Problématique dans l’association

Des récentes études se sont portées sur le développement des micro-réseaux, lesquels utilisent les sources d’électronique de puissance avec un comportement des sources de tension. CERTS aux États- Unis [Nikkhajoei et Lasseter, 2009] a été l’un des premiers laboratoires à développer le concept de micro-réseau. Plusieurs projets européens se sont intéressés à ce sujet [microgrids]. Une revue intéressante de tous ces développements est proposée dans [Kroposki et al, 2008]. D’autres articles ont été publiés sur la même thématique [Guerrero et al, 2007] ; [De Brabandere et al, 2007].

Même si beaucoup des travaux ont été faits sur ce sujet, le développement d’un réseau électrique comprenant une quantité significative de sources connectées par des convertisseurs d’électronique de puissance est un véritable défi. Ceci est d’autant plus vrai si la source est pilotée pour lui conférer un caractère source de tension.

Dans bien des travaux récents, on s’intéresse à l’association de sources connectées à l’aide de convertisseurs d’électronique de puissance. Nous nous intéressons ici à l’association de sources classiques et de source à connexion électronique. (cf. Figure 4.1).

Chapitre 4

Etude d’un micro réseau hybride

106

Figure 4.1 Association d’une source classique avec une source d’électronique de puissance.

Dans la Figure 4.1, la charge peut être alimentée soit par l’alternateur (machine synchrone), soit par le convertisseur de puissance (source d’électronique de puissance). Comme la configuration peut changer, nous devons associer à ce système, un modèle à structure variable, qui sera étudié en utilisant le concept de jonction de commutation de puissance (en anglais « switch power junction ») (SPJ) dans le nœud de couplage entre les trois éléments montrés. L’utilisation de ce type de jonction est examinée en détail dans [Mosterman et Biswas, 1998] ; [Umarikar et Umanand, 2005].

Comme le montre la Figure 4.1, le convertisseur d’électronique de puissance est connecté au réseau via une bobine de connexion, et la plupart du temps, la charge est une charge de type inductive, comme par exemple une machine asynchrone.

En terme de modélisation, ce système présente un problème de causalité puisque le point de couplage commun est placé entre ces trois éléments de nature inductive. Un et seulement un doit imposer la tension aux deux autres, ce qui signifie que cet élément doit être modélisé avec une causalité dérivée tandis que les deux autres peuvent être modélisés avec une causalité intégrale.

Nous avons déjà montré au chapitre 2 que ce problème pouvait être contourné par la simplification partielle du modèle. En termes de bond graphs, on peut représenter le schéma de la figure 4.1 de la manière suivante (cf. Figure 4.2).

Chapitre 4

Etude d’un micro réseau hybride

107 Figure 4.2 Bond graph à mots de l’association des deux sources.

La Figure 4.2 montre la connexion d’une source d’énergie renouvelable au moyen d’un convertisseur d’électronique de puissance à une source d’énergie classique (alternateur). Les deux sources alimentent une charge choisie ici comme une machine asynchrone. Cette structure peut être analysée à différents niveaux de complexité.

Dans les sources classiques, la puissance est générée par les alternateurs triphasés (générateurs synchrones), La puissance mécanique est fournie par des turbines à vapeur, des turbines hydrauliques ou turbines à gaz. Dans ce travail, la source primaire est considérée comme une source constante d’effort. La nature fluctuante des sources d’énergie renouvelable rend nécessaire d’introduire un dispositif de stockage (batteries, super condensateurs), qui n’est pas pris en considération de manière explicite dans le travail. Par conséquent, nous allons considérer la source d’énergie renouvelable comme une source constante, sans tenir compte de ses fluctuations et de son réglage.

Comme nous avons montré dans le chapitre précédent, le transfert de la puissance entre le convertisseur et le réseau est faite par l’intermédiaire des bobines de connexion qui sont montrées à la Figure 4.2. Le nœud de connexion (jonctions 0) est la partie centrale du système. Il peut être analysé en termes de causalité et des conditions de commutation.

Comme dit précédemment, du point de vue de la causalité, chaque dispositif a un caractère inductif, ce qui signifie que chaque élément a une affectation de flux (courant) comme sortie, ce qui introduit une causalité indéterminée (Figure 4.3a) à la jonction 0. Différents solutions peuvent être proposées pour résoudre ce problème:

a) La tension est imposée par le convertisseur d’électronique de puissance via les bobines de connexion (Figure 4.3b)

b) La tension est imposée par l’alternateur (Figure 4.3c)

Chapitre 4

Etude d’un micro réseau hybride

108

Figure 4.3 Bond graph à mots de différentes assignations de la causalité dans le nœud de connexion.

La jonction 0s est introduite pour distinguer et souligner ces différents modes avec le concept de jonction de commutation (SPJ) [[Umarikar et Umanand, 2005]. Afin de choisir le dispositif qui impose la tension, nous devons prendre en considération les différentes configurations possibles du système :

1) En fonctionnement normal, ces deux sources, sont reliées à la charge. La source classique est choisie comme la référence de tension (Figure 4.3c)

2) Si le convertisseur est débranché, la source classique est également choisie comme la tension de référence (Figure 4.3c)

3) Si la source classique est débranchée, le convertisseur de puissance peut imposer la référence (Figure 4.3b)

Il est important de dire que la structure présentée dans la Figure 4.3 montre l’interaction entre deux sources seulement, mais en réalité, plusieurs sources peuvent et/ou doivent être connectées à un même nœud, afin de répondre à la demande de puissance de la charge. Ceci multiplie le nombre de possibilités dans l’attribution de la causalité, mais le principe rester le même.

Remarque : La jonction de commutation (SPJ) permet dans la simulation, de connecter plusieurs

tensions sur un même nœud (jonction 0s) et de commuter entre elles pour n’en imposer qu’une, comme cela sera montré dans le paragraphe 4.5.