Commande prédictive robuste appliquée sur une éolienne

Abstract

Le travail effectué dans ce mémoire avait comme objectif l’élaboration d’une stratégie de commande permettant de répondre à des exigences spécifiques dans la zone de fonctionnement 2 des éoliennes à vitesse variable. Il s’agit d’extraire le maximum d’énergie du vent en optimisant le rendement énergétique du système, tout en minimisant l’effort sur la commande. En conséquence, cette dernière doit être robuste en présence de bruits sur la mesure, des incertitudes paramétriques, et des perturbations extérieures. Dans une première partie, et après avoir introduit un bref historique sur l’évolution des éoliennes, nous avons évoqué l’état de l’art et la modélisation de la turbine éolienne à deux masse. Cette modélisation se démarque principalement par l’approche faite issu des lois de la physique et de la mécanique des fluides en faisant appel aux calculs d’aérodynamique pour déterminer les relations liant la vitesse, le couple et la vitesse de l’hélice, car elle constitue un élément fondamental dans la conversion de l’énergie éolienne en énergie électrique. Dans la deuxième partie, une commande prédictive robuste est étalée par combinaison de la technique prédictive avec le concept adaptatif afin d’identifier les paramètres de modèle en ligne et de synthétiser un régulateur prédictif RST vérifiant des spécifications de performances nominales et de robustesse désirées. Cette synthèse est basée sur l’étude des marges de robustesse et du calibrage des fonctions de sensibilité qui permettent de mettre l'accent sur l'importance qui réside dans l’élimination des effets des perturbations. A la fin de ce mémoire, la commande prédictive robuste côtoyée, est mise en oeuvre pour le contrôle du couple électromagnétique de la génératrice. Une réflexion sur les objectifs fixés a prouvé une amélioration en termes d’extraction maximale de puissance et donc optimisation du rendement aérodynamique. L’évaluation de la robustesse en stabilité par analyse des différentes fonctions de sensibilité illustre que la commande établie est robuste face aux incertitudes paramétriques, en conduisant à de bons rejets des perturbations provenant du milieu extérieur. En guise de perspectives, et afin d’augmenter de plus en plus la production d’énergie éolienne, il sera intéressant d’appliquer la commande prédictive robuste pour le fonctionnement en zone 3, où la vitesse de rotation du rotor requise atteint la vitesse de rotation nominale du générateur. La stratégie de la commande consiste donc à faire fonctionner l’éolienne à une vitesse de rotation fixe, en agissant sur le couple électromagnétique du générateur. Il serait ainsi primordial de synthétiser une stratégie de commande prédictive multivariable pour contrôler le fonctionnement en zone 4. (La puissance nominale) afin de compléter la régulation à chaque zone du fonctionnement. On espère que ce travail sera entrepris avec l’utilisation des techniques de l’intelligence artificielle (logique floue, réseaux de neurones et les algorithmes génétiques…) pour définir de manière automatique les différents paramètres du critère de minimisation quadratique (....,...., .... et ..). Nous souhaitant que d’autres méthodes soient mises en oeuvre dans le domaine de la recherche du point de puissance maximale (MPPT).