Contribution au développement d’algorithmes de commande et de régulation numérique des onduleurs photovoltaïques

Abstract

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre des travaux de recherche dédiés à l'optimisation du contrôle d'un système de pompage solaire photovoltaïque. Dans ce contexte, des contrôleurs efficaces ont été proposés pour améliorer l'efficacité des schémas de contrôle conventionnels. Les algorithmes d’extraction de la puissance photovoltaïque (MPPT) conventionnels à pas fixe sont simples à mettre en œuvre et convergent vers le point de puissance maximum lorsque la lumière du soleil varie uniformément, sauf qu'ils souffrent d'une dynamique de suivi lente lorsque les conditions météorologiques changent de manière dynamique. En outre, ils peuvent provoquer d'énormes pertes de puissance en raison de la présence de fluctuations de puissance. Dans ce contexte, deux algorithmes MPPT à pas variables sont proposés pour optimiser la dynamique d'extraction de puissance sous différentes conditions climatiques. Tout d'abord, un contrôleur hybride basé sur la logique floue et le contrôleur par mode glissant est proposé comme alternative à l'algorithme traditionnel de Perturbation et Observation. D'autre part, la structure de l'algorithme de Conductance Incrémentale a été modifiée pour bénéficier de ces avantages et d’éliminer ses inconvénients. La commande vectorielle par orientation de flux permet un contrôle indépendant du flux du moteur et du couple électromagnétique. Cependant, les résultats de simulation ont montré que cette méthode est très sensible aux changements brusques de couple résistant. Pour cette raison, la commande prédictive non linéaire a été proposée comme alternative pour améliorer la réponse du moteur asynchrone. Cette commande permet de réaliser un découplage complet entre le couple et le flux et résiste aux variations des paramètres intrinsèques et extrinsèques du système. De plus, elle améliore la réponse en couple et réduit ses ondulations. Les contrôleurs développés (contrôleurs MPPT et contrôleurs de moteur à induction) sont combinés pour créer un schéma de contrôle de haute performance dédié à un système de pompage solaire sans batteries. Ce schéma de contrôle a confirmé sa supériorité sur le schéma de contrôle conventionnel. Un système de pompage basé sur une batterie (hybride) est également étudié dans ce travail. Ce système peut assurer la continuité de fonctionnement en l'absence d'irradiation solaire. Dans ce contexte, des contrôleurs avancés par mode glissant sont conçus pour gérer le stockage d'énergie à travers la régulation de la tension du bus continu. Ces contrôleurs permettent à la batterie de stocker l'énergie excédentaire non consommée par la motopompe. L'énergie stockée peut être utilisée ultérieurement pour entraîner la motopompe à différentes vitesses et dans différentes conditions d’éclairement. Les onduleurs multi-niveaux sont une bonne alternative à l'onduleur classique à deux niveaux, ces onduleurs sont préférés dans les applications moyenne et haute tension. Cependant, ils n'ont pas suscité beaucoup d'intérêt dans les applications basse tension, en raison de leur coût élevé associé au grand nombre de semi-conducteurs et de leur complexité de commande. Dans le cadre de cette thèse un nouvel onduleur à trois niveaux nommé l'onduleur à dix commutateurs sera étudié. Cet onduleur fonctionne avec un nombre réduit de semi-conducteurs, il combine les caractéristiques des onduleurs à deux niveaux et à trois niveaux. Dans ce contexte, une nouvelle modulation vectorielle est proposée pour piloter l’onduleur à dix commutateurs. La technique de modulation proposée sera simulée, validée expérimentalement puis comparée à d'autres techniques existantes. Enfin, l'algorithme proposé sera adapté pour le contrôle du système de pompage photovoltaïque sans batteries.