Influence du rayonnement sur le comportement dynamique du système

Pour voir maintenant l’effet de l’intensité du rayonnement solaire, on fait changer cette intensité en gardant une même valeur de la charge (celle de R=57Ω, L=5mH), les résultats obtenus sont les suivants :

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Fig. (V.36) Courant à la sortie de l’onduleur après le filtre, Courant injecté dans le réseau et Courant dans la charge pour (G=0W/m2)

D’après la figure (V.36), si on néglige le courant de la charge, le courant délivré par le réseau électrique est complètement acheminé vers la source (PV) ceci risquera la destruction des panneaux solaires s’ils ne sont pas munis de diodes anti retour.

Fig. (V.37) Courant à la sortie de l’onduleur après le filtre, Courant injecté dans le réseau et Courant dans la charge pour (G=200W/m²)

La figure (V.37) donne les allures des courants “Ia” à la sortie de l’onduleur (en bleu), “Ia-réseau” dans le réseau (en rouge) et “Ia-ch” dans la charge (en vert) pour une intensité du rayonnement faible (G=200W/m²), on voit que le courant “Ia” est faible et que le courant de la charge est de nouveau égal à la somme des courants “Ia” et “Ia-réseau”, c'est-à-dire que la charge est alimentée des deux cotés.

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Fig. (V.38) Courant à la sortie de l’onduleur après le filtre, Courant injecté dans le réseau et Courant dans la charge pour (G=800W/m²)

Si l’intensité du rayonnement solaire augmente (G=800W/m2), une augmentation du courant “Ia” est claire. La figure (V.38) montre que le GPV alimente la charge et le surplus est injecté dans le réseau.

V.4 Conclusion

Dans ce chapitre la simulation des onduleurs photovoltaïques monophasé et triphasé en pont a été présentée. Les cas où le réseau électrique basse tension A (BTA) est connecté (ou non) ont été envisagés et les résultats de simulation ont été donnés et discutés.

Une première constatation à faire est que la (les) tension (s) à la sortie de l’onduleur est (sont) un signal (signaux) rectangulaire (s) à haute fréquence (fruit d’une commande PWM bipolaire), ce qui nécessite un filtrage des harmoniques.

Une seconde constatation se présente dans la nature du filtre à placer à la sortie de l’onduleur, un filtre “LC” passe bas est très suffisant si le système (PV) n’est pas raccordé au réseau électrique et un filtre “LCL” est nécessaire dans le cas contraire (c'est-à-dire si le système PV est raccordé au réseau).

Une troisième constatation réside dans l’influence de la charge et de l’intensité du rayonnement solaire sur le comportement dynamique du système en général (autrement dit les allures de courants “Ia”, “Ia-réseau” et “Ia-ch”) dans la phase “a”, la même chose est observée dans les phases “b” et “c”.

Finalement, on peut conclure que les résultats obtenus sont très satisfaisants.

Le chapitre qui suit sera consacré aux onduleurs multi niveaux qui sont très importants pour le couplage des SPV au réseau à haute tension.

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V.5 Références

[1] Christian Puret, “les réseaux de distribution publique MT dans le monde, N°155”, Cahier Technique N°155, édition septembre 1991.

[2] Schneider Electric - Guide de l'installation électrique 2010.

[3] K.H. Hussein, I. Muta, T. Hoshino and M. Osakada, “Maximum Photovoltaic Power

Tracking:an Algorithm for Rapidly Changing Atmospheric Conditions”, IEE Proc.-Gener.

Transm. Dittrib., Vol. 142, N°1, pp. 59 - 64, Jan. 1995.

[4] H. Knopf, “Analysis, Simulation and Evaluation of Maximum Power Point Tracking (MPPT) Methods for a Solar Powered Vehicle”, Thesis, Portland State University, 1999.

[5] A. Aziz, Ka. Kassmi, K. Kassmi, F. Olivié, R. Maimouni, G. Sarrabayrouse et A. Martinez, “Modélisation des Panneaux Solaires dans l’Environnement Orcad” , CD Rom du Deuxième Congrès Francophone MAJECSTIC’04, Calais, France, 13 - 15 Octobre 2004.

