ECOLE DOCTORALE DES SCIENCES FONDAMENTALES ET APPLIQUEES Par NGOUNE Jean-Paul DIPET II Unit de Formation Doctorale en Physique et Sciences de lingnieur (UFD-PSI) Sous la direction deDr. Jean Maurice NYOBE YOME, Encadreur, ENSET, DOUALAPr. Ren Wamkeue, Co-encadreur, UQAT, CANADA Groupe de Recherche en Electronique Industrielle (GREI) UNIVERSITE DE DOUALA THE UNIVERSITY OF DOUALA REPUBLQUE DU CAMEROUN Paix Travail - Patrie Laboratoire dElectronique, dElectrotechnique, dAutomatique et de Tldtection (L2EAT) ANALYSE COMPARATIVE DES PERFORMANCES DES DIFFERENTES TECHNIQUES USUELLES DE STOCKAGE DENERGIE DES AEROGENERATEURS Mmoire prsent en vue de lobtention du Master Rechercheen sciences de lingnieur Anne acadmique 2008/2009 i

ma mre, mes frres et surs. ii REMERCIEMENTS

Je suis trs heureux dexprimer ma gratitude lgard de toutes les personnes qui ont contribu laboutissement de ce travail.Il sagit tout dabord de mes encadreurs : LeDocteurJeanMauriceNYOBEYOME,ChargdecourslEcoleNormale SuprieuredEnseignementTechnique(ENSET)deDouala,etdirecteurduGREIpour limportanceparticulirequilaaccordcetravaildepuisledbutdelarechercheetpour ses nombreux conseils et clairages. Monsieur Ren Wamkeue, Professeur titulaire des universits Canadiennes, enseignantau dpartement des sciences appliques de lUniversit du Qubec en Abitibi-Tmiscamingue (UQAT) pour le soutien inestimable quil a apport ce travail. Ses remarques et suggestions ont t de vritables lignes directrices qui ont guid ce travail jusqu son accomplissement. Jetiensgalementremercierlesmembresdujuryqui,malgrleursnombreuses occupations, ont bien voulu examiner ce travail. JesuisreconnaissantenversleDocteurLandreNnemeNneme,chargdecours lENSET de Douala, pour son soutien constant et le grand intrt quil a accord ce travail. Jexprime toute ma gratitude au Professeur Jean MBIHI, directeur du GR2IA pour ses perptuelsencouragements,quimontaccompagnduranttouscesmoisdtudeet dendurance. Je remercie tous les enseignants qui sont intervenus durant lanne acadmique au sein du L2EAT ; leurs enseignements mont permis daborder le monde fascinant de la recherche.Jetiensgalementremerciermescamaradesdelaboratoire :OTOUValre, DAWAYEEGUESSA,MOUKOKOBeaulys,MATTEA,ABDOURAMANI,Mme MEKAM,M.ONDO,M.MOFFO,M.BADINGIlsontsumainteniruneambiance conviviale au sein du laboratoire durant tous cesmois dtude. Je tiens enfin remercier mes frres et surs pour leurs nombreux soutiens et ma mre pour les sacrifices quelle a consentis jusqu ce jour pour ma formation. iii RESUME Lapntrationsanscessecroissantedanslesrseauxlectriquesdessources dnergiesrenouvelables,caractrisesparleurnaturefluctuanteetintermittente,induit lusage de nombreux systmes de stockage. Ces derniers sont destins assurer une meilleure interactionentrecessourcesetlerseau.Actuellement,plusieurstechniquesdestockage prouves existent, chacune de ces dernires ayant des atouts mais galement des limites. La littratureproposedenombreusestudeslieslvaluationdesperformancesindividuelles dechacunedecestechniques.Cependant,aucunintrtvritablenatjusquiciaccord une tude comparative des performances de ces diffrentes techniques. Danscecontexte,leproposdeltudemenedanscemmoireconsistefaireune analysecomparativedesperformancesdynamiquesdesdiffrentestechniquesusuellesde stockageutilisesdanslextractiondelnergiedesarognrateurs.Cecidanslebutde constituer terme un outil pertinent de choix des solutions optimales dvacuation dnergie des arognrateurs.La gnratrice olienne utilise pour notre tude est une gnratrice asynchrone cage dcureuil, destine un entrainement vitesse fixe. Ce choix est essentiellement guid par la simplicit du modle de cette machine et sa robustesse. Untatdelartdestechniquesusuellesdestockagednergieestpropos.Les diffrenteschainesdeconversionoliennetudiesdanslalittraturesontgalement prsentes.Conformmentlagnratricederfrencechoisie,unemodlisationdela machine asynchrone et des lments de la chaine de conversion olienne est propose. Lesperformancesdynamiquesdestechniquesdestockageparaccumulateur lectrochimiquedunepart,etparsupercondensateurdautrepartsontenfinanalyseset compares.Ilsagiticidelarponsedynamiquedelachanedeconversionolienneun court-circuit triphas phase-terre dune dure de 100 ms. Cette tude est effectue en prsence dechacundesdeuxsystmesdestockagesousinvestigation.Lessimulationssontmenes dans lenvironnement MATLAB/SIMULINK Motscls :Stockagednergie,Arognrateur,Performancesdynamiques,Gnratrice asynchrone, Modlisation, Simulation, Accumulateur lectrochimique, Supercondensateur. iv ABSTRACT Thesis title:Comparative analysis of the performances of the usual techniques of storage of energy of the wind generators Abstract: Thepenetrationoftherenewablesourcesofenergyintheelectricalnetworkis increasingunceasingly.Thesesourcesarecharacterizedbytheirfluctuatingandintermittent nature.Thisfactinducestheuseofenergystoragesystemsintendedtoensureabetter interactionbetweenthesesourcesandthenetwork.Currently,severaltechniquesofstorage exist.Eachoneofthesetechniqueshasassetsbutalsolimits.Theliteratureproposesmany studiesrelatedtotheevaluationofindividualperformanceofeachoneofthesetechniques. However,notrueinterestwasuptonowgrantedtoacomparativestudyofperformancesof these various techniques.Inthiscontext,thematterofthestudyundertakeninthisthesisconsistsinmakinga comparative analysis of the dynamic performances of the various usual techniques of storage usedintheextractionoftheenergyofthewindgenerators.Theaimofthisstudyistohelp engineers in the choice of optimal energy storage systems.Thewindgeneratorusedforourstudyisanasynchronoussquirrel-cagegenerator,intended foradriveatfixedspeed.Thischoiceisprimarilyguidedbythesimplicityofthemodelof this machine and its robustness.A state of the art of the usual techniques of storage of energy is proposed. The various chains of wind conversion studied in the literature are also presented. In accordance with the generatorchosen,amodelingoftheasynchronousmachineandelementsofthechainsof wind conversion is proposed.Thedynamicperformancesofelectrochemicalbatteryontheonehand,and supercapacitorontheotherhandarefinallyanalyzedandcompared.Itishereaboutthe dynamicresponseofthechainofwindconversionwhenathree-phaseshort-circuitoccurs. The chain of wind conversion is associated with each of the storage systems. The duration of the short circuit is 100 ms. Simulations are carried out with MATLAB/SIMULINK. Keywords:Energystorage,Windgenerator,Dynamicperformances,Asynchronous generator, Modeling, Simulation, Electrochemical battery, Supercapacitor. v TABLE DES MATIERES Ddicace...i Remerciementsii Rsum iii Abstract...iv Table des matires..v Liste des figures..ix Liste des tableaux...xii Liste des annexesxiii Introduction gnrale.1 CHAPITRE I : ETAT DE LART DES TECHNIQUES DEVACUATION DENERGIE DES AERIGENERATEURS......3 1.1Introduction ..3 1.2Les techniques dvacuation avec stockage dnergie..4 1.2.1Stockage sous forme chimique : les accumulateurs lectrochimiques...4 1.2.2Stockage sous forme dnergie cintique : les accumulateurs volant dinertie.. 5 1.2.3Stockage par inductance supraconductrice.7 1.2.4Stockage par supercondensateur7 1.2.5Stockage sous forme dhydrogne.8 1.2.6Stockage sous forme dair comprim.9 1.2.7Stockage sous forme dnergie gravitaire..10 1.2.8Rcapitulatif des techniques de stockage dnergie...11 1.3Les techniques dvacuation sans stockage dnergie : Machines lectriques et systmes de conversion oliens sans stockage dnergie....................... 12 1.3.1Gnratrice olienne base sur la machine asynchrone cage ...12 1.3.2 Gnratrice olienne base sur la machine asynchrone double alimentation (MADA)...... 12

