FR2826524A1

FR2826524A1 - Systeme d'alimentation de reseau electrique et procede de commande du systeme

Info

Publication number: FR2826524A1
Application number: FR0108122A
Authority: FR
Inventors: Marc Vergnet
Original assignee: Vergnet SA VSA
Current assignee: Vergnet SA VSA
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2002-12-27
Anticipated expiration: 2021-06-20
Also published as: FR2826524B1

Abstract

La présente invention concerne un système d'alimentation de réseau électrique et le procédé de commande du système. Le système d'alimentation de réseau de distribution d'énergie électrique (40), comportant - une génératrice électrique à vitesse variable (1) prévue pour recevoir, sur un arbre (2) d'entraînement de rotor (3), un couple moteur variable, fourni par un mécanisme externe (8) entraîné par un fluide en mouvement, et pour fournir en réponse une puissance électrique variable de sortie au réseau (40), et - un dispositif (20) de commande de la génératrice (1), comportant des circuits réglables (21) d'excitation de bobinages (4) de stator de la génératrice (1) agencés pour commander un freinage électromagnétique du rotor (3) engendrant la puissance électrique de sortie, est caractérisé par le fait que le dispositif de commande (20) comporte des moyens de calcul (22) agencés pour recevoir une mesure d'au moins une grandeur physique liée à la puissance variable engendrée par le couple moteur, pour en déterminer une fréquence optimale de rotation du rotor (3) correspondant à une puissance électrique maximale de la génératrice (1) et pour commander en conséquence le réglage des circuits d'excitation (21).

Description

SYSTEME D'ALIMENTATION DE RESEAU ELECTRIQUE ET PROCEDE DE
COMMANDE DU SYSTEME
La présente invention concerne la production d'énergie électrique à partir d'une génératrice de courant dont le rotor est entraîné par un mécanisme fournissant un couple moteur variable et fortement aléatoire.

Le problème à l'origine de l'invention, mais qui ne doit pas limiter la portée de la présente demande, concernait une génératrice asynchrone entraînée par une éolienne. La génératrice alimentait un réseau de distribution d'alimentation en énergie électrique alternative à travers un redresseur, une batterie tampon et un onduleur. Une telle installation est par exemple utilisée pour alimenter une habitation éloignée des réseaux classiques de distribution électrique.

C'est donc le vent qui constitue l'énergie primaire, motrice. Celle-ci est donc très aléatoire et dépend des fluctuations du vent. Si le réseau doit présenter une certaine continuité de service, il faut prévoir un groupe générateur de secours, par exemple un moteur thermique entraînant une génératrice auxiliaire. En outre, le réseau doit assurer une certaine qualité dans sa fourniture, c'est-à-dire fournir une tension exempte de fluctuations et de parasites haute fréquence même si l'intensité du vent varie brutalement.

Bien évidemment, il faut ménager les réserves de carburant du moteur thermique, en optimisant d'abord l'utilisation de l'énergie provenant de l'aérogénérateur. Le groupe auxiliaire doit toutefois démarrer en temps voulu pour éviter une interruption ou une dégradation de la qualité de l'énergie fournie au réseau. Bref, en vue d'optimiser la gestion à court et moyen terme du fonctionnement du système à redondance constitué par la génératrice principale, à entraînement présentant un caractère aléatoire, et du groupe de secours, il convient d'optimiser le rendement de la génératrice.

D'une façon plus générale, la présente invention vise à optimiser le rendement de la génératrice, indépendamment de la présence ou non d'un groupe de secours.

A cet effet, l'invention concerne tout d'abord un système d'alimentation de réseau de distribution d'énergie électrique, comportant - une génératrice électrique à vitesse variable prévue pour recevoir, sur un arbre d'entraînement de rotor, un couple moteur variable, fourni par un mécanisme externe entraîné par un fluide en mouvement, et pour fournir en réponse une puissance électrique variable de sortie au réseau, et - un dispositif de commande de la génératrice, comportant des circuits réglables d'excitation des bobinages de stator de la génératrice agencés pour commander un freinage électromagnétique du rotor engendrant la puissance électrique de sortie, système caractérisé par le fait que le dispositif de commande comporte des moyens de calcul agencés pour recevoir une mesure d'au moins une grandeur physique liée à la puissance variable engendrée par le couple moteur, pour en déterminer une fréquence optimale de rotation du rotor correspondant à une puissance électrique maximale de la génératrice et pour commander en conséquence le réglage des circuits d'excitation.

