FR2753019A1 - Wind generator control by DC injection in stator - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF DE PRODUCTION D'ENERGIE ELECTRIQUE
L'invention concerne un dispositif de production d'énergie électrique comportant: - une hélice pouvant être mise en rotation, - un générateur d'énergie électrique comportant un rotor couplé à hélice et un stator fournissant l'énergie électrique à un réseau de distribution.DEVICE FOR PRODUCING ELECTRICAL ENERGY
The invention relates to an electrical energy production device comprising: - a propeller which can be rotated, - an electrical energy generator comprising a rotor coupled to a propeller and a stator supplying electrical energy to a distribution network.
Les dispositifs de production d'énergie électrique comportant une éolienne sont prévus pour fonctionner lorsque la vitesse du vent est comprise entre une valeur minimale et une valeur maximale. Si la vitesse du vent est inférieure à la vitesse minimale, 11 éolienne est mise à l'arrêt. Généralement, I'arrêt est assuré par un frein mécanique qui bloque la rotation de l'éolienne.The devices for producing electrical energy comprising a wind turbine are designed to operate when the wind speed is between a minimum value and a maximum value. If the wind speed is lower than the minimum speed, 11 wind turbines are shut down. Generally, stopping is ensured by a mechanical brake which blocks the rotation of the wind turbine.
Lorsque la vitesse du vent devient supérieure à la vitesse minimale, le frein mécanique est mis hors service et l'éolienne se met en rotation. Dès que l'éolienne atteint sa vitesse de rotation nominale, un générateur couplé à l'hélice est connecté à un réseau de distribution électrique. Le générateur fourni alors, de l'énergie électrique au réseau. Si la vitesse du vent augmente, l'énergie fournie par la générateur au réseau est plus importante.When the wind speed becomes higher than the minimum speed, the mechanical brake is put out of service and the wind turbine starts to rotate. As soon as the wind turbine reaches its nominal speed of rotation, a generator coupled to the propeller is connected to an electrical distribution network. The generator then supplies electrical energy to the network. If the wind speed increases, the energy supplied by the generator to the network is greater.
Quand la vitesse du vent dépasse la valeur maximale, l'éolienne doit être arrêtée car les contraintes mécaniques deviennent trop importantes. Dans les dispositifs de types connus l'arrêt de l'éolienne est effectué à l'aide d'un frein mécanique.When the wind speed exceeds the maximum value, the wind turbine must be stopped because the mechanical stresses become too great. In devices of known types, the wind turbine is stopped using a mechanical brake.
Les freins mécaniques sont efficaces pour ralentir et arrêter l'éolienne. Mais, une utilisation fréquente, conduit à une usure rapide des freins mécaniques et par conséquent à des remplacements fréquents.Mechanical brakes are effective in slowing and stopping the wind turbine. However, frequent use leads to rapid wear of the mechanical brakes and consequently to frequent replacements.
I1 est connu, pour palier à une usure rapide des freins mécaniques, d'utiliser des dispositifs de freinage à courant de Foucault. Ces dispositifs de freinage sont généralement situés sur des mécanismes de transmission entre l'éolienne et le générateur. It is known, to compensate for rapid wear of the mechanical brakes, to use eddy current braking devices. These braking devices are generally located on transmission mechanisms between the wind turbine and the generator.
Généralement, les dispositifs de freinage à courant de Foucault comportent un enroulement inducteur et un induit formé par un cylindre ou un disque en matériau conducteur.Generally, eddy current braking devices comprise an inductor winding and an armature formed by a cylinder or a disc of conductive material.
L'enroulement inducteur est alimenté par du courant produit par le générateur. The inductor winding is supplied with current produced by the generator.
