Brevet FR3008260A1 — publié le 20150109

La présente invention concerne un circuit de simulation d'un réseau électrique alternatif. Un domaine d'application de l'invention concerne un tel circuit de simulation pour au moins un panneau photovoltaïque ou au moins une centrale photovoltaïque. En particulier, un cas d'application est celui où le circuit de simulation doit être 10 connecté au côté alternatif d'un onduleur d'au moins un panneau photovoltaïque. Les panneaux solaires photovoltaïques peuvent être le siège d'une dégradation irréversible de performances lorsqu'ils sont exposés à la lumière en circuit ouvert sur une longue période. En particulier, lorsque les panneaux photovoltaïques sont installés sur un site en attente de raccordement à un réseau 15 d'évacuation d'électricité, ils sont exposés à la lumière et sont en circuit ouvert. Ce phénomène pénalise la rentabilité des projets photovoltaïques dont la date de raccordement au réseau d'évacuation d'électricité intervient plusieurs mois après la mise en place des modules photovoltaïques. Une des solutions connues jusqu'à présent est de positionner sur le circuit à 20 courant continu des panneaux photovoltaïques des résistances de charge fixes directement en sortie des modules solaires. Toutefois, cette solution, dont l'avantage est d'être peu coûteuse, ne permet pas de maîtriser le point de fonctionnement des panneaux photovoltaïques en fonction du rayonnement solaire et ne répond donc pas aux besoins. En effet, les fabricants des panneaux photovoltaïques préconisent de les 25 faire débiter toujours au point de puissance maximale. Le document US-A-2013/00 63 993 décrit un émulateur de réseau alternatif devant être raccordé à l'onduleur d'un générateur photovoltaïque. Cet émulateur comporte un banc de résistances pouvant être connecté sélectivement par des interrupteurs au côté alternatif de l'onduleur photovoltaïque du générateur 30 photovoltaïque. En outre, une source de courant alternatif est branchée sur le côté alternatif de l'onduleur photovoltaïque et en parallèle avec le banc de résistances. Ce document indique qu'en cas de variations rapides de la puissance à dissiper, la source de courant alternatif dispose d'une marge suffisante pour réguler la résistance équivalente du banc de résistances pour empêcher du courant de retourner à cette source. Cette source de courant alternatif peut être une source programmable selon ce document, cette source étant elle-même raccordée à un réseau électrique d' alimentation. Par conséquent, le dispositif décrit par ce document possède des limitations quant à l'emploi d'une source de courant alternatif et est compliqué à mettre en oeuvre. Le document CN-U-2028 18 122 décrit un émulateur de réseau alternatif, 10 comportant un module de conversion AC vers DC, un IGBT, un module de sortie série-parallèle, un circuit de filtrage et un circuit de sortie triphasé. Ce dispositif présente également l'inconvénient de devoir nécessiter une source de courant alternatif, cette source étant elle-même raccordée à un réseau électrique d'alimentation. 15 Ainsi, chacun des dispositifs décrit par les deux documents US-A-2013/00 63 993 et CN-U-2028 18 122 nécessite une source de courant alternatif, alors que l'on souhaite justement pouvoir simuler sur le côté alternatif de l'onduleur photovoltaïque du panneau photovoltaïque la présence d'un réseau de courant alternatif sans disposer de raccordement à un tel réseau de courant alternatif 2 0 L'invention vise à obtenir un circuit de simulation d'un réseau électrique alternatif, ainsi qu'un procédé de commande de ce circuit, qui pallient les inconvénients de l'état de la technique lorsque le panneau photovoltaïque ou la centrale photovoltaïque est en attente de raccordement à un réseau d'évacuation de l'électricité produite par ce panneau ou cette centrale et sans que l'on dispose de 25 réseau électrique d'alimentation. A cet effet, un premier objet de l'invention est un circuit de simulation d'un réseau