vi 1.3.3 Gnratrice olienne base sur la machine asynchrone cage associ un variateur de frquence. 13 1.3.4Gnratrice olienne entrainement direct aimant permanent. 13 1.3.5Gnratrice synchrone entrainement direct rotor bobin..14 1.4Conclusion.14 CHAPITREII :MODELISATIONELECTROMECANIQUEETSIMULATIONDE LA CHAINE DE CONVERSION EOLIENNE....16 2.1 Introduction.16 2.2 Modlisation du vent et conversion arodynamique... 2.2.1 Modlisation du vent 2.2.2Interaction vent-aroturbine 2.2.2.1 Puissance rcuprable par laroturbine 2.2.2.2 Expression du couple olien.. 17 17 20 21 23 2.3 Modlisation du couplage mcanique turbine-machine..24 2.4 La gnratrice lectrique : la machine asynchrone cage dcureuil (MAS).26 2.4.1 Structure de la MAS cage.26 2.4.2 Modlisation de la MAS.27 2.4.2.1 Hypothses simplificatrices..27 2.4.2.2 Equations de la MAS en grandeurs de phase27 2.4.2.3 Equations de la MAS dans le rfrentiel de Park..30 2.4.2.4 Modlisation de la MAS par reprsentation dtat...36 2.5 Simulation de la MAS et interprtation des rsultats.40 2.5.1 Evolution des courants statoriques.41 2.5.2 Evolution des tensions statoriques..43 2.5.3 Evolution de la vitesse de rotation..44 2.5.4 Evolution du couple lectromagntique..45 2.5.5 Evolution des tensions composes aux bornes de la charge...46 2.5.6 Evolution des courants de phase alimentant la charge46 2.6 Conclusion..47 vii CHAPITREIII :PERFORMANCESDYNAMIQUESDELACHAINEDE CONVERSIONEOLIENNEASSICIEEAUXSYSTEMESDESTOCKAGE DENERGIE .......48 3.1Introduction48 3.2Elments de modlisation des systmes de stockage dnergie.48 3.2.1Modle de laccumulateur lectrochimique...49 3.2.2Modle du supercondensateur... 3.2.3Caractristiques lectriques des modles simuls. 49 50 3.3 Simulationdynamiquedelachanedeconversionolienneassocieaux systmes de stockage dnergie... 3.3.1 Cas de laccumulateur lectrochimique 3.3.2 Cas du supercondensateur. 51 51 55 3.4 Performancesdynamiquesdelachanedeconversionoliennesuiteuncourt-circuit triphas phase terre... 3.4.1Rponse dynamique de la gnratrice asynchrone un court-circuit triphas.. 3.4.2Rponsedynamiqueuncourt-circuit,enprsencedunaccumulateur lectrochimique. 3.4.3Rponse dynamique un court-circuit, en prsence dun supercondensateur . 59 59 64 69 3.5 Analysecomparativedesperformancesdynamiquesdessystmesdestockage dnergie des arognrateurs. 3.5.1La stabilit. 3.5.2Le pouvoir dattnuation du courant de court-circuit 3.5.3Formes donde de courant et de tension 74 74 75 75 3.6 Conclusion..75 Conclusion gnrale.77 Rfrences bibliographiques.79 Annexe.........82 AnnexeI :Simulationsavecaccumulateurlectrochimiqueenlabsencede dfaut... 83 Annexe II : Simulations avec supercondensateur en labsence de dfaut...............84 AnnexeIII :Rponsedynamiquedelachanedeconversionuncourt-circuiten viii labsence de stockage...........................85 AnnexeIV :Rponsedynamiquedelachanedeconversionuncourt-circuiten prsence de laccumulateur lectrochimique 86 AnnexeV :Rponsedynamiquedelachanedeconversionuncourt-circuiten prsence du supercondensateur........ 87 ix LISTE DES FIGURES Figure 1.1 : Principaux lments dun accumulateur volant dinertie...6 Figure1.2 :Chanedeconversionoliennebasesurlagnratriceasynchrone cage 12 Figure 1.3 : Systme olien bas sur la MADA-Variation de la vitesse de rotation par rglage de la rsistance du rotor.. 13 Figure1.4 :Chanedeconversionoliennegnratricecageetconvertisseurde frquence... 13 Figure 1.5 : Chane de conversion olienne base sur la machine synchrone aimant permanent.. 14 Figure1.6:Chanedeconversionoliennebasesurlamachinesynchronerotor bobin 14 Figure 2.1 : Schma de principe de la chane de conversion olienne..17 Figure 2.2 : Construction de la vitesse du vent en un point..18 Figure 2.3 : Modlisation du vent.19 Figure 2.4 : Tube de vent..20 Figure 2.5 : Coefficient de puissance arodynamique en fonction deet de langle de pas des pales. 22 Figure2.6 :Coefficientdepuissanceenfonctiondelavitessenormalisepour diffrents types de turbines... 22 Figure2.7 :Coefficientdecoupleenfonctiondelavitessespcifiquepourune olienne tripale paramtre par langle de pas des pales.. 23 Figure2.8 :Coefficientdecoupleenfonctiondelavitessenormalisepour diffrents types de turbines... 24 Figure 2.9 : Schma dune olienne NORDEX (1300 KW) N60.24 Figure 2.10 : Couplage mcanique entre laroturbine et la machine lectrique...25 Figure 2.11 : Structure du rotor de la MAS...26 Figure2.12 :Rpartitionspatialedesenroulementsstatoriquesetrotoriquesdela MAS 28 Figure 2.13 : Reprsentation de la MAS dans le rfrentiel de Park..31 Figure 2.15 : Modle Simulink du montage exprimental.41 x Figure 2.15 a : Evolution du courant statorique de la phase a42 Figure 2.15 b : Courant statorique de la phase a lamorage...42 Figure 2.15 c : Courant statorique de la phase a en rgime permanent.42 Figure 2.16 a : Evolution de la tension statorique daxe d.43 Figure 2.16 b : Tension statorique daxe d lamorage...43 Figure 2.16 c : Tension statorique daxe d en rgime permanent...44 Figure 2.17 : Evolution de la vitesse de rotation.... 44 Figure 2.18 : Evolution du couple lectromagntique45 Figure 2.19 : Evolution des tensions composes aux bornes de la charge.46 Figure 2.20 : Evolutions des courants de phase..47 Figure 3.1 : Modle simplifi de Thvenin dun accumulateur lectrochimique...49 Figure 3.2 : Modle R-C du supercondensateur49 Simulations avec accumulateur lectrochimique en labsence de dfaut Figure 3.3 : Tensions aux bornes du convertisseur (10 s).51 Figure 3.4 : Tensions aux bornes du convertisseur (1500 s)..52 Figure 3.5 : Tensions aux bornes du convertisseur en rgime permanent..52 Figure 3.6 : Courant statorique de la phase a en pu (1500 s).53 Figure 3.7 : Tension statorique daxe d en pu (1500 s).53 Figure 3.8 : Vitesse de rotation en tr/min (1500 s).54 Figure 3.9 : Couple lectromagntique Te en pu (1500 s).54 Simulations avec supercondensateur en labsence de dfaut Figure 3.10 : Tensions aux bornes du convertisseur (10 s)55 Figure 3.11 : Tensions aux bornes du convertisseur (1500 s)56 Figure 3.12 : Courant statorique de la phase a en pu (1500s)57 Figure 3.13 : Tension statorique daxe d en pu (1500 s)57 Figure 3.14 : Vitesse de rotation (wm) en tr/min (1500 s)58 Figure 3.15 : Couple lectromagntique Te en pu (1500s)58 Rponse dynamique de la chane de conversion un court-circuit en labsence de systme de stockage Figure 3.16 a : Tensions et courants au point de dfaut.60 Figure 3.16 b : Tensions et courants au point de dfaut (zoom).60 Figure 3.17 : Courant statorique de la phase a en pu..61 Figure 3.18 : Tension statorique daxe d en pu..62 xi Figure 3.19 : Vitesse de rotation (wm) en tr/min...62 Figure 3.20 : Couple lectromagntique Te en pu.63 Rponse dynamique de la chane de conversion un court-circuit en prsence de laccumulateur lectrochimique Figure3.21 :Tensionsetcourantsdedfautenprsencedelaccumulateur lectrochimique... 64 Figure 3.22 : Tensions et courants de dfaut (zoom).65 Figure 3.23 : Courant statorique de la phase a en en pu.66 Figure 3.24 : Tension statorique daxe d en en pu.66 Figure 3.25 : Vitesse de rotation (wm) en tr/min...67 Figure 3.26 : Couple lectromagntique Te en pu.67 Figure 3.27 : Tensions aux bornes du convertisseur statique.68 Rponse dynamique de la chane de conversion un court-circuit en prsence du supercondensateur Figure 3.28 : Tensions et courants de dfaut en prsence du supercondensateur..69 Figure 3.29 Tension et courants de dfaut (zoom).70 Figure 3.30 : Courant statorique de la phase a en pu..71 Figure 3.31 : Tension statorique daxe d en pu..71 Figure 3.32 : Vitesse de rotation (wm) en tr/min72 Figure 3.33 : Couple lectromagntique Te en pu.72 Figure 3.34 : Tensions aux bornes du convertisseur statique.73 xii LISTE DES TABLEAUX Tableau1.3 :Classificationdequelquestechnologiesdestockagednergieet leurs caractristiques... 11 Tableau 2.1 : Valeurs de rfrence des machines tournantes.34 Tableau 2.2 : Caractristiques de la charge40 Tableau 2.3 : Caractristiques de la gnratrice asynchrone..40 xiii LISTE DES ANNEXES Annexe I : Simulations avec accumulateur lectrochimique en labsence de dfaut...83 Annexe II : Simulations avec supercondensateur en labsence de dfaut84 AnnexeIII :Rponsedynamiquedelachanedeconversionuncourt-circuiten labsence de systme de stockage. 85 AnnexeIV :Rponsedynamiquedelachanedeconversionuncourt-circuiten prsence de laccumulateur lectrochimique 86 AnnexeV :Rponsedynamiquedelachanedeconversionuncourt-circuiten prsence du supercondensateur. 87 1 INTRODUCTION GENERALE Lintgration des sources dnergie renouvelables dans les rseaux lectriques ne cesse de croitre depuis quelques annes. Ces sources sont caractrises par leur caractre fluctuant etintermittent.Cettatdefaitconduitlesingnieursintroduiredessystmesdestockage dansleschanesdeconversiondecesnergiesnouvelles.Cecidanslebutdassurerune meilleure cohsion entre ces sources et le rseau, tout en optimisant la gestion de lnergie. Par ailleurs lnergie olienne connat de nos jours un essor sans cesse croissant. Et la maitrisedesaconversionennergielectriqueconstituelundesaxesmajeursderecherche dans le domaine du gnie lectrique. Plusieurssystmesdvacuationdnergiedesarognrateursexistent.Ilsontpour chacun,desavantagesnotablesmaisaussideslimites.Denombreusesrecherchessont consacres ltude des performances individuelles de ces systmes. Cependant aucun intrt vritablenatcejouraccorduneanalysecomparativedesperformancesdeces systmes. Danscecontexteleproposdecemmoireconsisteenuneanalysecomparativedes performancesdynamiquesdestechniquesusuellesdvacuationdnergiedes arognrateurs. Le souci tant de constituer terme un outil pertinent pour le choix optimal des solutions dvacuation dnergie lectrique issue des gnrateurs oliens. Le travail prsent dans ce mmoire est rparti en trois chapitres. Lepremierchapitreestuntatdelartdesdiffrentssystmesdestockagednergie rencontrsdanslalittrature.Ilprsentegalementunerevuedesprincipaleschanesde conversion dnergie olienne. Ledeuximechapitreestconsacrlamodlisationdelachanedeconversion olienne. Un modle de vent est prsent. La modlisation de linteraction vent aroturbine estfaite.Lecouplagemcaniqueentrelarbredelaroturbineetlaxederotationdela machine est modlis. La modlisation de la gnratrice asynchrone cage dcureuil est faite dans le rfrentiel de Park. La chane ainsi modlise est simule et les rsultats de simulation comments. 2 Dans le troisime chapitre, nous procdons lanalyse comparative des performances dynamiquesdedeuxdessystmesdestockagesprsentsdanslalittrature.Ilsagiten loccurrencedusupercondensateuretdelaccumulateurlectrochimique.Cetteanalyseest basesurlarponsedynamiquedelachanedeconversionolienneuncourt-circuit triphas phase-terre de 100 ms ; ceci en prsence de chacun de ces deux systmes de stockage.

3 CHAPITREI ETAT DE LART DES TECHNIQUES DEVACUATION DENERGIE DES AEROGENERATEURS 1.1 IntroductionLesgisementsdnergiesrenouvelablesquoffrelanaturesontimmenses,maisla maitrise de lexploitation de ces sources dnergie demeure ltat actuel, une problmatique majeurequisuscitedenombreusesrecherchesdansdesdomainesvaris delascience.Cette problmatiquereposeengrandepartiesurlecaractrefluctuantetimprvisibledessources dnergie renouvelable.Lnergieolienneestactuellementlunedesressourcesrenouvelableslesplus comptitives,etloptimisationdesesperformancesconstituelundesaxesmajeursde recherchedansledomainedugnielectrique.Parailleurs,ledveloppementdelnergie olienneestenconstantevolution.Ainsi,ellereprsenteenviron4,7%dellectricit dorigine renouvelable produite dans le monde en 2007[1]. Cependant, laugmentation de la puissance olienne installe a un impact croissant sur lerseaulectriquedufaitdeladifficultprvoirlaproduction,delacapacitdaccueil limitedurseau,durisquededconnexionsintempestivesdesfermesoliennesetdune dgradation de la qualit de llectricit [2]. Par ailleurs, dans le contexte actuel de promotion delaproductiondcentralise,unemeilleureinteractionentrelesdiffrentessourcesde production et le rseau lectrique constitue un important dfi relever [3]. Face ces proccupations,lintroduction de systmes de stockage appropris entre la sourcerenouvelableetlerseaudevientindispensable.Cessystmes,associsaux gnratricesenconstanteamliorationapportentunegrandefiabilitauxsystmesde gnration oliens. 4 Danslecasduneunitdeproductionnonraccordeaurseau,laprsencedun dispositifdestockagesimposedanslamesureolaconsommationetlaproductionsont fortement dcouples. Le dispositif de stockage constituant alors un tampon dnergie entre la source fluctuante et la charge. Plusieurssolutionsdestockagedlectricitexistent,lesunesplusprouvesque dautres.Parailleurschacunedellespossdedesatouts,maisaussidesinconvnients.Le prsentchapitreestuntatdelartdestechniquesusuellesutilisespourlestockagede lnergie lectrique extraite des arognrateurs.1.2 Les techniques dvacuation avec stockage dnergie Il sagit essentiellement des techniques de stockage : -Par accumulateur lectrochimique ; -Sous forme dhydrogne ; -Par batterie volant dinertie ; -Par systme de pompage-turbinage ; -Par supercondensateur ; -Par inductances supraconductrices. -Sous forme dair comprim. 1.2.1Le stockage sous forme chimique : Les accumulateurs lectrochimiques Les accumulateurs lectrochimiquessont des dispositifs qui conservent lnergie sous une forme chimique pour quelle puisse tre libre quand il est ncessaire.a.Principe des accumulateurs lectrochimiques Unebatterieestcomposedunesriedecellulesindividuelles,dontchacuneest capabledefourniruncourantdfinisousunetensiondonne.Chaquecellulecontientdeux lectrodes, une anode et une cathode plonges dans un lectrolyte. Une connexion lectrique entre les deux lectrodes est ncessaire pour permettre le passage dlectrons dune lectrode lautre afin de complter la raction. Les cellules sont organises en srie et en parallle de faon fournir la tension et le courant dsirs pour une application particulire. 5 b.Les avantages des accumulateurs lectrochimiques Lesbatteriessontlunedestechnologiesdestockagednergielesplusintressantes pourleurdisponibilitetpourleurrendementlev(75-90%)[4].Lesfacteursclsdes batteriespourlesapplicationsdestockageincluent :hautedensitdnergie,hautecapacit dnergie,rendementdalleretretour,capacitdecycle,duredevie,cotinitial.Ces facteurssontassezattrayantspourunelargegammedebatteries.Certainesbatteriesoffrent des possibilits de dcharge profonde, favorisant ainsi les stockages grande chelle pour des applications de grande puissance. c.Les limites des accumulateurs lectrochimiques Unedeslimitesfondamentalesdesbatterieslectrochimiquesestleurtendance vieillir. Ce vieillissement est d de rcurrentes dcharges rapides et profondes des cellules ; en effet, le rchauffage frquent caus par ces dcharges rduit la dure de vie des batteries. Laplupartdesbatteriessouffrentaussidelapertednergie.Laisseinutilisetrop longtemps,lacellulesedcharge.Celasignifiequelessystmesdebatteriepeuventtre utiliss seulement pour le stockage sur des temps relativement courts. 1.2.2Stockage sous forme dnergie cintique : les accumulateurs volant dinertie Lesvolantsdinertieconstituentlunedestechniquescomptitivesdestockage dnergie des arognrateurs. a-Principe des accumulateurs volant dinertie Le principe de base dustockage de lnergie laide dun solide en mouvement est le suivant : Un corps solide de moment dinertie J(en Kg.m2), tournant la vitesse angulaireautour dun axe passant par son centre de gravit possde une quantit dnergie cintique de valeur : dm V J EC2 22121= = (1.1) Avec R V = la vitesse priphrique du solide (volant),R son rayon moyen etmsa masse. La puissance transfre pour un systme stationnaire de gomtrie constante est. JdtdEPC= =(1.2) 6 Cettenergiestockeestlimitedanslapratiqueparlacontraintemaximale admissiblelieauxeffortscentrifuges.Cettecontrainte maxestproportionnellelamasse volumiquedu matriau constituant le solide et au carr de la vitesse priphrique V : 2max maxV = (1.3)

