Brevet FR2513033A1 — publié le 19830318

La présente invention se rapporte à un procédé de commande du couplage d'un générateur sur un réseau à courant alternatif ainsi qu'à un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Pour le couplage d'un générateur, il est nécessaire de disposer d'un coupleur qui élabore un ordre de couplage du générateur au réseau lorsque cer- taines conditions sont réunies. Ainsi, au cours de la mise en route du générateur, l'ordre de couplage est généralement élaboré pour une valeur prédéterminée du glissement et il peut être émis soit en temps réel, soit avec anticipation. Dans ce dernier cas, llantici pation peut etre constante ou fonction de la variation du glissement. Pour remplir cette fonction, on a recourt actuellement à des coupleurs qui commandent le plus souvent des synchroniseurs agissant sur le couple moteur appliqué à l'arbre du générateur. De façon plus précise, le coupleur surveille les variations lentes de grandeurs telles que le glissement du générateur. En fonction de ces variations, il élabore des ordres qui sont transmis au synchroniseur afin d'adapter le glissement du générateur à la valeur prédéterminée que l'on désire obtenir. Lorsque cette adaptation est obtenue, l'ordre de couplage est émis par le coupleur. En règle générale, le couple moteur appliqué à l'arbre du générateur est suffisamment mattrisable pour que l'ordre de couplage puisse etre élaboré à l'aide du dispositif qui vient d'être décrit. Toutefois, il existe des cas où le couple moteur, variable par nature, n'est pratiquement pas réglable et où à défaut de synchroniseur, la valeur du glissement doit être acquise instantanément si on désire réduire autant que possible les perturbations apportées au ré seau. Tel est notamment le cas pour les aérogénérateurs équipant les éoliennes, dans lesquels le couple moteur est déterminé par la vitesse du vent, variable par nature. Dans ce cas, les dispositifs de couplage de la technique antérieure ne peuvent donc pas etre utilisés et on a coutume de réaliser un couplage sans aucune précision, ce qui entraîne des perturbations si le réseau est peu puissant. La présente invention a précisément pour objet un procédé et un dispositif pour la commande du couplage d'un générateur sur un réseau à courant alternatif qui soit applicable à tous les cas, y compris à ceux où le couple moteur n'est pratiquement pas réglable. En particulier, l'invention a pour objet la réalisation d'un couplage précis au niveau de la vitesse afin d'éliminer les perturbations en puissance, notamment dans le cas d'un réseau peu puissant et d'un générateur asynchrone. En complétant ce procédé par une détection'de l'écart de phase, on peut ainsi réaliser un couplage n'apportant aucune perturbation, que le générateur soit synchrone ou asynchrone autoexcité. Dans ce but et conformément à l'invention, il est proposé un procédé de commande du couplage d'un générateur sur un réseau à courant alternatif, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer la mesure instantanée d'une grandeur représentative du glissement du générateur dans sa zone d'utilisation, à comparer cette grandeur à au moins une valeur de consigne préétablie, et à commander le couplage du générateur en fonction du résultat de cette comparaison. Conformément à ce procédé, on effectue donc la mesure instantanée indirecte du glissement du générateur, ce qui permet de commander de façon précise le couplage de ce dernier sur le réseau, même lorsqu'il n'est pas possible de régler le couple moteur. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la grandeur représentative du glissement correspond à la différence instantanée des puissances échangées entre, d'une part, un générateur image du générateur à contrôler et le réseau, et, d'autre part, un générateur identique au générateur image mais entraîné en synchronisme par un moteur auto-synchrone et le réseau. La présente invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation particulier de l'invention en se référant aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente de façon schématique un dis positif réalisé conformément à l'invention ; et, - la figure 2 représente, en (a), la courbe de varia tion de la puissance P échangée entre l'image du générateur à contrôler et le réseau, exprimée en watt, en fonction de son glissement , exprimé en %, et, en (b), la courbe de variation de la puissance échangée entre un générateur synchronisé de référen ce faisant partie du dispositif représenté sur la figure 1 et le réseau, exprimée en watt, en fonction du même glissement g. On a représenté en G sur la figure 1 un générateur principal dont l'arbre est entraîné en rotation par les pales 10 d'une éolienne. Un générateur GI, image de G est monté sur le même arbre que le générateur G. Ce générateur G est constitué dans ce cas par une génératrice asynchrone triphasée pouvant être couplée aux trois phases pl, P2 et p3 d'un réseau à courant alternatif triphasé par des moyens représentés schématiquement en 12. Conformément à l'invention, les moyens de couplage 12 sont commandés par un cir cuit 14 qui reçoit un signal P élaboré par des moyens qui vont maintenant être décrits. Afin de disposer d'un fonctionnement de référence, on voit sur la figure 1 qu'on utilise une seconde machine asynchrone triphasée MI rigoureusement identique au générateur GI. Cette machine MI est entraînée en synchronisme par un moteur autosynchrone MS alimenté directement par le réseau triphasé. Le générateur GI et la machine MI sont couplés au réseau à travers une inductance triphasée commune L dont le rôle principal est de réduire les puissances apparentes absorbées par les machines lors de fonctionnements à glissements importants. De façon connue, une capacité triphasée C1 et une capacité triphasée C2 sont également prévues entre, d'une part, le générateur GI et le réseau et, d'autre part, la machine MI et le réseau. Afin d'élaborer le signal P, il est-nécessaire, pour chacune des phases P1, P2 et p3, de déterminer la différence instantanée des puissance-s échangées entre chacune des machines GI et MI et le réseau. A cet effet, pour la phase P1, le primaire d'un transformateur TI1 est alimenté par le signal correspondant sortant du générateur GI. De même, le primaire d'un transformateur TI2 est alimenté