électrique alternatif, le circuit ayant au moins un port courant alternatif destiné à être connecté au côté alternatif d'un onduleur d'au moins un panneau photovoltaïque ou d'une centrale photovoltaïque, devant fournir du courant 3 0 électrique alternatif par ce côté alternatif, le circuit comportant au moins un banc de premières résistances aptes à être connectées de manière sélective au port de courant alternatif par l'intermédiaire de moyens de connexion, caractérisé en ce que le circuit comporte en outre au moins un deuxième onduleur comportant un deuxième côté alternatif connecté au port de courant alternatif et un côté continu connecté à un sous-circuit de dissipation d'énergie en courant continu connecté à au moins une batterie électrique apte à être chargée en courant continu et à être déchargée en courant continu. L'invention permet ainsi de réduire fortement le coût du système en se dispensant d'une source de courant alternatif et en combinant des résistances à des 10 composants d'électronique de puissance dont le dimensionnement est réduit par la présence des résistances.. Suivant un mode de réalisation de l'invention, la batterie électrique est connectée au côté continu du deuxième onduleur. Suivant un mode de réalisation de l'invention, le sous-circuit de dissipation 15 d'énergie en courant continu comprend un hacheur comportant un premier côté continu de hacheur, connecté au côté continu du deuxième onduleur, et un deuxième côté continu de hacheur, connecté à au moins une deuxième résistance. Suivant un mode de réalisation de l'invention, le sous-circuit de dissipation d'énergie en courant continu comprend ou est constitué d'une charge électronique 20 variable. Suivant un mode de réalisation de l'invention, les moyens de connexion comportent une commande permettant de connecter et déconnecter d'une manière sélective chaque première résistance au port de courant alternatif. Suivant un mode de réalisation de l'invention, les moyens de connexion 25 comportent au moins un interrupteur branché en série avec chaque première résistance, chaque interrupteur comportant une commande d'interrupteur permettant de le faire passer d'une manière sélective dans l'une et l'autre d'une première position de fermeture de l'interrupteur et d'une deuxième position d'ouverture de l'interrupteur. Un deuxième objet de l'invention est un procédé de commande du circuit de simulation d'un réseau électrique alternatif tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce que on mesure une première puissance présente sur le port de courant alternatif, on détermine une deuxième puissance de consigne de charge de la batterie, on calcule un paramètre de différence égal à la première puissance, à laquelle est soustraite la deuxième puissance, et au cours d'une étape de commande, on commande la connexion ou la déconnexion de chacune des premières résistances en fonction du paramètre de 10 différence. Suivant un mode de réalisation de l'invention, les premières résistances ont des premières valeurs résistives respectives dont la sélection par les moyens de connexion permet d'obtenir une puissance du banc de premières résistances, qui est multiple entière d'un pas A de puissance positif prescrit, 15 on initialise un nombre entier positif k à une valeur prescrite, et pour effectuer l'étape de commande, on examine : - si D > (k+1).A+B, pour dans l'affirmative augmenter k d'une unité, où D est le paramètre de différence, B est une constante prescrite positive inférieure à A, - si D Suivant un mode de réalisation, la batterie 7 comporte un dispositif 70 de régulation prévu pour déterminer cette consigne Pchb de puissance de charge de la batterie 7, par exemple en fonction d'un état de charge de la batterie ayant été mesuré par des moyens 71 de mesure que comporte la batterie 7. On décrit ci-dessous, en référence à la figure 3, un procédé de commande du 10 circuit 1 de simulation suivant un mode de réalisation de l'invention. Lors d'une première étape El, on mesure une première puissance Pmes présente sur le port 2 de courant alternatif Cette puissance Pmes est par exemple mesurée à partir des valeurs de mesure fournies par au moins un organe 11 de mesure prévu sur le port alternatif 2, par exemple sur l'entrée 20 du port alternatif 2. 