Figure 1.1 : Principaux lments dun accumulateur volant dinertie [5] b-Avantages des batteries lectromcaniques Lesbatterieslectromcaniquesprsententcommeavantageunelongueduredevie qui se traduit par une bonne tenue au cyclage, une bonne recyclabilit des matriaux en fin de vie [5]. c-Limites des batteries lectromcaniques Les principales limites des batteries lectromcaniques sont :-Leurcaractrenonstatique :lespicesenmouvementprovoquentdefaiblesbruits acoustiques ; -Leur sensibilit aux vibrations et aux mouvements ;-Leur cot relativement lev. 7 1.2.3Stockage par inductance supraconductrice Lestockagedelnergiedanslesinductancessupraconductrices(SMES : SupraconductorMagneticEnergyStorage)estaveclestockageparSupercondensateur lun des deux systmes de stockage direct de llectricit. a-Principe du stockage par inductance supraconductrice Le stockage de lnergie se fait sous la forme dun courant lectrique continu circulant dansunebobinesupraconductricecourt-circuite.Lecourantcirculesanspertedansle supraconducteur(portendessousdelatempraturecritique)etstockeainsiunecertaine quantit dnergie pour une dure thoriquement infinie [6]. Labobinesupraconductricecourt-circuitepermetdestockerlnergiesouslaforme221LI W = , L tant son inductance et I le courant qui la traverse. Larsistancedusupraconducteurtantnulle,lesseulespertessontduesaux rsistances de contacts et la puissance ncessaire pour maintenir la bobine une temprature cryognique. Pourrcuprercettenergie, il suffit douvrir le circuit et de le brancher sur le rcepteurlectriquealimenter.Lnergiestockedanslabobinesupraconductriceest transfre avec un temps trs court. b-Les avantages des inductances supraconductrices. Undesavantagesdesinductancessupraconductricesestleurtrsbonrendement instantan, voisin de 95 % pour un cycle de charge dcharge [7]. De plus, elles prsentent une trsgrande puissancecaractrise par la possibilit de dcharge 50% en moins de 1 s ;cet atout,associleurtempsderponserapide(infrieur100ms)faitdesinductances supraconductrices des systmes que lon peut utiliser pour le rglage de la stabilit du rseau . c-Les limites des inductances supraconductrices Lalimitemajeureestlieausystmederfrigrationqui,mmesilneposeplus aujourdhui de problme, accrot considrablement le cot et complique lexploitation. 1.2.4Stockage par supercondensateur Le supercondensateur est un moyen de stockage direct de lnergie lectrique. 8 a-Principe des supercondensateurs Leprincipedessupercondensateursestprochedeceluidescondensateurs lectrolytiquestraditionnels,maislisolantquispareleslectrodesestunlectrolyte conducteurioniquedanslequelledplacementdesionsseffectuelelongdunelectrode conductricetrsgrandesurfacespcifique.Unegrandesurfacespcifiquedlectrode associeunepaisseurdisolanttrsfaible,procureausupercondensateurunecapacitde valeur trs leve, de lordre de 1 5000 Farads (eSC=)[8].Lnergie emmagasine est donne par221CV W = (1.4) V est la tension aux bornes du supercondensateur. b-Avantages du stockage par supercondensateursLes supercondensateurs sont caractriss par une dure de vie assez leve, de lordre de 8 10 ans, un rendement important de lordre de 95% [9]. Par ailleurs ils sont capables de dlivrer dans un dlai trs bref la puissance maximale de lnergie quils stockent. c-Limites des supercondensateursLune des principales limites des supercondensateurs est leur autodcharge, qui atteint 5% par jour [9]. Ceci oblige une consommation rapide de lnergie stocke et rend ainsi les supercondensateurs inappropris pour les applications de stockage de longue dure. 1.2.5Stockage sous forme dhydrogne Lhydrogne, associ aux piles combustible constitue lun des moyensutiliss pour le stockage, puis la restitution de lnergie lectrique. a-Principe de llectrolyseur eau Llectrolyseureaumetenuvreladcompositiondeleaugrcelnergie lectrique pour produire de lhydrogne et de loxygne : H2O H2 + 221O (1.5)Energie lectrique 9 Cette raction est un moyen de stocker lnergie lectrique ayant permis sa ralisation, sousformednergiechimiqueenstockantlhydrogneproduit.Cethydrogneconstitueun vecteurdnergiequipourraserecombinerloxygnedelairpourrestituerlnergie lectrique, de leau et de la chaleur travers la raction suivante : + + O H O H2 2 221 nergie lectrique + chaleur(1.6) b-Avantages des lectrolyseurs eau Les lectrolyseurs eau prsententles avantages suivants : -Ils sont plus propres pour lenvironnement ; -Ilsprsententdesdensitsdecourantlevesleurpermettantdavoirdesmasseset volumes infrieures la production de gaz quivalente ; -Ils ont des rendements levs ; -Lhydrogne produit est dune grande puret c-Limites du stockage sous forme dhydrogne Lassociationdunlectrolyseureauetdunepilecombustiblepourlaproduction delnergielectriqueaunrendementglobaltrsfaible(35%aumieux),etlecot dinvestissementestencoreprohibitif.Parailleurs,laduredevieestinsuffisante,surtout dans le contexte des applications au rseau lectrique [9].1.2.6Stockage sous forme dair comprim Lundesmoyensdestockagedelnergielectriqueconsisteutilisercettedernire pour comprimer sous haute pression de lair dans des rservoirs appropris. Cet air constitue une nergie potentielle qui pourra tre dtendue au besoin pour restituer lnergie stocke. a-Principe du stockage sous forme dair comprim Le stockage de lnergie sous forme dair comprim (CAES : Compressed AirEnergy Storage)peutsefairesoushautepressiondansunrservoir(jusqu300barsavecdes structuresenfibredecarbone),grceuncompresseurlectriquequisetransformeraen gnrateur lors de la dtente [9].10 Cette compression se fait avec une capacit nergtique qui est dautantplus importante que la pression est leve. b-Avantages des systmes de stockage air comprim Comparauxautressystmesdestockages,lesystmedestockagednergiesous formedaircomprimservletrelundesmoinsonreuxentermedecot dinvestissement.Parailleurs,cesystmeestunsoutientemporairetrsimportantpourle rseau en cas dappel important de puissance. Lacyclabilitdessystmesdestockageaircomprimestassezleveetnest limitequeparlafatiguemcaniquedurservoir(10 000quelquesdizainesdemilliersde cycles) [9]. c-Limites du systme de stockage air comprim Lunedesprincipaleslimitesdusystmedestockageaircomprimestsonfaible rendement, qui est denviron 50% [9]. Son temps de rponse denviron 2 3 minutes le rend peu efficace pour les applications de maintien de la stabilit du rseau. 1.2.7Stockage sous forme dnergie gravitaire Lestockagednergiesousformednergiegravitaireconsisteutiliserllectricit dorigine renouvelable pour pomper de leau dun bassin infrieur un bassin suprieur. Cette eau constitue une nergie potentielle qui sera turbine ultrieurement pour restituer lnergie lectrique. a-Principe du stockage gravitaire dnergie Unequantitdeaudemassemstockeunehauteurhparrapportauniveauose situe la station de pompage turbinage permet de gnrer une puissance lectrique calcule par la relation suivante : 3600mghtWP = =

(en W) (1.7)O W reprsente lnergie potentielle de leau et g lacclration de la pesanteur.

11 b-Limites des systmes de stockage gravitairesLeprincipalhandicapdessystmesdestockagegravitairesestleurfaiblerendement deconversion.Comptetenudecerendement,lessystmesgravitairesnedeviennent comptitifsquelorsquilexisteuncartdaumoins33%entrelescotsdellectricitdes heurescreusesetceuxdesheuresdepointe[9].Parailleursleurmiseenuvregnredes cots dinvestissement levs. 1.2.8Rcapitulatif des techniques de stockage dnergie Le tableau suivant rcapitule quelques technologies de stockage dnergie et prsente leurs performances suivant les critres de rendement, densit nergtique, temps de rponse et capacit de stockage.Tableau 1.1 : Classification de quelques technologies de stockage dnergieet leurs caractristiques [10] Stockage dlectricit Mode de stockage Technologies Rendement % Densit nergtique Temps de rponse Capacit de stockage Indirect Electrochimique Hydrogne liquide50 2,33 KWh/l qq min qq 100 MWh qq 100 GWh Hydrogne comprim 60 300 600 Wh/kg (200 350 bars) qq s Electrolyse/H2/ PAC 30 50-qq min Batterie circulation 70 33KWh/m3 - 10 qq 100 MWh Batterie Pb 70 90 33kWh/t qq 1/10 s 0,1 100 MWh Li100kWh/t qq 1/10 s Mca-nique Statique Pompagedeau 360 m de hauteur 80 1 kWh/m3 qq s 1 100 GWh compres-sion dair Caverne6012kWh/m3qq min 0,1 10 GWh Bouteille 808Wh/kgqq s qq KWh qq 10 KWh Volant dinertie80 901 5Wh/kgqq s qq KWh qq 10 KWh ThermiqueVapeur deau60200kWh/m3qq min 1 100 GWh Direct Electrique supraconducteur90 95 10 60 Wh/kgqq 1/100 sqqKWh supercondensateur90 951 5Wh/kg qq 1/100 sqqKWh 12 1.3 Lestechniquesdvacuationsansstockagednergie :Machineslectriqueset chanes de conversion olienne sans stockage dnergie La plupart de fermes oliennes connectes au rseau de nos jours ne sont pas dotes de dispositifsdestockagednergie ;cesdernierstantsurtoututilisspour desapplicationsen site isol ou pour des systmes devant fonctionner en lotage. La prsente section expose une brve revue des diverses chaines de conversion oliennes connectes au rseau. La topologie decessystmesdeconversionestfortementtributairedestypesdemachinesautour desquelles ils sont battis. 1.3.1Gnratrice olienne base sur la machine asynchrone cage Lamachineasynchrone(MAS)cageestlargementutilisedansledomainedela gnrationolienne ;eneffet,elleestdefabricationsimpleetestlamoinscoteusedes machines.LatopologiedeschainesoliennesbasessurlaMAScageestlunedesplus simples.

