Numérisation de la commande MPPT 84

Les premiers travaux d’optimisation de cette commande, pilotés par Cédric Cabal dans le cadre de sa thèse, se sont orientés sur la numérisation d’une partie de la commande pour, dans un premier temps obtenir une commande flexible et d’autre part arriver à un système de contrôle moins couteux [8]. Le diagramme de la Figure 4-14 représente la loi de commande MPPT avec une partie de la commande numérisée. Les travaux de recherches menés ont abouti à la numérisation de l’acquisition des mesures de tension et de courant du GPV et de l’algorithme de contrôle MPPT.

Figure 4-14. Loi de commande MPPT Semi-Numérique du LAAS-CNRS.

Le principe de fonctionnement reste le même que pour la version analogique. Les acquisitions du courant et de la tension du GPV s’effectuent de façon séquentielle via un

P2 Popt1 Popt2 P4 P1 P3 Délai Courbe de puissance1 Courbe de puissance2 Sens de poursuite x dP/dt Algorithme MPPT Intégrateur PWM IPV VPV δ Signal Triangle Rapport cyclique Timer Partie Numérique Vtrack

convertisseur Analogique-Numérique (CAN). La puissance est alors calculée en multipliant le courant et la tension de manière hardware. Pour obtenir une mesure plus précise de la puissance, on effectue cette opération à huit reprises pour en retirer une puissance moyenne. Ce principe nous permet ainsi de filtrer les bruits et les parasites susceptibles de venir perturber les mesures. A partir de cette mesure de puissance on peut déterminer le signe de sa dérivée par rapport au temps. Ensuite, l’algorithme vient déterminer dans quel cas de configuration nous nous trouvons avant de prendre une décision de changement de sens de poursuite du PPM, Figure 4-15.

Figure 4-15. Diagramme de fonctionnement de la MPPT Numérique.

Le diagramme de la Figure 4-16 représente le principe de l’algorithme numérique de recherche de PPT. En récupérant la dérivée de puissance par rapport au temps, on peut déterminer où se trouve le système. Si la dérivée est positive et si la variable δ (qui détermine le sens de poursuite du PPM) est au niveau haut (=1), alors cette dernière reste inchangée, le signe positif de la dérivée indiquant que le système s’approche du PPM.

A l’inverse, si la dérivée est négative, on peut en conclure que nous avons dépassé le PPM. Dans ce cas, nous testons la variable H correspondant à une autorisation de changement de sens de recherche. La variable H passe à 1 dès lors qu’un délai (pré-chargé dans un Timer) est écoulé depuis le dernier changement de sens de recherche. Ainsi, le sens de recherche s’inverse en changeant la valeur de δ et seulement si la variable H vaut 1. De cette manière, le point de fonctionnement du GPV peut osciller en permanence autour du PPM.

En résumé, la commande MPPT effectue un suivi permanent du PPM, nécessaire pour connaître les variations de la puissance de sortie du GPV. Elle permet de réajuster le rapport cyclique du convertisseur statique et ainsi d’assurer l’adaptation entre le GPV et la charge, en faisant en sorte que le GPV fonctionne au mieux de ses capacités.

Acquisition Vpv Acquisition Ipv Calcul Ppv Calcul Ppv Moyenne Calcul Dérivée dPpv/dt Algorithme MPPT

Figure 4-16. Schéma bloc de l’algorithme MPPT numérique.

Figure 4-17. Circuit électrique d’un étage d’adaptation boost contrôlé par commande MPPT semi-numérique ayant un GPV comme source d’entrée et une batterie 12V comme charge.

On peut voir en Figure 4-17 le schéma électrique, développé sous PSIM, d’un étage d’adaptation de type Boost contrôlé par une commande MPPT semi-numérique et inséré entre un GPV et une charge de type batterie. Le bloque DLL représente la partie numérique de la commande MPPT. Pour cela, un programme en langage C a donc été conçu et converti en routine DLL pour être intégré dans le logiciel de simulation. Les résultats de simulation de ce circuit sont présentés en Figure 4-18. On y trouve l’évolution des variables électriques

δ=0 dPpv/dt > 0 δ = 1 dPpv/dt < 0 δ = 1 dPpv/dt > 0 δ = 0 dPpv/dt < 0 δ = 0 δ=1 δ=1 δ=0 H=0 H=0 H=1 Timer δ=0 δ=1 H=0 H=0 H=1 Timer dPpv/dt

d’entrée du convertisseur en régime établi tel que la puissance PPV délivrée par le GPV

(référencé 14/150/300TD) ainsi que le courant IPV et la tension VPV. Le retard d’inhibition a

été fixé à 4ms. Nous avons également affiché la variable de contrôle VC à laquelle est

comparé un signal triangulaire de 500 kHz pour obtenir le signal de contrôle du MOSFET (MLI). Nous pouvons constater que l’algorithme de commande MPPT extrêmale impose une variation de type triangulaire sur la variable de contrôle VC de telle sorte que l’intervalle où la

pente est positive correspond à une trajectoire du point de fonctionnement du GPV de droite à gauche de la caractéristique I(V) en direction du PPM. L’intervalle où la pente est négative correspond à son tour à une trajectoire de gauche à droite. Ainsi, il y a deux passages par le PPM pour chaque période du signal VC. La tension VPV est proportionnelle à la tension de

contrôle VC avec un déphasage de 180º, tel que nous pouvions le prévoir à partir de

l’expression (4-7).

Figure 4-18. Résultats de simulation d’un étage d’adaptation Boost avec MPPT semi- numérique inséré entre un GPV et une batterie 12V. Variables électriques de sortie du GPV

et tension de commande Vc.

Les premiers tests expérimentaux ont été réalisés à partir d’une commande MPPT semi-numérique dont la première version est présentée en Figure 4-19. Nous la nommons « V0 » pour la référencer par la suite lors de sa comparaison avec des versions améliorées. La consommation de ce premier système de commande a été évaluée à 93 mW lors de tests expérimentaux. Le passage au numérique a permis de réduire par 4 la consommation par rapport à la commande analogique qui consommait environ 400mW.

Figure 4-19. Première commande MPPT Semi-Numérique (V0).

Control MPPT Numérique Ipv Vpv _Intégrateur + - Cde T T Ctrl

Un relevé expérimental est consigné en Figure 4-20. Cet essai montre le comportement en régime établi de l’étage d’adaptation survolteur avec la première génération de commande MPPT Semi-numérique V0. Nous pouvons remarquer que l’algorithme de commande MPPT extrêmal fonctionne correctement. La commande impose une variation de type triangulaire sur la variable VPV. Cette variation linéaire implique donc un changement du

point de fonctionnement du GPV de gauche à droite sur la caractéristique P(V) quand la pente d’évolution de VPV est positive. Et, lorsque la pente est négative, on passe à une trajectoire de

droite à gauche. Ainsi, il y a bien les deux passages par le PPM attendus pour chaque période du signal VPV.

Figure 4-20. Relevé expérimental des variables de sortie d’un GPV fonctionnant à l’aide d’un CS boost comme étage d’adaptation et la MPPT extrêmale V0 sur batterie de 12V.

Malgré les bonnes performances de la MPPT V0, sa consommation reste un frein au développement de notre architecture distribuée. Nous avons donc décidé de faire évoluer le système de contrôle MPPT dans deux directions. La première solution est de développer une commande MPPT totalement numérique, l’autre solution est de réduire au maximum la consommation de la commande en optimisant le circuit et les composants électroniques qui la composent dans le but de mieux connaître comment réduire la consommation sans trop dégrader les performances de la commande.