15 Puis, au cours d'une étape E2, on détermine la deuxième puissance Pchb de consigne de charge de la batterie 7. Au cours d'une étape E3, on calcule un paramètre D de différence égal à la première puissance Pmes, à laquelle est soustraite la deuxième puissance Pchb. On a donc : 2 0 D = Pmes - Pchb. Ce procédé de commande est par exemple mis en oeuvre par une unité 12 de commande connectée aux entrées de commande 101, 102, 103, ..., 10n des interrupteurs 41, 42, 43, ..., 4n. Cette unité 12 de commande est par conséquent reliée à l'organe 11 de mesure et est apte à déterminer, à partir de la mesure fournie 2 5 par cet organe 11 de mesure, la puissance Pmes. L'unité 12 de commande est également reliée au dispositif 70 de détermination de la consigne Pchb de puissance charge de la batterie 7, pour recevoir de celui-ci cette consigne Pchb. Puis, au cours d'une étape de commande, dont on décrira un mode de réalisation ci-dessous, on commande la connexion ou la déconnexion de chacune des 3 0 premières résistances 31, 32, 33, ..., 3n en fonction du paramètre D de différence. Dans un mode de réalisation, les premières résistances 31, 32, 33, ..., 3n ont des premières valeurs résistives respectives dont la sélection par les moyens 41, 42, 43, ..., 4n de connexion permet d'obtenir une puissance du banc 3 de premières résistances, qui est multiple entière d'un pas A de puissance positif prescrit, non nul. Par exemple, le banc 4 de résistances a plusieurs gradins de puissance, par exemple 10 kW, 2 x 20 kW, 50 kW, 100 kW, 200 kW, 300 kW, dont la combinaison permet d'obtenir le pas A de réglage suffisamment fin. Par exemple, on règle par les commandes envoyées par l'unité 12 aux entrées de commande 101, 102, 103, ..., lOn des moyens 41, 42, 43, ..., 4n de connexion la 10 puissance du banc 3 de premières résistances 31, 32, 33, ..., 3n à une valeur égale à k.A, où k est un nombre entier positif. Pour ce faire, suivant un mode de réalisation, on initialise le nombre entier positif k à une valeur prescrite. Puis, pour effectuer l'étape de commande, on examine, au cours de l'étape E4, si le paramètre D de différence est supérieur à (k + 15 1).A + B. Dans l'affirmative à l'étape E4, on augmente k d'une unité au cours de l'étape E5. B est une constante positive prescrite inférieure à A. Dans la négative à l'étape E4, on examine au cours de l'étape E6 si le paramètre D de différence est inférieur à k.A. Dans l'affirmative à l'étape E6, on diminue k d'une unité au cours de l'étape E7. Dans la négative à l'étape E6, on 2 0 maintient k inchangé au cours de l'étape E8. Les étapes E5, E7 et E8 sont suivies par l'étape E9. Au cours de l'étape E9, on commande par les moyens de connexion 4, 41, 42, 43, ..., 4n la connexion ou la déconnexion de chacune des premières résistances 31, 32, 33, ..., 3n pour que la puissance Pb du banc 3 de premières résistances soit 2 5 égale à Pb = k.A. La variation de puissance délivrée par l'onduleur OPV (en raison par exemple d'une variation du luminosité sur les panneaux photovoltaïques) modifie la puissance mesurée Pmes par l'organe 11 de mesure sur le port alternatif 2 et donc la valeur du paramètre D de différence calculée. Par conséquent, l'étape E9 est suivie par l'étape E4. Bien entendu, l'étape E3 pourrait être suivie, au lieu de l'étape E4, par 3 0 l'étape E6 ou par une étape consistant à examiner si D est à la fois supérieur à k.A et inférieur à (k + 1).A + B, avec l'étape E9 suivie par cette dernière étape ou l'étape E4 ou l'étape E6. La puissance dissipée par des dispositifs auxiliaires du banc 3 de résistances est prise en compte par la commande en interne du banc 3 de résistance par l'unité 12 5 de commande. Pmes est la puissance mesurée aux bornes