elec MAYOUF MESSAOUD

R é p u b l i q u e A l g é r i e n n e D é m o c r a t i q u e e t P o p u l a i r e
M i n i s t è r e de l’E n s e i g n e m e n t S u p é r i e u r et de la R e c h e r c h e Sc i e n t i f i q u e
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T H E S E
Présentée à
l’U n i v e r s i t é H a d j L a k h d a r B a t n a
En vue de l’obtention du diplôme de
D O C T O R A T E N S C I E N C E S
E N E L E C T R O T E C H N I Q U E
Présentée par
MAYOUF MESSAOUD
Magister en Electrotechnique – Université de Batna
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ETUDE COMPARATIVE DES ARCHITECTURES ET
STRATEGIES DE CONTROLE D'UN AEROGENERATEUR
SYNCHRONE A AIMANTS PERMANENTS
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Thèse soutenue le :20 Avril 2014 devant le jury :
Farid NACERI Président Professeur Univ. Batna
Rachid ABDESSEMED Rapporteur Professeur Univ. Batna
Abdelhamid BENAKCHA Examinateur Maître de Conférences Univ. Biskra
Leila BENALIA Examinateur Maître de Conférences Univ. M'sila
Azeddine CHAIBA Examinateur Maître de Conférences Univ. Sétif
Youcef HARBOUCHE Examinateur Maître de Conférences Univ. Batna

i
REMERCIEMENTS
J’adresse tout d’abord mes vifs remerciements à mon encadreur:
Monsieur Dr. Rachid Abdessemed, professeur à l’université de Batna de m’avoir fait profiter
de ces grandes compétences et ces conseils judicieux, de m’avoir proposé le sujet de cette
thèse, et m’avoir dirigé avec efficacité et patience.
Je remercie Monsieur Dr. Farid Naceri, Professeur à l’université de Batna, pour avoir accepté
de juger ce travail et présider le jury.
Pour leur participation à l'évaluation scientifique de ce travail, je tiens à remercier :
- Dr. Abdelhamid Benakcha, Maitre de conférences à l’université de Biskra.
- Dr. Leila Benalia, Maitre de conférences à l’université de M’sila.
- Dr. Azeddine Chaiba, Maitre de conférences à l’université de Sétif.
- Dr. Youcef Harbouche, Maitre de conférences à l’université de Batna.
J’exprime ma gratitude aux enseignants et personnel administratif de l’université de Batna
pour leurs aides, leur respect, et gentillesse.
Je tiens à remercier vivement tous mes collègues de magistère de la promotion 2004/2005
option énergies renouvelables, et mes collègues de travail au sein de la centrale thermique de
M’sila pour leurs amitiés et collaborations.
J’adresse mes plus vifs remerciements à toute ma famille et mes parents symboles de
tendresse et sacrifice, je profite cette occasion pour leur exprimer mon attachement profond et
ma très grande reconnaissance.

