Optimisation du transfert d’énergie d’une éolienne par convertisseur buck-boost Jacky BRESSON, Fabrice FRUGIER, Didier DUCLOS IUT de Perpignan, département G.I.M. Ch. de la Passio Vella, BP 79905 - 66962 PERPIGNAN Cédex 9 E.mail : bresson@univ-perp.fr Site internet : http://gim.iut.univ-perp.fr

Introduction Etude menée lors de projets tuteurés par les étudiants GIM  Concours Gim’Eole 2016. L’objectif de l’étude  Améliorer les résultats des précédentes sessions, notamment la partie électronique.

Puissance d’une éolienne Puissance mécanique : Aérogénérateurs électriques - Bernard MULTON a Cpmax lomax Puissance électrique :

Courbes de puissance et puissance optimale Pt. de fct. opt. (Cpopt pour oopt) Popt=0,0018 Ve3 Pour récupérer l’énergie maximale  Nécessité de fonctionner à vitesse variable Dans une génératrice synchrone  Ve prop. à W (rd/s) ou à N (tr/s)

Charge optimale La charge optimale R est celle où le courant I varie en V2 ou qui varie en 1/V Dans le cas d’une charge inconnue  utilisation d’un convertisseur statique DC/DC qui adapte en permanence la charge électrique à la caractéristique de l’éolienne

Convertisseur buck-boost Convertisseur inductif, abaisseur-élévateur-inverseur de tension En conduction continue, le complément d’énergie pris sur l’intervalle 0kT est le même que celui perdu de kT T D’où : Ainsi : Où : 0<k<1 : rapport cyclique

Convertisseur buck-boost – Résistance d’entrée. En supposant un rendement de 1, alors VsIs=VeIe Donc : Re est fonction de Rs et de k k=0  Re =  éolienne en circuit ouvert (à vide) k=1  Re=0  éolienne en court-circuit (charge max) Le convertisseur buck-boost fonctionne comme une charge active. Rs=5,5W

Stratégie de recherche de la puissance maximale pour Rs=? « Traque » du point de puissance maximale : Mesure de Ve et Ie  Pe et Popt=0,0018.Ve3 Si Pe>Popt (zone I) k=k-k , Re ↗ , le couple électromagnétique ↘ , N(tr/s) ↗ , Ve ↗ .On se rapproche de Pmax, Si Pe<Popt (zone II), le point optimal Pmax est dépassé  k=k+k/2 jusqu’à ce que la condition s’inverse à nouveau, Après plusieurs itérations en zone III, le point Pmax est atteint. Re 

Algorithme de recherche de la puissance maximale Algorithme de type « Perturbations et Observations »  (P&O)

Schéma et carte électronique

Essais en soufflerie – dépt. GIM Perpignan Variateur de fréquence type ALTIVAR  vit. vent variable de 0 à 55km/h Veine L=5m de section 1x1m av. convergent 0,8x0,8m Ventilateur centrifuge moteur triphasé 10 kW Structure alvéolaire  écoulement laminaire (turbulence < 0,5%) Anémomètres à fil chaud  mesure de la vitesse de l’écoulement

Sans MPPT, Re fixe à 5,5W, 11W et 22W Vents laminaires

Avec MPPT, Re =f(k) issue du programme Vents laminaires

Avec MPPT, Re =f(k) issue du programme Vents turbulents

Essais en soufflerie – dépt. GIM Roanne Ventilateurs axiaux  moteur1 (22kW) et moteur2 (3kW)    Veine principale (veine 1)  flux d’air laminaire de 0 à 80 km/h Veine secondaire (veine 2) flux d’air très perturbé de 0 à 40 km/h

Avec et sans MPPT - Re =f(k) issue du prog. Gain de plus de 40%

Conclusion Optimisation transfert d’énergie d’une éolienne  convertisseur continu-continu de type buck-boost Mesure de la puissance à l’entrée du buck-boost + courbe de puissance optimale + algorithme de type « Perturbations et  Observations »  commande module MPPT Mesures de puissance avec et sans MPPT  gain d’énergie de plus de 40%.