Etude comparative de chaînes de conversion d`énergie dédiées à

Nº d’ordre : 2213 Année 2005
Thèse préparée au Laboratoire d’Electrotechnique et d’Electronique Industrielle de l’ENSEEIHT
Unité Mixte de Recherche CNRS Nº 5828
THÈSE
Présentée
Pour obtenir le titre de
DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE
Spécialité : Génie Electrique
Par
Adam MIRECKI
Etude comparative de chaînes de conversion
d’énergie dédiées à une éolienne de petite
puissance
Soutenue le 5 avril 2005 devant le jury composé de :
MM. B.
D.
B.
L.
F.
X.
O.
MULTON
MATT
ROBYNS
MARROYO
RICHARDEAU
ROBOAM
COURNIL
Président
Rapporteur
Rapporteur
Examinateur
Examinateur
Examinateur
Invité

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Résumé
L’étude présente un comparatif des architectures et des stratégies de gestion d’énergie dédiées à un
système éolien basé sur les voilures de type Savonius (VAWT). Un dispositif MPPT doit être introduit
en vue d’obtenir un rendement énergétique maximal. Un pilotage direct en couple ou en vitesse ou
indirect par le contrôle du courant du côté du bus continu est possible. En supposant la caractéristique de
voilure inconnue, une recherche par logique floue est envisagée. Afin de minimiser les coûts de la
chaîne de conversion statique des structures simples (redresseur à diodes, hacheur dévolteur) sont
étudiées et comparées avec un montage reposant sur le redresseur MLI. Un banc d’essais dédié a été
élaboré en parallèle des modélisations/simulations système. Les comparaisons énergétiques à des
vitesses de vent variables ont alors permis d’évaluer les différentes structures et stratégies de pilotage.
Mots clés :
- Eolien
- MPPT
- Modélisation
- Gestion d’énergie
- Architecture
Abstract
This study presents a comparison of architectures and strategies of energy management dedicated to
VAWT turbines such as Savonius. A Maximum Power Point Tracking must be implemented in order to
optimize the energetic behavior. A torque or a speed control, or an indirect control of the DC bus current
is possible. In the fact that the wind turbine characteristic is unknown, an operational research based on
fuzzy logic is proposed. Aiming to minimize the cost of the static conversion structure, simple structures
(diode bridge inverter, associated with DC-DC chopper) are analyzed and compared with a system based
on a PWM Voltage Source Inverter. A test bench has been realized in the meantime as a system
simulation. Comparisons of the provided energy are made for different wind speeds allowing to evaluate
the performance of each structure and of the control strategies.
Keywords:
- Wind turbine
- MPPT
- Model
- Energy management
- Architectures

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Avant-Propos
Les travaux présentés dans ce mémoire ont été effectués au Laboratoire d’Electrotechnique et
d’Electronique Industrielle (L.E.E.I), Unité Mixte de Recherche n° 5828 de Ecole Nationale Supérieure
d’Electrotechnique, d’Informatique, d’Hydraulique et des Télécommunications (ENSEEIHT) de
l’Institut National Polytechnique de Toulouse (INPT) et du Centre National de la Recherche Scientifique
(CNRS).
Je tiens, tout d’abord à remercier
M. Yvon CHERON, Directeur de Recherche au CNRS et directeur du LEEI, de m’avoir accueilli dans
son laboratoire,
M. Xavier ROBOAM, Chargé de Recherche au CNRS et responsable du groupe « Système » du L.E.E.I.
d’avoir accepté la direction scientifique de ces travaux de recherche. Je lui exprime toute ma gratitude
pour son expérience, son art de la multi - compétence, son soutien inconditionnel et ses qualités
humaines,
M. Frédéric RICHARDEAU, Chargé de Recherche au CNRS pour avoir accepter la lourde tâche de co-
diriger ma thèse, de m’avoir guidé dans les méandres de l’électronique de puissance et pour ses idées
ingénieuses.
Je remercie tous les membres du jury pour l’intérêt qu’ils ont porté à mes travaux :
M. Bernard MULTON, Professeur des Universités, directeur du département de Mécatronique à l’ENS
Cachan Antenne de Bretagne, pour m’avoir fait l’honneur de présider le jury de thèse,
M. Benoît ROBYNS, Professeur à l’Ecole des Hautes Etudes d'Ingénieur à Lille, responsable de l'équipe
Réseaux Electriques et Systèmes Electro-énergétiques au Laboratoire d’Electrotechnique et
d’Electronique de Puissance de Lille, pour avoir accepter d’être le rapporteur de ce mémoire et pour sa
participation au jury,
M. Daniel MATT, Maître de Conférences, Habilité à Diriger des Recherches au Laboratoire
d’Electrotechnique de Montpellier à l’Université Montpellier II, pour la participation au jury en tant que
rapporteur,
M. Luis MARROYO, Professeur à l’Université Publique de Navarre (UPNA) - Espagne, pour sa
participation au jury, sa gentillesse et sa bonne humeur,
M. Olivier COURNIL, de EDF R&D, Département Technologie et Economie des Systèmes Electriques,
Groupe Systèmes d’Alimentations Electriques Innovants, pour sa participation à mon jury de thèse et
pour le regard industriel qu’il a porté sur ce travail.
Merci à M. G. Harran Maître de Conférence à l’Institut de Mécanique des Fluides à Toulouse
pour la collaboration dans le cadre des expériences à la soufflerie S1. Merci à Franck Moradei et
Philippe Fernandez de leur aide précieux.
Je remercie l’ensemble de l’équipe scientifique de LEEI pour la passion, dynamisme et
enthousiasme dans le travail de recherche ainsi que pour les bons moments passés ensemble au caféteria.