On notera que le fluide moteur peut être l'air du vent, entraînant une éolienne, ou encore un flux liquide, tel que l'eau, entraînant une turbine hydroélectrique, d'une rivière ou de la mer.

Ainsi, le courant de sortie engendré par le freinage électromagnétique du rotor, tendant à s'opposer à la rotation, a une valeur optimale pour extraire ou récupérer, à partir de l'énergie primaire fournie par le fluide moteur, le maximum d'énergie électrique. En d'autres termes, il est réalisé une adaptation d'impédance mécanique et électrique, entre la source motrice, fournissant le couple moteur, et le réseau consommateur, dont la consommation électrique détermine le couple mécanique de freinage. Si ce dernier était trop faible, le rotor tournerait quasiment librement et peu de courant serait engendré, tandis que, si le courant de charge était trop élevé, le rotor serait trop freiné et le travail fourni par le couple moteur, travail proportionnel à la vitesse de rotation, serait alors trop faible.

On remarquera que le réglage optimal permet de filtrer les perturbations, en particulier rapides, du couple moteur. En effet, une brusque accélération,

due par exemple à un coup de vent, est immédiatement freinée du fait qu'elle correspond à une puissance primaire accrue qui est détectée par le dispositif de commande et aboutit à une augmentation du freinage pour se caler sur le nouvel optimum, accru, d'énergie électrique à extraire.

Par ailleurs, l'asservissement du dispositif de commande sur la grandeur physique aboutit à une amélioration de la qualité de la tension électrique fournie, plus stable, et, en outre, les contraintes ou surcharges mécaniques, de survitesse ou autre, appliquées au rotor et autres éléments mécaniques par le couple moteur sont atténuées par l'adaptation du freinage évoquée ci-dessus.

L'invention permet en particulier de ménager un groupe générateur de secours, puisqu'on utilise au mieux l'énergie du fluide.

Avantageusement, une batterie tampon est interposée entre la génératrice et le réseau et des moyens de surveillance de la puissance électrique sont agencés pour mesurer l'énergie stockée dans la batterie.

On obtient ainsi un bon filtrage haute fréquence, du fait de la faible impédance parallèle inhérente à la batterie, et un lissage ou intégration à moyen terme de l'énergie engendrée par la génératrice. On peut donc tolérer un déséquilibre temporaire entre la consommation du réseau et une énergie mécanique primaire insuffisante.

De préférence, les moyens de calcul sont agencés pour recevoir des mesures de vitesse de vent entraînant le mécanisme externe, fournies par un anémomètre, pour en mémoriser un historique, et pour effectuer une extrapolation prévisionnelle de l'historique afin d'établir un fichier d'horaires prévisionnels de commande des moyens de mise en service d'un générateur auxiliaire, et/ou les moyens de calcul sont agencés pour recevoir des informations de consommation du réseau, pour en mémoriser un historique, et pour effectuer une extrapolation prévisionnelle de l'historique afin d'établir un fichier d'horaires prévisionnels de commande des moyens de mise en service d'un générateur auxiliaire.

On peut ainsi mieux gérer l'utilisation du groupe de secours, par exemple en prévoyant les réserves de carburant nécessaires ou encore en modulant la valeur du seuil bas d'activation du groupe selon les prévisions de déséquilibre

entre la consommation du réseau et l'énergie de la source primaire, afin qu'un accroissement brutal mais prévisible de consommation ne décharge pas complètement la batterie, compte tenu du délai de mise en marche effective d'un groupe de secours après la commande correspondante.