Ce dispositif de freinage par courant de Foucault permet de réduire l'usure des freins mécaniques mais augmente le coût et la complexité du dispositif de production d'énergie électrique. En effet, les dispositifs de freinage par courant de Foucault, situés entre l'éolienne et le générateur, compliquent la fabrication de la partie mécanique et augmente le poids de l'ensemble. Il est aussi très difficile de rajouter ces dispositifs de freinage à courant de Foucault sur des éoliennes déjà installées. Ces dispositifs de freinage supplémentaires doivent être prévus dès la conception de l'éolienne pour éviter des modifications importantes de structures mécaniques.This eddy current braking device reduces wear on the mechanical brakes but increases the cost and complexity of the device for producing electrical energy. Indeed, the eddy current braking devices, located between the wind turbine and the generator, complicate the manufacturing of the mechanical part and increases the weight of the assembly. It is also very difficult to add these eddy current braking devices to wind turbines already installed. These additional braking devices must be provided from the design of the wind turbine to avoid significant modifications to mechanical structures.
L'invention à pour but un dispositif de production d'énergie électrique comportant une hélice et un dispositif de freinage et de régulation ne nécessitant pas de modification importante des structures mécaniques.The object of the invention is to produce an electrical energy device comprising a propeller and a braking and regulating device which does not require significant modification of the mechanical structures.
Selon l'invention, le dispositif comporte un dispositif de freinage comportant des moyens d'injection connectés au stator du générateur pour injecter un courant continu ou redressé dans des bobinages dudit stator.According to the invention, the device comprises a braking device comprising injection means connected to the stator of the generator for injecting direct or rectified current into the windings of said stator.
Selon un mode préférentiel de réalisation 11 hélice est une éolienne, et le dispositif comporte des moyens de contrôle connectés aux moyens d'injection et des premiers moyens de mesure connectés aux moyens de contrôle fournissant un signal représentatif de la vitesse du vent, les moyens de contrôle commandant l'injection du courant dans le stator lorsque le signal représentatif de la vitesse du vent dépasse une première valeur prédéterminée.According to a preferred embodiment, the propeller is a wind turbine, and the device comprises control means connected to the injection means and first measurement means connected to the control means providing a signal representative of the wind speed, the means of control controlling the injection of current into the stator when the signal representative of the wind speed exceeds a first predetermined value.
Dans un développement du mode préférentiel de réalisation, le dispositif comporte des moyens d'interruption connectés entre le stator et le réseau et commandés par les moyens de contrôle pour arrêter la fourniture d'énergie électrique au réseau si le signal représentatif de la vitesse du vent dépasse la première valeur prédéterminée.In a development of the preferred embodiment, the device comprises interruption means connected between the stator and the network and controlled by the control means to stop the supply of electrical energy to the network if the signal representative of the wind speed exceeds the first predetermined value.
De préférence, le dispositif comporte des premiers moyens de filtrage connectés entre le stator et le réseau pour empêcher la circulation du courant fourni par les moyens d'injection vers le réseau.Preferably, the device comprises first filtering means connected between the stator and the network to prevent the flow of current supplied by the injection means to the network.
Selon un développement de l'invention, le dispositif comporte des moyens de régulation de vitesse connectés aux moyens d'injection et des second moyens de mesure, connectés audits moyens de régulation de vitesse et fournissant un signal représentatif de la vitesse de rotation l'hélice. According to a development of the invention, the device comprises speed regulation means connected to the injection means and second measurement means, connected to said speed regulation means and providing a signal representative of the speed of rotation of the propeller. .
Les moyens de régulation commandent: - une augmentation de la valeur du courant fourni par les moyens d'injection si la valeur du signal représentatif de la vitesse de l'hélice dépasse une valeur prédéterminée, ou - une diminution de la valeur du courant fourni par les moyens d'injection si la valeur du signal représentatif de la vitesse de 11 hélice devient inférieure à la valeur prédéterminée.The regulation means control: - an increase in the value of the current supplied by the injection means if the value of the signal representative of the speed of the propeller exceeds a predetermined value, or - a decrease in the value of the current supplied by the injection means if the value of the signal representative of the speed of the propeller becomes lower than the predetermined value.
Les premiers moyens de filtrage comportent des condensateurs connectés en série sur les lignes du réseau.The first filtering means include capacitors connected in series on the lines of the network.
Dans un mode particulier de réalisation, le dispositif comporte des seconds moyens de filtrage connectés entre les moyens d'injection et le stator pour empêcher la circulation, dans les moyens d'injection, de courants alternatifs produits par le générateur.In a particular embodiment, the device comprises second filtering means connected between the injection means and the stator to prevent the circulation, in the injection means, of alternating currents produced by the generator.
