Pour optimiser la puissance débitée en fonction du vent, il est souhaitable de pouvoir régler la vitesse de rotation de l'éolienne. L'idée est de réaliser un générateur à fréquence fixe et vitesse variable. Le générateur à vitesse variable permet de fonctionner pour une large gamme de vents donc de récupérer un maximum de puissance tout en réduisant les nuisances sonores lors d'un fonctionnement à faible vitesse de vent. En vitesse variable, on régule le système de façon à ce que pour chaque vitesse de vent, l'éolienne fonctionne à puissance maximale. C'est ce qu'on appelle le Maximum Power Point Tracking. La puissance maximale est atteinte pour une vitesse de rotation de la turbine donnée par la caractéristique de l'éolienne P (
).
On fait varier la fréquence d'alimentation de la machine.
La vitesse de rotation de la machine peut varier en général du simple au triple.
Les systèmes à vitesse variable fonctionnent en mode réseau et nécessitent des convertisseurs de fréquence.
Les convertisseurs de fréquence
En variation de vitesse, la fréquence et l'amplitude de la tension, en sortie de la génératrice, sont variables. Pour satisfaire aux conditions du réseau, et donc se ramener à la fréquence et l'amplitude de la tension, fixes du réseau, on utilise des convertisseurs de puissance agissant comme des convertisseurs de fréquence , intercalés entre la machine (synchrone ou asynchrone) et le réseau. Le dispositif règle la fréquence du courant ou de la tension, transforme le courant ou la tension alternatif en courant ou en tension continu, filtre le courant ou la tension pour le ramener à l'allure du courant ou de la tension alternatif à la fréquence du réseau. Le générateur ainsi équipé, peut subir les rafales, et réduire les sollicitations mécaniques.
La chaîne de conversion électrique comprend alors :
la génératrice
les convertisseurs :
• Alternatif/continu ou redresseur commandé (1)
On utilise un redresseur à diodes pour les machines synchrones, leur fonctionnement est unidirectionnel.
Le redresseur à MLI est utilisé pour les machines asynchrones. Le redresseur MLI permet par ailleurs de fournir la puissance réactive magnétisante.
• Continu / alternatif ou onduleur (2)
(convertisseur statique qui règle la valeur de la tension ou du courant efficace et la fréquence du courant ou de la tension) pour réaliser la connexion au réseau : de préférence, on utilise un onduleur de type MLI, car c'est la
structure
d'onduleur qui génère le moins de courants harmoniques.
Pour ces convertisseurs, il est nécessaire d'avoir des ordres de commande, d'où des lois de commande. On utilise des cartes adaptées au contrôle, qui commandent en temps réel et qui sont implantées dans un PC.
La gestion du transfert de puissance entre redresseur MLI et l'onduleur, se fait par régulation du bus continu. Ce bus est constitué notamment d'un condensateur lissant et filtrant la forme d'onde.
Les systèmes à vitesse variable
Nous allons voir successivement :
la MS avec un multiplicateur et un convertisseur au stator
On peut se passer de multiplicateur, en prenant une génératrice synchrone à grand nombre de pôles, pour bénéficier de la vitesse variable. Rappelons que pour la machine synchrone :
Deux solutions sont possibles, elles concernent la technologie du rotor :