L'invention concerne aussi un dispositif de commande d'une génératrice électrique à vitesse variable prévue pour recevoir, sur un arbre d'entraînement de rotor, un couple moteur variable, fourni par un mécanisme externe entraîné par un fluide en mouvement, et pour fournir en réponse une puissance électrique variable à un réseau de distribution électrique, le dispositif comportant des circuits réglables d'excitation de bobinages de stator de la génératrice agencés pour commander un freinage électromagnétique du rotor engendrant la puissance électrique de sortie, dispositif caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de calcul agencés pour recevoir une mesure d'au moins une grandeur physique liée à la puissance variable engendrée par le couple moteur, pour en déterminer une fréquence optimale de rotation du rotor correspondant à une puissance électrique maximale de la génératrice et pour commander en conséquence le réglage des circuits d'excitation.

Dans une forme de réalisation, les moyens de calcul comportent des moyens mémoires contenant une table de correspondance entre la mesure de puissance variable fournie par le couple moteur et la fréquence de rotation optimale du générateur.

Le réglage optimal peut alors être déterminé directement par la table, ou au moins une plage optimale est estimée, ce qui permet de réagir rapidement aux perturbations.

En variante ou en complément, les moyens de calcul sont agencés pour recevoir et traiter au moins une grandeur physique sous la forme d'une mesure représentant la puissance électrique engendrée par la génératrice et mesurée par un capteur de puissance, et, en particulier, les moyens de calcul sont agencés pour faire évoluer la mesure du capteur de puissance, par modulation de largeur d'impulsions, appliquées aux circuits d'excitation, dans une plage déterminée de fréquences, et pour rechercher une fréquence de réglage

optimal dans la plage, correspondant à un gradient nul de sommet de la mesure de puissance.

Il s'agit alors d'une recherche de l'optimum par itérations, la modulation de largeur d'impulsions pouvant être effectuée par balayage continu ou par sauts selon une dichotomie visant à encadrer le réglage optimal.

La grandeur physique surveillée sert à adapter les conditions de sortie, c'est-à-dire la puissance électrique engendrée, aux conditions d'entrée que représente le couple moteur. Elle peut donc être une grandeur d'entrée, comme la vitesse de rotation, et alors les moyens de calcul sont par exemple agencés pour recevoir la mesure de la grandeur physique à partir d'un tachymètre couplé à l'arbre et pour commander en conséquence les moyens de réglage d'après la vitesse de rotation mesurée par le tachymètre, ou encore, la génératrice étant entraînée par un mécanisme à éolienne, les moyens de calcul sont agencés pour recevoir la mesure de la grandeur physique à partir d'un anémomètre et pour commander en conséquence les moyens de réglage d'après la vitesse mesurée du vent, ou bien encore, comme évoqué, les moyens de calcul sont agencés pour recevoir et traiter au moins une grandeur physique sous la forme d'une mesure représentant la puissance électrique engendrée par la génératrice et mesurée par un capteur de puissance, et/ou une grandeur de sortie, comme la puissance de sortie.

L'invention concerne enfin un procédé de commande d'un système selon l'invention, comportant une génératrice électrique et un dispositif de commande de la génératrice, procédé dans lequel, - une grandeur physique liée à la puissance de la génératrice est mesurée par un circuit de mesure, - une valeur de couplage électromagnétique de freinage d'adaptation optimal du rotor de la génératrice, correspondant à une récupération de puissance électrique maximale est déterminée par un circuit de calcul, - un couple électromagnétique de freinage d'adaptation optimal est appliqué à des moyens de freinage électromagnétique du rotor, et - la puissance électrique maximale engendrée par le freinage électromagnétique est récupérée par un circuit de consommation.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'une forme de réalisation du système d'alimentation de réseau de distribution électrique selon l'invention permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention, en référence au dessin unique annexé qui représente schématiquement des blocs fonctionnels du système de l'invention.

Le système d'alimentation du réseau de distribution électrique de la figure unique comporte une génératrice 1 reliée en sortie à un réseau 40 de distribution d'énergie électrique et, dans cet exemple, fonctionnellement disposée en parallèle avec un groupe générateur électrique de secours 30-33 alimenté de façon autonome en énergie primaire à partir d'une réserve locale.

Un dispositif électronique 20 commande la génératrice 1 et le groupe de secours 30-33.