Figure 1.2 : Chaine de conversion olienne base sur la gnratrice asynchrone cage [11]

1.3.2Gnratrice olienne base sur la Machine Asynchrone rotor bobin et Double Alimentation (MADA) Le stator de la MADA est connect tension et frquence fixe au rseau alors quele rotor est reli travers un convertisseur de frquence plus ou moins labor au rseau. 13 Figure 1.3 : Systme olien bas sur la MADA [11] 1.3.3Gnratriceoliennebasesurlamachineasynchronecageassocieun variateur de frquence Lesmachinesrotorbobin(MADA)ncessitentunrotorsensiblementplus complexe ainsi quun systme de bagues et balais pour connecter les enroulements rotoriques auconvertisseurdlectroniquedepuissance.Lesproblmesdusurepeuventconduire prfrerunesolutionvitessevariableconstituedunegnratriceasynchronecage associeunconvertisseurdefrquence.Maiscettesolutionestglobalementcoteuse (Variateur de frquence et multiplicateur de vitesse) et donc trs peu exploite. Figure 1.4 : Chaine de conversion olienne gnratrice asynchrone cage et convertisseur de frquence [11]

1.3.4Gnratrice synchrone entrainement direct aimant permanent (Direct Driven Permanent Magnet Generator : DDPMG). Comparesauxgnratricessynchronesexcitationlectrique,lesgnratrices aimant permanent prsentent comme avantage majeur leur masse rduite. En outre, elles nont pas besoin dune excitation externe, ce qui les rend plus robuste.14 Figure 1.5 : Chaine de conversion olienne base sur la machine synchrone aimant permanent [11] 1.3.5Gnratricesynchroneentrainementdirectrotorbobin(DirectDriven Synchronous Generator with electrical excitation : DDSG). Lamachinesynchronerotorbobinprsenteungrandavantagecomparativement sonhomologueaimentpermanent :Onpeutvariersoncourantdexcitationetpar consquent sa tension vide. Ceci explique pourquoi elle est prfre pour les applications de centrales hydrolectriques. Cependant,lefaitquelesdeuxtypesdegnratricessynchronesdoiventtre connects au rseau viaun convertisseur dlectronique de puissance amoindrit lampleur de cet avantage. Elle est en outre pnalise par lutilisation du systme bagues-balais au rotor, ce qui la rend moins robuste Figure 1.6 : Chaine de conversion olienne base sur la machine synchrone rotor bobin [11] 1.4Conclusion Ce chapitre nous a permis de faire un tat de lart des solutions usuelles de stockage de lnergieextraitedessourcesintermittentescommelolien.Unerevuedestopologiesdes diffrenteschainesdeconversionolienneatgalementfaite.Lesatoutsetleslimitesde 15 ces diffrentes techniques ont t relevs. Le prochain chapitre est consacr la modlisation etlasimulationdelachainedeconversionoliennechoisiepournotretude ;elleest conueautourdunemachineasynchronecagedcureuil,choisiepoursasimplicitetsa robustesse. 16 CHAPITRE II MODELISATIONELECTROMECANIQUEET SIMULATIONDELACHANEDECONVERSION EOLIENNE 2.1Introduction Lamodlisationlectromcaniquedesdiffrentslmentsdelachainedeconversion olienneconstituelunedestachesmajeuresdecemmoire.Unechainedeconversion olienneestunassemblagedesystmescomplexesquipermettentlatransformationde lnergiecintiqueextraiteduvent,ennergielectrique.Ceprocessusmetenjeudes phnomnesarodynamiques,mcaniquesetlectriques.Lamodlisationdecesdiffrents phnomnesseposecommepralableltudecomparativedesdiffrentssystmesde stockage qui seront associ la chaine de conversion olienne.Leventtantlaraisondtredetoutsystmedegnrationolienne,unmodlede ventestproposendbutdechapitre.Linteractionentreleventetlaroturbineestensuite tudieensebasantsurlathoriedudisqueactuateur.Unemodlisationdusystmede transmissionmcaniqueestgalementpropose,suiviedelamodlisationdelamachine asynchronecagedcureuil(MAS),quiatchoisiecommegnratricepournotrechaine deconversionolienne.Lasimulationdelamachineesteffectuedanslenvironnement MATLAB/SIMULINK, suivie de linterprtation des rsultats obtenus.

Figure 2.1 : Schm 2.2Modlisation du vent et coNous nous intressons icaroturbine. Plusieurs travaux econsiste gnrer lallure tempune fonction de transfert dont leet de la nature du vent [12]. Ldu disque actuateur. 2.2.1. Modlisation du vent Lavitesse) (0t v duvencomposantemoyenneV(t)(freprsentant les fluctuations ) ( ) ( ) (0t v t V t vt+ =La dfinition de la composante t-1re tape : reconstitutionpeututiliserpourcela approche par lexpressiSystranmInteraction vent aroturbine Vent Schma de principe de la chaine de conversion olit et conversion arodynamique sons ici la modlisation du vent et ltude de laux existent sur la modlisation du vent, mais le p temporelle du vent partir dun bruit blanc sur ledont les paramtres dpendent des grandeurs carac]. Ltude de linteraction vent- aroturbine est bauventenunpointpeuttredcomposeenu(t)(faiblementvariable)etdunecomposant sante turbulente) (t vt se fait en deux tapes : itution du spectre de la turbulence partir dun brucelaunefonctiondetransfertdordrenonentpression suivante : Systme de transmission mcanique MAS et systme de stockage Systme de stockage 17 n olienne e de linteraction vent is le principe retenu ici sur lequel on applique caractristiques du site est base sur la thorie enunesommedune posantevariable) (t vt(2.1) un bruit blanc filtr. On nentier,pouvanttre Rseau lectrique ou site isol 18 ) . . 1 ).( 1 () 1 . . .() (21s T m s Ts T m Ksv vv v+ ++= (2.2) VKetvTsont des paramtres mathmatiques qui sont fonction de lchelle de longueur de la turbulence,4 , 01 = met25 , 02 = m . -2imetape :dfinitiondelcarttype vdelaturbulence.Lcarttypedpenddela vitessemoyenneVduventetdunparamtre K quireprsentelintensitdela turbulence. V Kv = (2.3) Nichita [13] donne des ordres de grandeurs de lintensit et de lchelle de longueur de laturbulencepourdiverssites.Ainsi,partirdunbruitblancgaussienenentre,ilest possible de dterminer la composante de la turbulence et donc de gnrer une srie temporelle ) (0t vde la vitesse du vent en un point comme illustr la figure suivante. Figure 2.2 : Construction de la vitesse de vent en un point Il a t montr exprimentalement [14] que seules les composantes basses frquences duventincidentseretrouventdanslecoupletotalproduitparlespales,ainsidonc laroturbinefiltrelescomposanteshautesfrquencesduvent.Onreconstitueceteffeten appliquantsurlavitesseinstantaneduventunfiltredontlafonctiondetransfertestla suivante. ) . 1 )( . 2 (. 2sabs a bs bHfs+ ++=(2.4) Le paramtre a est empirique et vaut 0.55 ; le paramtre b dpend entre autre du rayon R des pales. V ) (0t v+ + ) (t vt v) (tcReconstitution du spectre de la turbulence Bruit blanc gaussien 19 Leffetdelaturbulencepeutgalementtreprisencompte.Soneffetpeuttre reprsentparunefonctionsinusodale ) (t Rvquisesuperposeauventlasortiedufiltre dfini prcdemment [15]. ((

= )2cos( 1 . .21) (tR t Rv v(2.5) vR est lamplitude de la rafale et est la dure de la rafale. Dautresphnomnespeuventgalementtreprisencompte.Ilsagitnotammentde phnomnesdombredelatour,decisaillementduvent.Cesphnomnesentrainentdes oscillations de puissance qui seront importantes dans le cas des oliennes vitesse fixe [16]. Finalement, le modle de vent obtenu est celui dcrit par la figure suivante. Figure 2.3 : Modlisation du vent V ) (0t v+ + ) (t vt v) (tc Reconstitution du spectre de la turbulence Bruit blanc gaussien windv+ + Effet dombre, cisaillement du vent Rafale vR+ + ) (0t vFiltre spatial fsH20 2.2.2Interaction vent-aroturbine Daprs la thorie du disque actuateur, la turbine olienne captant lnergie est perue commeundisqueporeuxquiprovoqueunediminutiondelaquantitdemouvementdu courant dair donnant lieu un saut de pression dans les faces du disque et une dflexion du courant en aval [17].

Figure 2.4 : Tube de vent vA , vPet vVreprsentent respectivement laire du tube de vent, la puissance du vent et la vitesse du vent avant son arrive sur la turbine olienne ; 0A est laire de laroturbine et 0Vest la vitesse du vent sur la turbine. Lathoriedelaquantitdemouvementpeuttreutilisepourtudierle comportement de laroturbine, condition defaire certaines hypothses [18] :-Lair est incompressible ; -Le mouvement du fluide est stationnaire ; -Les grandeurs tudies ont la mme valeur sur une section donne du tube de vent. v v vP V A0 0V A2 2 2 v v vP V AP+ P- 21 2.2.2.1 Puissance rcuprable par laroturbine SinousconsidronsunemassedairmsedplaantlavitessevV ,sonnergie cintique pourrait scrire 221v cmV E = (2.6) Sipendantlunitdetempscettenergiepouvaittretotalementcapteparune aroturbinebalayantunesurfaceA ,etsitueperpendiculairementladirectionduvent,la puissance instantane fournie serait alors : 3 2 3. . .2121v v vV R AV P = = (2.7) est la masse volumique de lair et R est le rayon de laroturbine. Cependant,laroturbineextraitunepuissancePeinfrieurelapuissanceincidente Pv,causedelavitessenonnulledesmassesdairderrirelaturbineolienne.Ondfinit alors le coefficient de puissance de laroturbine par la relation suivante : vePPPC=;1 pPC (2.8) Cecoefficientcaractriselaptitudedelarognrateurcapterlnergieolienne. La puissance extraite par laroturbine est alors donne par : P v eC V R P . . . .213 2 =(2.9) EnsappuyantsurthoriedeRankineFroudedelhlicedansunfluide incompressible,onpeutestimerlavaleurmaximaleducoefficientdepuissance arodynamiquemax PC[19]. Cettevaleur est appele limite de Betz et est donne par : 593 . 02716max =PC (2.10) Lavaleurducoefficienlaroturbinedelangedecalaturbine. vVR= Rest la vitesse priphrique lFigure 2.5 : Coefficient de puisFigure 2.6 : Coefficients de puefficientdepuissance PCdpenddelavitesse ecalagedepalesdespalesetmmedunomb rique linaire en bout de pale de laroturbine. e puissance arodynamique en fonction de et de lpales [20] de puissance en fonction de la vitesse normalise types de turbines [20] 22 itessespcifiquede nombredepalesdela (2.11) de langle de pas des alise pour diffrents 23 Onremarquequelavaleurducoefficientdepuissancearodynamiquerestetoujours infrieure la limite de Betz et quelle peut tre ngative (figure 2.5), ce qui correspond un fonctionnement en ventilateur. 2.2.2.2Expression du couple olien Le couple olien sobtient partir de la puissance extraite et de la vitessederotation de la turbine. Ainsi, nous avons : tv P v P v eCV R C V R C V R PT2. . .. 2. . . .. 2. . . .2 3 2 3 3 2 = === (2.12) PtCC =est le coefficient de couple de laroturbine. Il est fonction aussi bien de langle de pas des pales que de la vitesse spcifique , et du type de turbine. Figure 2.7 : Coefficient de couple en fonction de la vitesse spcifique pour une olienne tripale paramtre par langle de pas des pales [21]. Figure 2.8 : Coefficient de coup2.3 Modlisation ducouplage Cettemodlisationnepde la tour. En effet la plupart desquineprennentpasencompte montrentquelapriseencosurdimensionnement des lmenFigure 2.9 : Schm1: pales, 2: moyeu rotor, 3: nacel7 : frein disque, 8 : accou11 :centrale de mesure du vendorientation face au vent, 15 e couple en fonction de la vitesse normalise pode turbines [20] plage mcanique turbine-machine neprendpasencomptelesdynamiquesstructurpart des algorithmes de commande sont tests sur lmpteleseffetsdespalesetdelatour.Cependantencomptedecesdynamiquesstructurellesperments de lolienne. : Schma dune olienne Nordex (1300 KW) N60 3: nacelle, 4 : cardan, 5 : transmission, 6 : multiplicataccouplement, 9 : gnratrice, 10 : radiateur de refre du vent, 12 : contrle, 13 : centrale hydraulique, 14t, 15 : paliers du systme dorientation quips du16 : capot, 17 : mt 24 pour diffrents types ructurellesdespaleset s sur les bancs essais, endant,certainstravaux lespermetdviterle N60 [1] ultiplicateur de vitesse, de refroidissement, que, 14 : mcanisme s dun frein disque, 25 Lemodledecouplagemcaniqueprsenticiestunmodleditdeuxmasses :Le premier groupe de masse est conu autour de la turbine tandis le second groupe de masse est conu autour de la machine.Touteslesgrandeurssontrameneslaxegrandevitesse. tJestlemoment dinertieserapportantauxmassesducotdelaturbineet mJestceluiserapportantaux masses du cot de la machine. Le couplage flexible entre ces deux inerties est reprsent par lescoefficientsderigiditetdamortissement tmKet tmD .Lescoefficients tDet mDreprsentent les pertes mcaniques par frottement. Figure 2.10 : Couplage mcanique entre laroturbine et la machine lectrique. Lecouplagemcaniqueentrelaroturbineetlamachineestainsimodliseparles quations diffrentielles linaires suivantes : mec t t tttT D TdtdJ = (2.13) mec m m emmmT D TdtdJ + = (2.14) ) ( ) (dtddtdD Kdtdtm ttm m t tmmec+ =(2.15) m Jm Jt tTt Tm Ktm Dtm Dt Dm 26 t: Vitesse angulaire de rotation de la turbine ramene laxe rapide ; m: Vitesse angulaire de rotation de la machine ; emT: Couple lectromagntique ; mecT: Couple mcanique de la machine.Cependant, dans ce mmoire, nous utiliserons un modle plus simplifi. Ce modle ne tientpascomptedelaflexibilitdutraindetransmissiondepuissance.Ilcomporteun momentdinertieJquitientcomptedetoutletraindepuissanceetuncoefficientde frottementD qui regroupe tous les frottements. Nous avons donc : m em ec mmD T TdtdJ = (2.16) 2.4La gnratrice lectrique : La Machine Asynchrone cage dcureuil (MAS) La machine asynchrone cage dcureuil est lune des plus utilises de nos jours dans la gnration olienne, cause de sa simplicit, de sa robustesse et de sa disponibilit sur une large gammede puissance. 2.4.1Structure de la MAS cage Le stator de la MAS estconstitu de troisenroulements parcourus par un systme de courantsalternatifstriphas.Lerotorcagedcureuilestconstitudebarresconductrices, gnralement en aluminium, dont les extrmits sont court-circuites laide dune couronne conductrice. Figure 2.11 : Structure du rotor de la MAS 27 2.4.2Modlisation de la MAS Danscettesectionestproposunmodlemathmatiquedelamachineasynchrone cagedcureuil.Cemodletientcomptedequelqueshypothsessimplificatricesdestines rduire la complexit de nombreux phnomnes physiques dont la MAS est le sige.2.4.2.1 Hypothses simplificatrices -Circuit magntique parfaitement feuillet : Les courants de Foucault induits dans les tles mtalliques sont supposs ngligeables cause de lisolation lectrique des tles entre elles. -Saturation magntique nglige Lesfluxpropresdelamachinesontconsidrscommetantdesfonctionslinaires des courants. -La machine est suppos symtrique et entrefer constant. -Laforcemagntomotricecredansunephaseaustatoretaurotor,estrpartition sinusodale le long de lentrefer. -Effet de la temprature nglig Leffetdelatempraturenestpasprisencompte,ilenrsultequetousles coefficients dinductance propre sont constants et les coefficients dinductance mutuelle sont fonction uniquement de la position des axes magntiques. 2.4.2.2 Equations de la MAS en grandeurs de phase Lestatoretlerotorsontconstitusdetroisenroulementsrpartisdanslespaceet spars dun angle de 120 lectriques. Les enroulements rotoriques sont en court-circuit, car il sagit de la MAS cage dcureuil. Les systmes daxes statorique et rotorique ont la mme origine et sont spars dans lespace dun angle (Figure 2.12). 28 Figure 2.12 : Rpartition spatiale des enroulements statoriques et rotoriques de la MAS. a-Equations de tension en grandeurs de phase En appliquant la loi dOhm chaque enroulement de la machine, nous obtenons : -Au stator : dtdI R UdtdI R UdtdI R Ucc c cbb a baa a a+ =+ =+ = (2.17) c b a A B C 29 -Au rotor 000= + == + == + =dtdI R UdtdI R UdtdI R UCC A CBB A BAA A A (2.18) Ua, Ub , Uc : Tensions instantanes aux bornes des enroulements statoriques ; UA , UB , UC : Tensions instantanes aux bornes des enroulements rotoriques ; Ra : Rsistance des enroulements statoriques ; RA : Rsistance des enroulements rotoriques ; Ia ,Ib , Ic : Courants dans les enroulements statoriques ; IA , IB , IC :Courants dans les enroulements rotoriques ; c b a , ,: Flux totaliss instantans traversant les enroulements statoriques ; C B A , ,: Flux totaliss instantans traversant les enroulements rotoriques. b-Equations de flux en grandeur de phase Sous la forme matricielle, nous avons : | | | || | | || || | | | | | | || |C B A R c b aTSR C B AC B A SR c b a S c b aI L I MI M I L, , , , , ,, , , , , ,. .. .+ =+ = (2.19) Les matrices dinductance utilises se dfinissent de la manire suivante : ((((