du deuxième onduleur 5, du banc 3 de premières résistances en retranchant la puissance de tous les auxiliaires du banc 3. k représente la position de réglage du banc 3 de premières résistances. Ainsi, le retard entre une mesure de la puissance Pmes à dissiper et le changement de pas k est pris en compte par le circuit 1. L'unité 12 de commande est prévue pour 10 que le banc 3 de premières résistances ne consomme pas plus d'énergie que la consigne Pb de puissance qu'il reçoit. A la figure 4A, la courbe Cl correspond à une variation de puissance imposée au port alternatif 2 sur son entrée 20 de connexion au côté alternatif 100 de l'onduleur photovoltaïque OPV, par exemple par le fait que ce côté alternatif 100 15 fournit un courant électrique issu de l'onduleur photovoltaïque OPV du fait de la conversion de la lumière reçue par le panneau photovoltaïque ou la centrale photovoltaïque en ce courant électrique. Par exemple, lorsque l'ensoleillement est constant sur le panneau photovoltaïque PV, la courbe Cl présente une valeur constante avant le temps Ti et 20 après le temps T4. Lorsque la courbe Cl descend du temps Ti au temps T2, cela correspond à une diminution de l'ensoleillement sur le panneau photovoltaïque PV, qui produit alors moins de courant, cela étant par exemple le cas lorsque la nuit approche ou que le ciel se couvre. A l'inverse, la courbe Cl va en augmentant du temps T3 au temps T4, lorsque l'ensoleillement augmente au cours du temps, ce qui 2 5 fait produire plus de courant à l'onduleur OPV, cela étant le cas par exemple au lever du soleil ou lorsque le ciel se dégage. La courbe C2 représente la puissance Pb du banc 3 de premières résistances. Sur la figure 4B, la courbe C3 représente la puissance active du deuxième onduleur 5. Les courbes Cl, C2, C3 sont données en fonction du temps t gradué de 3 0 la même manière aux figures 4A et 4B en abscisse (en secondes). La courbe C2 suit avec un léger temps de retard et suivant des paliers successifs (avec le pas A entre les paliers consécutifs) la courbe Cl. Ainsi, lorsque la puissance Pmes sur l'entrée 20 du port alternatif 2 diminue (courbe Cl décroissante), on actionne les moyens 4 de connexion pour faire 5 augmenter la résistance équivalente du banc 3 de résistances vue par l'entrée 20, ce qui fait diminuer la puissance Pb de commande du banc 3. Pendant ce temps, la puissance active du deuxième onduleur 5 est négative selon la courbe C3 entre les temps Ti et T2, ce qui signifie que le deuxième onduleur 5 fournit de la puissance au port alternatif 2 sur son côté alternatif 51, pour compenser la différence entre Pmes 10 (courbe Cl) et Pb (courbe C2). Dans ce cas, entre Ti et T2, la batterie 7 se décharge pour fournir au côté 52 du deuxième onduleur 5 un courant continu, qui est transformé par ce deuxième onduleur 5 en courant alternatif fourni par son côté alternatif 51 au port alternatif 2. Entre les temps T3 et T4, lorsque la puissance Pmes sur l'entrée 20 augmente 15 selon la courbe Cl, la puissance Pb du banc 3 de résistances (courbe C2) suit également par paliers successifs (avec, entre deux paliers consécutifs, le pas A) la puissance Pmes sur l'entrée 20 (courbe Cl) avec un temps de retard. Dans ce cas, entre les temps T3 et T4, le deuxième onduleur 5 dissipe de la puissance active en absorbant sur son côté alternatif 51 de la puissance reçue du port alternatif 2 2 0 (courbe C3 positive dans ce cas). Dans ce cas, le courant reçu sur le côté alternatif 51 du deuxième onduleur 5 est transformé par celui-ci en courant continu sortant sur son deuxième côté alternatif 52 pour alors charger la batterie 7. Lorsque la batterie 7 est entièrement chargée ou a atteint sa puissance de charge maximale PchMax, le courant électrique fourni par le côté continu 52 du deuxième onduleur 5 2 5 est envoyé au hacheur 8 qui le transforme en un autre courant continu passant dans la deuxième résistance 9, pour dissiper une puissance correspondante dans cette résistance 9. Le hacheur 10 provoque la dissipation dans la deuxième résistance 9 de la puissance vue par le deuxième onduleur 5, à laquelle il soustrait la consigne de puissance de charge Pchb de la batterie 7. 