Développement d'un simulateur dynamique pour un système hybride éolien-diesel avec stockage par air comprimé (SHEDAC)

RÉSUMÉ: Dans la plupart des régions isolées, la mise en place des systèmes réels de jumelage éolien-diesel (JED) avec stockage d’énergie est généralement précédée d’un ensemble d’études théoriques de faisabilité technique. Par contre, la complexité des modèles mécaniques, électriques et thermodynamiques utilisés pour représenter un système hybride rend le développement d’une stratégie de gestion et de contrôle une tâche difficile, surtout en termes de validation des modèles utilisés. Dans ce contexte, la création d’un outil de modélisation peut rendre possible la simulation du fonctionnement de ces systèmes pour une application envisagée. Des améliorations dans la modélisation et la conception sont toujours nécessaires pour rendre ces systèmes plus compétitifs dans les régions isolées. Ainsi, le travail de recherche présenté dans ce mémoire est une contribution à la simulation et à l’analyse d’un système hybride éolien-diesel avec stockage par air comprimé (SHEDAC). La mise en place d’un logiciel générique de SHEDAC a nécessité un passage par une revue des logiciels existant afin de justifier le choix de Matlab/Simulink comme environnement de développement de l’outil. Les étapes de conception du logiciel et ses différentes fonctionnalités sont aussi présentées, visant de faciliter sa compréhension et sa manipulation. Vu la diversité des modèles disponibles de l’éolien et de groupes diesel, une mise à jour des modèles était nécessaire afin de choisir celui qui représente le mieux le comportement mécanique et électrique d’un système éolien-diesel avec stockage par air comprimé. \nUne fois les modèles développés et implémentés dans l’outil, les simulations numériques ont permis d’observer et d’analyser le comportement dynamique des éoliennes, des génératrices diesel et du système d’air comprimé, en modes individuels ou hybrides. Les différents sous-systèmes ont été simulés pour différents profils de charge. Des perturbations telles que la connexion d’une charge linéaire au système éolien ont été, également, créées afin d’évaluer les systèmes de régulation et de contrôle utilisés. Deux modes de couplage ont été appliqués au SHEDAC : un couplage éolien-diesel sans stockage et un couplage avec le stockage par air comprimé. Les résultats de simulations ont démontré une bonne intéraction entre les différentes sources d’énergie et l’influence de la production d’énergie éolienne sur le diesel et sur le système de stockage. De plus, l’ébauche d’une interface graphique pour le système éolien a été réalisée à partir d’une commande de logiciel de SHEDAC. -- Mot(s) clé(s) en français : système hybride éolien-diesel, énergie éolienne, groupe diesel, stockage d’énergie, stockage par air comprimé, modélisation dynamique, simulation. -- ABSTRACT: In most isolated Canadian communities, the establishment of a real hybrid energy system such as wind-diesel with storage is generally preceded by a set of theoretical studies. The complexity of the mechanical, electrical and thermodynamic models used to represent a hybrid energy system makes the development of a strategy for the management and control system a difficult task especially in terms of validation of the different models used. In this context, the creation of a modeling tool renders possible the simulation of the operation of these systems for a specific application. However, improvements in modeling and design are always necessary to make the system more competitive in isolated areas. Thus, this dissertation presents a contribution to the simulation and analysis of a wind-diesel hybrid energy system with compressed air energy storage (SHEDAC). The implementation of generic software of SHEDAC required a review of existing software in order to justify the choice of Matlab / Simulink as the environment of the development for the tool. The stages of the software’s conception and its various features are presented, facilitating afterward its understanding and manipulation. Since various model of the wind turbine and diesel generator systems already exist in previous works, a detailed review of these models has been done in order to choose the better one which represents both mechanical and electrical behavior of the described system. \nOnce the models are developed and implemented in the tool, numerical simulations were carried out to observe and analyze the dynamical behavior of wind turbines, diesel generators and the compressed air storage system, whether in individual or combined modes. The different subsystems were simulated for different load profiles and disturbances and were created to evaluate the performance of the developed control systems. Two coupling modes were applied to SHEDAC: a hybrid diesel-wind without an energy storage system and adding a compressed air energy storage system. The simulation results showed a good interaction between the different energy sources and the impact of the operation of wind turbines on both diesel genset and energy storage system. Moreover, the outline of a friendly user graphic interface for the wind turbine system was developed with the SHEDAC control software. -- Mot(s) clé(s) en anglais : wind-diesel hybrid system, wind power, diesel generator, energy storage, compressed air storage, dynamic models, numerical simulation.

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