De préférence, le générateur est de type asynchrone triphasé comportant un stator à trois enroulements, l'injection du courant fourni par les moyens d'injection s'effectuant entre un premier enroulement et un second enroulement disposés en série.Preferably, the generator is of the three-phase asynchronous type comprising a stator with three windings, the injection of the current supplied by the injection means taking place between a first winding and a second winding arranged in series.
Dans un procédé de freinage, le circuit de contrôle: - ferme les moyens d'interruption si le signal représentatif de la vitesse du vent est comprise entre une valeur minimale prédéterminée et une valeur maximale prédéterminée, - ouvre les moyens d'interruption et commande les moyens d'injection pour injecter le courant continu dans le stator si le signal représentatif de la vitesse du vent dépasse la valeur maximale prédéterminée, et - commande les moyens d'injection pour arrêter l'injection du courant continu dans le stator lorsque le signal représentatif de la vitesse du vent devient inférieur à la valeur minimale prédéterminée.In a braking process, the control circuit: - closes the interruption means if the signal representative of the wind speed is between a predetermined minimum value and a predetermined maximum value, - opens the interruption means and controls the injection means for injecting direct current into the stator if the signal representative of the wind speed exceeds the predetermined maximum value, and - controls the injection means to stop injection of direct current into the stator when the representative signal of the wind speed becomes lower than the predetermined minimum value.
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, de modes de mise en oeuvre de l'invention, donné à titre d'exemples non limitatifs, et représentés aux dessins annexés, dans lesquels:
La figure 1 représente le schéma d'un dispositif de production d'énergie électrique à éolienne de type connu. Other advantages and characteristics will emerge more clearly from the description which follows, of embodiments of the invention, given by way of nonlimiting examples, and represented in the appended drawings, in which:
FIG. 1 represents the diagram of a device for producing electrical energy using a known type of wind turbine.
La figure 2 représente le schéma d'un dispositif de production d'énergie électrique à éolienne selon un premier mode de réalisation de l'invention.FIG. 2 represents the diagram of a device for producing electrical energy from a wind turbine according to a first embodiment of the invention.
La figure 3 représente un organigramme d'un procédé de freinage pouvant être mis en place dans un dispositif selon l'invention.FIG. 3 represents a flow diagram of a braking method which can be implemented in a device according to the invention.
La figure 4 représente un schéma de connexion d'un stator d'un générateur triphasé pendant une phase de freinage.FIG. 4 represents a connection diagram of a stator of a three-phase generator during a braking phase.
La figure 5 représente le schéma d'un dispositif de production d'énergie électrique à éolienne selon un second mode de réalisation de l'invention.FIG. 5 represents the diagram of a device for producing electrical energy from a wind turbine according to a second embodiment of the invention.
Le dispositif de production d'énergie électrique à éolienne représenté sur la figure 1, comporte de manière connue, une hélice 1 et un générateur 2 couplés mécaniquement. Le générateur 1 comporte un rotor 3 relié à l'hélice, et un stator 4 comportant des enroulements destinés à fournir de l'énergie électrique à un réseau 5.The device for producing electrical energy from a wind turbine shown in FIG. 1, comprises, in a known manner, a propeller 1 and a generator 2 mechanically coupled. The generator 1 comprises a rotor 3 connected to the propeller, and a stator 4 comprising windings intended to supply electrical energy to a network 5.
La protection électrique du générateur 2 et du réseau est assurée par un premier disjoncteur 6 connecté entre trois lignes de sortie S1, S2 et S3 du stator 4 et le réseau 5. Dans le dispositif de la figure 1, le générateur 2 est de type asynchrone triphasé et l'hélice 1 a des pales fixes.The electrical protection of the generator 2 and of the network is ensured by a first circuit breaker 6 connected between three output lines S1, S2 and S3 of the stator 4 and the network 5. In the device of FIG. 1, the generator 2 is of the asynchronous type three-phase and propeller 1 has fixed blades.
