Optimal management of electrical energy from renewable energy sources dedicated to isolated sites

Les travaux de thèse s’inscrivent dans les problématiques des travaux de recherche de l’équipe thématique : Maitrise des Energies Renouvelables et systèmes de Stockage (MERS) du laboratoire GREAH-EA3220. Ils englobent le dimensionnement des éléments constitutifs du système et la gestion optimale de l’énergie électrique pour un système hybride (Diesel à vitesse variable, Eolien, PV et Batteries) dédié aux sites isolés. Les sources de production d'énergie alimentent des charges par le biais de convertisseurs multi-niveaux d’électronique de puissance. Le groupe électrogène comportant un moteur diesel à vitesse variable est considéré comme la principale source d’énergie utilisée pour contrôler la tension continue du point de couplage. Ce type de groupe électrogène est choisi pour optimiser la consommation du carburant. Il est sollicité pour délivrer une puissance électrique compatible avec le régime du moteur qui supporte mal les variations fréquentes et rapides. Les sources d’énergie renouvelables dont on cherche à augmenter la part d’énergie pour satisfaire la demande sont pilotées de manière à extraire instantanément le maximum de puissances disponible par les ressources (ensoleillement, vent). Celles-ci imposent ainsi leurs dynamiques et leurs intermittences au point de couplage. Le pack des batteries sert à compenser les fluctuations rapides de l’énergie provenant des sources d’énergie renouvelables par rapport à une évolution plus lente prise en charge par le groupe électrogène. La gestion des interactions au sein du système électrique hybride résultant est assurée au moyen de convertisseurs statiques multi-niveaux (AC / DC, DC / DC et DC / AC). Une approche de gestion d’énergie électrique fondée sur la répartition fréquentielle des perturbations induites au point de couplage par les sources renouvelables. Une plateforme expérimentale à échelle réduite (1/22) a été développée pour valider expérimentalement les approches théoriques et les simulations. Les résultats de simulations obtenus dans l’environnement logiciel Matlab/Simulink/SimPowerSystems et ceux issus du dispositif expérimental réalisé et piloté par dSPACE-1104 prouvent l’adéquation des méthodes de contrôle proposées.The thesis works are part of the research work of the thematic team: Mastery of Renewable Energies and Storage Systems (MERS) of the GREAH-EA3220 laboratory. They include the dimensioning of the constituent elements of the system and the optimal management of electrical energy for a hybrid system (Variable speed Diesel, Wind, PV and Batteries) dedicated to isolated sites. Power sources supply loads through multi-level converters of power electronics. The generator set with a variable speed diesel engine is considered to be the main source of energy used to control the DC voltage at the coupling point. This type of generator is chosen to optimize fuel consumption. It is used to deliver an electrical power compatible with the engine speed which does not tolerate frequent and rapid variations. Renewable energy sources whose share of energy is sought to meet demand are managed so as to instantly extract the maximum power available from resources (sunshine, wind). These thus impose their dynamics and their intermittences at the coupling point. The battery pack is used to compensate for rapid fluctuations in energy from renewable energy sources compared to a slower evolution supported by the generator. Interactions within the resulting hybrid electrical system are managed by means of multi-level static converters (AC / DC, DC / DC and DC / AC). An electrical energy management approach based on the frequency distribution of disturbances induced at the coupling point by renewable sources. An experimental platform on a reduced scale (1/22) has been developed to experimentally validate theoretical approaches and simulations. The results of simulations obtained in the Matlab / Simulink / SimPowerSystems software environment and those from the experimental device produced and piloted by dSPACE-1104 prove the adequacy of the proposed control methods