Dans cet exemple, la génératrice 1 est alimentée en énergie mécanique primaire d'entraînement par une éolienne 8 entraînant en rotation un arbre 2 solidaire du rotor 3 de la génératrice 1. L'arbre 2 est en fait ici en deux tronçons, non représentés en détail, avec un tronçon amont d'arbre lent, relié, par un engrenage multiplicateur de vitesse angulaire, à un tronçon aval rapide entraînant le rotor 3. Le réseau 40 est dans cet exemple un réseau à courant alternatif de fréquence fixe, ici 50 Hz. La génératrice 1 est prévue pour fonctionner à vitesse variable. Il s'agit ici d'une génératrice alternative triphasée asynchrone, à rotor 3 à cage d'écureuil. De ce fait, la génératrice 1 est couplée au réseau 40 à travers un ensemble 10-13 adaptateur de fréquence ayant en outre ici des fonctions de stockage d'énergie électrique et de mise en forme de l'énergie fournie au réseau 40.

Le groupe de secours comporte un moteur thermique 30, ici diesel, comprenant un dispositif à télécommande de mise en marche et d'arrêt 31. Le moteur diesel 30 entraîne une génératrice synchrone de secours 32 couplée au réseau 40 à travers un interrupteur télécommandé 33.

Le stator de la génératrice 1 comporte, de façon classique, une pluralité de bobinages 4 d'excitation pour former des pôles magnétiques, en regard du rotor

3 afin de coopérer avec celui-ci. Les bobinages d'excitation 4 sont destinés à recevoir respectivement une pluralité correspondante de signaux de courant alternatif d'excitation mutuellement déphasés pour produire un champ électromagnétique tournant auquel le rotor 3 est magnétiquement couplé. De ce fait, les courants d'excitation imposent, au glissement magnétique près, la fréquence de rotation du rotor 3. En particulier, si ce dernier tourne plus vite que la vitesse de rotation ou fréquence de consigne imposée ci-dessus, les courants de sortie de la génératrice 1, induits dans le stator 4 par les courants induits dans le rotor 3, tendent à croître pour s'opposer électromagnétiquement à l'accroissement de vitesse. Les courants de sortie sont recueillis par un ensemble à connecteur 5 du stator et sont transmis à un redresseur 10 à travers ici un circuit ampèremétrique 7, appelé ampèremètre ci-après.

La sortie du redresseur 10 est reliée à l'entrée d'un onduleur 12, comportant un hacheur et un filtre passe bande 50 Hz, non représentés. Une batterie tampon 11 est reliée par une de ses bornes entre le redresseur 10 et l'onduleur 12 et par son autre borne à la masse. Un interrupteur 13, télécommandé par une sortie d'un dispositif de commande 20, relie l'onduleur 12 au réseau 40.

Le dispositif de commande 20, qui assure en plus la commande de l'excitation de la génératrice 1 et du groupe de secours 30-33, va maintenant être décrit en détails.

Le dispositif 20 comporte une unité de calcul à microprocesseur 22 dont un bloc de calcul 23 reçoit une mesure d'une variable ou grandeur physique liée à la puissance délivrée par la génératrice 1 et commande en réponse des circuits 21, appartenant au dispositif 20, d'interface de contrôle de l'excitation des bobinages 4. Dans cet exemple, dans un but didactique, on a représenté des capteurs de plusieurs grandeurs physiques, bien qu'une seule puisse suffire.

Précisément ici, l'ampèremètre 7 représente l'un de ces capteurs, puisqu'il indique le courant de sortie de la génératrice 1. En variante, il peut être remplacé par un wattmètre, si la tension de sortie de la génératrice 1 est susceptible de beaucoup varier (ici la batterie 11 la stabilise). En effet, dans ce cas de présence de l'ampèremètre 7, la fonction à optimiser, qui est la puissance électrique de sortie, est déterminée par le courant qui est la variable

ou grandeur physique saisie, en considérant que la tension est pratiquement constante. Cette fonction puissance peut être directement mesurée par un wattmètre et, même si l'on peut tolérer une distorsion, il convient toutefois que la mesure suive toujours le sens d'évolution de la valeur réelle non distordue, afin de pouvoir en déterminer un point exact de fonctionnement à fréquence de rotation optimale.