Lorsque le générateur est de forte puissance ou lorsque une installation à alimenter est éloignée du générateur, le réseau 5 comprend un transformateur 7 élévateur de tension. Le transformateur 7 comporte des enroulements primaires 8 basse tension et des enroulements secondaires 9 haute tension. Les enroulements primaires 8 sont connectés, à travers le disjoncteur 6, au stator 4 du générateur. les enroulements secondaires 9 alimentent une partie haute tension 10 du réseau.When the generator is of high power or when an installation to be supplied is distant from the generator, the network 5 comprises a step-up transformer 7. The transformer 7 comprises primary windings 8 low voltage and secondary windings 9 high voltage. The primary windings 8 are connected, through the circuit breaker 6, to the stator 4 of the generator. the secondary windings 9 supply a high voltage part 10 of the network.
Le dispositif connu de la figure 1 comporte un frein mécanique 11 couplé à hélice 1 pour freiner et immobiliser l'éolienne en rotation.The known device of FIG. 1 comprises a mechanical brake 11 coupled to a propeller 1 for braking and immobilizing the wind turbine in rotation.
Généralement, les dispositifs comportant des éoliennes fonctionnent lorsque la vitesse du vent est comprise entre une vitesse minimale et une vitesse maximale. tant que la vitesse du vent est inférieure à la vitesse minimale, le générateur ne peut fournir d'énergie au réseau et le disjoncteur 6 reste ouvert. L'éolienne peut être maintenue arrêtée par le frein mécanique. Generally, devices comprising wind turbines operate when the wind speed is between a minimum speed and a maximum speed. as long as the wind speed is lower than the minimum speed, the generator cannot supply energy to the network and the circuit breaker 6 remains open. The wind turbine can be kept stopped by the mechanical brake.
Si la vitesse du vent dépasse la vitesse minimale, l'éolienne est débloquée, le disjoncteur est fermé et le générateur peut fournir de l'énergie électrique du réseau. lorsque la vitesse du vent devient supérieure à la vitesse maximale, l'éolienne doit être arrêtée pour éviter qu'elle ne subisse des contraintes mécaniques trop importantes.If the wind speed exceeds the minimum speed, the wind turbine is released, the circuit breaker is closed and the generator can supply electrical energy from the network. when the wind speed becomes higher than the maximum speed, the wind turbine must be stopped to prevent it from undergoing excessive mechanical stress.
Lors de l'arrêt de l'éolienne, le frein mécanique 11 est activé, et le disjoncteur est ouvert.When the wind turbine stops, the mechanical brake 11 is activated, and the circuit breaker is open.
Le frein mécanique ralenti la rotation de l'éolienne puis l'immobilise.The mechanical brake slowed down the rotation of the wind turbine and then immobilized it.
Les freins mécaniques s'usent rapidement, et demandent, par conséquent, une maintenance fréquente et coûteuse. Cette usure rapide ne permet pas, non plus, d'utiliser ces freins mécaniques pour réguler la vitesse de rotation de l'éolienne.Mechanical brakes wear out quickly, and therefore require frequent and costly maintenance. This rapid wear does not allow, either, to use these mechanical brakes to regulate the speed of rotation of the wind turbine.
Il est connu d'utiliser des freins supplémentaires à courant de Foucault disposés entre l'hélice et le générateur pour palier aux problèmes d'usure des freins mécaniques. mais, ces freins supplémentaires sont encombrants et ne peuvent pas être facilement installés sur des générateurs à éolienne déjà en fonction.It is known to use additional eddy current brakes arranged between the propeller and the generator to overcome the wear problems of the mechanical brakes. however, these additional brakes are bulky and cannot be easily installed on wind turbine generators already in operation.
Dans un dispositif de production d'énergie électrique selon l'invention, représenté sur la figure 2, un dispositif (12, 13, 14) de fourniture d'un courant continu Ic est connecté au stator 4 du générateur pour ralentir et freiner l'éolienne.In a device for producing electrical energy according to the invention, represented in FIG. 2, a device (12, 13, 14) for supplying a direct current Ic is connected to the stator 4 of the generator to slow down and brake the wind turbine.
