Contexte
TP individuel de Master 1 MESI (module Énergie Renouvelable), à la Faculté de physique & ingénierie de l'Université de Strasbourg, encadré par le Pr Dominique Knittel. L'objectif : modéliser sous MATLAB/Simulink une chaîne de conversion éolienne, une turbine reliée à une génératrice à courant continu (PMDC) débitant sur une charge résistive, puis comparer trois stratégies de commande de plus en plus « intelligentes » pour voir laquelle extrait le plus de puissance, en régime établi comme en transitoire.
Approche / Solution
J'ai construit et étudié trois configurations, chacune avec une étude statique (balayages de paramètres) et une étude dynamique (réponses à des échelons) : • Branchement direct, la charge Ro est branchée telle quelle sur la génératrice. En balayant Ro, l'angle de calage β et la vitesse du vent, j'ai retrouvé la signature aérodynamique de l'éolienne (la cloche Cp(λ), pic Cp ≈ 0,40 pour λ ≈ 12) et son point de puissance maximale (MPP ≈ 7,5 kW). La limite mise en évidence : la tension de sortie Vo n'est pas maîtrisée, un échelon de charge la faisait varier d'un facteur 31. • Hacheur Boost + régulation PI, j'ai inséré un convertisseur élévateur entre la génératrice et la charge, avec un PI qui asservit Vo. Vo devient alors indépendante de la charge et du vent. Le réglage a demandé du soin : un PI trop agressif qui oscillait (gains ramenés à P = 1e-4, I = 0,05), une saturation du rapport cyclique [0,01 ; 0,99], et le passage à un solveur à pas fixe ode4 (1 µs) pour encaisser le découpage à 10 kHz. J'ai aussi buté sur la limite intrinsèque du Boost : il ne peut qu'élever la tension, jamais l'abaisser. • MPPT Perturb & Observe, j'ai remplacé la consigne fixe par un algorithme P&O (bloc MATLAB Function) qui cherche tout seul le sommet de la courbe de puissance, en perturbant le rapport cyclique et en observant l'effet sur P. Détail piégeux : j'ai dû inverser les signes du pas par rapport au code photovoltaïque d'origine, car sur une éolienne avec Boost la relation entre rapport cyclique et tension est inversée.
Résultats
Le MPPT est clairement la solution la plus aboutie : il atteint Cp ≈ 0,44 (proche du maximum théorique de la turbine) et capte ~2,4× plus de puissance que la régulation seule, sans aucun réglage manuel préalable. Il s'adapte tout seul aux échelons de vent et de charge, et reste même robuste quand une perturbation le sort d'un palier sous-optimal. Ce que j'en retire : plus on met d'intelligence dans la commande, plus on extrait de puissance, sans toucher au matériel. J'ai aussi touché du doigt les limites physiques du système : à très forte puissance, le modèle diverge (Vo qui s'emballe au-delà de 700 à 850 V), ce qui renvoie directement au dimensionnement réel des composants (condensateur de sortie, MOSFET). Pistes que je pourrais encore explorer : un convertisseur Buck-Boost (capable d'abaisser ET d'élever la tension, contrairement au Boost), un MPPT plus fin (pas variable, Incrémentation de Conductance) pour réduire les oscillations autour du MPP, un dimensionnement des composants pour les fortes puissances, et à terme une validation expérimentale sur banc réel plutôt qu'en simulation.