Le travail présenté dans cette thèse est une contribution au dimensionnement et à la commande d’un générateur de type Cascade de Machines Asynchrones à Double Alimentation. Le modèle de la machine pour les simulations est basé sur une représentation modulaire qui découle du modèle de Park de deux machines asynchrones doublement alimentées distinctes, en respectant deux systèmes de référence. Le modèle dynamique est ensuite étendu pour décrire la machine dans un repère unifié. Cette représentation est cruciale pour le dimensionnement de la machine et la synthèse de la commande. Le domaine de fonctionnement de la cascade en régime permanent est exploré. Une méthode analytique générique est proposée pour établir les plages de puissances active-réactive. Les courbes limites sont définies par rapport aux grandeurs nominales de la machine. L’étude prend en compte l’effet de saturation du circuit magnétique. Il est prouvé que la capacité en puissance de la machine est déterminée par les valeurs maximales des courants statoriques et peut être soumise à plusieurs limitations. L’approche analytique est testée et validée par des mesures expérimentales. Deux cas sont considérés pour la commande de la cascade : un générateur raccordé au réseau et un générateur autonome. Pour la connexion au réseau l’application visée est les éoliennes de grande puissance. Une nouvelle méthode pour l’extraction de la puissance maximale d’une éolienne à vitesse variable est proposée. Le système est contrôlé dans le but de fournir une puissance maximale quasi-constante indépendamment des fluctuations du vent. En plus de l’optimisation de la puissance, le facteur de puissance est également ajusté selon les normes de raccordement standard imposées par les services système, et les limites de fonctionnement de l’unité intégrée. Une commande vectorielle sans capteur de tension, basée sur une orientation suivant un flux virtuel, est appliquée pour la régulation découplée des puissances active et réactive. Pour le fonctionnement en mode isolé, l’application visée est la génération électrique pour système avionique embarqué. Deux réseaux de distribution sont traités : réseau AC à fréquence fixe et réseau DC. Dans les deux cas, la commande est élaborée dans le but de maintenir une tension de sortie constante. Le fonctionnement de la cascade alimentant une charge triphasée déséquilibrée est également étudié. Des schémas de contrôle servant à la compensation du déséquilibre des tensions statoriques sont développés. Deux méthodes de compensation sont proposées : l’une basée sur le principe de deux repères tournants et l’autre sur un correcteur répétitif. Les approches présentées sont validées par simulation avec Matlab/Simulink et par expérimentation. / This thesis is a contribution to the power sizing and the control of a Cascaded Doubly Fed Induction Generator (CDFIG). The machine model for simulation is based on a modular representation, derived from the Park model of two distinct Doubly Fed Induction Machines expressed in their own reference frames. The dynamic model of the cascaded machine is then extended to be described in a unified reference frame. This representation is convenient for the sizing of the machine and for the design of the controller. The steady state power operating margins of the cascaded machine are investigated. A generic analytic method is suggested to derive the active-reactive power domain. The limit curves are defined in terms of the rated quantities of the machine. The study takes into account the magnetic circuit saturation effect. It is proven that the power capability of the machine is determined by the stator current maximum values and is subject to several limitations. The analytical approach is tested and validated by experimental measurements. The CDFIG is controlled in grid-connected and standalone operation modes. In grid-connected application, the attention is paid to high power wind generation systems. A new maximum power tracking of a variable speed wind turbine is suggested. The generating plant is carried to provide a quasi-constant maximum power regardless wind fluctuations. In addition to active power optimization the power factor is adjusted according to the grid code requirements and the operating domain of the integrated unit. A virtual flux oriented vector control is applied for the decoupled regulation of active and reactive powers, leading to grid voltage sensorless operation. In standalone operating mode, the study treats in particular the embedded aircraft power system generation. Two distribution networks are considered: constant frequency AC network and DC network. In both cases, the control aims to maintain a constant output voltage. The operation of the CDFIG supplying unbalanced three-phase load is further explored. Control schemes to cope with unbalanced stator voltage conditions are developed. Two compensation methods are elaborated: the first dealing with dual rotating frames and the second is based on repetitive controller. Simulations with Matlab/Simulink software and experiments validate the control approaches.

Ce travail s’intéresse à l’étude d’un système de pompage turbinage à vitesse variable avec une machine asynchrone doublement alimentée face aux perturbations de réseau électrique. L’objectif est d’assurer la continuité de service de cet élément stabilisateur de réseau électrique de sorte qu’il reste connecté au réseau même en cas de perturbations. Le contrôle du système dans les différentes phases de fonctionnement en mode sain a été tout d’abord développé ainsi qu'une étude de stabilité de système utilisant l’analyse modale. Les différents outils nécessaires pour cette analyse ont été tout d’abord mis en oeuvre. Ensuite, les limites de stabilité du système ont été étudiées tenant compte de la variation de longueur de ligne. Le comportement du système en présence des défauts a été par la suite étudié. Les défauts de réseau considérés sont les défauts symétriques et les défauts asymétriques. Une solution basée sur la modification de la stratégie de contrôle a été adoptée pour le cas des défauts symétriques et une solution basée sur l’ajout d’éléments au circuit de puissance a été adoptée pour les cas des défauts asymétriques. Un dispositif expérimental de 4kW a été mis en oeuvre pour la validation des développements menés dans le cadre de cette thèse. / This work focuses on the study of a variable speed pumped storage system based on a doubly fed induction machine in case of grid disturbances. Thus the main objective is to improve the fault ride through capabilities of this grid stabilizer and to guarantee its connection with the grid even under disturbances. The system control in the different operating phases in healthy conditions is developed and then a system stability study is conducted using the eigenvalue analysis. The system stability limits have been investigated taking into account the variation of grid line length so the grid impedance variation. Then the system behavior under disturbances is analyzed. Theconsidered grid faults are symmetric and asymmetric faults. The investigated fault ride through capabilities of the pumped storage system consist of two solutions, one based on the modification of the control strategy was adopted for the symmetric faults and one based on hardware modification has been adopted for the asymmetric ones. A 4kW laboratory set-up has been developed for experimental validation.