=cc cb cacc bb baac ab aaSL L LL L LL L LL(2.20) ((((

=CC CB CABC BB BAAC AB AARL L LL L LL L LL(2.21) 30 La matrice dinductance mutuelle stator-rotor scrit de la manire suivante : | | | |((((((((

||

\| ||

\|+||

\|+ ||

\|||

\| ||

\|+= = cos32cos32cos32cos cos32cos32cos32cos cosmax SRTRS SRM M M (2.22) LAA est linductance propre de la phase rotorique A, LAB est linductance mutuelle entre lesenroulementsrotoriquesAetB,MSRmaxestlinductancemutuellemaximalestatorrotor obtenue lorsquune phase statorique fait face une phase rotorique de mme nom. c-Equation mcanique Commenouslavonsvulquation(2.16).LquationmcaniquedelaMASest donne par la relation suivante :m e mmD T TdtdJ = Les quations de la MAS crites en grandeur de phase prsentent une non linarit qui enrendletraitementtrscomplexe.Cettenonlinaritestintroduiteparlamatrice dinductancemutuellequiestfonctiondelangle.Parlasuite,nousallonsutiliserla transformationdeParkquinouspermettraderendreconstantestouteslesinductances mutuelles.2.4.2.3 Equations de la MAS dans le rfrentiel de Park a-Note sur la transformation de Park La transformation de Park est une opration mathmatique qui permet de passer dun systme de trois axes magntiques dcals dans lespace de 120, un systme de trois axes orthogonaux.Soit| |c b af f funsystmedetension,decourantoudefluxdfinisen grandeursdephase,latransformationverslerfrentieldeParksefaitdelamanire suivante : 31 ((((

((((((((

||

\|+ ||

\| ||

\|+ ||

\|=((((

cbada da dada da daqdffffff.21212132sin32sin sin32cos32cos cos320 (2.23) da reprsentelangleentrelaphaseaetlaxed(axedirect)durfrentieldePark. Lindiceqestassocilaxedequadratureetlindice0estassocilaxehomopolairedu rfrentiel de Park (Voir figure 2.13). La transformation inverse de Park qui permet de revenir dans le repre en grandeurs de phase est la suivante : ((((

((((((((

||

\|+ ||

\|+||

\| ||

\|=((((

0.132sin32cos132sin32cos1 sin cosffffffqdda dada dada dacba (2.24) Figure 2.13 : Reprsentation de la MAS dans le rfrentiel de Park m daU0 Ud Uq 0 d q Phase a UQ UD Phase A Rotor Stator da 32 b-Equations de tension dans le rfrentiel de Park EnappliquantlatransformationdeParkauxquationsdetensiondelaMASen grandeurs de phase, on obtient : ( )( )D m da Q Q AQ m da D D Ad da q q a qq da d d a dp I Rp I Rp I R Up I R Up I R U + + = + =+ =+ + = + =000 0 0 0 (2.25) dtdp =est loprateur de drivation par rapport au temps.daest la vitesse angulairedu systme daxes de Park. En fonction de la stratgie de commande choisie pour la machine et des besoins de simplification des quations (2.25), dapeut prendre trois valeurs diffrentes : 0 =da si le systme daxes de Park est li au stator m da =si le systme daxes de Park est li au rotor S da =silesystmedaxesdeParkestliauchamptournant, Stantlavitessede synchronisme de la machine. c-Equations de flux dans le rfrentiel de Park En appliquant la transformation de Park aux quations de flux crites en grandeurs de phase, nous avons : q mq Q Q Qd md D D DQ mq q q qD md d d dI L I LI L I L I LI L I LI L I L+ =+ ==+ =+ =0 0 0(2.26) 33 Avec : max0232SR mq mdab aaAB AA Q Dab aa q dM L LL L LL L L LL L L L= =+ = = = = = (2.27) Lesinductancesmutuellescycliquesstator-rotordesaxesdetq,Lmd etLmqsont constantes.Cecisejustifieparlefaitquelesenroulementsstatoriquesetrotoriquesdela machine sont toujours aligns sur les deux axes du rfrentiel de Park. d-Equation de couple dans le rfrentiel de Park Le couple lectromagntique de la machine sexprime de la manire suivante : ( )d q q d P eI I P T + =23 (2.28) PPtant le nombre de paires de ples de la machine e-Equations de la MAS en valeurs rduites Lanotiondevaleurderfrence perunits reposesurleconceptdegrandeursde rfrence.Cesgrandeursfacilitentlecalcul,lacomprhensionetlvaluationdesordresde grandeursdesvariablesparrapportauxgrandeursderfrence[22].Dansletableausuivant sont donnes les valeurs de rfrence (ou de base) des machines tournantes (Tableau 2.1). 34 Tableau 2.1 : Valeurs de rfrence des machines tournantes [22] GrandeurCalcul de la rfrence ou baseUnit Tension N srfU U 2 =[V] Courant N srfI I 2 =[A] Puissance N N rf rf srfI U I U S . 323= =[VA] Impdance srfsrfsrfIUZ =[] Inductance rfsrfsrfZL=[H] Flux rfsrfsrf srf srfUI L = = .[Web] Pulsation n n rff 2 = = [rad/s] Vitesse angulaire des axes Prfmrf =[rad/s] Couple mrfsrfrfST=[N.m] Temps rfrft1=[s] UN et IN reprsentent la tension et le courant nominal de phase-Equations de tension en valeurs rduitesEndivisantlesgrandeursutilisesdanslcrituredelquationdetension(2.25)par leurs valeurs de base du tableau ci-dessus, nous avons : 35 ( )( )D m da QrfQ AQ m da DrfD Arfd da qrfq a qq da drfd a dpi rpi rpi r upi r upi r u + + = + =+ =+ + = + =000 0 0 0 (2.28) -Equations de flux en valeurs rduites : De la mme manire, nous avons : q mq Q Q Qd md D D DQ mq q q qD md d d di l i li l i l i li l i li l i l+ =+ ==+ =+ =0 0 0 (2.29 -Equations mcaniques en valeurs rduites Lquation de mouvement en pu nous donne( )m e mmD T TH dtd =21 (2.30) H est lquivalent du moment dinertie J en pu. La MAS fonctionne en mode gnrateur. rfmrfSJH221=(2.31) Le couple lectromagntique devient d q q d ei i t =(2.32) 36 2.4.2.4 Modlisation de la MAS par reprsentation dtat Leformalismequenousallonsutilisericipourledveloppementdumodledtata tintroduitparWamkeue[22].Ilpermetlanalysedelamachineencrivantlesquations sous forme partitionne et compacte. Remarquons par ailleurs que la valeur dune inductance estgalecelledesaractanceenvaleursrduites.Ainsi,enharmonisantlesquationsde tension et de flux, nous avons : -Tensions ( )( )(((((((

+(((((((

+(((((((

(((((((

=(((((((

D m daQ m dad daq daQDqdrfQDqdAAaaQDqdpiiiiirrrrruuuuu 0 .0 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 0 (2.33) -Flux (((((((

(((((((

=(((((((

QDqdQ mqD mdmq qmd dQDqdiiiiix xx xxx xx x0 0 0.0 0 00 0 00 0 0 00 0 00 0 0 (2.34) Simplifionsprsentlesquationsci-dessusencompactantlesmatricesdontelles sont constitues : -TensionPosons) , , (0r r r diag Ra a s =;) , (A A rr r diag R =5Iprf= 37 ( )( )||(((((((

=(((((((

((

((

((((

((((

=(((((((

QDqdQDm daqddaD m daQ m dad daq da 03 , 22 , 30..0 11 0) ( 00 .0 0 00 0 10 1 00 (2.35) Avec ||((

= Wda3 , 22 , 300 ((((

= 0 0 00 0 10 1 0 ( )((

=0 11 0m daW Finalement, sous une forme compacte, lquation de tension nous donne | | | || | | ||| . . . .003 , 22 , 3 + + =((

+ +((

((

=((

i RiiRRuumrsrsrsrs(2.36) Avec((((

=0uuuuqds ; ((

=QDruuu; ((((

=0iiiiqds ; ((

=QDriii; ((((

=0qds ; ((

=QDr-Flux Sous forme compacte, lquation de flux nous donne | || | i XiiX XX XmrsrTsrsr srs. . =((

((

=((

(2.37) Avec) , , (0x x x diag Xq d s =;) , (Q D rx x diag X=;((((

=0 000mqmdsrxxX 38 -Ecrivons prsent le modle dtat en prenant comme variable dtat les courants. En remplaant dans (2.36) le flux par son expression donne en (2.37), nous avons : ( )( ) u X i X R X i pi X X i P i R X u Xi X i pX i R ui X i Xpi Ri X i R urf m m m rf mm rf m m rf m rf mm rf m m rf rfm mrfmm m. . ....1 11 1 1 + + = + + = + + = + + = + + = Finalement, nous obtenons ( )((

+((

+ =((

rsrf mrsm m rf mrsuuXiiX R Xiip . .1 1 (2.38) -Equations de la MAS en fonctionnement gnrateur Lamachinetellequemodliseci-dessusprsenteunfonctionnementmoteur.Pour quelle fonctionne en gnratrice, les matrices trouves plus haut doivent tre modifies de la manire suivante : | || | i XiiX XX XmrsrTsrsr srs. . =((