ii
ﺺﺨﻠﻣ
حﺎﻳﺮﻟا ﺔﻗﺎﻃ مﺎﻈﻨﻟ ﺔﻧرﺎﻘﻣ ﺔﺳارد و ﻞﻴﺜﻤﺗ ﻲﻓ ﺔﻤهﺎﺴﻣ ﻮه ﻞﻤﻌﻟا اﺬه . ﺪﻟﻮﻣ تﺎﻴﻨﺑ ﻒﻠﺘﺨﻤﻟ ﺔﻳدﺎﺼﺘﻗاو ﺔﻴﻨﻘﺗ ﺔﻧرﺎﻘﻣ ءاﺮﺟا ﻰﻟا فﺪﻬﻳ
ﺔﻤﺋاد ﺔﻄﻨﻐﻣ وذ و ﻦﻣاﺰﺘﻣ ﻲﺋاﻮه،ﻰﻟوﻻا ﺔﺟرﺪﻟﺎﺑ ﺔﻟوﺰﻌﻤﻟا ﻖﻃﺎﻨﻤﻟا ﺔﻴﻄﻐﺘﻟ ﻚﻟذ و ﺔﻗﺎﻄﻟا ﺔﻀﻔﺨﻨﻣ ﻞﻳﻮﺤﺗ ﺔﻤﻈﻧﻷ ﺔﺼﺼﺨﻣ . ﻞﻀﻔﺑ
ﻩﺎﻳاﺰﻣ ,ﺨﺘﺳا نﺎﻓ ﻲﺘﻟا ﻚﻠﺗ ﻦﻣ ﺔﻴﺑذﺎﺟ ﺮﺜآأ ﺔﻔﻠﺘﺨﻣ تﺎﻋﺮﺴﺑ حﺎﻳﺮﻟا ﻞﻳﻮﺤﺗ ﻢﻈﻧ ﻞﻌﺠﻳ ﺔﻤﺋاﺪﻟا ﺔﻄﻨﻐﻤﻟا وذ و ﻦﻣاﺰﺘﻤﻟا ﻲﺋاﻮﻬﻟا ﺪﻟﻮﻤﻟا ماﺪ
ﺔﺘﺑﺎﺛ تﺎﻋﺮﺴﺑ ﺰﻴﻤﺘﺗ , ﻲﻓ ﻰﻠﺜﻤﻟا ﺔﻗﺎﻄﻟا جاﺮﺨﺘﺳا ﺔﻴﻧﺎﻜﻣﻹفوﺮﻈﻟا ﻒﻠﺘﺨﻣ . و رﺮﻜﺘﻤﻟا ﺮﻴﻴﻐﺘﻟا ﺐﺒﺴﺗ ﻲﺘﻟا حﺎﻳﺮﻠﻟ ﺔﺒﻠﻘﺘﻤﻟا ﺔﻌﻴﺒﻄﻠﻟ اﺮﻈﻧ
ﺋﺎﺑﺮﻬﻜﻟا ﺪﻬﺠﻟا ددﺮﺗ ﻲﻓ ﺔﻗﺎﻄﻟا ﺔﻴﻋﻮﻧ ﻦﻴﺴﺤﺘﻟ ﺔﺘﺑﺎﺛ تﻻﻮﺤﻣ ﺔﻄﺳاﻮﺑ ﺔﻴﺋﺎﺑﺮﻬﻜﻟا ﺔﻜﺒﺸﻟا وأ ﺔﻟﻮﻤﺤﻟا ﻊﻣ ﻪﻄﺑﺮﻟ ءﻮﺠﻠﻟا ﻢﺘﺤﺘﻳ ،ﺪﻟﻮﻤﻠﻟ ﻲ
ﺔﺒﺳﺎﻨﻣ ﻢﻜﺤﺗ تﺎﻴﻨﻘﺗ ماﺪﺨﺘﺳﺎﺑ ﻚﻟذ و ددﺮﺗ و ﺪﻬﺟ ﻦﻣ . ﺔﻴﻟﺎﻋ نارود تﺎﻋﺮﺴﺑ لﺎﻐﺘﺷﻻﺎﺑ تﻻﻶﻟ ﺢﻤﺴﻳ ﺔﺘﺑﺎﺜﻟا تﻻﻮﺤﻤﻟا ﻩﺬه لﺎﻤﻌﺘﺳا نا
وﺎﻤﻣ ةﺮﻴﻐﺘﻣﺨﺘﺴﻤﻟا ةﻮﻘﻟا ﻦﻣ ﻦﺴﺤﻳ حﺎﻳﺮﻟا تﺎﻨﻴﺑرﻮﺗ ﻦﻣ ﺔﺟﺮةﺮﻴﺧﻻا ﻩﺬه تﺎﻋﺮﺳ فﻼﺘﺧا ﻰﻠﻋ . ﺔﻧرﺎﻘﻣ ﻞﺟأ ﻦﻣىﻮﺘﺴﻤﻟاﻗﺎﻄﻟا يﻮ
ﻟﻠﺔﺳورﺪﻤﻟا ﻢﻴﻣﺎﺼﺘ تﺎﻴﺠﻴﺗاﺮﺘﺳا ﺎﻨﻣﺪﺨﺘﺳا ،ﺞﻣاﺮﺑ و ﺚﺤﺑ حﺎﻳﺮﻟا تﺎﻨﻴﺑرﻮﺗ ﻦﻣ ﺔﻨﻜﻤﻤﻟا ىﻮﺼﻘﻟا ﺔﻗﺎﻄﻟا جاﺮﺨﺘﺳﻻ ﺔﻔﻠﺘﺨﻣ .
