Note publique d'information : Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l’étude, le dimensionnement optimisé
et la commande d’une chaîne de conversion d’énergie hydrolienne à base de machine
synchrone à aimants permanents à deux stators (DSCRPMG). Les concepts de turbines
hydroliennes, les projets existants et les structures électrotechniques usuelles sont
d’abord présentés. Un système d’entraînement direct avec une turbine à pas fixe est
retenu. Le modèle analytique de la machine synchrone à deux stators est élaboré et
différentes stratégies de commande sont testées (commande à facteur de puissance unitaire,
à flux constant ou à couple maximal). Une approche originale minimisant la fois les
pertes de la machine mais aussi celles du convertisseur est proposée conduisant à
un meilleur rendement sur l’ensemble de la plage de vitesse (zone MPPT et régime défluxé)
tout en respectant les contraintes de tenue en tension et thermiques du système. Une
optimisation multi-objectif de l’investissement et de l’énergie extraite par l’ensemble
de la chaîne de conversion est réalisée pour une durée d’exploitation de 20 ans avec
prise en compte des probabilités d’apparition de vitesse du courant marin. Il en résulte
que la machine double stator donne une nette amélioration du couple volumique en contrepartie
d’une légère dégradation du couple massique comparée à la machine synchrone classique.
Enfin l’accent est mis sur la commande de la chaine de conversion en mode normal ou
en mode défaut, en particulier le cas de l’ouverture d’une phase du stator externe.
Différentes stratégies sont étudiées pour assurer une continuité de service et minimiser
les ondulations de couple montrant ainsi les possibilités offertes par la DSCRPMG.
Note publique d'information : The work presented in this thesis concerns the study of sizing, optimization and control
of double stator permanent magnet generator (DSCRPMG) system for tidal current energy
application. Turbine concepts, relative projects and usual chain of tidal energy conversion
are first presented. A direct drive system with fixed pitch turbine is used. The analytical
model of the DSCRPMG is developed and different control strategies are tested (unity
power factor control, constant flux and maximum torque per ampere control). An original
approach minimizing both losses of the machine and the converter is proposed, leading
to improve the system efficiency over the whole speed range (MPPT and flux weakening
regions) taking into account voltage and thermal constraints. A multi-objective optimization
of investment and energy extracted by the entire conversion chain is performed for
an operating period of 20 years, taking into account the occurrence of the sea current
speed probabilities. As a result, the double stator machine gives a clear improvement
in torque density despite a slight degradation of the mass torque compared to the
conventional single stator synchronous machine. Finally emphasis is placed on the
control of the conversion chain under normal mode or fault conditions, particularly
for open circuit fault of the outer stator. Different strategies are designed to ensure
continuity of service and minimize torque ripples, showing the possibilities offered
by the DSCRPMG.
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