((

=((

(2.39) | | | || | | ||| . . . .003 , 22 , 3 + + =((

+ +((

((

=((

i RiiRRuumrsrsrsrs (2.40) Avec 1 = 39 -Prise en compte de lquation de mouvement dans le modle dtat Lquation de mouvement tablie plus haut nous donne : ( ) ( ) ( )m m e m e mmD T THD T TH dtd = =2121 Enprenantcommevariabledecommandemcaniquelecouplemcanique mTet commevariabledtatmcaniquelavitesseangulairederotationdelamachine m;eten exprimantlecouplelectromagntique eTenfonctionde di etqi ,nousobtenonslquation dtat suivante : | | | | uHbxHDG iHax piiTi.2002 20) (5 , 11 , 5 1 , 5(((

+(((

= (2.41) Avec) (1m m rf m iX R X a + =; 1 =m rf iX b i G i i i TiTd q q d e= = ) ( ; ((((

=mrsiix; ((((

=mrsTuuu . 40 2.5 Simulation de la MAS et interprtation des rsultats Lagnratriceasynchronecouplelaturbineolienneestsimuleicienmodede fonctionnement sans unit de stockage. Elle alimente une charge dynamique triphase dont les caractristiques sont donnes dans le tableau ci-aprs. Tableau 2.2 : Caractristiques de la charge Puissance active P (KW)3 Puissance ractive Q (KVar)0.3 Tension compose (V)460 Frquence (Hz)60 Les caractristiques de la MAS quant elles sont donnes dans le tableau suivant. Tableau 2.3 : Caractristiques de la gnratrice asynchrone Puissance nominale (KW)3 Tension compose (V)460 Frquence (Hz)60 Rsistance des enroulements statoriques (pu)0.01965 Rsistance des enroulements rotoriques (pu)0.01909 Inductance des enroulements statoriques (pu)0.0397 Inductance des enroulements rotoriques (pu)0.0397 Inductance mutuelle stator-rotor (pu)1.354 Constante dinertie (kg.m2)0.09526 Coefficient de frottement visqueux (pu)0.05479 Nombre de paires de ples2 LesVARsontfournislamachinegrcetroiscondensateursconnectsentoile, ayant chacun une capacit de 130F. 41 Lafiguresuivanteprsenteleschmadumontagesousinvestigation,btidans lenvironnement SIMULINK Figure 2.14 : Modle Simulink du montage exprimental 2.5.1Evolution des courants statoriques Lvolutionducourantstatoriquedelaphaseaestprsentedanslesgraphesci aprs.Lasimulationestmenesurunedurede10secondes.Lesvolutionsducourant lamorage eten rgime permanent sont prsentes. ContinuouspowerguiGenerator speed (pu)Pitch angle (deg)Wind speed (m/s)Tm (pu)Wi nd Turbi nei abcvabctorquespeedvol tagecurrentVaIabA B Ca b cmA B C1001.3TmmABCAsynchronous Machi nepu Uni ts

42 Figures 2.15 c : Courant statorique de la phase a en rgime permanent 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-15-10-5051015Temps(s)Courant statorique de la phase a en pu 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-15-10-5051015Temps(s)Courant statorique de la phase a en puIsa l'amorage9.2 9.25 9.3 9.35 9.4-15-10-5051015Temps(s)Courant statorique de la phase a en puIsa en rgime permanent Figure2.15 a : Evolution du courant statorique de la phase a Figure 2.15 b : Courant statorique de la phase a lamorage 43 Lexamendescourbesmontrequelescourantsstatoriques,initialementnuls, atteignentpendantlaphasetransitoireunpicprochede10pu.Cescourantssontensuite stabiliss autour de la valeur 6 pu en rgime permanent. 2.5.2Evolution des tensions statoriques Lvolutiondestensionsstatoriquesestprsenteparlesfiguresci-aprs.Ilsagitde la tension statorique daxe d. Figure 2.16 a : Evolution de la tension statorique daxe d Figure 2.16 b : Tension statorique daxe d lamorage. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-6-4-20246Temps(s)Tension statorique d'axe d en pu 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6-6-4-20246Temps(s)Tension statorique d'axe d en puVsd l'amorage44 Figures 2.16 c : Tension statorique daxe d en rgime permanent Tout comme les courants, les tensions sont initialement nulles. Elles atteignent ensuite une amplitude proche de 6 pudans la phase transitoire de dmarrage, entre la premire et la deuxime seconde de simulation. La valeur de la tension mesure au stator se stabilise ensuite autour dune amplitude de 4 pu en rgime permanent. 2.5.3Evolutions de la vitesse de rotation Figure 2.17 : Evolution de la vitesse de rotation 8.96 8.98 9 9.02 9.04 9.06 9.08 9.1 9.12-6-4-20246Temps(s)Tension statorique d'axe d en puVsd en rgime permanent 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1000.20.40.60.811.21.4Temps(s)Vitesse de rotation (wm) en tr/min 45 Lavitessederotation,initialementnulle,atteintunevaleurdenviron1.3tr/min pendant la phase de dmarrage de la gnratrice, pour enfin se stabiliser autour de la valeur de 0.4 tr/min en rgime permanent. 2.5.4Evolution du couple lectromagntique Le graphe suivant prsente lvolution du couple lectromagntique. Figure 2.18 : Evolutions du couple lectromagntique Le couple lectromagntique initialement nul, dcrot brusquement jusqu' -3.5 pu. Ce coupleprsenttelaformeduneondeoscillatoireLesvaleursdecetteondedemeurent ngatives et oscillent entre -0.2 pu et -1.7 pu en rgime permanent. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-3.5-3-2.5-2-1.5-1-0.500.5Temps(s)Couple lectromagntique Te en pu 46 2.5.5Evolution des tensions composes aux bornes de la charge Lvolutiondestensionscomposesentrelestroisphasesdelachargetriphaseest prsente dans le graphe ci aprs. Figure 2.19 : Evolutions des tensions composes aux bornes de la charge Nousconstatonsquelesondesdetensionontuneformequasisinusodale.Les amplitudes sont assez proches de celles des tensions statoriques. 2.5.6Evolution des courants de phase alimentant la charge Les courants de phase lentre de la charge sont prsents dans le graphe ci-aprs 9.55 9.56 9.57 9.58 9.59 9.6 9.61 9.62 9.63 9.64-15-10-50510Temps(s)Vabc en puVabc en rgime permanent47 Figure 2.20 : Evolution des courants de phase Nousconstatonsquelesformesdondedecourantlentredelacharge,bienque bidirectionnelles, ne sont plus sinusodales. Ceci pourrait tre d aux harmoniques gnrs par la charge dynamique. En effet, les courants directement prlevs aux bornes du stator taient quasiment sinusodaux. 2.6 ConclusionLechapitrequisachvenousapermisdefairelamodlisationlectromcaniquede notrechainedeconversionolienne.Unmodledeventtpropos,suividunetudede linteractionventaroturbinebasesurlathoriedudisqueactuateur.Unemodlisationdu couplagemcaniqueturbine-machineatgalementtpropose.Unemodlisationdela gnratriceasynchronecagedcureuilatfaite.Lasimulationdelagnratriceat menedanslenvironnementMATLAB/SIMULINKetlesrsultatsdecettedernireontt prsentsetcomments.Leprochainchapitreestconsacrlanalysecomparativedes performances dynamiques de la chane de conversion olienne, lorsquelle est associe des systmesdestockage.Ltudeestfaitepourlabatterielectrochimiqueetpourle supercondensateur. 9.46 9.47 9.48 9.49 9.5 9.51 9.52 9.53 9.54 9.55-1.5-1-0.500.511.52Temps(s)Iabc en puIabc en rgime permanent48 CHAPITRE III PERFORMANCESDYNAMIQUESDELACHANE DECONVERSIONEOLIENNEASSOCIEEAUX SYSTEMES DE STOCKAGE DENERGIE

