Brevet FR3089015A1 — publié le 20200529

Description Titre de l'invention : Procédé de détermination d'une courbe courant-tension corrigée caractéristique d'un système électrique Domaine technique [0001] La présente invention se rapporte un procédé de détermination d'une courbe courant- tension corrigée caractéristique d'un système électrique. [0002] Le système électrique pourra notamment être un système de type photovoltaïque, tel qu'une cellule photovoltaïque, un module photovoltaïque comportant plusieurs cellules photovoltaïques ou une chaîne de modules photovoltaïques. [0003] L'invention concerne également un dispositif de détermination de la courbe courant- tension corrigée d'un système électrique, ledit dispositif étant apte à mettre en oeuvre ledit procédé. Technique antérieure [0004] Il est connu que le fonctionnement de certains systèmes élecniques peut être ca- ractérisé par une courbe courant-tension, également appelée courbe I-V. Une telle courbe permet en effet de connaître le courant produit par le système électrique en fonction de la tension qui est présente à ses bornes. Il est alors possible de suivre l'état de fonctionnement du système en établissant sa courbe I-V à partir de mesures et éventuellement de diagnostiquer son état de fonctionnement à partir de la courbe obtenue. [0005] Il est notamment connu de procéder de la sorte dans un système photovoltaïque. La présence d'un défaut dans une chaîne de modules photovoltaïques handicape en effet la production d'électricité de toute la chaîne et donc de toute l'installation. Il est donc nécessaire de surveiller l'état de fonctionnement de chaque module photovoltaïque d'une chaîne afin de repérer un éventuel défaut au niveau d'un module et d'y pallier le plus rapidement possible. [0006] Afin de vérifier l'état de fonctionnement d'un module, la plupart des solutions se basent notamment sur l'analyse des courbes I-V. C'est le cas par exemple dans les solutions décrites dans les demandes de brevets US2015/094967A1, W02012/128807A1, FR2956213A1, W02010/118952A1, US9048781B2 ou US2014/266294A1. [0007] De manière connue, un module photovoltaïque est en effet caractérisé par un ensemble de courbes I-V de référence pour différents niveaux d'ensoleillement (exprimés en Watt/m2). Autrement dit, pour un niveau d'ensoleillement donné (appelé irradiance), un module photovoltaïque sain, c'est-à-dire non défaillant, sera théoriquement capable de suivre l'une des courbes I-V de référence pour ce niveau d'ensoleillement et de température. En revanche, si un module présente un défaut en 2 fonctionnement, sa courbe I-V s'éloigne alors de cette courbe de référence pour ce niveau d'ensoleillement et de température. [0008] Pour effectuer un diagnostic fiable, il est bien entendu nécessaire que les mesures soient fiables et que celles-ci reflètent bien l'état de fonctionnement du système photovoltaïque surveillé. [0009] Or, il est bien connu de l'homme du métier que dans un système photovoltaïque, les mesures peuvent être déformées par un ensemble d'effets parasites de type capacitifs et inductifs (dans les cellules photovoltaïques, les modules, les câbles, le système de mesures, etc...). Ces effets parasites entrainent des déformations dans les données de mesure. A titre d'exemple, ces effets parasites peuvent se manifester par un écart entre la courbe I-V dite "Aller" (courbe mesurée en faisant varier la tension dans un premier sens, croissant ou décroissant) et la courbe I-V dite "Retour" (courbe mesurée en faisant varier la tension dans le sens opposé, respectivement décroissant ou croissant). L'effet de type capacitif est notamment non négligeable et il est d'autant plus important que le temps de mesure est court, par exemple de l'ordre de 20ms pour établir toute la courbe 1-V. [0010] Comme il existe un intérêt certain à effectuer des mesures dans un temps très court, notamment pour s'affranchir des variations de conditions de fonctionnement (température, ensoleillement pour un système photovoltaïque), pour ne pas avoir à perturber le fonctionnement normal de l'installation par déconnexion de l'onduleur, pour limiter autant que possible les pertes énergétiques associées et pour éviter les pertes Joule engendrant une chaleur à dissiper, il s'avère nécessaire d'obtenir des courbes I-V fiables. [0011] Par ailleurs, on peut noter que les solutions antérieures connues ne sont souvent pas applicables quand on souhaite obtenir une courbe I-V