Simulateur d'Eolienne

Cet simulateur permet aux étudiants d'étudier les fonctions et le fonctionnement d'un parc éolien moderne en simulant les effets de la force du vent sur celui-ci.

Il est conçu à partir de concepts connexes qui fournissent une discussion approfondie des sujets de base liés au domaine de l'énergie électrique produite par le vent et de certains aspects importants liés à la gestion des centrales éoliennes.

Ce système fonctionne grâce à une machine sans balais et un logiciel de simulation, et le Générateur Asynchrone Doubly-fed (DFAG) o (DFIG – Doubly-fed Induction Generator) permet une approche pratique et efficace de ce simulateur. 

Les générateurs électriques bicarburant ressemblent aux générateurs électriques à CA, mais possèdent des fonctionnalités supplémentaires qui leur permettent de fonctionner à des vitesses légèrement supérieures ou inférieures à leur vitesse synchrone naturelle. Ceci est utile pour les grandes éoliennes à vitesse variable car la vitesse du vent peut changer soudainement.

Le DFAG peut modifier la vitesse du rotor du générateur en contrôlant la fréquence du courant de champ du rotor. Lorsqu'une rafale de vent frappe une éolienne, les pales tentent d'accélérer, mais un générateur synchrone est bloqué à la vitesse du réseau électrique et ne peut pas accélérer. Des forces importantes se développent alors dans le moyeu, la boîte de vitesses et le générateur à mesure que le réseau électrique repousse. Cela provoque une usure et des dommages au mécanisme. Si vous laissez l'éolienne accélérer immédiatement lorsqu'elle est frappée par une rafale de vent, les contraintes sont moindres et la puissance de la rafale de vent est toujours convertie en électricité utile.

Une approche pour permettre de faire varier la vitesse de l'éolienne consiste à prendre la fréquence produite par le générateur, à la convertir en courant continu, puis à la convertir en courant alternatif à la fréquence de sortie souhaitée à l'aide d'un onduleur. Ceci est courant pour les petites éoliennes domestiques et agricoles. Mais les onduleurs nécessaires aux éoliennes à l’échelle du mégawatt sont volumineux et coûteux.

Le formateur proposé a une structure modulaire qui garantira aux enseignants et aux étudiants une extrême flexibilité dans l'étude de sujets connexes et la réalisation d'expériences.

Il se divise, d'un point de vue hardware, en :

• PC avec logiciel spécifique,

• Sous-modèle éolien,

• Sous-modèle de turbine,

• Châssis avec modules nécessaires au fonctionnement du simulateur de parc éolien.

Le châssis comprend tous les modules restants du formateur DL WPP tels que :

• PC avec l’application SCADA,

• Alimentation triphasée,

• Unité de mesure de puissance triphasée,

• Interrupteurs haute puissance avec contrôle local et à distance,

• Contrôleur d'entraînement sans balais,

• Hub (Plate-forme) pour la communication.

Et l'unité de commande principale et essentielle de l'entraîneur est le convertisseur Back-to-back.

Cette unité de contrôle permet d'aborder et d'approfondir théoriquement les thématiques suivantes:

• Opération de DFAG,

• Interrupteur haute puissance intégré pour la commutation en ligne du générateur,

• Contrôle de la puissance active et réactive, de la fréquence et de la tension,

• Synchronisation du réseau.

Comme mentionné ci-dessus, cet entraîneur est livré avec un logiciel SCADA multimédia interactif qui peut contrôler et configurer diverses opérations du système; avec ce logiciel, il est possible d'ajuster la vitesse et le profil du vent et d'examiner les effets sur les fonctions opérationnelles d'un véritable parc éolien. Une autre caractéristique importante de ce logiciel est liée à la possibilité de contrôler, paramétrer et visualiser les données obtenues.

Avec ce logiciel, on peut réaliser les tâches suivantes:

• Mesure, calcul et représentation graphique de nombreux paramètres de fonctionnement mécaniques et électriques,

• Sélection des valeurs nominales pour la puissance active et réactive,

• Définition et simulation de l'énergie éolienne et de ses profils,

• Mise en place d'expériences interactives,

• Stocker des valeurs et des graphiques,

• Les instructions d'expérimentation peuvent être consultées directement à partir du logiciel,

• Possibilité d'imprimer des documents pour faciliter l'impression papier des instructions d'expérimentation de solutions.

Avec ce simulateur de centrale éolienne, on peut réaliser les expériences suivantes:

• Étude des fonctions et du fonctionnement d'une centrale éolienne moderne,

• Relations entre un système de contrôle de tangage (pitch) et le vent,

• Analyse des paramètres mécaniques à l'intérieur d'un générateur à induction,

• Analyse des paramètres électriques à l'intérieur d'un générateur à induction,

• Convertisseur IGBT avec CA/CC et CC/CA,

• Méthode de démarrage d'un système éolien,

• DFIG (Doubly-fed Induction Generator).

Des modules optionnels pourraient être ajoutés à la configuration principale du DL WPP (voir Configurations à la fin de ce catalogue) pour effectuer également:

• Expériences de contrôle Fault Ride Through.

Cette dernière partie facultative Fault Ride Through (FRT), parfois Under-Voltage Ride Through (UVRT), ou Low Voltage Ride Through (LVRT), c'est la capacité des générateurs électriques à rester connectés pendant de courtes périodes de tension inférieure au réseau électrique. Il est nécessaire au niveau de la distribution d'éviter qu'un court-circuit au niveau HT (HV) ou THT (EHV) n'entraîne une perte généralisée de production.

Le simulateur DL WPP s'adresse avant tout aux étudiants ayant une formation en électromécanique et souhaitant comprendre l'utilisation du parc éolien dans la production d'électricité.

Il est également suggéré de l'utiliser dans les cas suivants:

• Départements et/ou facultés comme pour

 Ingénieurs mécaniques,

 Ingénieurs électriciens,

 Développeurs de parcs éoliens,

 Ingénieurs du secteur des énergies renouvelables,

 Ingénieurs en systèmes de contrôle,  Développeurs SCADA.

• Écoles postsecondaires comme pour

 Techniciens en énergie éolienne,

 Techniciens électromécaniciens,

 Électriciens de systèmes énergétiques,

 Techniciens SCADA,

 Techniciens des services publics d'électricité.

• Écoles/collèges professionnels et instituts techniques et cours avancés tels que

 Techniciens supérieurs polyvalents en génie électromécanique,

 Techniciens en technologie électrique/mécanique,

 Techniciens de service sur le terrain,

 Techniciens des services publics d'électricité.

• Ecole secondaire professionnelle de génie électrique et/ou mécanique.