3.1 Introduction Leprsentchapitreestconsacrlanalysecomparativedesperformances dynamiquesdessystmesdestockage,lorsquecesdernierssontconnectslachanede conversionquiatmodliseetsimuleauchapitreprcdent.Lessystmesdestockage sous investigation sont laccumulateur lectrochimique et le supercondensateur. Des modles simplesdecesdeuxsystmesdestockagesontproposs.Lasimulationdynamiquedela chanedeconversionolienneassociechacundecessystmesdestockageestensuite effectue,puiscommente.Unesimulationdelarponsedynamiquedelachanede conversionolienneuncourt-circuittriphasphase-terre,dunedurede100msest galementmene ;cecienprsencedechacundesdeuxsystmesdestockagetudis. Lanalysecomparativedesperformancesdynamiquesdessystmesdestockageenenfin effectue.3.2 Elments de modlisation des systmesde stockage dnergie Les modles de laccumulateur lectrochimique et du supercondensateurutiliss dans nossimulationssontdesmodlesbasiques.IlsagitenloccurrencedumodledeThvenin pour la batterieet du modle R-C pour le supercondensateur.Le choix de tels modles a t essentiellement guid par les soucis de diminution de temps de calcul et de simplicit. Notons cependantquelasimplicitdesmodlesnapasdincidenceconsidrablesurlapertinence des rsultats obtenus. 49 3.2.1Modle de laccumulateur lectrochimique Ilexistedanslalittratureunegrandevaritdemodledaccumulateurs lectrochimiquesetlacomplexitdechaquemodledpenddelapprocheutilisedanssa mise en uvre [23].Les modles lectriques des batteries se prsentent le plus souvent sous formeduncircuitlectriqueconstitudersistances,decapacits,desourcesdetensionet dautres lments de valeur fixe ou variant avec des paramtres tels que la temprature, ltat dechargedelabatterie.Lemodlelectriqueutilispournossimulationsestlemodlede Thveninconstitudunesourcedetensionetdunersistanceinterne.Labatterieainsi modlise est une source de tension unidirectionnelle en tension, cause de lirrversibilit de latensionsesbornes, bidirectionnelleencourantparlapossibilitdefonctionnerenmode de charge ou de dcharge. Le schma illustrant ce modle est prsent la figure suivante. Figure 3.1 : Modle simplifi de Thvenin dun accumulateur lectrochimique 3.2.2 Modle du supercondensateur Pour modliser les supercondensateurs, les constructeurs utilisent la similitude entre le comportementdecesderniersetceluidescondensateurslectrolytiques.Ainsi,le supercondensateur peut tre caractris par une rsistance srie Rc et une capacit de stockage Cc [24]. Figure 3.2 : Modle R-Cdu supercondensateur ERCc Rc50 Ce modle prsentecependant deux limites majeures.La premire limiteest due la variationdelarsistancesrieenfonctiondelafrquence.Lasecondelimiteestduela variationdelacapacitenfonctiondelatension[24].Lincidencedecesinconvnientsest limitedanslecasdenotretudecarnossimulationssontmenesunetensionetune frquence constantes. 3.2.3Caractristiques lectriques des modles simuls Les valeurs lectriques utilises pour les modles prsents dans la section prcdente onttchoisiesenfonctiondecellesdessupercondensateursetaccumulateurs lectrochimiquesrels.Ellestiennentcomptedesvaleursnominalesdestensionsetcourants de la chane de conversion olienne. -Cas de laccumulateur lectrochimique Laccumulateur lectrochimique est suppos initialement dcharg. Elle est constitue de plusieurs modules lmentaires dont la rsistance quivalente est gale 10. -Cas du supercondensateur Le supercondensateur est constitu de 100 modules individuels monts en srie, ayant chacun les caractristiques suivantes : Cc = 3000F ; Rc = 0.03Le supercondensateur quivalent a donc les caractristiques suivantes : Cceq = 30 F ; Rc = 3 51 3.3Simulation dynamique dela chane de conversion olienne associe aux systmes de stockage dnergie. Danslechapitreprcdent,nousavonsprocdlasimulationdunegnratrice asynchroneentraneparuneturbineolienne.Nousassocionsprsentcettegnratrice les systmes de stockage dont les modles ont t proposs prcdemment. Les paramtres de lagnratrice,delachargeetdescondensateursdecompensationdelapuissanceractive restent inchangs. 3.3.1Cas de laccumulateur lectrochimique LemodleSimulinkdumontageexprimentalestprsentlannexe1duprsent document.Lesparamtreslectriquesmesurssontlestensionscomposesauxbornesdu convertisseur statique (redresseur-onduleur), la tension continue aux bornes de laccumulateur lectrochimique.Lecourantstatoriquedelaphaseadelagnratrice,latensionstatorique daxe d ; le couple et la vitesse de rotation sont galement mesurs. Lessimulationssontmenesdansunpremiertempspourunedurede10safin dtudierlecomportementdelachanedeconversionlamoragedelagnratrice.Elles sont ensuite menes sur une dure de 1500 s, afin dtudier le comportement de la chane sur une longue dure de fonctionnement. Figure 3.3 : Tensions aux bornes du convertisseur (10s) 0 2 4 6 8 10-2000200Uab: redresseur-onduleur0 2 4 6 8 10-2000200Ubc: redresseur-onduleur0 2 4 6 8 10-2000200Uca: redresseur-onduleur0 2 4 6 8 10-2000200Udc: redresseur-onduleur52 Figure 3.4 : Tensions aux bornes du convertisseur (1500 s) Figure 3.5 : Tensions aux bornes du convertisseur en rgime permanent (zoom). 0 500 1000 1500-2000200Uab: redresseur-onduleur0 500 1000 1500-2000200Ubc: redresseur-onduleur0 500 1000 1500-2000200Uca: redresseur-onduleur0 500 1000 1500-2000200Udc: redresseur-onduleur4.7 4.8 4.9 5 5.1 5.2 5.3-1000100Uab: redresseur-onduleur4.7 4.8 4.9 5 5.1 5.2 5.3-1000100Ubc: redresseur-onduleur4.7 4.8 4.9 5 5.1 5.2 5.3-1000100Uca: redresseur-onduleur4.7 4.8 4.9 5 5.1 5.2 5.3-50050100Udc: redresseur-onduleur53 Lesfigures3.3,3.4et3.5montrentquelestensionsauxbornesduconvertisseur conservent leurs formes sur une longue dure de simulation. Par ailleurs, le rgime permanent est rapidement atteint etmaintenu.Les mesures des paramtres lectriques et mcaniques de la gnratrice sont prsentes dans les graphes suivants. Figure 3.6 : Courant statorique de la phase a en pu (1500 s) Figure 3.7 : Tension statorique daxe d en pu (1500 s) 0 500 1000 1500-6-4-20246Temps(s)Courant statorique de la phase a en pu0 500 1000 1500-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.4Temps(s)Tension statorique d'axe d en pu54 Figure 3.8 : Vitesse de rotationen tr/min (1500 s) Figure 3.9 : Couple lectromagntique Te en pu (1500 s) Il faut noter ici, au regard des figures 3.6 ; 3.7 ; 3.8 et 3.9 que les grandeurs lectriques etmcaniquesdelagnratriceasynchronegardentquasimentlesmmesalluresquecelles observes en labsence des systmes de stockage, ceci pour des simulations de longue dure. 0 500 1000 150000.10.20.30.40.50.60.70.8Temps(s)Vitesse de rotation (wm) en tr/min0 500 1000 1500-6-5-4-3-2-101Temps(s)Couple lectromagntique Te en pu55 3.3.2Cas du supercondensateur LemodleSimulinkdumontageexprimentalestprsentlannexe2duprsent document.Lesgrandeursmesuressontlesmmesquecellesmesuresdanslecasde laccumulateur lectrochimique. Figure 3.10 : Tensions aux bornes du convertisseur (10 s) Alamorage,lestensionsmesuresauxbornesduconvertisseurontuneallure presque similaire celle observe dans le cas de laccumulateur lectrochimique. 0 2 4 6 8 10-2000200Uab: redresseur-onduleur0 2 4 6 8 10-2000200Ubc: redresseur-onduleur0 2 4 6 8 10-2000200Uca: redresseur-onduleur0 2 4 6 8 10-2000200Udc: redresseur-onduleur56 Figure 3.11 : Tensions aux bornes du convertisseur (1500 s) Auregarddelafigure3.11,nousobservonsquuneconnexionprolongedu supercondensateurlachanedeconversionolienneentraneunesurtensionauxbornesdu convertisseur.Lesmesuresparamtreslectriquesetmcaniquesdelagnratricesontprsentes dans les graphes ci-aprs. 0 500 1000 1500-5000500Uab: redresseur-onduleur0 500 1000 1500-5000500Ubc: redresseur-onduleur0 500 1000 1500-5000500Uca: redresseur-onduleur0 500 1000 1500-5000500Udc: redresseur-onduleur57 Figure 3.12 : Courant statorique de la phase a en pu (1500 s) Figure 3.13 : Tension statorique daxe d en pu (1500 s) 0 500 1000 1500-15-10-5051015Temps(s)Courant statorique de la phase a en pu0 500 1000 1500-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8Temps(s)Tension statorique d'axe d en pu58 Figure 3.14 : Vitesse de rotation (Wm) en tr/min (1500 s) Figure 3.15 : Couple lectromagntique Te en pu (1500 s) 0 500 1000 1500-0.200.20.40.60.811.2Temps(s)Vitesse de rotation (wm) en tr/min0 500 1000 1500-25-20-15-10-505101520Temps(s)Couple lectromagntique Te en pu59 Autraversdesfigures3.12 ;3.13 ;3.14et3.15,nousconstatonsquelesgrandeurs lectriques et mcanique de ne se stabilisent pas lorsquon connecte de manire prolonge le supercondensateur la chane de conversion olienne ; elles divergent continuellement. 3.4Performancesdynamiquesdelachanedeconversionoliennesuiteuncourt-circuit triphas phase-terre Nousprocdonsdanscettepartielanalysedesperformancesdynamiquesdela chane de conversion olienne suite un court circuit triphas phase-terre, dune dure de 100 ms. Les simulations sont menes sur une dure de 10 s. Le court-circuit survient la date 5 s et sarrte la date 5,1 s. Nousprocdonsdansunpremiertempslasimulationdelachaneolienneen labsence de tout systme de stockage. Par la suite, les systmes de stockage sont connects lachane.Lapportdechaquesystmedestockagedanslannulationdudfautestmisen relief, puis comment. 3.4.1Rponse dynamique de la gnratrice asynchrone un court-circuit triphas Lestensionsetcourantsprlevsaupointdedfautsontprsentssurlesfiguresci aprs. Le modle Simulink du montage exprimental est prsent lannexe 3. 60 Figure 3.16 b : Tensions et courants au point de dfaut (zoom) 0 2 4 6 8 10-200002000Tension phase B:essai en court-circuit0 2 4 6 8 10-200002000Tension phase C:essai en court-circuit0 2 4 6 8 10-200002000Tension phase A:essai en court-circuit0 2 4 6 8 10-202x 104Courant de court-circuit IccB0 2 4 6 8 10-500005000Courant de court-circuit IccC0 2 4 6 8 10-202x 104Courant de court-circuit IccA5 5.5 6-200002000Tension phase B:essai en court-circuit5 5.5 6-200002000Tension phase C:essai en court-circuit5 5.5 6-200002000Tension phase A:essai en court-circuit4.995 5 5.005-202x 104Courant de court-circuit IccB4.995 5 5.005-500005000Courant de court-circuit IccC4.995 5 5.005-2-101x 104Courant de court-circuit IccAFigure 3.16 a : Tensions et courants au point de dfaut. 61 Nousconstatonsauregarddelafigure3.16quenlabsencedetoutsystmede stockage,lecourtcircuitde100ms,survenuladate5snestannulquaprsenviron 1500 ms, c'est--dire approximativement la date 6.5 s. Par ailleurs, le courant de court-circuit atteint plus de 20 KA au point de dfaut. Un tel courantseraitextrmementdestructeurpourlachanedeconversionolienne. Les figures ci-aprs prsentent le comportement dynamique des grandeurs lectriques et mcaniques de la gnratrice asynchrone lorsque survient le court-circuit. Figure 3.17 : Courant statorique de la phase a en pu (court-circuit) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-15-10-5051015Temps(s)Courant statorique de la phase a en puCourt-circuit triphas (phase-terre)62 Figure 3.18 : Tension statorique daxe d en pu (court-circuit) Figure 3.19 : Vitesse de rotation (Wm) en tr/min (court-circuit) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-8-6-4-202468Temps(s)Tension statorique d'axe d en puCourt-circuit triphas (phase-terre)0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-0.4-0.200.20.40.60.811.21.4Temps(s)Vitesse de rotation (wm) en tr/minCourt-circuit triphas (phase-terre)63 Figure 3.20 : Couple lectromagntique Te en pu (court-circuit) Lecourantstatoriqueainsiquelecouplelectromagntiqueatteignentdespics importantslorsquesurvientlecourt-circuit.Letempsncessairepourannulerledfautreste approximativement gal 1500ms. Nous constatons travers ces simulations que la chane de conversion, en labsence de tout systme de stockage donne une mauvaise rponse un appel important de courant (court-circuit). Cette mauvaise rponse se traduisant notamment par des courants de court-circuit trs levsetuneduredinstabilittrslongue(1500mspouruncourt-circuitde100ms).La dure dinstabilit la suite du court-circuit est ainsi gale 15 fois la dure du court-circuit. Danslasuite,nousprocdonsltudedelarponsedynamiquedelachanede conversionoliennesuiteuncourt-circuitde100ms ;cecilorsquunsystmedestockage estconnectlachane.Lessimulationsseronteffectuesdunepartaveclaccumulateur lectrochimique et dautre part avec le supercondensateur. 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8-4-3-2-10123Temps(s)Couple lectromagntique Te en puCourt-circuit triphas (phase-terre)64 3.4.2Rponsedynamiqueuncourt-circuit,enprsencedunaccumulateur lectrochimique Les courants et les tensions au point de dfautsont mesurs. Les grandeurs lectriques etmcaniquesdelagnratricesontgalementprlevesetprsentes(courantstatorique, tensionstatorique,vitesseetcouple).Lestensionsauxbornesduconvertisseursontaussi mesures.Lesparamtresdelamachinerestentinchangs.LemodleSimulinkdumontage exprimental est prsent lannexe 4. Figure 3.21 : Tensions et courants de dfaut en prsence de laccumulateur lectrochimique 0 2 4 6 8 10-1000100UccB + batterie lectrochimique0 2 4 6 8 10-1000100 UccC + batterie lectrochimique0 2 4 6 8 10-2000200UccA + batterie lectrochimique0 2 4 6 8 10-10010IccB + batterie lectrochimique0 2 4 6 8 10-20020IccC + batterie lectrochimique0 2 4 6 8 10-10010IccA + batterie lectrochimique65 Figure 3.22 : Tensions et courants de dfaut (zoom) Onconstatetrsclairementquelarponsedynamiquedelachanedeconversionau court-circuit est meilleure. En effet, les courants et les tensions au point de dfaut recouvrent leur forme normale quasiment ds la fin du dfaut. Par ailleurs, la valeur du courant de court-circuitestrduitedemaniredrastique :ellepassedeprsde20KA,enlabsencedetout systme de stockage prs de 20 A en prsence de laccumulateur lectrochimique.Les grandeurs lectriques et mcaniques de la gnratrice (courant, tension, couple et vitesse) sont prsentes sur les figures ci aprs. 5 5.5 6-1000100UccB + batterie lectrochimique5 5.5 6-1000100 UccC + batterie lectrochimique5 5.5 6-2000200UccA + batterie lectrochimique4.5 5 5.5-10010IccB + batterie lectrochimique4.5 5 5.5-20020IccC + batterie lectrochimique4.5 5 5.5-10010IccA + batterie lectrochimique66 Figure 3.23 : Courant statorique de la phase a en pu (batterie) Figure 3.24 : Tension statorique daxe d en pu (batterie) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-6-4-20246Temps(s)Courant statorique de la phase a en puIsa + batterie lectrochimique0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.4Temps(s)Tension statorique d'axe d en puVsd + batterie lectrochimique67 Figure 3.25 : Vitesse de rotation (Wm) en tr/min (batterie) Figure 3.26 : Couple lectromagntique Te en pu (batterie) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1000.10.20.30.40.50.60.70.8Temps(s)Vitesse de rotation (wm) en tr/min(Wm) + batterie lectrochimique0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-6-5-4-3-2-101Temps(s)Couple lectromagntique Te en puTe + batterie lectrochimique68 Auregarddesfigures3.23 ;3.24 ;3.24 ;3.25,Nousconstatonsquelarponse dynamiquedelagnratriceestnettementamliore.Leseffetsducourt-circuitsont pratiquement annihils ds la fin de ce dernier la date 5.1s. Par ailleurs, les pics de valeurs observs pour le courant et le couple lectromagntique sont considrablement amoindris. Les rponses en vitesse et en tension sont galement meilleures, compares celles obtenues pour le fonctionnement sans systme de stockage. Les mesures des tensions aux bornes du convertisseur statique sont prsentes sur les figures ci-aprs. Figure 3.27 : Tensions aux bornes du convertisseur statique

