Responsable du Projet: Mohamed Faouzi Mimouni
Résumé et objectifs :
Les travaux abordés dans le cadre de ce projet s’inscrivent d’une part dans l’ingénierie de contrôle, de supervision et de conduite des systèmes industriels équipés des machines synchrones ou asynchrones triphasées ou polyphasées et d’autre part dans la contribution de la maitrise de l’énergie renouvelable depuis la production jusqu'à la consommation. Ces travaux s’organisent autour de deux axes :
- Le premier axe intitulé « Stratégies pour la commande des machines électriques polyphasées».
A cet égard, les travaux que nous ciblons investiguer en premier lieu dans ce projet consiste à établir des stratégies de commande en modes sain et dégradé dédiées aux machines à induction et synchrones à aimants permanents polyphasées. Les machines polyphasées jouissent d’une réputation remarquable dans plusieurs domaines nécessitant une excellente continuité de service : la marine, la traction ferroviaire, l’industrie pétrochimique, l’avionique, l’automobile, etc. En effet, lors de l'augmentation des puissances des machines, des problèmes apparaissent tant au niveau des convertisseurs statiques que des machines.
Les interrupteurs de puissance intégrés dans les convertisseurs doivent commuter des courants importants et il est souvent nécessaire de placer plusieurs structures en parallèle. A puissance donnée, la réduction des courants à commuter passe par l'augmentation de la tension. Les onduleurs de tension font apparaitre des gradients de tension élevés, provoquant ainsi le vieillissement accéléré des isolants utilisés dans la réalisation des bobines. Les machines polyphasées offrent ainsi une alternative intéressante afférente à la réduction des contraintes appliquées aux interrupteurs comme aux bobinages. En effet, la multiplication du nombre de phases permet un fractionnement de la puissance et de ce fait une réduction des tensions commutées à courant donné. Également, la multiplication du nombre de phases assure une fiabilité accrue en permettant au système considéré de fonctionner avec une ou plusieurs phases en défaut. Les problématiques qui seront abordées dans cet axe de recherche portent en particulier sur les aspects suivants :
- Modélisation, commande et diagnostic d’un moteur à induction pentaphasé,
- Commande robuste, diagnostic et détection des défauts d’un moteur synchrone à aimants permanents pentaphasé,
- Modélisation et commande à énergie minimale d’un moteur à induction penthaphasé,
- Modélisation et commande de deux machines asynchrones pentaphasées alimentées par un seul onduleur,
- Dans le deuxième axe « Approches intelligentes pour l’optimisation des systèmes d’énergie renouvelable multi sources »,
Nous développons des aspects dans le cadre de la préservation de l’environnement. Dans ce contexte, l’épuisement des réserves en énergies fossiles et les enjeux économiques expliquent le regain d’intérêt pour les sources d’énergies renouvelables ces dernières années. Bien entendu, le contexte énergétique National a évoqué durant les dernières décennies un intérêt stratégique pour le développement socioéconomique de la Tunisie. Au vu du déficit énergétique enregistré chaque année, la Tunisie projette d'ici 2030, l'intégration de 30% d'énergie renouvelable. C’est ainsi que diverses mesures aussi bien structurelles que fonctionnelles ont été adoptées pour rationaliser l’exploitation des ressources énergétiques disponibles. Parmi ces mesures, nous citons les activités de l’Agence Nationale des Energies Renouvelables (ANER) vers les actions d’économie d’énergie et l’incitation à l’utilisation des énergies renouvelables. Dans ce contexte, la motivation d’investiguer au niveau des Systèmes d’Energies Renouvelables émane de la nécessité de renforcer l’effort National, en termes d'économie d'énergie, d’amélioration de la balance énergétique, de contribution à la réduction des coûts énergétiques et d’appui à la maîtrise et au transfert des technologies énergétiques innovantes. Par ailleurs, face à la volonté politique de la Tunisie de développer des énergies alternatives qui respectent l’environnement comme l’énergie éolienne et l’énergie solaire, des efforts importants ont été menés pour mettre en place des systèmes de production d’énergie électrique multi-sources (solaire, éolien,… ). Ces derniers représentent un moyen efficace de réduire de façon remarquable la consommation de carburant et les émissions de gaz à effet de serre. Cependant, dans l’objectif de les rendre compétitives, nous sommes appelés de développer non seulement des systèmes de contrôle permettant d’améliorer le rendement de chaque source, mais également un système de supervision permettant la bonne gestion et le stockage optimal de cette énergie. Cela se traduit par le développement des algorithmes de commande optimale, de diagnostic, de surveillance de la production, du stockage de l’énergie et également des outils de management. Les résultats attendus de ce projet peuvent être bénéfiques pour le Ministère de l’Agriculture, la Société Tunisienne d’Electricité et de Gaz (STEG) et pour différents industriels, ouvrant ainsi une piste de développent durable du secteur énergétique en Tunisie qui aide à la préservation de l’environnement.
