Commande avancée des systèmes d'énergie renouvelable

Nowadays renewable energy is a long term solution for replacing the conventional sources of energy. The use of photovoltaic (PV) arrays and wind turbines has become very popular. Some of the big inconveniences of these alternatives are the low conversion rate of the energy and the necessity of using an energy storing system. Another drawback is the reduced transfer efficiency between the PV arrays or/and wind turbines and the consumers.powered by renewable sources of energy. The following main problems are considered: PV panel modelling, buck converter modelling, non-linear observers design, control algorithms based on maximum power point tracking (MPPT), polynomial control algorithms, stability of the system. Chapter 2 presents different photovoltaic cell models that can be further used in control loops. A graphic user interface is created for facilitating the computation of certain parameters and of the power-voltage / current-voltage characteristics of a PV panel. Chapter 3 focuses on elaborating a Takagi-Sugeno (T-S) observer which provides the estimated voltage of the PV panel. Chapter 4 compares different MPPT algorithms, as well as advanced control algorithms which makes possible to improve the performances of the control loops. A case study of a supervisory control that uses fuel cells is presented. Chapter 5 presents a distributed control system that is managed via an OPC server. A robust R-S-T polynomial controller is designed, validated in simulation and tested on a prototype. A data acquisition system stores the data sent by each of the control loops and is able to plot data in real time. The code of the developed software and some schematics used in simulations are given in the annexes.De nos jours, l’énergie renouvelable est une solution durable pour remplacer les sources conventionnelles d’énergie L’utilisation de réseaux photovoltaïques (PV) et d’éoliennes est devenue très populaire. Certains des grands inconvénients de ces alternatives sont le faible taux de conversion de l'énergie et la nécessité d'utiliser un système de stockage d'énergie Un autre bémol est aussi l’efficacité réduite du transfert entre les réseaux PV et/ou les éoliennes, et les consommateurs.L’objectif de cette thèse est de présenter et de comparer différentes stratégies de commandes pour les systèmes alimentés par les sources d’énergies renouvelables. Les problèmes suivants sont traités : la modélisation de panneaux PV, la synthèse des observateurs non linéaires, les algorithmes de contrôle basé sur une recherche du point de puissance maximum (MPPT), les algorithmes de contrôle polynômial, la stabilité du système. Le chapitre 2 présente différents modèles de cellule photovoltaïque qui peuvent être utilisés dans une boucle de contrôle. Une interface utilisateur graphique est créée pour faciliter le calcul de certains paramètres et de la courbe caractéristique de la tension voltage du panneau PV. Le chapitre 3 traite l’élaboration d’un observateur Takagi-Sugeno (T-S) qui fournit la tension estimée du panneau PV. Le chapitre 4 compare différents algorithmes MPPT, ainsi qu’un algorithme de contrôle avancé qui permet d’améliorer les performances des boucles de contrôles. Une étude de cas d’une commande de supervision utilisant une cellule à combustion est présentée. Le chapitre 5 présente un système de contrôle distribué qui est géré via un serveur OPC. Un algorithme de control polynomial robuste R-S-T est élaboré, validé en simulation et testé sur une plateforme expérimentale. Un système d’acquisition de données enregistre les informations envoyées par chacune des boucles de contrôle et est capable de tracer les données en temps réel. Les codes des logiciels développés et certains schémas de simulation sont donnés dans les annexes