simulation de la chaine de conversion PV sous MATLAB SIMULINK IT Introduction eue unie en ne RARE SR dive iadanchedaveumeathiuaeses 54 MZE outil Matlab Simulink 2 0 0 0 eee cece cece een eae cseseeneseseesesecesseseesceeeeseateesetisneeeeeeeeeeeeaeseeesneo4 III 3 Le g n rateur photovolta que G PV ere 59 I11 3 1 Mod le de la cellule PV nid senen ae ranaub ions dey aoei nae 55 IM 3 2 Caract risation du module PV Sierre 56 IM 4 Convertisseur DC DC Hacheur survolteur
97. total entre le couple et celui du flux Nous nous limitons tudier le principe de la commande vectorielle avec orientation du flux rotorique car elle pr sente de meilleures performances par rapport aux autres techniques d orientation IV 7 1 Principes de la commande vectorielle par orientation de flux 40 Le principe de cette commande est de r duire l quation de couple lectromagn tique de la machine afin d tre comparable celle d une machine courant continu Le couple en r gime transitoire quelconque s exprime dans le rep re d g comme un produit crois de courants ou de flux M C p Lr Pariqs Parids AV 13 On s aper oit que si l on limine le deuxi me produit Par las alors le couple ressemblerait fort celui d une MCC I suffit pour ce faire d orienter le rep re dq de mani re annuler la composante de flux en quadrature 76 Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV a C est dire de choisir convenablement l angle de rotation de Park de sorte que le flux rotorique soit enti rement port sur l axe direct d et donc d avoir ar 0 Ainsi qr uniquement Figure IV 10 M p Cp Prig FE Figure IV 10 Principe du contr le vectoriel M 5 Le couple s crit alors C p iL Prlas IV 14 Il convient de r gler le flux en agissant sur la composante 7 du courant statorique et on r gule le couple en agissant sur la com
98. tovolta que la commande MPPT le hacheur survolteur l onduleur MLI le moteur induction avec sa commande vectorielle par flux orient et la pompe centrifuge 84 Strat gies de commande d un syst me de pompage PV Chapitre IV 5 900 82 5 aansig M Ad np ajeap auessindg NW inanpuo Lai lel WY ule oe 20e Flies SBANSE S uornonpul e MaN 10301 np assay assapn ap INajoUOD anbnozezs JUEINO0T W 24DPe1ddW LddW a ejoa Ad i E E Ad s mpour g si dS TUS Mod le SIMULINK du syst me de pompage global 2 i lt 85 Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV a IV 10 2 R sultats de simulation en r gime dynamique Les r sultats de simulation illustr s par la Figure IV 21 concernent le groupe motopompe MAS pompe aliment par un GPV fonctionnant en r gime dynamique c d lorsqu il y a une variation brusque de l clairement A partir les caract ristiques ci dessous en v rifiant le principe de la commande a flux rotorique orient de la machine asynchrone y compris l estimation du flux de rotor et le traqueur de point maximum de puissance des simulations num riques ont t pr sent es Toutes les grandeurs vitesse tension d bit et courant du GPV se stabilisent apr s un temps de r ponse t 0 2 s apr s chaque niveau d clairement appliqu On constate aussi qu il y a une oscillation pour les diff
99. ty Hacheur DC DC by lref constant controleur Puissance OUT Integrate Kuh pv Ppy Puissance id ale du PV Figure IIL 13 Bloc de MPPT en SIMULINK b R sultats de simulation a Rendement de l hacheur survolteur 67 Chapitre III Simulation de la chaine de conversion PV sous MATLAB SIMULINK a Eclairement V sortie de b La tension V sortie de l hacheur V t Eclairement Ppv id ale Psortie de l hacheur c Puissance sortie de l hacheur Figure IIL 14 R sultats de simulation avec la commande MPPT On peut remarquer la performance de la commande MPPT pour diff rents clairements ceci se traduit par la puissance du GPV qui suit chaque fois la puissance id ale de ce dernier mais entre la zone d clairement E 1000w m et E 500w m il y a un abaissement brusque de l clairement alors la puissance du GPV tend vers z ro mais apr s des secondes elle se converge de nouveau vers la puissance id ale ceci est un inconv nient de la commande MPPT 63 Chapitre III Simulation de la chaine de conversion PV sous MATLAB SIMULINK Pid ale Ppv sans MPPT Prv avec MPPT a Puissance du GPV b Rendement de l hacheur pour diff rents clairements Figure IIL 15 Comparaison entre le syst me avec et sans MPPT Chapitre IIT Simulation de la chaine de conversion PV sous MATLAB SIMULINK n II HI 6 Conclusion Dans ce ch
100. vec moins de distorsion harmonique IV 5 1 Principe de la commande par MLI vectorielle La modulation de largeur d impulsion vectorielle utilise un algorithme num rique afin d obtenir une s quence de commande des interrupteurs de l onduleur permettant de g n rer un vecteur tension de sortie qui s approche le mieux possible du vecteur tension de r f rence Cette technique de MLI suit les principes suivants gt Echantillonnage du signal de r f rence intervalles r guliers T appel p riode de modulation gt R alisation dans chaque p riode de modulation d une impulsion de largeur T centr e sur la p riode et dont la valeur moyenne est gale la valeur de la tension de r f rence au milieu de la p riode de modulation MLI sym trique gt Uniformisation des tats de tous les interrupteurs d un m me demi pont au centre et aux deux extr mit s de la p riode 70 Chapitre IV Strat gies de commande d un syst me de pompage PV ee ee Cette modulation est conduite en synchronisme sur les trois phases Les trois tensions sinusoidales d sir es a la sortie sont repr sent es par un seul vecteur appel vecteur tension de r f rence On approxime au mieux ce vecteur pendant chaque intervalle de modulation en agissant sur la commande des trois jeux d interrupteurs compl mentaires K et K Ky et Ky Ks et K3 repr sent s par la Figure IV 3 Figure IV 3 Sch ma simplifi d
101. ycle V et Ipv sont mesur s afin de calculer P Cette valeur de P est compar e la valeur Poja calcul e au cycle pr c dent Si la puissance de sortie a augment lef est ajust e dans la m me direction que dans le cycle pr c dent et Les ler A Li Pod Ppy Si la puissance de sortie a diminu Les est ajust e dans la direction oppos e que dans le cycle pr c dent lf est ainsi perturb e chaque cycle de MPPT quand le point de puissance maximale est atteint I oscille autour de la valeur optimale Ilf A lef Ceci cause une perte de puissance qui augmente avec le pas d incr mentation de la perturbation Si l incr mentation est large l algorithme du MPPT r pond rapidement aux changements soudains des conditions de fonctionnement Le rendement de cette technique est d environ 85 Continu dans la m me direction direction Figure 11 12 Algorithme de MPPT P O en MATLAB 61 Chapitre IIT Simulation de la chaine de conversion PV sous MATLAB SIMULINK Neen _ _ _ _ HI 5 2 Introduction du MPPT dans la chaine PV a Bloc du syst me avec MPPT La Figure IIL 12 illustre le bloc sch matique de SIMULINK du g n rateur photovolta que et avec le cheminement de la commande de poursuite MPPT Eclairement Eclairement Rendement de l hacheur H on Rendement pour les 08 modules Du

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