Abstract
This work is a contribution to modeling and comparative study of a wind energy system. It is the subject of
a technical and economic comparison of different structures of permanent magnet synchronous wind turbine,
dedicated to low power wind energy conversion systems intended primarily for isolated sites. With these
advantages, the use of the permanent magnet synchronous generator makes wind conversion systems, at different
speeds, more attractive than those with fixed speeds, due to the extraction of potential energy in optimum
conditions at different operating conditions. Because of the fluctuating nature of wind, that causes frequent
change in the generator output frequency, it is necessary to link it with the load or the grid by static converters to
improve the power quality and voltage frequency, using appropriate control techniques. Thus, the converters
used allow these machines to operate at high variable rotational speeds, which further improve the extracted
power from the turbine at different wind speeds. In order to compare the energy behavior of the studied
structures, we have used different management strategies to extract the maximum power of the wind turbine. To
search automatically the optimal power point of the wind power system, algorithms maximizing power MPPT
are used for each structure.
Résumé
Ce travail constitue une contribution à la modélisation et l’étude comparative d’un système de production
d’énergie éolienne. Il fait l’objet d’une comparaison technico-économique des différentes structures de
l’aérogénérateur synchrone à aimants permanents, dédiées aux systèmes de conversion d’énergie éolienne à
faible puissance, et destinées principalement pour les sites isolés. Grâce à ces avantages, l'utilisation de
l'aérogénérateur synchrone à aimants permanents rend les systèmes de conversion éolienne à vitesses variables
plus attractifs que ceux à vitesses fixes à cause de la possibilité d’extraction de l’énergie optimale dans les
différentes conditions de fonctionnement. A cause de la nature fluctuante du vent qui provoque une variation
fréquente de fréquence à la sortie du générateur, il est nécessité de lier ce dernier avec la charge ou le réseau par
des convertisseurs statiques susceptibles d'améliorer la qualité d'énergie en tension et fréquence en utilisant des
techniques adéquates de commande. Les convertisseurs ainsi utilisés permettent d'exploiter ces machines à des
vitesses de rotation importantes et variables ce qui améliore davantage la puissance extraite de la turbine à
vitesses différentes de vent. En vue de comparer les comportements énergétiques des structures étudiées, on a
utilisé des stratégies différentes de gestion permettant d'extraire le maximum de puissance possible de la turbine
éolienne. Les algorithmes de maximisation de puissances MPPT utilisés pour chaque structure ont pour rôle la
recherche automatique du point optimal de puissance.

iii
Sommaire
&
INTRODUCTION GENERALE
1. Problématique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1. Objectif de la thèse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1. Structure de la thèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
CHAPITRE I
ETAT DE l’ART ET SITUQTION DE L’EOLIEN DANS
LE CONTEXTE DES ENERGIES RENOUVELQBLES
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2 Production d’énergie d’origine renouvelable. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3 Production éolienne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.1 Historique de l’éolien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.2 Avantages et inconvénients de l’énergie éolienne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.3 Etat de l’art, principes et descriptif de la turbine éolienne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.3.1 Définition de l'énergie éolienne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.3.2 Architecture d’une éolienne à axe horizontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.3.3 Différents types d’éoliennes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.3.3.1 Turbines à axe horizontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.3.3.2 Turbines à axe vertical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.3.4 Conception des pales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.3.5 Matériaux de la pale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.4 Stratégies de fonctionnement d’une éolienne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3.4.1 Bilan des forces sur une pale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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