Documents réponses
Compétences et savoirs évalués :
Si on fournit à un système de l’énergie régulièrement, à une fréquence égale à sa fréquence propre, des oscillations d’amplitude croissante vont apparaître : c’est la résonance.
Simulation du comportement du mât lorsque celui-ci entre en résonance.
Nota : Les déplacements sont amplifiés pour être visibles
Question 1.1 - Commenter le comportement du mât et décrire le problème qui pourrait apparaître.
La fréquence d’excitation dépend notamment de la vitesse de rotation du rotor (ensemble tournant).
Question 1.2 - Calculer la fréquence frotor pour une vitesse maximale de rotation de 25 tours par minute.
Les résultats de simulation nous indiquent que la fréquence propre de la structure est de 0,46 Hz
Question 1.3 - À l’aide des résultats ci-dessus, déterminer, en justifiant votre réponse, s’il y a un risque que l’éolienne entre en résonance sur la plage de fonctionnement allant de 0 à 25 tr.min-1.
Compétences et savoirs évalués :
L’objectif de cette partie est d’analyser le comportement d’une éolienne afin d’optimiser sa production d’énergie électrique.
Le système de contrôle – commande est un dispositif qui surveille l’état de l’éolienne en permanence. Il communique avec le centre de conduite ou l'opérateur de maintenance en transmettant des alarmes ou des demandes d'entretien. Il peut aussi recueillir des statistiques et contrôler sa position actuelle.
Il permet également de contrôler de manière continue le dispositif d’orientation de la nacelle de l’éolienne (Yaw) ainsi que le dispositif de calage des pales (Pitch).
Une modélisation multi-physique (voir DT6) permet de simuler le comportement de l’aérogénérateur dans des conditions extrêmes sans avoir à le tester en grandeur nature.
Le module de supervision de cette modélisation simule le comportement du système de « contrôle – commande » et permet de contrôler l’éolienne en fonction de différents paramètres, qu’ils soient internes ou externes.
Question 2.1 - D’après le diagramme Sysml des exigences, donner les exigences permettant de réaliser l’exigence « Optimiser la production en fonction du vent ». À partir de la modélisation du DT6, déterminer les variables d’entrée et de sortie de la supervision.
Limitation de la vitesse de rotation du rotor
Le document réponse DR5 donne les courbes de puissance et du coefficient de puissance Cp de l’éolienne.
Question 2.2 - À partir du DT7, compléter le tableau DR5 en déterminant les conditions de vent limite de production d’énergie Vvent mini et Vvent maxi ainsi que la vitesse nominale Vnom à partir de laquelle celle-ci fournit sa puissance maximale.
La fréquence de rotation du rotor est limitée par la fréquence de rotation du générateur qui dépend de la fréquence du réseau électrique.
Le DT8 présente le principe de protection de survitesse du générateur. Celui-ci permet de déterminer les vitesses de déclenchement de cette protection mais aussi la fréquence de rotation critique du générateur.
Question 2.3 - Le multiplicateur a un rapport de transmission de 112,8. Déterminer les fréquences de rotation maximale et nominale du rotor de l’éolienne.
Domaine de fonctionnement
Le diagramme d'état permet de décrire les différents états de fonctionnement de l’éolienne grâce au diagramme d’état suivant.
Question 2.4 - À partir de la description des différentes phases de fonctionnement d’une éolienne DT7, compléter les transitions manquantes entre chacun des états du diagramme d’état.
Question 2.5 - Sur le DR5, identifier, en les hachurant, les zones correspondant aux états :
Sur le graphique du DR5, apparaît le coefficient de puissance Cp. Celui-ci caractérise la puissance récupérée par l’éolienne par rapport à la puissance du vent.
De fait, la puissance mécanique de l’éolienne peut se calculer par la formule suivante :
avec :
Question 2.6 - Compléter le document DR6, en utilisant les valeurs de Cp fournies par DR5. Comparer les puissances ainsi calculées à la puissance nominale de l’éolienne. En vous aidant du diagramme des exigences, identifier la solution technologique qui permet de réaliser cette optimisation de puissance.
Conclusion sur le domaine de fonctionnement de l’éolienne
Question 2.7 - Dans l’opinion publique, on entend souvent dire « plus il y a de vent, plus une éolienne produit d’électricité ». En vous appuyant sur la courbe d’évolution de la puissance fournie par l’éolienne du DR5, commenter cette affirmation.
Compétences et savoirs évalués :
Chaque éolienne est équipée d’un système embarqué. Les données machines, telles que la température du frein, la vitesse de rotation des pales, la direction et la vitesse du vent, la puissance fournie, l’orientation de la nacelle, etc. permettent une gestion et une sécurité optimales de la production d’électricité.
Mesures et transmission des informations relatives au vent
L’étude porte sur la mesure et la transmission de la vitesse et de la direction du vent réalisées par des anémomètres communicants.
Question 3.1 - À partir du document DT9, sachant que les transducteurs du capteur vent sont distants de 0,2 m, compléter le tableau du DR7. Sur la figure de la rose des vents donnée, tracer les vitesses obtenues dans la direction N-S et dans la direction E-W en arrondissant, pour le tracé, à la valeur entière supérieure les résultats obtenus. Tracer la vitesse résultante (le vent vient de la direction opposée).
Question 3.2 - Le calculateur ne procédant pas à une résolution graphique mais à une résolution formelle, calculer pour l’exemple précédent le module (norme) de la vitesse du vent (noté v) et la direction du vent (angle noté θ par rapport au nord) et vérifier la cohérence avec les résultats de la question précédente.
Le capteur de vent communique via le protocole CIBus. Réponse transmise par le capteur suite à une requête du centralisateur :
La capture d’une réponse du capteur vent donne la trame suivante :
Question 3.3 - À partir de cette trame de communication sous le protocole CIBus, entourer sur DR8 :
En déduire la direction et la vitesse du vent pour cette mesure.
Étude de la signalisation d’un défaut de positionnement de la nacelle
La nacelle s’oriente en fonction de la direction du vent (Yaw). Sa position est mesurée par un encodeur (voir DT10). Un avertissement de défaut est signalé à l’équipe de maintenance sur la supervision locale au niveau du mouvement horaire de la nacelle. Les valeurs attendues, renvoyées par le capteur pour 4 positions différentes, lors d’un fonctionnement normal, sont données dans la table de vérité ci-dessous :
Question 3.4 - En vous aidant des chronogrammes (positions 1 à 2) ci-dessous, déterminer les codes binaires manquants (pos 3 et 4) sur le document réponse DR9. En déduire le numéro de position en défaut.