30 REVENDICATIONS1. Circuit (1) de simulation d'un réseau électrique alternatif, le circuit ayant au moins un port (2) de courant alternatif destiné à être connecté au côté alternatif (100) d'un onduleur (OPV) d'au moins un panneau photovoltaïque (PV) ou d'une centrale photovoltaïque, devant fournir du courant électrique alternatif par ce côté alternatif, le circuit (1) comportant au moins un banc (3) de premières résistances (31, 32, 33, ..., 3n) aptes à être connectées de manière sélective au port (2) de courant alternatif par l'intermédiaire de moyens (4, 41, 42, 43, ..., 4n) de connexion, caractérisé en ce que le circuit comporte en outre au moins un deuxième onduleur (5) comportant un deuxième côté alternatif (51) connecté au port (2) de courant alternatif et un côté continu (52) connecté à un sous-circuit (6) de dissipation d'énergie en courant continu connecté à au moins une batterie électrique (7) apte à être chargée en courant continu et à être déchargée en courant continu. 2. Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la batterie électrique (7) est connectée au côté continu (52) du deuxième onduleur (5). 3. Circuit suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le sous-circuit (6) de dissipation d'énergie en courant continu comprend un hacheur (8) comportant un premier côté continu (81) de hacheur, connecté au côté 2 0 continu (52) du deuxième onduleur (5), et un deuxième côté continu (82) de hacheur, connecté à au moins une deuxième résistance (9). 4. Circuit suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le sous-circuit (6) de dissipation d'énergie en courant continu est constitué d'une charge électronique variable. 2 5 5. Circuit suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (4, 41, 42, 43, ..., 4n) de connexion comportent une commande (10, 101, 102, 103, ..., 10n) permettant de connecter et déconnecter d'une manière sélective chaque première résistance (31, 32, 33, ..., 3n) au port (2) de courant alternatif 3 0 6. Circuit suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (4, 41, 42, 43, ..., 4n) de connexion comportent aumoins un interrupteur (41, 42, 43, ..., 4n) branché en série avec chaque première résistance (31, 32, 33, ..., 3n), chaque interrupteur (41, 42, 43, ..., 4n) comportant une commande (101, 102, 103, ..., 10n) d'interrupteur permettant de le faire passer d'une manière sélective dans l'une et l'autre d'une première position de fermeture de l'interrupteur (41, 42, 43, ..., 4n) et d'une deuxième position d'ouverture de l'interrupteur (41, 42, 43, ..., 4n). 7. Procédé de commande d'un circuit (1) de simulation d'un réseau électrique alternatif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que on mesure (El) une première puissance (Pmes) présente sur le port (2) de courant alternatif, on détermine (E2) une deuxième puissance (Pchb) de consigne de charge de la batterie (7), on calcule (E3) un paramètre (D) de différence égal à la première puissance 15 (Pmes), à laquelle est soustraite la deuxième puissance (Pchb), et au cours d'une étape (E4, E5) de commande, on commande la connexion ou la déconnexion de chacune des premières résistances (31, 32, 33, ..., 3n) en fonction du paramètre (D) de différence. 8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les premières 2 0 résistances ont des premières valeurs résistives respectives dont la sélection par les moyens de connexion permet d'obtenir une puissance du banc de premières résistances, qui est multiple entière d'un pas A de puissance positif prescrit, on initialise un nombre entier positif k à une valeur prescrite, et pour effectuer l'étape de commande, on examine : 2 5 - si D > (k+1).A+B, pour dans l'affirmative augmenter k d'une unité (E5), où D est le paramètre de différence, B est une constante prescrite positive inférieure à A, - si D