Contribution à la modélisation et à la commande moderne d’une microcentrale hydroélectrique

Abstract

Les ressources en énergie hydraulique sont largement disponibles dans les régions montagneuses. Elles se prêtent le mieux à la production décentralisée d’électricité au service des villages marocains éloignés, par l’installation des Microcentrales Hydrauliques (MCH). Ces générateurs doivent fournir une électricité de qualité, en maintenant l’amplitude et la fréquence de la tension à des valeurs acceptables par rapport aux normes de l’industrie (220 V, 50 Hz). Les variations de la consommation, du mini réseau alimenté par la MCH, engendrent des oscillations imprédictibles et parfois importantes de la fréquence et de la tension. C’est ainsi qu’il est nécessaire d’équiper la MCH d’une chaine de contrôle lui permettant de rejeter le plus rapidement possible ces variations de charge et de maintenir ses grandeurs de sortie à leurs valeurs nominales. Notre objectif à travers cette thèse est d’explorer des techniques modernes de l’automatique pour développer des approches de modélisation et de commande d’une MCH de faible puissance fonctionnant sur un site isolé. Il s’agit de gérer toutes les situations de fonctionnement possibles de celle-ci et de garantir un service électrique de qualité, tout en respectant les conditions écologiques du site où la MCH est installée. La première partie présente le principe de fonctionnement de la MCH et les principaux éléments qui la constituent ainsi que leurs fonctions. Un modèle de connaissance de la MCH a été construit. Des études en simulation du comportement de la MCH et des essais expérimentaux sur une plateforme de laboratoire ont permis la validation du modèle présenté. Une étude en simulation et expérimentale de la régulation avale de la MCH montre l’incapacité du correcteur PI classique à assurer la stabilité de la fréquence de la MCH pour toutes les variations de la charge possible. Pour améliorer les performances et assurer la stabilité du système, on propose un contrôleur PI fou auto-ajustable. Ce dernier ajuste les paramètres d’un correcteur PI en temps réel en fonction de la variation de charge appliquée, afin d’assurer la stabilité de la fréquence. Les résultats de simulations et pratiques montrent les bonnes performances assurées par le contrôleur proposé. La dernière partie concerne la synthèse d’un régulateur multi-modèle pour la régulation de fréquence de la MCH. Dans ce contexte, nous avons proposé un multi-modèle flou de type Takagi-Sugeno (TS) de la MCH. Ensuite, nous avons synthétisé un régulateur à commutateur flou de type TS, basé sur la sélection de la loi de commande appropriée au point de fonctionnement autour duquel fonctionne la MCH. Des tests pratiques du régulateur proposé sur le prototype de la MCH permettent de constater que le contrôleur assure une bonne stabilité du système en rejetant toutes sortes de variations de charge sur le réseau.