Le cadre théorique des systèmes énergétiques révèle une avancée significative dans la modélisation d’un micro-système hybride pour le CETIC de Ngang. En intégrant l’énergie solaire et hydraulique, cette recherche promet de transformer l’approvisionnement électrique dans les zones rurales du Cameroun, tout en réduisant les émissions de CO2.
Diagramme général du micro-système hydraulique
Les sous-modèles individuels comme le régulateur de la turbine hydraulique, le générateur synchrone, le système d’excitation et la charge R triphasé sont maintenant connectée ensemble pour former la modélisation complète du micro-système hybride hydraulique (voir figure III.8).
Figure III. 8: Diagramme général du système hydraulique
g
dw : vitesse de déviation (pu) wref : vitesse de référence (pu)
we : vitesse du courant de la machine (pu)
Pref : puissance mécanique référence (pu)
d
Peo : puissance électrique de la machine (pu)
Visualisation des signaux
Après la modélisation du système hydraulique, les résultats obtenus ci-dessous ont été faits à partir du paramétrage (figure III.9) de l’alternateur et des autres éléments qui contribuent à une bonne simulation.
Figure III. 9: paramétrage de l’alternateur
Les figures III.10 ci-dessous illustrent respectivement la vitesse du rotor (pu), la puissance électrique (pu) et la puissance réactive (pu).
Figure III. 10 : Courbes de la vitesse du rotor (pu), de la puissance électrique (pu) et de la puissance réactive (pu)
La première courbe (verte) illustre le signal de la vitesse du rotor en pu et on observe une valeur de 1, 16 pu ;
La deuxième courbe (bleue) illustre le signal de la puissance électrique en pu et on observe une valeur de 0, 148 pu ;
La troisième courbe (rouge) illustre le signal de la puissance réactive en pu et on observe une valeur de 5.10-17 pu.
La figure III.11 ci-dessous illustre le courant dans le stator de la génératrice synchrone.
Figure III. 11 : courant dans le stator de la génératrice synchrone
La courbe verte illustre le signal du courant de la première phase du stator en pu et on observe une valeur de 0, 1 pu ;
La courbe bleue illustre le signal du courant de la deuxième phase du stator en pu et on observe une valeur de 0, 1 pu ;
La courbe rouge illustre le signal du courant de la troisième phase du stator en pu et on observe une valeur de 0, 1 pu.
Les figures III.12 ci-dessous illustrent respectivement les différentes tensions triphasées (Uhydro1, Uhydro2 et Uhydro3) aux bornes de la charge, et les différents courants triphasés (Ihydro1, Ihydro2 et Ihydro3) traversant la charge.
Figure III. 12: Courbes tensions et courants de l’alternateur
Pour la figure des tensions :
La courbe verte illustre le signal de la tension composée de la première phase de l’alternateur en volt et on observe une valeur maximale de 388 V ;
La courbe bleue illustre le signal de la tension composée de la deuxième phase de l’alternateur en volt et on observe une valeur maximale de 388 V ;
La courbe rouge illustre le signal de la tension composée de la troisième phase de l’alternateur en volt et on observe une valeur maximale de 388 V.
Pour la figure des courants :
La courbe verte illustre le signal du courant composé de la première phase de l’alternateur en volt et on observe une valeur maximale de 210 A ;
La courbe bleue illustre le signal du courant composé de la deuxième phase de l’alternateur en volt et on observe une valeur maximale de 210 A ;
La courbe rouge illustre le signal du courant composé de la troisième phase de l’alternateur en volt et on observe une valeur maximale de 210 A.
Les figures III.13 ci-dessous illustrent respectivement les différentes tensions simples (Vhydro1, Vhydro2 et Vhydro3) aux bornes de la charge, et de la puissance électrique hydraulique (Phydro).
Figure III. 13: Courbes des tensions simples et de la puissance électrique
de l’alternateur hydraulique
La courbe verte illustre le signal de la tension simple de la première phase de l’alternateur en volt et on observe une valeur maximale de 224 V ;
La courbe bleue illustre le signal de la tension simple de la deuxième phase de l’alternateur en volt et on observe une valeur maximale de 224 V ;
La courbe rouge illustre le signal de la tension simple de la troisième phase de l’alternateur en volt et on observe une valeur maximale de 224 V ;
La courbe noire illustre le signal de la puissance électrique de l’alternateur en watt et on observe une valeur maximale de 154 kW.
SYSTEME SOLAIRE
Le système solaire est principalement constitué d’un champ PV, d’un contrôleur de l’onduleur unidirectionnel regroupant cinq éléments essentiels.
Champ PV
Le champ PV est un ensemble de panneaux BP Solar BP3230N. Il permet de tracer les caractéristiques (Ipv, Vpv et ID. La figure ci-dessous illustre le champ PV, l’irradiance et la température choisis pour la simulation.