Le générateur est utilisé pour produire l'énergie électrique à fournir au réseau et pour freiner l'éolienne lorsqu'il reçoit un courant continu Ic sur le stator. Lorsque le stator reçoit le courant continu Ic, des courants sont induits dans le rotor en rotation. Les champs magnétiques induits par les courants dans le stator et le rotor provoquent un ralentissement efficace du générateur et de l'éolienne.The generator is used to produce the electrical energy to be supplied to the network and to brake the wind turbine when it receives a direct current Ic on the stator. When the stator receives the direct current Ic, currents are induced in the rotating rotor. The magnetic fields induced by the currents in the stator and the rotor cause an effective slowdown of the generator and the wind turbine.
Un champ magnétique fixe généré au stator force le rotor à s'arrêter. Ce fonctionnement est analogue, mais avec des paramètres inverses, à celui d'un moteur électrique où un champ tournant entraîne un rotor en rotation. Dans un dispositif selon l'invention, le champ fixe, de vitesse de rotation nulle, ralenti et freine le rotor.A fixed magnetic field generated on the stator forces the rotor to stop. This operation is analogous, but with opposite parameters, to that of an electric motor where a rotating field drives a rotating rotor. In a device according to the invention, the fixed field, of zero rotation speed, slows down and brakes the rotor.
Le rotor peut être de type bobiné ou à cages. Le frein mécanique peut être utilisé pour bloquer l'éolienne lorsque, après un freinage effectué par le générateur, sa vitesse de rotation devient très faible. The rotor can be of the wound or cage type. The mechanical brake can be used to block the wind turbine when, after braking by the generator, its rotation speed becomes very low.
Dans le dispositif de production de la figure 2, le dispositif de fourniture de courant continu comporte un dispositif d'alimentation 13 ayant des sorties de courant continu connectées, à travers un second disjoncteur 12, à deux lignes de sortie S1 et S2 du stator. Une entrée du dispositif d'alimentation peut être connectée au réseau 5 par une ligne 24 d'alimentation.In the production device of FIG. 2, the direct current supply device comprises a supply device 13 having direct current outputs connected, through a second circuit breaker 12, to two output lines S1 and S2 of the stator. An input of the supply device can be connected to the network 5 by a supply line 24.
Un dispositif d'accumulation 14 d'énergie électrique est connecté au dispositif d'alimentation pour assurer une autonomie de fonctionnement lorsque le réseau 5 n'est plus alimenté.An electrical energy storage device 14 is connected to the power supply device to ensure operating autonomy when the network 5 is no longer supplied.
Le freinage par le générateur est contrôlé par un circuit de contrôle 15 qui commande l'ouverture et la fermeture des disjoncteurs 6 et 12. Une entrée du circuit de contrôle est connectée à un capteur 16 fournissant un signal représentatif de la vitesse du vent. Un dispositif de verrouillage 26 disposé entre les disjoncteurs 6 et 12 empêche que les deux disjoncteurs puissent être simultanément en état de fermeture.The braking by the generator is controlled by a control circuit 15 which controls the opening and closing of the circuit breakers 6 and 12. An input of the control circuit is connected to a sensor 16 providing a signal representative of the wind speed. A locking device 26 disposed between the circuit breakers 6 and 12 prevents the two circuit breakers from being able to be closed simultaneously.
Le frein mécanique peut-être utilisé conjointement avec le freinage par le générateur, notamment pour immobiliser l'éolienne. Dans ce cas, une sortie du dispositif de contrôle peut actionner le fonctionnement du frein 11.The mechanical brake can be used in conjunction with braking by the generator, in particular to immobilize the wind turbine. In this case, an output of the control device can activate the operation of the brake 11.
Un exemple de cycle de fonctionnement d'un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention, est représenté sur la figure 3.An example of the operating cycle of a device according to an embodiment of the invention is shown in FIG. 3.