Lafigure3.27montrequeleffetducourt-circuitestrapidementattnudsquece dernierprendfin.Laduredelaperturbationgnreparlecourt-circuitauniveaudes tensions du convertisseur est assez limite, car ces dernires, aprs quelques oscillations (100 200 ms) reprennent leurs valeurs nominales. 0 2 4 6 8 10-2000200Uab: redresseur-onduleur0 2 4 6 8 10-2000200Ubc: redresseur-onduleur0 2 4 6 8 10-2000200Uca: redresseur-onduleur0 2 4 6 8 10-2000200Udc: redresseur-onduleur69 3.4.3Rponse dynamique un court-circuit, en prsence dun supercondensateur Lescourantsettensionaupointdedfautsontprlevsetcomments.Ilenestde mme des grandeurs lectriques et mcaniques de la gnratrice asynchrone. Les tensions aux bornesduconvertisseurstatiquesontgalementmesuresetcommentes.Lemodle Simulink du montage exprimental est prsent lannexe 5. Figure 3.28 : Tensions et courants de dfaut en prsence du supercondensateur 0 2 4 6 8 10-1000100UccB + supercondensateur0 2 4 6 8 10-1000100UccC + supercondensateur0 2 4 6 8 10-1000100UccA + supercondensateur0 2 4 6 8 10-50050IccB + supercondensateur0 2 4 6 8 10-50050IccC + supercondensateur0 2 4 6 8 10-40-2002040IccA + supercondensateur70 Figure 3.29 : Tensions et courants de dfaut (zoom) Au regard des figures 3.29 et 3.30, on note clairement que la rponse dynamique de la chanedeconversionaucourt-circuitestmeilleure,comparecelledelachanene comportant pas de dispositif de stockage. En effet, linstabilit gnre par le court-circuit de 100 ms survenu la date 5s est presque totalement attnue la date 5.5s, c'est--dire 400 ms secondeaprslafinducourt-circuit.Cetteduredinstabilitestplusde3foisinfrieure cellegnreparuncourt-circuitsimilairecetteduretaitde1500ms-surlachanede conversion, en labsence de tout systme de stockage dnergie. Notonsgalementquelamplitudeducourantdecourt-circuitestconsidrablement rduite ; elle passe de prs de 20 KA en labsence de systme de stockage prs de 50 A en prsence du supercondensateur. Lesgrandeurslectriquesetmcaniquesdelagnratriceasynchrone(courantet tensions statoriques, couple et vitesse) sont prsents sur les figures ci-aprs. 5 5.5 6-1000100UccB + supercondensateur5 5.5 6-1000100UccC + supercondensateur5 5.5 6-1000100UccA + supercondensateur4.5 5 5.5-50050IccB + supercondensateur4.5 5 5.5-50050IccC + supercondensateur4.5 5 5.5-40-2002040IccA + supercondensateur71 Figure 3.30 : Courant statorique de la phase a en pu (supercondensateur) Figure 3.31 : Tension statorique daxe d en pu (supercondensateur) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-15-10-50510Temps(s)Courant statorique de la phase a en puIsa + supercondensateur0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-0.3-0.2-0.100.10.20.3Temps(s)Tension statorique d'axe d en puVsd + supercondensateur72 Figure 3.32 : Vitesse de rotation (Wm) en tr/min (supercondensateur) Figure 3.33 : Couple lectromagntique Te en pu (supercondensateur) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1000.20.40.60.811.21.4Temps(s)Vitesse de rotation (wm) en tr/min(Wm) + supercondensateur0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-14-12-10-8-6-4-202Temps(s)Couple lectromagntique Te en puTe + supercondensateur73 Alobservationdesfigures3.31 ;3.32 ;3.33 ;et3.34,onconstateunenette amliorationdelarponsedynamiquedelagnratriceaucourt-circuit.Eneffet,les grandeurslectriquesetmcaniquesdelagnratricerecouvrentlesvaleursnominales700 msenvironaprslecourt-circuit.Cependant,lasurintensit,bienquattnuedemeure importante la survenue du court-circuit. Il en est de mme pour le couple lectromagntique. Les tensions aux bornes du convertisseur statique sont prsentes sur les figures ci aprs Figure 3.34 : Tensions aux bornes du convertisseur statique 0 2 4 6 8 10-2000200Uab: redresseur-onduleur0 2 4 6 8 10-2000200Ubc: redresseur-onduleur0 2 4 6 8 10-2000200Uca: redresseur-onduleur0 2 4 6 8 10-2000200Udc: redresseur-onduleur74 Auregarddelafigure3.35nousconstatonsquelestensionsauxbornesdu convertisseurstatiquerecouvrentassezrapidementleurvaleursnominalesaprslecourt-circuit.Eneffet,700msenvironsaprslecourscircuit,lesvaleursdecestensionsse stabilisent.Cettedurereprsentelamoitideladuredelinstabilitgnrelasuitedu court-circuit en labsence de tout systme de stockage. 3.5Analysecomparativedesperformancesdynamiquesdessystmesdestockage dnergie des arognrateurs Aprsavoirtuditourtourlecomportementdynamiquedelaccumulateur lectrochimiqueetdusupercondensateur,leproposdeceparagrapheconsistefaireune analysecomparativedesperformancesdynamiquesdecesdeuxsystmesdestockage.Cette comparaison sera axe sur les critres suivants : Lastabilit,c'est--direlaptitudepourlachanedeconversionrecouvrerson fonctionnementnominalaprsundfaut.Ici,ledfautconsisteenuncourt-circuit triphas phase terre.Lepouvoirdattnuationducourantdecourt-circuit,c'est--direlacapacitdu systme de stockage provoquer une diminution du courant de dfaut. Laformedesondesdecourantetdetension :Laconnexiondundispositifde stockage elle une influence sur les formes donde de courant et de tension ? Lanalyse comparative sera base sur les mesures prsentes prcdemment. 3.5.1La stabilit Larponsedelachanedeconversionoliennenestpaslammepourlesdeux systmes de stockage. -Londe de tension au point de dfaut recouvre sa forme normale 100 msenviron ( la date 5.2 s) aprs la fin du court circuit, dans le cas o le dispositif de stockage utilis est laccumulateur lectrochimique. -Cette dure en denviron 400 ms dans le cas du supercondensateur ( la date 5.5 s) De ces deux observations, on peut dduire que la rponse dynamique de la chane de conversion olienne au court-circuit est meilleure en prsence de la batterie quen prsence su supercondensateur.Lesgrandeurslectriquesrecouvrentleursvaleursnormalesplusviteen prsence de laccumulateur lectrochimique quen prsence du supercondensateur. 75 Onpeutalorsconcluredecetteanalysequelastabilitdelachanedeconversion olienneenprsencedelaccumulateurlectrochimiqueestmeilleurequenprsencedu supercondensateur. 3.5.2Pouvoir dattnuation du courant de court circuit Au regard des rsultats de simulations nous constatons que le courant de court-circuit aupointdedfautpassedeplusde20KAenlabsencedetoutsystmedestockage,une valeurdenviron20Aenprsencedelaccumulateurlectrochimique.Cettevaleurest denviron 50A en prsence du supercondensateur. Nous pouvons dire quelattnuation du courant de court-circuit est considrable aussi bienpourlesupercondensateurquepourlaccumulateurlectrochimique.Cependant,cette attnuation est meilleure pour laccumulateur lectrochimique. 3.5.3Les formes donde de courant et de tension Lasurintensitaupointdedfautestplusaccentuepourlesupercondensateurque pourlaccumulateurlectrochimique.Demme,lasurtensionestgalementplusaccentue auxbornesduconvertisseurstatique,lorsqueledispositifdestockageestle supercondensateur. Lafrquencedesondesdecourantetdetensionestpluslevepourle supercondensateur que pour laccumulateur lectrochimique. Cesondesnesontpasdessinusodesparfaites ;ellessontperturbesparles harmoniques issus du convertisseur statique. 3.6Conclusion Lechapitrequisachvenousapermisdefairelanalysecomparativedes performancesdynamiquesdelaccumulateurlectrochimiqueetdusupercondensateur,ces dernierstantconnectslachanedeconversionolienne.Unesuccinctemodlisationde ces deux dispositifs de stockage a t pralablement faite. Lanalyse de la rponse dynamique delachanedeconversionuncourt-circuittriphasde100msatfaite.Uneanalyse comparativedesperformancesdynamiquedusupercondensateuretdelaccumulateur lectrochimiqueatfaite.Ilressortdecetteanalysequelarponsedelachanede76 conversion olienne en prsence de laccumulateur lectrochimique est globalement meilleure par rapport celle obtenue en prsence du supercondensateur. 77 CONCLUSION GENERALE Cetravailestunecontributionllaborationdunoutilpertinentdechoixdes techniquesdvacuationdnergieissuedesarognrateurs.Eneffet,Plusieurssystmes dvacuationdnergieexistentetdesrecherchessontmenesenvuedelvaluationdes performances individuelles de ces derniers. Cependant, aucun intrt vritable na tjusqu cejouraccordlacomparaisondecesperformancespourunechaneconversionolienne donne. Cet tat de fait ouvre notre avis un axe pertinent de recherche envisager. Il sagit pour nous dinaugurer une nouvelle voie dinvestigation consistant lanalyse comparative des performancesdes techniques dvacuation dnergie des arognrateurs. Ce travailviseterme,constitueruninstrumentpouvantguiderlingnieurdanslechoixdes solutions optimales dvacuation de lnergie lectrique issue de la gnration olienne. Dans un premier volet, un tat de lart des diffrentes techniques de stockage dnergie rencontresdanslalittratureestfait.Lestechniquesinnovantestellesquelestockagepar lectrolyseeauetpilecombustiblesontgalementtraites.Unerevuedesprincipales chanesdeconversiondelnergieolienneesteffectue.Uneimportanceparticulireest accorde linvestigation des diffrents types de machines utilises comme gnratrices pour ces chanes. La machine asynchrone cage dcureuil est choisie comme gnratrice pour la chane de conversion ltude. Ce choix sejustifie par la disponibilit, la robustesse et la simplicitde cette machine. Le deuxime volet de ce travail, consiste en une modlisation lectromcanique de la chanedeconversiondnergie.Unmodledeventestprsent.Unemodlisationde linteractionvent-aroturbineestfaite,elleestbasesurlathoriedudisqueactuateur.Le couplagemcaniqueentrelarbredelaroturbineetlaxedelamachineestgalement modlis. Une modlisation de la gnratrice asynchrone cage est faite dans le rfrentiel de Park. La chane ainsi modlise est simule et les rsultats comments. 78 Lechampdinvestigationdanscetravailestrestreintdeuxsystmesdestockage dnergie :lesupercondensateuretlaccumulateurlectrochimique.Desmodleslectriques simplifis sont prsents pour chacun de ces systmes. Le troisime volet du travail est consacr aux essais virtuels. Ainsi, il est procd dans un premier temps la simulation sur une dure de 1500 s du comportement dynamique de la chane de conversion, associ chacun des deux systmes de stockage. La rponse dynamique delachanedeconversionuncourt-circuittriphasphase-terrede100msestensuite simule.Cettesimulationestmenedansunpremiertempsenlabsencedetoutsystmede stockage ;elleestensuitefaiteenprsencedechacundesdeuxsystmesdestockagesous investigation. Lexamendesrsultatsdesessaisvirtuelseffectusestutiliscommesupportpourlanalyse comparative des performances dynamiques de laccumulateur lectrochimique et du supercondensateur.Troiscritressontutilissdansnotreanalyse.Lepremiercritreestlastabilitque procurelesystmedestockagelachanedeconversion ;ilsagitdelaptitudedecette dernire recouvrer son fonctionnement normal la suite du dfaut. Le deuxime critre est lacapacitdattnuationducourantdecourt-circuit.Letroisimecritreestlanaturedes formes donde de courant et de tension au point de dfaut. Ilressortdecetteanalysequelesperformancesdynamiquesdelaccumulateur lectrochimique sont globalement meilleures compares celles du supercondensateur. Toutes les solutions dvacuation dnergie nont pas t retenues dans notre analyse. Leurpriseencomptedansunetudeultrieureconstitueuneperspectivevidentedece travail.Cetteanalysecomparativepourraitaussitreenvisagedanslecasdeschanesde conversion utilisant dautres types de machine comme gnratrices.Notons galement que laspect cot na pas pu tre trait dans notre tude. Sa prise en compte constitue aussi une perspective pertinente dtudes ultrieures. 79 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES [1]B.Multon,G.Robin,O.Gergaud,H.BenAhmed, LeGnieElectriquedanslevent : tatdelartetrecherchesdansledomainedelagnrationolienne ,JCGE03,Saint-Nazaire, 5 et 6 juin 2003. [2] B. Robyns, A. Davigny, C. Saudemont, A. Ansel, V. Courtecuisse, B. Franois, S. Plumel, J. Deuse