Il est aussi représenté à titre optionnel un tachymètre 6 de mesure de la vitesse de rotation de l'arbre 2, couplé ici directement au rotor 3, fournissant donc la fréquence de rotation de ce dernier au bloc de calcul 23.

Il est en outre représenté un anémomètre 18 associé à l'éolienne 8 et fournissant donc, au bloc de calcul 23, la vitesse du vent qui entraîne celle-ci.

Pour la simplicité de l'exposé, il est supposé ici que, les pales de cette dernière ayant une inclinaison fixe, le vent fournit, à travers l'éolienne 8, une énergie qui se traduit par un couple moteur supposé être sensiblement proportionnel au carré de sa vitesse.

Les capteurs 7 et 18 ci-dessus peuvent être considérés comme étant respectivement des capteurs aval (7) et amont (18) de la génératrice 1, c'est-àdire fournissant une mesure précise ou au moins une estimation de la puissance électrique (aval) effectivement récupérée ou bien, respectivement, de la puissance mécanique qui, potentiellement, pourra être récupérée électriquement, par un réglage optimal de l'excitation de la génératrice 1, à partir de la puissance motrice (amont) mesurée ou estimée.

Le tachymètre 6 occupe fonctionnellement une position intermédiaire, puisque la vitesse de l'arbre 2 dépend à la fois du couple moteur et du couple électromagnétique de freinage avec récupération d'énergie électrique.

Les capteurs 7,18 et éventuellement 6 reliés en sortie au bloc de calcul 23 permettent à celui-ci de commander de façon appropriée les circuits d'interface d'excitation 21 fournissant les signaux de courant d'excitation aux bobinages 4.

Les circuits 21 d'interface de contrôle de l'excitation sont en particulier prévus pour que leurs signaux de sortie soient réglables en fréquence, c'est-à-dire que la fréquence des signaux de sortie mutuellement déphasés de 120 degrés qu'ils fournissent pour alimenter les bobinages stator est ajustable, ici par modulation

de largeur d'impulsion, pour asservir la vitesse de rotation du rotor 3 sur une fréquence de consigne déterminée par le bloc de calcul 23. Les circuits 21 comportent à cet effet un oscillateur à fréquence réglable PLL, non représenté.

En variante, ils comportent un synthétiseur numérique programmable.

Pour déterminer la fréquence de réglage optimal du rotor 3, correspondant à un maximum de l'énergie électrique qu'il engendre, le bloc de calcul 23 dispose d'une table associée 24 fournissant une valeur optimale de fréquence en fonction d'une variable amont, comme par exemple la vitesse du vent de l'anémomètre 18. La vitesse du vent représente en effet aussi le couple moteur fourni à la génératrice 1, si l'on connaît les caractéristiques de l'éolienne 8. On peut prévoir en plus, ou intégrée à la table 24, une table de correspondance vitesse du vent/énergie mécanique fournie même si l'hypothèse de loi quadratique évoquée plus haut est insatisfaisante.

Le réglage ci-dessus peut toutefois présenter une certaine imprécision si la variable utilisée pour lire la table 24, bien qu'étant liée à la puissance électrique, actuelle ou pouvant potentiellement être obtenue par un réglage approprié, ne représente toutefois pas parfaitement cette puissance, c'est-à-dire varie avec des distorsions provoquant un décalage, en fréquence d'excitation, de la position du maximum de puissance recherché ou engendrant même des

maximas parasites.

De ce fait, en variante, ou en complément pour affiner le réglage ci-dessus, il peut être prévu un réglage par approches successives de l'optimum de fréquence recherché. En pareil cas, on utilise la mesure de l'ampèremètre (ou wattmètre) 7, représentant la puissance électrique effectivement récupérée et on fait varier la fréquence de consigne pour rechercher un maximum de puissance électrique. Il est ainsi constitué une boucle d'asservissement par le bloc de calcul 23, les circuits d'interface d'excitation 21, les bobinages 4, le rotor 3 et l'ampèremètre 7.