Après une phase de démarrage 17, les disjoncteurs 6 et 12 sont ouverts et le frein mécanique 11 est bloqué lors d'une étape 18. Dans une étape 19 le circuit de contrôle 15 surveille un signal représentatif de la vitesse du vent VV fourni par le capteur 16. Si la vitesse du vent est supérieure à une vitesse maximale Vmin et inférieure à une vitesse maximale Vmax, dans une étape 20, le frein 1 1 est débloqué et le disjoncteur 6 est fermé.After a start-up phase 17, the circuit breakers 6 and 12 are open and the mechanical brake 11 is blocked during a step 18. In a step 19, the control circuit 15 monitors a signal representative of the wind speed VV supplied by the sensor 16. If the wind speed is greater than a maximum speed Vmin and less than a maximum speed Vmax, in a step 20, the brake 1 1 is released and the circuit breaker 6 is closed.
Le générateur fournit, alors, de l'énergie électrique au réseau. Pendant cette période de production d'énergie, le circuit de contrôle surveille la vitesse du vent VV.The generator then supplies electrical energy to the network. During this period of energy production, the control circuit monitors the wind speed VV.
Si la vitesse du vent VV devient inférieure à la vitesse minimale Vmin (étape 21), le disjoncteur 6 est ouvert et le frein 1 1 est bloqué. Le dispositif se trouve alors dans l'état de l'étape 18.If the wind speed VV becomes lower than the minimum speed Vmin (step 21), the circuit breaker 6 is open and the brake 11 is blocked. The device is then in the state of step 18.
Lorsque la vitesse du vent dépasse la vitesse Vmax, étape 22, le disjoncteur 6 est ouvert et le disjoncteur 12 est fermé (étape 23). Le dispositif est alors dans une phase de freinage Un courant continu est injecté dans des enroulements du stator et le rotor est ralenti de manière rapide et efficace. Pendant cette phase, le frein mécanique 1 1 est inactif et, par conséquent, ne s'use pas.When the wind speed exceeds the speed Vmax, step 22, the circuit breaker 6 is open and the circuit breaker 12 is closed (step 23). The device is then in a braking phase. A direct current is injected into the stator windings and the rotor is slowed down quickly and efficiently. During this phase, the mechanical brake 1 1 is inactive and therefore does not wear out.
A la fin de la phase de freinage la vitesse de rotation est très faible, l'éolienne est presque à l'arrêt. Le frein mécanique peut-être actionner pour immobiliser complètement le dispositif.At the end of the braking phase, the rotation speed is very low, the wind turbine is almost stopped. The mechanical brake can be actuated to immobilize the device completely.
Ensuite, l'injection du courant continu Ic n'étant plus utile, le disjoncteur 12 est ouvert par le dispositif de contrôle 15.Then, since the injection of direct current Ic is no longer useful, the circuit breaker 12 is opened by the control device 15.
Pour améliorer l'efficacité du freinage il est possible d'alimenter en courant continu les trois enroulements du stator. Un schéma représenté sur la figure 4 montre le stator 4 comportant trois enroulements 4a, 4b et 4c connectés en étoile et reliés aux lignes de sortie respectivement S1, S2 et S3. Comme dans le schéma de la figure 2, le courant continu Ic est injecté entre les lignes S1 et S2 lorsque le disjoncteur 6 est ouvert et le disjoncteur 12 est fermé.To improve braking efficiency, it is possible to supply DC power to the three stator windings. A diagram shown in FIG. 4 shows the stator 4 comprising three windings 4a, 4b and 4c connected in a star and connected to the output lines S1, S2 and S3 respectively. As in the diagram in FIG. 2, the direct current Ic is injected between the lines S1 and S2 when the circuit breaker 6 is open and the circuit breaker 12 is closed.
Sur le schéma de la figure 4, un interrupteur 25 est connecté entre la ligne S2 et S3. Cet interrupteur est commandé, en même temps et de la même manière que le disjoncteur 12, pour mettre en parallèle les enroulements 4b et 4c. Ainsi, lors d'une phase de freinage, le courant Ic est injecté, par la ligne S1, sur l'enroulement 4a. Puis, lorsque l'interrupteur 25 est fermé, le courant sortant de 4a est partagé entre les enroulements 4b et 4c en parallèle.In the diagram of FIG. 4, a switch 25 is connected between the line S2 and S3. This switch is controlled, at the same time and in the same way as the circuit breaker 12, to put the windings 4b and 4c in parallel. Thus, during a braking phase, the current Ic is injected, via the line S1, onto the winding 4a. Then, when the switch 25 is closed, the current leaving 4a is shared between the windings 4b and 4c in parallel.