par le signal correspondant sortant du moteur MI. Enfin, le primaire d'un transformateur TP est branché entre le neutre N et le signal correspondant à la phase p1 à la sortie du moteur MI. Les secondaires des transformateurs TI2 et TI1 sont branchés en opposition entre la masse et une première borne d'un multiplicateur M1. D'autre part, le secondaire du transformateur TP est branché entre la masse et la seconde borne d'entrée du multiplicateur M1. Le signal délivré par le multiplicateur M1 est donc représentatif de la différence ins tantanée des puissances échangées entre, d'une part, le générateur GI et le réseau et, d'autre part, le moteur MI et le réseau, pour la phase p1 de ce dernier. Des circuits du même type mais non représentés sur la figure 1 permettent à l'aide de deux multiplicateurs M2 et M3 de calculer la différence instantanée correspondante pour les phases p2 et p3 du réseau. Comme l'illustre la figure 1, les trois sorties des multiplicateurs M1, M2 et M3 sont reliées entre elles et délivrent le signal il qui alimente le cjr- cuit de commande 14 du coupleur 12. La valeur du signal P est représentée sur la figure 2 par l'écart qui sépare la courbe (a) de la courbe (b) pour une valeur donnée du glissement g du générateur GI. En effet, la courbe (a) représente les variations de la puissance P échangée entre le générateur GI et le réseau, en fonction du glissement g du générateur GI, et la courbe (b) représente les variations de la puissance P échangée entre le moteur MI et le réseau, en fonction du glissement g du générateur GI. On voit que, dans la zone de fonctionnement ou d'utilisation du générateur pour laquelle le glissement g est généralement compris entre 0 et 3%, l'écart entre les deux courbes est représentatif de la valeur du glissement qui lui correspond. En d'autres termes, l'installation qui vient d'être décrite permet d'effectuer la mesure instantanée d'une grandeur tP représentative du glissement du générateur G à contrôler. L'entrée du signal è représentatif de cette grandeur dans le circuit de contrôle 14 permet donc, en comparant ce signal à des valeurs de consigne préétablies, de déclencher les actions souhaitées. En particulier, la valeur du signal permet de déterminer l'instant précis du couplage du générateur G au réseau, même lorsque le couple moteur appliqué à ce générateur est variable par nature et pratiquement pas réglable comme c'est le cas dans le mode de réalisation représenté. Les possibilités offertes par le dispositif décrit sont alors les mêmes que celles offertes par les coupleurs habituels dans les conditions dans lesquelles ces derniers peuvent être utilisés En particulier, l'instant précis du couplage peut etre déterminé pour une valeur donnée du glissement, et au besoin, avec anticipation, celle-ci pouvant être constante ou fonction de la variation de glissement mesurée. Le dispositif décrit peut également être associé à un détecteur d'écart de phases lorsque cela est nécessa ire (générateurs synchrones ou asynchrones autoexcités). Le dispositif selon l'invention permet en outre, grâce à sa grande precision de découpler le générateur a commander du réseau en cas d'incompatibilité entre le fonctionnement recherché et le glissement mesure' (retour de puissance lorsque le générateur est du type asynchrone, ou désynchronisation lorsque le générateur est du type synchrone). Enfin, on remarquera que le dispositif qui vient d'être décrit est d'autant moins sensible au déséquilibre du réseau que l'on se rapproche du synchronisme, puisque les machines fonctionnent alors dans des conditions identiques et que les puissances fluctuantes sont alors égales et en phase. De plus, la sensibilité du dispositif et, en conséquence, la pré- cision de la commande sont très bonnes. Ainsi, on peut atteindre aisément la relation suivante tP = 40 g, où P - P représente la différence instantanée des puissan ces échangées entre chaque machine et le réseau, - P représente la puissance maximale instantanée du générateur GI, et - g représente le glissement de ce générateur. Ainsi, pour g = 10 3, on obtient zip = 4%. P Bien entendu, le dispositif qui vient d'être décrit peut être utilisé dans des conditions très différentes de celles qui viennent d'être exposées. Ainsi, le générateur peut être synchrone ou asynchrone et il peut être entraîné en rotation par tout autre moyen que les pales d'une éolienne, ce moyen pouvant rendre maîtrisable ou non, selon le cas, le couple moteur appliqué à l'arbre du générateur. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande du couplage d'un générateur (G) sur un réseau à courant alternatif, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer la mesure instantanée d'une grandeur (+P) représentative du glissement (g) de ce générateur dans sa zone d'utilisation, à comparer cette grandeur (P) à au moins une valeur de consigne préétablie, et à commander le couplage (12) du générateur en fonction du résultat de cette comparaison. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite grandeur (P) correspond à la différence instantanée des puissances échangées entre, d'une part, un générateur (GI), image du générateur à contrôler et le réseau et, d'autre part, un générateur (Ml) identique au générateur image mais entraîné en synchronisme par un moteur autosynchrone (MS) et le réseau. 3. Dispositif pour le contrôle du couplage d'un générateur (G) sur un réseau à courant alternatif, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (TI1, TI2, TP, M1, M2, M3) pour effectuer la mesure instantanée d'une grandeur (P) représentative du glissement (g) de ce générateur dans sa zone d'utilisation, des moyens (14) pour comparer cette grandeur à au moins une valeur de consigne préétablie et des moyens (14) pour commander le couplage (12) du générateur en fonction du résultat de cette comparaison. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens pour effectuer ladite mesure instantanée comprennent des moyens (TI1, TI2, TP, M1, M2, M3) pour élaborer un signal (P) représentant la différence instantanée des puissances échan gées entre, d'une part, un générateur (GI), image du générateur (G) à contrôler et le réseau et, d'autre part, un générateur (MI) identique au générateur image mais entraîné en synchronisme par un moteur autosynphone (MS) et le réseau.