Analyse des impacts des défauts des contingences du réseau dans la dynamique torsionnelle des aérogénérateurs.

Pém, Louis Éric (2016). Analyse des impacts des défauts des contingences du réseau dans la dynamique torsionnelle des aérogénérateurs. (Mémoire de maîtrise). Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue. Repéré dans Depositum à https://depositum.uqat.ca/id/eprint/678

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Résumé

L’inquiétude au sujet des phénomènes de vibrations de torsion des machines tournantes est continuellement annoncée depuis plusieurs années à partir d'applications diversifiées telles que l'industrie du pétrole et du gaz, des mines, des pâtes à papiers, les systèmes de traction ferroviaire, les applications automobiles.
Pour les aérogénérateurs, les fluctuations (incontrôlables) de la vitesse du vent sont transmises sous forme de puissance variable; ainsi le couple externe appliqué au multiplicateur de vitesse produit un couple mécanique qui sera appliqué à l’arbre de la génératrice. Ce couple externe est une superposition d’une composante continue dominante et d’un ensemble de composantes harmoniques; il en est de même du couple mécanique appliqué à la génératrice. L’interaction entre les fréquences des composantes harmoniques du couple externe et les fréquences naturelles de l’arbre pourrait produire des résonances torsionnelles de l’arbre mécanique.
Il faut aussi préciser que tout défaut électrique et/ou toute contingence de charge pouvant se produire dans le réseau peuvent entraîner des résonances torsionnelles dans le système mécanique. En effet, de tels comportements dynamiques ont une répercussion directe sur le couple dans l’entrefer de la génératrice. Ils y créent des composantes pulsatoires supplémentaires du couple, et ces dernières pourraient également interagir avec les fréquences naturelles de l’arbre, potentiellement en excitant les résonances torsionnelles. Pour tenir compte de telles dynamiques, une modélisation appropriée de l’ensemble du système est nécessaire.
L’objectif de ce mémoire est d’analyser et de mettre en évidence les impacts des défauts et des contingences du réseau dans la dynamique torsionnelle des aérogénérateurs. Dans le but d’atteindre cet objectif, nous avons :
- Modélisé et simulé le sous-système multiplicateur de vitesse, identifier les fréquences non externes qui pourraient entraîner un risque de résonnance;
- Identifié la plage de fonctionnement dans laquelle il n’existerait aucun risque de résonance;
Calculé les efforts de torsion que subiront les masses en rotation;
Hormis les modèles admittance et hybride de la machine synchrone, nous avons construit un modèle de la génératrice qui admet comme vecteur de commande la tension de champ et le couple mécanique. Les résultats de simulation de défauts et des contingences sur une charge locale sont présentés. Nous avons également :
- Décrit un modèle d’état du convertisseur statique invariant dans le temps en éliminant l'action des commutations par la méthode de transformation dq dans lequel le convertisseur de puissance de type AC-DC-AC, hormis son système de régulateur PID, a été traité comme un transformateur électrique.
- Nous avons également combiné des différents sous modèles d’état en vue d’étudier la stabilité du système globale de conversion via la commande par retour d’état en utilisant la méthode de placement de pôles.

Finalement, nous avons décrit la structure complète du modèle permettant de mettre en évidence l’impact des défauts et des contingences du réseau sur la dynamique torsionnelle. Des simulations numériques de ces impacts sont présentées et discutées, nous y montrons aussi des possibilités d’élimination des composantes harmoniques de couple; lorsque la génératrice est connectée à un convertisseur de courant à thyristors à commutation assistée côté charge (LCI: Load Commutated Inverter). Le modèle tient compte des convertisseurs ayant des indices de pulsation machine/réseau 12/12, 18/18 et 24/24. La stratégie de commande des interrupteurs de puissance du convertisseur qui peut être une commande de type autopilotée a été exclue de ce modèle afin d’en simplifier l’analyse, leur impact sur l’analyse torsionnelle étant très limité.
Dans le contexte d’une plage de fonctionnement sans risque, les résultats de simulation pour une charge (résistive, inductive et capacitive) montrent que le risque de résonance côté mécanique dépend surtout du pic du couple électromagnétique dans l’entrefer de la génératrice; plus le temps de stabilité après le pic est grand, plus le couple mécanique augmente en amplitude.

Type de document:	Thèse ou mémoires (Mémoire de maîtrise)
Directeur de mémoire/thèse:	Wamkeue, René
Codirecteurs de mémoire/thèse:	Song Manguelle, Joseph
Mots-clés libres:	analyse, impact, défaut, contingence, réseau, dynamique, torsionnelle, aérogénérateur
Divisions:	Génie > Maîtrise en ingénierie
Date de dépôt:	01 nov. 2016 13:22
Dernière modification:	01 nov. 2016 13:22
URI:	https://depositum.uqat.ca/id/eprint/678

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