Le courant circulant dans 4b et 4c est recueilli dans la ligne S2 et revient vers le dispositif 13.The current flowing in 4b and 4c is collected in line S2 and returns to device 13.
Ce type de connexion peut aussi être utilisé avec un stator comportant trois enroulements connectés en triangle. Dans ce cas, deux enroulements reliés en série sont connectés en parallèle avec un troisième enroulement.This type of connection can also be used with a stator comprising three windings connected in a triangle. In this case, two windings connected in series are connected in parallel with a third winding.
Dans un développement de l'invention, l'injection de courant dans le stator peut-être aussi utilisée pour réguler la vitesse de rotation de l'éolienne et du générateur. Un schéma d'un dispositif selon un second mode de réalisation de l'invention comportant un dispositif de régulation est représenté sur la figure 5.In a development of the invention, the injection of current into the stator may also be used to regulate the speed of rotation of the wind turbine and of the generator. A diagram of a device according to a second embodiment of the invention comprising a regulation device is shown in FIG. 5.
Le dispositif de production d'énergie électrique de la figure 5, comporte un circuit de régulation 26 connecté au dispositif d'alimentation 13 pour réguler la valeur du courant continu Ic injecté au stator. Un capteur de vitesse 27, connecté à une entrée du circuit de régulation, fournit un signal VH représentatif de la vitesse de l'éolienne. Dans ce dispositif de production, si la vitesse du vent est suffisante, la vitesse de rotation de l'hélice est maintenue la plus proche possible d'une vitesse de référence VR. la valeur de la vitesse de référence VR est fournie par un dispositif de paramétrage 28.The device for producing electrical energy in FIG. 5 includes a regulation circuit 26 connected to the supply device 13 for regulating the value of the direct current Ic injected into the stator. A speed sensor 27, connected to an input of the regulation circuit, supplies a signal VH representative of the speed of the wind turbine. In this production device, if the wind speed is sufficient, the speed of rotation of the propeller is kept as close as possible to a reference speed VR. the value of the reference speed VR is supplied by a setting device 28.
En fonctionnement, si la vitesse de l'éolienne VH est supérieure à la vitesse de référence
VR, le circuit de régulation 26 commande le dispositif d'alimentation 13 pour augmenter le courant continu Ic injecté dans le stator. L'augmentation du courant continu Ic provoque un ralentissement de la vitesse de rotation du générateur 2 et de l'hélice 1. Lorsque la vitesse de l'éolienne VH devient inférieure à la vitesse de référence VR, le circuit de régulation 26 commande le dispositif d'alimentation 13 pour diminuer la valeur du courant continu Ic injecté dans le stator. La diminution du courant Ic permet au générateur et à l'éolienne de tourner plus rapidement.In operation, if the speed of the wind turbine VH is greater than the reference speed
VR, the regulation circuit 26 controls the supply device 13 to increase the direct current Ic injected into the stator. The increase in direct current Ic causes a slowing down of the speed of rotation of the generator 2 and of the propeller 1. When the speed of the wind turbine VH becomes lower than the reference speed VR, the regulation circuit 26 controls the device supply 13 to reduce the value of the direct current Ic injected into the stator. The decrease in current Ic allows the generator and the wind turbine to rotate more quickly.
La régulation de la vitesse se fait pendant que le générateur fourni de l'énergie électrique au réseau. Dans ce cas, le courant continu Ic est superposé, dans le stator au courant alternatif généré par le générateur 2. Dans ce dispositif de production, les disjoncteurs 6 et 12 doivent être fermés en même temps, pendant la fourniture d'énergie électrique au réseau.Speed regulation takes place while the generator supplies electrical energy to the network. In this case, the direct current Ic is superimposed, in the stator, on the alternating current generated by the generator 2. In this production device, the circuit breakers 6 and 12 must be closed at the same time, during the supply of electrical energy to the network. .