Figure III. 14: Diagramme du champ PV
La figure III.15 ci-dessous indique les paramètres du champ PV.
Figure III. 15 : Paramétrage du champ PV
Les figures III.
ci-dessous illustrent respectivement l’allure de la tension en fonction du courant et celle de la tension en fonction de la puissance à 25 et 45° du champ PV.
Figure III. 16: Courbe de la tension en fonction du courant et celle de la tension en fonction de la puissance à 25 et 45° du champ PV
La courbe du courant en fonction de la tension montre que :
À 45°, lorsque la tension est nulle (circuit du champ PV ouvert), le courant vaut 290 A et demeure constant jusqu’à 340 V et décroît jusqu’à 0 A (circuit du champ PV court-circuité).
À 25°, lorsque la tension est nulle (circuit du champ PV ouvert), le courant vaut 290 A et demeure constant jusqu’à 480 V et décroît jusqu’à 0 A (circuit du champ PV court-circuité).
La courbe de la puissance en fonction de la tension montre que :
À 45°, la puissance évolue proportionnellement par rapport à la tension jusqu’au point maximum (Pmpp=9 kW et Vmpp=340 V) et décroît proportionnellement jusqu’à 0 kW lorsque la tension est de 450 V.
À 25°, la puissance évolue proportionnellement par rapport à la tension jusqu’au point maximum (Pmpp=10 kW et Vmpp=340 V) et décroît proportionnellement jusqu’à 0 kW lorsque la tension est de 480 V.
Les figures III.18 ci-dessous illustrent respectivement l’allure de la tension en fonction du temps, celle du courant en fonction du temps à la sortie du champ PV et le courant dans les diodes « anti-retours ».
Figure III. 17 : Courbe de la tension, du courant à la sortie du champ PV et du courant dans les diodes « anti-retours »
La tension du champ PV :
à t = [0 ; 0, 01], à t=0, la tension vaut 384 V et décroît jusqu’à 300 V ;
à t = [0, 01 ; 0, 03], la tension croît jusqu’à 384 V, revient à 380 V à t = 0, 07 et demeure constante.
Le courant du champ PV :
à t = [0 ; 0, 01], à t=0, le courant vaut 202 A et croît jusqu’à 260 A ;
à t = [0, 01 ; 0, 04], le courant décroît jusqu’à 200 A, revient à 202 A à t = 0, 07 et demeure constant.
Le courant des diodes :
à t = [0 ; 0, 01], à t=0, le courant vaut 55 A et décroît jusqu’à 10 A ;
à t = [0, 01 ; 0, 04], le courant croît jusqu’à 55 A, revient à 50 A à t = 0, 07 et demeure constant.
Contrôleur de l’onduleur unidirectionnel du système solaire
Le système de contrôle de l’onduleur contient cinq principaux sous-systèmes basés sur:
Le contrôleur MPPT: le contrôleur Maximum Power Point Tracker (MPPT) permet de modifier automatiquement le signal de référence Vdc du régulateur de l’onduleur afin d’obtenir une tension continue qui extrait la puissance maximale du champ PV ;
Le régulateur de tension Vdc: il permet de déterminer la référence requise (courant actif) pour le régulateur ;
Le régulateur de courant Id: en fonction des courants de référence Id et Iq (courant réactif), le régulateur détermine les tensions de référence requises pour l’onduleur. Dans notre cas, la référence Iq est définie sur zéro ;
PLL (Phase-locked loop appelée aussi boucle à verrouillage de phase ou boucle à phase asservie) : il est nécessaire pour la synchronisation et les mesures tension / courant ;
Le générateur PWM (Pulse Width Modulation appelé modulation de largeur d’impulsions): il génère des signaux de déclenchement à l’onduleur unidirectionnel IGBT (figure III.19) basés sur les tensions de référence requises à 1650 Hz.
Figure III. 18: Module de l’onduleur
PV.
La figure III.20 ci-dessous illustre la tension à la sortie de l’onduleur du champ
Figure III. 19: Tension de l’onduleur du champ PV
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Figure III. 20: Tension de l’onduleur du champ PV
Questions Fréquemment Posées
Comment fonctionne le micro-système hybride de production d’énergie électrique au CETIC de Ngang ?
Le micro-système hybride de production d’énergie électrique au CETIC de Ngang exploite l’énergie solaire et hydraulique, avec des sous-modèles connectés comme le régulateur de la turbine hydraulique et le générateur synchrone.
Quels sont les résultats de la simulation du micro-système hydraulique ?
Les résultats montrent une capacité de production significative et une réduction des émissions de CO2, soulignant l’importance du développement durable.
Quelles sont les valeurs maximales observées dans les courbes de tension et de courant de l’alternateur ?
Les courbes montrent une tension maximale de 388 V et un courant maximal de 210 A pour chaque phase de l’alternateur.