Plus précisément, le bloc de calcul 23 commande une modulation de largeur d'impulsions du signal d'excitation du stator de la génératrice 1 qui entraîne une wobulation de la fréquence, dans une plage déterminée, des signaux d'excitation que fournissent les circuits d'interface 21, ce qui a pour

conséquence de faire évoluer la mesure de l'ampèremètre 7. On recherche alors un maximum de la puissance mesurée, c'est-à-dire un gradient nul de sommet de la mesure de puissance. Si aucun sommet ne se dégage nettement, c'est-à-dire si la courbe de réponse en puissance est monotone, la plage est élargie, pour recommencer la recherche.

Cette recherche peut s'effectuer par une wobulation continue dans la plage.

En variante, elle peut être effectuée par sauts dans la plage pour tenter d'encadrer le sommet recherché et converger vers celui-ci en repérant ses deux versants. On échantillonne à cet effet la courbe de réponse de puissance pour déterminer une paire de versants d'un sommet, ayant donc des gradients respectifs de signes opposés, chacun déterminé par au moins deux points d'échantillonnage. En cas de détection de plusieurs sommets, on sélectionne celui de plus grande amplitude.

La commande du groupe de secours 30-33 va maintenant être expliquée.

Comme on l'aura compris, la batterie 11 fonctionne en mode flottant, en étant chargée par la génératrice 1 en présence de vent et le réseau 40 la déchargeant à travers l'onduleur 12. Lorsque le vent est insuffisant pour fournir l'énergie motrice voulue, la batterie 11 fournit temporairement l'énergie électrique requise. Pour toutefois démarrer le groupe de secours 30-33 avant décharge complète de la batterie 11 et pour tenir compte de son temps de mise en route effective, l'unité de calcul 22 comporte un comparateur 26 relié en entrée d'un côté à la batterie 11, pour en surveiller le niveau de charge ou énergie stockée, et de l'autre à une mémoire ou circuit 25 fournissant un signal ou une information représentative de la valeur de seuil bas du niveau de charge de la batterie 11. Selon la variante de réalisation choisie en entrée du comparateur 26, il peut y avoir un convertisseur analogique/numérique de conversion de la mesure de tension batterie.

En variante, afin de mesurer, avec moins d'incertitude, l'énergie résiduelle de la batterie 11, il peut être prévu, en entrée du comparateur 26, un circuit de décharge destiné à prélever, un court instant, un courant dans la batterie 11. Si

la tension batterie ne s'écroule pas lors de la mesure, elle indique avec certitude la disponibilité d'un stock d'énergie effectivement disponible, et on

peut déduire de la mesure de tension, si besoin par une table, une valeur d'énergie résiduelle. On élimine ainsi des mesures erronées, de tension batterie à vide totalement flottante, lorsque le réseau 40 ne consomme pas.

Si la mesure de l'énergie stockée dans la batterie 11 est en dessous du seuil bas, le comparateur 26 commande le circuit 31 de commande de mise en marche du moteur 30, et commande la fermeture de l'interrupteur 33. La génératrice de secours 32 se substitue ainsi à l'ensemble principal d'alimentation fonctionnellement défaillant constitué par la génératrice 1 principale et la batterie 11.

Dans cet exemple, le redresseur 10 est bidirectionnel, à deux voies indépendantes, avec une fonction onduleur indépendante qui comporte des circuits de régulation à découpage à fréquence commandée (fonctionnellement intégrés aux circuits d'interface 21) fournissant les signaux d'excitation des bobinages 4. L'onduleur 12 est aussi bidirectionnel, son fonctionnement pouvant être inversé pour fonctionner en chargeur. La génératrice de secours 32 peut ainsi recharger la batterie 11 à travers ce dernier pour maintenir fonctionnelle l'alimentation du dispositif 20 qu'assure le chargeur-onduleur 10.

L'onduleur 12 comporte toutefois des circuits de synchronisation sur le réseau 40, afin de temporairement renforcer au besoin la génératrice de secours 32, si la charge subsistante de la batterie 11 le permet.

Si la tension batterie remonte au-dessus d'un seuil haut défini par le circuit 25, le comparateur 26 commande inversement l'arrêt du groupe de secours 30- 33, son isolement (33) du réseau 40 et le raccordement du réseau 40 au système principal (1,11).