Le programme de travail envisagé porte sur les aspects suivants :
- Modélisation : La première étape sera de mettre en place la plateforme de modélisation de l’ensemble de la chaine de conversion d’énergie. Cette modélisation devra être générique pour pouvoir étudier plusieurs architectures du raccordement entre les différents éléments du micro grid : turbine, génératrice, convertisseur, panneaux photovoltaïques, batteries, etc. La modélisation prendra en compte la variabilité climatique et les non linéarités inhérentes à certains éléments de la chaine de conversion.
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Stratégies de commande : L’étape suivante sera le développement des stratégies de commande pour la gestion dynamique d’énergie. Cette gestion en temps réel peut être assurée par exemple à travers l’utilisation des algorithmes à base de l’intelligence artificielle permettant d’assurer la stabilité du réseau quelques soient les conditions de fonctionnement, comme par exemple limiter les ondulations de la tension sur le bus continu. Ces lois de commande seront enrichies par des outils algorithmiques pour extraire le maximum de puissance type MPPT.
A un niveau plus global de l’optimisation de l’énergie dans le micro grid, une couche de gestion d’énergie (fondée par exemple sur une commande stochastique) va être appliquée en supposant la connaissance au préalable du profil de puissance de la mission. Ces méthodes ont été appliquées avec succès aux domaines automobiles, ferroviaires, et aéronautiques, et ont montré de bonnes performances. Leur application au domaine du réseau semble être prometteuse. - Diagnostic en ligne et commande tolérante aux défauts : Les performances de ces stratégies de commande seront validées et évaluées par la simulation pour un fonctionnement dans des conditions normales et ensuite dans des conditions dégradées. Sur le plan de la stabilité, les lois de commande intelligentes seront complétées par des méthodes de supervision et de diagnostic en temps réel mises en place afin d’identifier et d’analyser à l’avance les changements dans le temps des grandeurs électriques en différents points du micro grid ainsi que les évolutions des paramètres de chaque source d’énergie suite à l’apparition d’un défaut ou d’une perturbation brutale. Ensuite et après la localisation de la source de perturbation, une méthode d’isolation et de reconfiguration devra être mise en place afin de garantir la continuité de service dans les plus brefs délais. La méthode de reconfiguration peut être fondée sur l’adaptation en temps réel de l’algorithme de commande (le fonctionnement en mode dégradé, en particulier la commandabilité et l’observabilité, devront être considérés dans la phase de conception du réseau), ou encore par l'utilisation de matériels redondants (plusieurs bras de convertisseur par exemple).
- Validation par simulation : La validation de fonctionnement du micro grid par simulation (fonctionnement sain et dégradé) constitue la première étape de validation. Cependant, lorsque l’on souhaite effectuer une validation expérimentale on est vite confronté aux coûts élevés et/ou la disponibilité des équipements. Nous proposons dans cet axe de recherche d’initier la mise en place d’une chaine de conversion multi-sources raccordée au réseau électrique ou fonctionnant en mode isolé en particulier pour l’électrification rurale et les applications de pompage.
Les problématiques qui seront abordées dans cet axe de recherche portent en particulier sur les aspects suivants :
- Modélisation et Commande intelligente d’un système d’énergie renouvelable multi-sources raccordé au réseau électrique,
- Conception d’un micro grid à haute fiabilité fonctionnelle basée sur les énergies renouvelables : modélisation, contrôle-commande et gestion d’énergie en modes sain et dégradé,
- Conception, Modélisation et Commande d’un micro-réseau électrique intelligent intégrant la minimisation du courant de fuite,
- Commande, Gestion et Optimisation d’un système de pompage multi-sources renouvelables,