Modélisation et simulation d’une microcentrale hydroélectrique

Dans le chapitre 1, nous avons choisi une structure originale de couplage mécanique de la microcentrale hydroélectrique, nous nous proposons dans ce chapitre la modélisation et la simulation de celle-ci. L’objectif de la modélisation est de remplacer l’objet physique coûteux et d’utiliser celle-ci comme outil de simulation ou de conception. L’objectif du modèle consiste à prédéterminer et à étudier le comportement de l’objet aux différentes sollicitations. Il existe différents types de modèles pour réaliser les objectifs de la modélisation. Un système de production électrique est un système complexe qui comprend beaucoup de grandeurs physiques et d’équations mathématiques. Nous avons donc choisi le modèle graphique, et plus précisément la Représentation Énergétique Macroscopique (REM) [Bou 00], celle-ci nous permettra d’obtenir une macro-représentation des grandeurs échangées entre la microcentrale hydroélectrique et le réseau interconnecté ou les sites isolés.

Représentation Énergétique Macroscopique (REM) de la micro centrale hydroélectrique

On présentera dans un premier temps la modélisation des différents composants de la microcentrale hydroélectrique sous forme de REM, ensuite nous allons les regrouper dans un système global afin de mettre en avant les différents aspects énergétiques. II.2.1. Définition de la REM La REM permet la représentation des systèmes énergétiques complexes en vue de leur commande. Elle est la continuité du modèle Graphique Informationnel Causal (GIC) [Hau 96]. Cette représentation est un compromis entre une « description matricielle » (vision physique) et « fonctionnelle » (pour l’inversion). Elle est basée sur la systémique (description externe par action – réaction) et par une description interne causale. La modélisation par REM repose donc sur une mise en avant des aspects énergétiques, mais aussi sur la nécessité d’imbriquer des modèles de niveaux différents. 40 Réseau de puissance Ou site isolé MADA Turbine Kaplan MSAP MLI n°1 MLI n°2 Arbre Multiplicateur Bus continu C II.2.2. Notations Le produit d’une entrée et d’une sortie d’un élément constitutif donne une puissance. Par exemple, si l’entrée est une tension, alors la sortie sera obligatoirement un courant. Les variables sont soit des scalaires (pression, débit) soit des vecteurs, mais l’entrée et la sortie correspondante doivent avoir la même nature.

Modélisation et simulation d’une microcentrale hydroélectrique

La modélisation et la simulation du fonctionnement sur site isolé, respectivement sur réseau puissant, seront traitées. La figure 2.1 représente la structure de la microcentrale hydro électrique à vitesse variable étudiée. Figure 2.1 Structure de la microcentrale hydro électrique à vitesse variable étudiée On présentera dans un premier temps la modélisation des différents composants de la source hydroélectrique sous forme de REM. 41 T p q Cturbine Ωarbre T q p SMSM II.3.1. Modélisation de la source d’énergie primaire La source mécanique du modèle SM à savoir l’eau, fournit un débit hydraulique q et en réaction reçoit une pression p exercée par la turbine. Le produit de ces deux quantités est égal à la puissance hydraulique Phyd . La figure 2.2 fait apparaître la source mécanique du modèle. L’expression de la puissance hydraulique est: P pq hyd = (2.1) Il faut faire attention de dissocier source et générateur. En effet, une source est aussi bien un récepteur d’énergie qu’un générateur. Figure 2.2 REM de la Source mécanique 

Modélisation de la turbine hydraulique

La puissance mécanique Pmec en sortie de la micro turbine hydraulique est obtenue à partir de la puissance hydraulique Phyd et le rendement t η de celle-ci. L’expression de la puissance mécanique est : Pmec = η tPhyd = CturbineΩarbre (2.2) La figure 2.3 fait apparaître le modèle de la turbine hydraulique. Figure 2.3 REM de la turbine hydraulique 42 Ωarbre Cturbine Ωarbre Cem−msap Cem−mada Ωarbre Modélisation de l’arbre de transmission Le modèle dynamique simplifié de l’arbre mécanique repose sur les équations suivantes. arbre arbre C dt J d 1 = Ω (2.3) Carbre = Cturbine + Cem − ms + Cem − mada (2.4) Où J représente l’inertie totale, qui apparaît sur le rotor du générateur, Carbre est le couple total, Cem−ms est le couple électromagnétique de la machine synchrone à aimant permanant MSAP, Cem−mada est le couple électromagnétique de la machine asynchrone à double alimentation MADA.