31.4 : Stabilité transitoire et contrôles du système

Dans le domaine en pleine croissance de l'énergie éolienne, il est essentiel d'intégrer les modèles d'éoliennes dans l'analyse de la stabilité transitoire. Les machines à induction et synchrones sont les principaux modèles utilisés, les machines à induction étant prédominantes en raison de leur simplicité et de leur fiabilité.

Les machines à induction interagissent par le biais du champ magnétique rotatif généré par le stator et le rotor. Le paramètre clé est le glissement, qui est la différence entre la vitesse de synchronisme et la vitesse du rotor par rapport à la vitesse de synchronisme. Le glissement est nul à la vitesse de synchronisme, positif en moteur et négatif en générateur. La dynamique mécanique implique la constante d'inertie (H) et la différence de couple (T_m−T_e).

Un modèle électrique simplifié pour une machine à induction à cage unique représente la tension équivalente derrière la résistance du stator et la réactance transitoire. Les paramètres clés comprennent la constante de temps en circuit ouvert pour le rotor et la réactance synchrone dérivée de la réactance de fuite et de la réactance magnétisante.

Le couple électrique et l'injection de puissance réelle aux bornes sont déterminés par les tensions et les courants internes de la machine. Les machines à induction consomment généralement de la puissance réactive, indiquée par une valeur négative.

Les modèles d'éoliennes sont de quatre types différents :

Type 1 et type 2 : ces modèles utilisent des générateurs à induction. Le type 1 a une résistance de rotor fixe, tandis que le type 2 utilise une résistance de rotor variable pour un meilleur contrôle, affectant la constante de temps et la puissance de sortie de la machine.

Type 3 et Type 4 : Ces modèles avancés (générateurs asynchrones à double alimentation et systèmes à convertisseur complet) permettent de contrôler à la fois la puissance réelle et réactive. Le type 3 utilise des convertisseurs pour contrôler le courant du rotor, offrant une large plage de vitesses. Le type 4 découple le générateur du réseau, offrant un contrôle flexible et éliminant le couplage mécanique avec la dynamique de la turbine.

La compréhension des modèles d’éoliennes implique l’analyse de l’interaction des composants électriques et mécaniques pour une analyse de stabilité précise.