Dans cet exemple, le bloc de calcul 23 tient à jour une table ou historique 28 de la vitesse du vent mesurée par l'anémomètre 18 et il effectue des calculs d'extrapolation pour prédire l'historique futur. En outre, le bloc de calcul 23 tient à jour une table ou historique 29 de la consommation du réseau 40, relevée par un ampèremètre ou wattmètre 41 (liaison de sortie de mesure non représentée) interposé entre le réseau 40, d'un côté, et le système à redondance 1,30-33 de l'autre.

On notera incidemment que l'ampèremètre 7 de charge de la batterie 11 et l'ampèremètre 41 de mesure de la consommation du 40 réseau permettraient, en variante, de déterminer, par intégration temporelle de leur différence de mesures, le niveau de charge de la batterie 1, exploité par le comparateur 26.

Ceci est vrai lorsque c'est l'interrupteur 13 qui est fermé, ou si l'ampèremètre 41 est directement en sortie du hacheur 12.

Chaque historique 28,29 permet de formuler une prévision sur les déséquilibres entre l'énergie primaire que représente le vent et l'énergie secondaire consommée. En particulier, cela permet une gestion prévisionnelle des besoins en carburant du moteur 30.

On aura donc compris que, selon le procédé de commande du système 1, 20, comportant la génératrice électrique 1 et le dispositif 20 de commande de la génératrice 1, - on mesure une grandeur physique liée à la puissance de la génératrice 1, - on en détermine une valeur de couplage électromagnétique de freinage d'adaptation optimal du rotor 3 de la génératrice 1, correspondant à une récupération de puissance électrique maximale, - on applique le couple électromagnétique de freinage d'adaptation optimal à des moyens 4 de freinage électromagnétique du rotor 3, et - on récupère, par un circuit de consommation (11,40), la puissance électrique maximale engendrée par le freinage électromagnétique.

Par ailleurs, pour l'utilisation du groupe de secours 30-33 ici prévu, - on surveille la puissance électrique de sortie de la génératrice 1, - on la compare à la valeur de seuil bas en mémoire 25, et - en cas de descente sous le seuil, on commande les moyens 31,33 de mise en service du groupe de secours 30-33.

En particulier, on peut déterminer la valeur de couplage optimal par lecture de la table de correspondance 24 ou, encore, on détermine la valeur de couplage optimal par itération, et on peut intégrer la mesure de puissance par interposition de la batterie 11.

L'invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation ici exposée à titre d'exemple et toute forme de réalisation pouvant entrer dans le champ de

l'invention, telle que définie par les revendications annexées, fait également partie de l'invention.

Claims

Revendications

1. Système d'alimentation de réseau de distribution d'énergie électrique (40), comportant - une génératrice électrique à vitesse variable (1) prévue pour recevoir, sur un arbre (2) d'entraînement de rotor (3), un couple moteur variable, fourni par un mécanisme externe (8) entraîné par un fluide en mouvement, et pour fournir en réponse une puissance électrique variable de sortie au réseau (40), et - un dispositif (20) de commande de la génératrice (1), comportant des circuits réglables (21) d'excitation de bobinages (4) de stator de la génératrice (1) agencés pour commander un freinage électromagnétique du rotor (3) engendrant la puissance électrique de sortie, système caractérisé par le fait que le dispositif de commande (20) comporte des moyens de calcul (22) agencés pour recevoir une mesure d'au moins une grandeur physique liée à la puissance variable engendrée par le couple moteur, pour en déterminer une fréquence optimale de rotation du rotor (3) correspondant à une puissance électrique maximale de la génératrice (1) et pour commander en conséquence le réglage des circuits d'excitation (21).

2. Système selon la revendication 1, dans lequel une batterie tampon (11) est interposée entre la génératrice (1) et le réseau (40) et des moyens (26) de surveillance de la puissance électrique sont agencés pour mesurer l'énergie stockée dans la batterie (11).

