Division de la puissance

Les vecteurs redondants peuvent être utilisés pour contrôler le flux de puissance échangé par chaque système de stockage avec le µréseau à travers le convertisseur 3LNPC. La possibilité d'utiliser les petits vecteurs redondants dépend directement de l'indice de modulation [T2].

Une fois la tension du bus à CC sélectionnée, la relation entre le taux de modulation et les courants des deux dispositifs de stockage a été étudiée afin d'analyser les limites du système. Des simulations ont été effectuées en utilisant le modèle du 3LNPC en valeurs moyennées et en supposant des courants idéaux dans le bus à CA ainsi que des sources de tension idéales et équilibrées dans le bus à CC. Selon le procédé de calcul de valeurs moyennes, si la fréquence porteuse est beaucoup plus grande que la fréquence du signal de modulation, les signaux de commutation sont approximativement les mêmes que les valeurs instantanées du signal de modulation. Le facteur de puissance est supposé unitaire, et l’offset maximum (limité par l'indice de modulation, afin d'éviter une surmodulation) est ajouté aux signaux de modulation produits à l'aide de THIPWM, tout en faisant varier le taux de modulation entre 0 et 1/sin (π/3). Les valeurs moyennes des courants dans les deux systèmes de stockage ont été représentées en valeurs normalisées en fonction de la valeur efficace du CA. La Figure 2.34 montre les résultats de cette analyse.

i1 = da1 da2 ia + db1 db2 ib + dc1 dc2 ic (2.24)

i0 = da2 da3 ia + db2 db3 ib + dc2 dc3 ic (2.25)

isc = −i1 (2.26)

ivrb = −i1 − i0 (2.27)

Figure 2 . 34: Relation entre les courants du SSE (a) SC et (b) VRB, indice de modulation et de niveau d’offset

Lorsque l'indice de modulation est inférieur à 0.5/sin(π/3), le courant peut être complètement fourni (ou absorbé) par l'une des sources de tension (Figure 2.34). Cependant, lorsque la modulation est supérieure à 0.5/sin(π/3), chaque dispositif de stockage doit fournir une partie du courant demandé par la charge. Par conséquent, l’offset peut être utilisé pour contrôler le flux de puissance d’un SSEH mais en respectant les limites dues à la structure du convertisseur.

Chapitre 2

Convertisseurs de puissance et commandes associées pour l’intégration de la PD dans les µréseaux en conditions de défauts

La Figure 2.35 montre les résultats expérimentaux pour l'injection d'un offset maximal, lorsque le taux de modulation est de 0.5. Jusqu'à l'instant 4,2 s, l’offset injecté est nul. A t=4.2 s, l’offset est modifié à 0,5 jusqu'à t=4,6 s. Ensuite, l’offset est réduit à -0,5 jusqu'à l’instant t=5 s, quand l’offset retourne à 0. Les courants d'entrée du SSE prouvent que l'injection de la séquence homopolaire permet de contrôler la répartition de la puissance entre le SC et la VRB [C1].

Figure 2.35: Test expérimental illustrant l'effet de l'injection de la séquence homopolaire

4.1.3 Stratégie de commande

La régulation des grandeurs à CA et CC a été réalisée séparément avec des stratégies différentes. Les tests effectués ont montré que la commande du bus à CC n'affecte pas la régulation des grandeurs à CA. Ainsi, la tension et le courant du bus à CA ont été régulés en utilisant des régulateurs PI dans un référentiel tournant dq0, pendant que la tension et le courant continus ont été contrôlés en injectant la composante homopolaire dans les rapports cycliques générés par l’algorithme de commande à CA. Le partage du flux de puissance entre les deux technologies de stockage est réalisé également à l’aide des régulateurs PI.

A. Stratégie de commande des grandeurs à CA

La stratégie de commande du bus à CA a été conçue en prenant en compte les deux modes de fonctionnement du convertisseur 3LNPC dans un contexte µréseau : le fonctionnement isolé et le fonctionnement synchrone avec le réseau électrique principal. Dans le fonctionnement isolé, l'objectif est de fixer la fréquence et la tension du bus à CA. Dans ce mode de fonctionnement, l'algorithme de commande est constitué par deux boucles de régulation : une boucle interne pour la régulation du courant et une boucle externe pour la régulation de la tension (Figure 2.36).