[6] T. Mrabti, M. El Ouariachi, K. Kassmi, F. Olivié et F. Bagui, “ Conception, modélisation et réalisation d’un système photovoltaïque de moyenne puissance”, Revue des Energies Renouvelables Vol. 11 N°4 (2008) 567 – 575.

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VI.1 Introduction

e nombreuses applications industrielles ont commencé à exiger des appareils de puissance plus élevée au cours des dernières années.Certaines machines de moyenne tension et des applications de services publics exigent une moyenne tension et une puissance de plusieurs mégawatts. Pour un réseau à moyenne tension, il est difficile de raccorder directement un seul commutateur à semi-conducteur de puissance. Par conséquent, une structure de convertisseur de puissance à plusieurs niveaux a été introduite en tant qu'alternative à des situations de forte puissance et de tension moyenne, Par la suite, plusieurs topologies de convertisseurs à plusieurs niveaux ont été développées.

Les sources d'énergie renouvelables comme le photovoltaïque, l'éolien, les piles à combustible peuvent être facilement interfacés un convertisseur multi niveaux pour une demande de forte puissance [1, 2, 3].

Le concept de convertisseurs multi niveaux a été mis en place depuis 1975 [4]. Le terme multi-niveaux a commencé avec le convertisseur à trois multi-niveaux [5]. Par la suite, plusieurs topologies de convertisseurs multi niveaux ont été développés [6, 7, 8, 9, 10,11, 12, 13,].

Le convertisseur multi niveaux a plusieurs avantages par rapport au convertisseur à deux niveaux conventionnel qui utilise une stratégie de commande à haute fréquence basée sur la PWM. Les caractéristiques attrayantes d'un convertisseur multi niveaux peuvent être résumées comme suit :

 Qualité de la forme d'onde en escalier: les convertisseurs multi niveaux peuvent non seulement générer des tensions de sortie avec une distorsion très faible, mais peut aussi réduire les contraintes dv/dt; par conséquent, les problèmes liés à la compatibilité électromagnétique (EMC) peuvent être réduits.

 La tension en mode commun (Common Mode Voltage (CMV)): les convertisseurs multi niveaux produisent une plus petite tension en mode commun, Par conséquent, la contrainte dans les paliers d'un moteur relié à un moteur d'entraînement à niveaux multiples peut être réduite. En outre, la tension en mode commun peut être éliminée en utilisant des stratégies de modulation avancées telles que celle proposée dans [14].

 Courant d'entrée avec une faible distorsion.

 Fréquence de commutation: les convertisseurs multi niveaux peuvent fonctionner à la fois en fréquence de commutation fondamentale et en haute fréquence de commutation (PWM). Il est à noter qu’une fréquence de commutation plus faible signifie généralement des pertes par commutation réduites et un plus grand rendement.

Malheureusement, les convertisseurs multi niveaux présentent certains inconvénients. Un inconvénient particulier est la nécessité d’un grand nombre de commutateurs de puissance à semi-conducteurs dont chacun d’eux nécessite un circuit de commande propre, cela peut entraîner l'ensemble du système à être plus coûteux et complexe.

Plusieurs topologies de convertisseurs multi niveaux ont été proposées au cours des deux dernières décennies |15]. En outre, trois différentes grandes structures de convertisseurs multi niveaux ont été rapportées dans la littérature:

 Les onduleurs en pont mis en cascade avec des sources de courant continu séparées,

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 Les onduleurs NPC

 Et les onduleurs avec condensateurs flotteurs.

Fig. (VI.1) Configurations en demi-pont des onduleurs photovoltaïques (a) Configuration à deux niveaux

(b) Configuration à trois niveaux (c) Configurations à N niveaux

La Figure. (VI.1) montre un diagramme schématique d'un onduleur en demi-pont avec différents nombres de niveaux, pour lesquels l'action des semi-conducteurs de puissance est représentée par un commutateur à plusieurs positions.

Ce chapitre passe en revue l'état de l'art de la technologie des onduleurs de puissance à plusieurs niveaux qui peuvent raccorder les sources photovoltaïques au réseau électrique à haute tension. La simulation de quelques topologies est effectuée dans l’environnement MATLAB/SIMULINK et les résultats de simulation sont discutés.

VI.2 Onduleur NPC triphasé à trois niveaux commandé par la stratégie PWM