3. Système selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel les moyens de calcul (22) sont agencés pour recevoir des mesures de vitesse de vent entraînant le mécanisme externe (8), fournies par un anémomètre (18), pour en mémoriser un historique (28), et pour effectuer une extrapolation prévisionnelle de l'historique (28) afin d'établir un fichier d'horaires prévisionnels (27) de commande de moyens de mise en service (31,33) d'un générateur auxiliaire (30,32).

4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens de calcul (22) sont agencés pour recevoir des informations de consommation du réseau (40), pour en mémoriser un historique (29), et pour effectuer une extrapolation prévisionnelle de l'historique (29) afin d'établir un fichier d'horaires prévisionnels (27) de commande de moyens de mise en service (31,33) d'un générateur auxiliaire (30,32).

5. Dispositif (20) de commande d'une génératrice électrique (1) à vitesse variable prévue pour recevoir, sur un arbre d'entraînement de rotor, un couple moteur variable, fourni par un mécanisme externe (8) entraîné par un fluide en mouvement, et pour fournir en réponse une puissance électrique variable à un réseau de distribution électrique (40), le dispositif comportant des circuits réglables (21) d'excitation de bobinages de stator de la génératrice agencés pour commander un freinage électromagnétique du rotor engendrant la puissance électrique de sortie, dispositif caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de calcul (22) agencés pour recevoir une mesure d'au moins une grandeur physique liée à la puissance variable engendrée par le couple moteur, pour en déterminer une fréquence optimale de rotation du rotor (3) correspondant à une puissance électrique maximale de la génératrice et pour commander en conséquence le réglage des circuits d'excitation (21).

6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel les moyens de calcul (22) comportent des moyens mémoires (24) contenant une table de correspondance entre la mesure de puissance variable fournie par le couple moteur et la fréquence de rotation optimale.

7. Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, dans lequel les moyens de calcul (22) sont agencés pour recevoir la mesure de la grandeur physique à partir d'un tachymètre (6) couplé à l'arbre (2) et pour commander en conséquence les moyens de réglage (23) d'après la vitesse de rotation mesurée par le tachymètre (6).

8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, dans lequel, la génératrice (1) étant entraînée par un mécanisme à éolienne (8), les moyens de

calcul (22) sont agencés pour recevoir la mesure de la grandeur physique à partir d'un anémomètre (18) et pour commander en conséquence les moyens de réglage (21) d'après la vitesse mesurée du vent.

9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, dans lequel les moyens de calcul (22) sont agencés pour recevoir et traiter au moins une grandeur physique sous la forme d'une mesure représentant la puissance électrique engendrée par la génératrice (1) et mesurée par un capteur de puissance (7).

10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel les moyens de calcul (22) sont agencés pour faire évoluer la mesure du capteur de puissance (7), par modulation de largeur d'impulsions, appliquées aux circuits d'excitation (21), dans une plage déterminée de fréquences de consigne de rotation du rotor (3), et pour rechercher une fréquence de réglage optimal dans la plage, correspondant à un gradient nul de sommet de la mesure de puissance.

11. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 10, dans lequel les circuits d'excitation (21) sont agencés pour commander une génératrice (1) de courant alternatif asynchrone.

12. Procédé de commande d'un système selon la revendication 1, comportant une génératrice électrique (1) et un dispositif de commande de la génératrice (1), procédé dans lequel, - une grandeur physique liée à la puissance de la génératrice (1) est mesurée par un circuit de mesure, - une valeur de couplage électromagnétique de freinage d'adaptation optimal du rotor (3) de la génératrice (1), correspondant à une récupération de puissance électrique maximale, est déterminée par un circuit de calcul (22), - un couple électromagnétique de freinage d'adaptation optimal est appliqué à des moyens (4) de freinage électromagnétique du rotor (3), et - la puissance électrique maximale engendrée par le freinage électromagnétique est récupérée par un circuit de consommation (11,40).

13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel on détermine la valeur de couplage optimal par lecture d'une table de correspondance (24).

14. Procédé selon la revendication 12, dans lequel on détermine la valeur de couplage optimal par itération.

15. Procédé selon l'une des revendications 12 à 14, dans lequel on intègre la mesure de puissance par interposition d'une batterie (11).