Supervision d’un ensemble hybride éolien hydraulique sans stockage

 Introduction

Dans le chapitre précédent, nous avons proposé l’association d’une microcentrale hydraulique et une centrale éolienne. Dans ce chapitre, nous aborderons la supervision d’une centrale hybride éolien/hydraulique sans stockage connecté à un réseau puissant. L’objectif de ce chapitre est d’analyser et de comparer cinq types de superviseurs (proposés dans des travaux antérieurs [Ver 07]) pour la gestion d’une centrale multi sources, afin d’optimiser la production de l’énergie hydroélectrique. D’abord, nous présenterons les cinq types de superviseurs: • Un superviseur simple basé sur le bilan des puissances, • Trois superviseurs basés sur la méthodologie implicite avec utilisation de logique floue • Un superviseur basé sur la méthodologie explicite avec fonction d’optimisation de l’énergie produite par la source hydraulique. Ensuite, nous ferons le bilan de chaque type de superviseur en s’appuyant sur des indicateurs de qualité de puissance et d’efficacité énergétique. Enfin, nous proposerons un tableau comparatif de ces cinq types de superviseurs suivant quatre indicateurs de qualité de puissance et d’efficacité énergétique: puissance moyenne hydraulique extraite, puissance moyenne hybride fournie au réseau, écart type et rendement. Pour calculer ces indicateurs, nous utilisons la commande « Data statistics» du Matlab Simulink. Le critère de maximisation de l’énergie fournie au réseau est lié au rendement, tandis que la qualité de lissage de la puissance hybride est liée à l’écart type. La structure globale de la centrale hybride considérée dans les simulations est présentée dans la figure 4.1. La centrale multi sources étudiée est constituée d’une éolienne à vitesse fixe associée à une source hydraulique. Les vitesses du vent, qui ont été utilisées pour l’étude, ont été mesurées sur le site de Dunkerque. La puissance éolienne est fixée par les générateurs éoliens et n’est donc pas contrôlable. Seule la puissance de la micro centrale hydraulique est commandée, ce qui permettra de compenser les fluctuations de la puissance éolienne. Pour l’étude des superviseurs, le débit d’eau est supposé constant. 124 Réseau Microcentrale Hydraulique à vitesse variable Éolienne à vitesse fixe Réseau de puissance Puissance Phyd Qhyd Phyd Pw Pw Qw Phyd−ref Supervision Superviseur Paramètres •Unités •Vitesse nominale du vent •Puissance nominale de l’éolienne •Puissance nominale de l’hydraulique •Débit de l’eau •12 m/sec •600 kW •300 kW •1000 m3 /sec Les simulations ont été effectuées avec le logiciel Matlab-SimulinkTM Le tableau 4.1 donne les conditions de simulations des cinq types de superviseurs.

Supervision basée sur la puissance hydraulique disponible 

Principe de fonctionnement

Le schéma du principe de fonctionnement est présenté dans la figure 4.2a. Cette méthode utilise une commande qui s’appuie sur un filtrage (filtre passe-bas) de la puissance éolienne mesurée. Nous rajoutons arbitrairement un pourcentage de la puissance hydraulique disponible à la puissance éolienne filtrée hyd disp P w f P hyb P − + − = τ . τ est le pourcentage de la puissance hydraulique à produire. L’objectif final étant de réduire la fluctuation ∆ Pw = Pw − f − Pw de la puissance éolienne. Les écarts ∆ Pw peuvent être positifs ou négatifs. Pour obliger la microcentrale hydraulique à fonctionner toujours en générateur nous fixons la valeur de τ entre 0 et 1. ∆ Pw est l’écart entre la puissance éolienne disponible Pw et la puissance éolienne filtrée w f P − , hyb P est la puissance hybride fournie au réseau électrique. La figure 4.2b montre le principe de cette approche. Ainsi une réserve de puissance ( ) − Phyd − disp 1 τ est obtenue. Plus le pourcentage de τ est élevé et plus la réserve de puissance permettant de compenser la fluctuation positive est réduite. Et vice versa. Figure 4.2a Schéma du principe de fonctionnement 126 Phyd Phyd−nom Phyd−nom τ. t(sec) 0 0 t(sec) ( ) − Phyd−nom 1 τ . Objectifs Contraintes Moyens d’actions Outils •Maximiser l’énergie envoyée au réseau •Lisser la puissance électrique de la source hybride. •Fluctuation de la puissance éolienne. •Les limites de la capacité énergétique de la source hydraulique. •La puissance de référence de la turbine hydraulique. •Bilan des puissances •Filtrage et facteur de pondération Figure 4.2b Principe de commande de la puissance hydraulique Dans les trois superviseurs suivants, nous utilisons le même principe. Le superviseur n°1 nous permet de fixer τ de façon arbitraire. Le superviseur n°2 est basé sur la logique floue; il nous permet de déterminer τ suivant la mesure de la puissance hydraulique afin d’éviter la saturation de la microcentrale hydraulique. Le superviseur n°3 est aussi basé sur la logique floue; il permet de déterminer τ suivant l’écart entre la puissance éolienne filtrée et non filtrée, afin d’anticiper les fluctuations.