complète, suffisamment échantillonnée et mesurée sur un temps très court (par exemple dans un but de diagnostic à partir de la courbe I-V). [0012] Le but de l'invention est donc de proposer une solution qui permet de caractériser les effets parasites qui se manifestent lors d'une mesure de type I-V sur un système électrique, afin d'obtenir une courbe I-V qui est corrigée et exploitable, par exemple pour mettre en oeuvre un diagnostic du système. La solution de l'invention pourra notamment être adaptée à un système électrique tel qu'un système photovoltaïque. Elle présente un avantage certain lorsque le temps de mesure est particulièrement court, de l'ordre de 20ms. Exposé de l'invention [0013] Ce but est atteint par un procédé de détermination d'une courbe courant-tension corrigée d'un système électrique qui comporte deux bornes et qui est destiné à délivrer 3 un courant électrique en fonction d'une tension de sortie entre ses deux bornes, ledit procédé comportant les étapes suivantes : [0014] - Obtention d'une première courbe courant-tension caractéristique du système électrique, en faisant varier la tension à ses homes à une première vitesse de mesure, Obtention d'une deuxième courbe courant-tension caractéristique du système électrique, en faisant varier la tension à ses homes à une deuxième vitesse de mesure, différente de la première vitesse Détermination de plusieurs points de fonctionnement en tension appartenant à la fois à la première courbe courant-tension et à la deuxième courbe courant-tension, Modélisation par une unique capacité fictive d'un effet parasite intrinsèque à corriger entre une tension d'entrée dépourvue dudit effet parasite et ladite tension de sortie, Ledit procédé comportant, pour chaque point de fonctionnement en tension, une étape de détermination d'une valeur de correction représentative dudit effet parasite et une étape de détermination d'une valeur de courant corrigée à partir de la valeur de correction déterminée. [0015] Selon une particularité, la première courbe courant-tension est obtenue en faisant varier la tension dans le sens croissant et en ce que la deuxième courbe courant-tension est obtenue en faisant varier la tension dans le sens décroissant. [0016] Selon une autre particularité, le système électrique est de type photovoltaïque et le procédé comporte : [0017] Pour chaque point de fonctionnement en tension obtenu, une étape de déter- mination, à partir de la première courbe courant-tension, d'un premier courant et d'une première pente de variation de tension en fonction du temps et une étape de détermination, à partir de la deuxième courbe courant-tension, d'un deuxième courant et d'une deuxième pente de variation de tension en fonction du temps, Pour chaque point de fonctionnement en tension, ladite valeur de correction étant déterminée à partir dudit premier courant, de ladite première pente, dudit deuxième courant et de ladite deuxième pente. [0018] Selon une autre particularité, ladite valeur de correction dudit effet parasite s'exprime par la relation suivante : [0019] [Math .1] Dans laquelle ffet parasite à. éHrn spond au correspond audit prermer courant orrespond audit deux ') cor dVg t nstEtete déterminee par conditions initiales, et r. pgirnifive de I. fonction EV) [0092] En appliquant les principes de l'invention décrits ci-dessus, la courbe corrigée obtenue est donc une courbe sans effet parasite. dans laquelle les courbes Aller et Retour sont superposées. Les effets parasites. qui ont tendance à décaler la courbe Retour vers le haut et décaler la courbe Aller vers le bas, disparaissent complétement dans la courbe I-V corrigée, et les deux courbes Aller et Retour ne font plus qu'une après la correction. [0093] Il est noté ici que la connaissance du schéma électrique équivalent n'est pas né- cessaire pour corriger l'effet parasite puisque l'invention propose une réécriture du A 12 schéma électrique qui permet de rendre indépendant l'effet parasite du reste du système [0094] La figure 6 illustre ainsi les étapes principales qui sont mises en oeuvre pour parvenir à la courbe corrigée P-V souhaitée. [0095] Dans une première étape, mise en oeuvre par l'unité de commande et de traitement consiste à commander les moyens de mesure 10 du dispositif afin de recueillir les données de courant en fonction de la tension. Comme déjà décrit ci-dessus, les mesures peuvent être effectuées dans un temps très court, par exemple de l'ordre dc 20ms, cc qui