Pour éviter que le courant continu Ic se propage vers le réseau et que du courant alternatif soit appliquer à la sortie du dispositif d'alimentation 13, le dispositif de la figure 5 comporte un premier filtre 29 connecté entre le disjoncteur 6 et le réseau 5, et un second filtre 30 connecté entre le stator 4 et le disjoncteur 12.To prevent direct current Ic from propagating towards the network and alternating current being applied to the output of the supply device 13, the device in FIG. 5 has a first filter 29 connected between the circuit breaker 6 and the network 5, and a second filter 30 connected between the stator 4 and the circuit breaker 12.
Le premier filtre 29 est une batterie de condensateur C1, C2 et C3 disposés en série sur les lignes du réseau. Ces condensateurs arrêtent le courant continu Ic et laissent passer le courant alternatif fourni par le générateur 2.The first filter 29 is a capacitor bank C1, C2 and C3 arranged in series on the lines of the network. These capacitors stop the direct current Ic and allow the alternating current supplied by the generator 2 to pass.
Les condensateurs C1, C2 et C3 peuvent permettre aussi la compensation d'énergie réactive du générateur asynchrone.The capacitors C1, C2 and C3 can also allow the reactive energy compensation of the asynchronous generator.
Le second filtre 30 comporte des circuits LC qui bloquent le courant alternatif et laissent passer le courant continu Ic.The second filter 30 includes LC circuits which block the alternating current and allow the direct current Ic to pass.
Le dispositif de la figure 5 est utilisé aussi pour freiner l'éolienne. Dans ce cas, la vitesse de référence VR devient nulle et le dispositif de régulation 26 commande le dispositif d'alimentation pour injecté un courant continu Ic maximal afin de freiner et arrêter la rotation de l'éolienne. Pendant le freinage le disjoncteur 6 est ouvert. Puis, lorsque l'éolienne est bloquée par le frein 11, le disjoncteur 12 est également ouvert.The device of Figure 5 is also used to brake the wind turbine. In this case, the reference speed VR becomes zero and the regulating device 26 controls the supply device for injecting a maximum direct current Ic in order to brake and stop the rotation of the wind turbine. During braking the circuit breaker 6 is open. Then, when the wind turbine is blocked by the brake 11, the circuit breaker 12 is also open.
Les commande des disjoncteurs 6 et 12 et du frein 1 1 peuvent être réalisées par un circuit de contrôle centralisé qui tient compte du mode de fonctionnement du circuit de régulation 26.The circuit breakers 6 and 12 and the brake 1 1 can be controlled by a centralized control circuit which takes account of the operating mode of the regulation circuit 26.
Le courant continu Ic fourni par le dispositif 13 d'alimentation peut-être aussi du courant redressé ou du courant impulsionnel régulé par une modulation de largeur d'impulsion.The direct current Ic supplied by the supply device 13 may also be rectified current or pulse current regulated by a pulse width modulation.
Les modes de réalisation décrits ci-dessus sont particulièrement bien adaptés aux dispositifs comportant des hélices à pales fixes qui ne peuvent pas être régulés en fonction de la vitesse du vent. Mais, ils peuvent avantageusement être aussi utilisés dans des dispositifs à pales orientables.The embodiments described above are particularly well suited to devices comprising propellers with fixed blades which cannot be regulated as a function of the wind speed. However, they can advantageously also be used in devices with adjustable blades.
Les générateurs 2 sont, de préférence, de type triphasé comportant des rotors bobinés ou des rotors à cage. Cependant, l'invention peut être appliqué à des dispositifs comportant des générateurs monophasés ou biphasés.The generators 2 are preferably of the three-phase type comprising wound rotors or cage rotors. However, the invention can be applied to devices comprising single-phase or two-phase generators.
L'invention a été décrite pour des dispositifs à éolienne, mais il est évident que l'invention peut être appliquée à des dispositifs comportant d'autres type d'hélice, notamment, des turbines hydrauliques ou à vapeur. The invention has been described for wind turbine devices, but it is obvious that the invention can be applied to devices comprising other types of propeller, in particular hydraulic or steam turbines.
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|---|---|
| FR2753019B1 (en) | 1998-10-30 |
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