Figure 2.36: Stratégies de commande pour un fonctionnement isolé

Dans le cas du fonctionnement connecté au réseau principal, l'onduleur fonctionne synchronisé avec l’amplitude de la tension et la fréquence du réseau. Dans

cette configuration, les grandeurs de régulation sont la puissance active (P) et la puissance réactive (Q) échangées par le convertisseur avec le bus à CA. Les puissances active et réactive peuvent être contrôlées à travers les composantes de courant id et iq. Par conséquent, dans ce mode de fonctionnement, l'algorithme de commande ne nécessite qu'une seule boucle de régulation, celle du courant, qui sera la même que dans le cas isolé. Toutefois, les valeurs des courants de référence seront calculées en fonction des valeurs de référence de P et Q issues de l’algorithme de gestion du SSEH. La Figure 2.37 montre la structure de la stratégie de commande dans le cas d’un fonctionnement raccordé au réseau principal. Le passage d'un mode de fonctionnement à l'autre s’effectue avec une remise à zéro et l'initialisation des régulateurs PI.

Figure 2.37: Stratégies de commande pour le mode de fonctionnement connecté au réseau

B. Gestion de la VRB

La division de la puissance entre le module de SC et la VRB doit être effectuée en fonction de la fréquence: les variations rapides de puissance doivent être absorbées ou fournies par les SCs et les variations basse fréquence par la VRB. Le flux de puissance de la VRB est directement contrôlé en injectant la composante homopolaire dans les rapports cycliques générés par l'algorithme de commande présenté précédemment et donc, la puissance des SCs est contrôlée indirectement.

Le signal de référence du régulateur de courant de la VRB est défini par un algorithme prenant en compte les limites de fonctionnement du convertisseur 3LNPC [T2]. Ces limites établissent le niveau de courant qui peut être extrait/injecté dans la VRB et les SCs en fonction de trois variables: l'indice de modulation, la relation entre les tensions aux bornes de la VRB et des SCs, ainsi que la différence de phase entre les rapports cycliques et les courants alternatifs.

Les limites de fonctionnement ont été implémentées dans le système de commande à travers des tables de conversion. La Figure 2.38 illustre la structure de la commande du courant dans la VRB.

Chapitre 2

Convertisseurs de puissance et commandes associées pour l’intégration de la PD dans les µréseaux en conditions de défauts

L'indice de modulation et les rapports cycliques ont été obtenus à partir des régulateurs PI des courants idq, tandis que les différents courants ont été mesurés par des capteurs. Le signal de référence du régulateur de courant de la VRB est défini par un algorithme basé sur des règles (Figure 2.38), en relation avec les limites du convertisseur 3LNPC et l'état de charge de chaque technologie de stockage, calculée par le bloc « State manager ». Une fois la référence générée, l'erreur de courant de la VRB est calculée et utilisée par le régulateur PI mentionné précédemment afin de modifier la séquence homopolaire injectée et pour maintenir le courant de la VRB au niveau de référence. Cependant, le convertisseur 3LNPC n'est pas censé fonctionner en surmodulation, raison pour laquelle la séquence homopolaire générée par le PI doit être limitée. Comme l'indice de modulation peut subir des variations, les limites de compensation doivent être également variables.

4.2 Synthèse des résultats

Les différents tests expérimentaux ont été effectués en exploitant la plateforme µréseau installée à l’ESTIA. Nous avons utilisé un module SC de type Maxwell BMOD 0083, une batterie VRB sur mesure et un convertisseur 3LNPC piloté par un système Hardware-in-the-loop d'OPAL-RT. La plateforme expérimentale du SSEH est illustrée sur la Figure 2.39.

Figure 2.39: Plateforme expérimentale SSEH

Le convertisseur multiniveau a été dimensionné pour fonctionner à 1000 VCC et 50 A, afin de disposer d’une puissance importante et d’envisager différents types de tests sur la plateforme. Cependant, dû aux caractéristiques des technologies de stockage, les tests de validation des travaux présentés ici ont été réalisés à petite échelle pour des niveaux de tension faible, 60 VCC/11 Vrms. Les niveaux de tension maximale sont de 48,6 V pour le SC et de 32 V pour la VRB. Même si les tests ont été effectués à des niveaux de tensions non conventionnelles, les tests sont totalement représentatifs de ce qui se passerait à des niveaux de tension plus élevée. Le SSEH avec la stratégie de commande proposée a été testé pour les deux modes de fonctionnement : isolé et interconnecté avec un réseau principal.