permet dc ne pas perturber le fonctionnement du système photovoltaïque, ni d'avoir à tenir compte des variations des conditions environnementales (ensoleillement, température...). Les données de mesure obtenues sont référencées Vm(t) et Im(t). Les données sont générées dans les deux sens déjà définis ci-dessus, c'est-à-dire dans le sens aller (tension croissante) et dans le sens retour (tension décroissante). [0096] Dans une deuxième étape, l'unité de commande et de traitement traite ensuite ces données. Un premier module M1 de l'unité de commande et de traitement UC est chargé de séparer les données obtenues pour générer la courbe aller et la courbe retour. La courbe aller est ainsi définie par les données de mesure VA(t), IA(t) et la courbe retour par les données de mesure Vp(t), IR(t). [0097] Dans une troisième étape, l'unité de commande et de traitement UC exécute un module M2 pour assurer une unification des points de fonctionnement en tension sur les deux courbes aller et retour. Ainsi, pour chaque point de fonctionnement en tension V, l'unité de traitement dispose d'une valeur de courant appartenant à la courbe aller et d'une valeur de courant appartenant à la courbe retour. Pour réaliser cette unification, le module M3 peut être amené à mettre en place le principe d'interpolation évoquée ci-dessus. L'unité de traitement dispose ainsi des données V(t), IA(t) pour la courbe aller et des données V(t), IR(t) pour la courbe retour. [0098] Dans une quatrième étape, l'unité de commande et de traitement UC exécute un module M3 pour déterminer la valeur de correction à appliquer pour chaque point de fonctionnement en tension, cette valeur de correction étant définie par la fonction g(V) exprimée dans la relation (10) ci-dessus. [0099] Dans une cinquième étape, l'unité de traitement et de commande exécute un module M4 chargé de déterminer la courbe corrigée P-V en appliquant la valeur de correction identifiée pour chaque point de fonctionnement en tension au courant correspondant. La relation (11) ci-dessus est ainsi appliquée : [0100] 13 [0101] De manière optionnelle, l'unité de commande et de traitement UC peut être amenée à calculer la valeur de la capacité C en appliquant la relation (13) évoquée ci-dessus. [0102] Pour valider la méthode de correction de l'effet capacitif proposée ci-dessus, des tests ont été effectués sur des courbes I-V mesurées sur un système photovoltaïque. Le système photovoltaïque monitoré dans ce cas est une chaîne de modules, qui possède les caractéristiques résumées dans le tableau ci-dessous. [0103] 1. [Tableaux 1] [0104] [Tableauxl] Système photovoltaïque Chaîne composée de 14 modules PV Technologie Poly-cristallin Puissance crête par module 205Wc Tension circuit-ouvert par module 32.7V Courant court-circuit par module 8A Nombre de diodes de bypass par module 3 Nombre de cellules par module 60 Conditions Extérieur Durée du tracé de la courbe 20ms 101051 Le principe de l'invention décrit ci-dessus est appliqué pour corriger des courbes I-V mesurées sur une période très courte (de l'ordre de 20ms). On obtient alors les deux diagrammes Dl , D2 de la figure 7. Le diagramme Dl de la figure 7 est un cas où le système photovoltaïque étudié ne subit pas d'ombrage et le diagramme D2 est un cas où le système photovoltaïque subit un ombrage. 101061 Sur ces deux diagrammes Dl, D2, on peut voir que les deux courbes IA-V, et IR-VR mesurées dans le sens aller et dans le sens retour ne sont pas superposées. Ceci est dû à la présence d'un effet capacitif. 101071 Sur ces deux diagrammes, on peut voir que la courbe corrigée 1*-V déterminée par le principe de l'invention est proche de la courbe mesurée sur 15s (pour laquelle l'effet parasite est supposé négligeable). 101081 La figure 8 représente également deux diagrammes Dl 0, D20 (sans ombrage et avec ombrage) montrant chacun la courbe I-V obtenue après un temps de mesure plus long (de l'ordre de 15 secondes), cette dernière courbe étant ainsi supposée sans effet parasite (car mesurée sur une durée plus longue - l'effet capacitif devenant négligeable dans cette situation de mesure). On peut ainsi voir que la courbe corrigée 1*-V suit parfaitement la courbe I-V mesurée sur la durée plus longue, montrant que la solution de 14 l'invention est fiable et même adaptable quelle que soit la durée prise pour la mesure de la courbe I-V. [0109] On comprend que la solution de l'invention présente de nombreux avantages, parmi lesquels : [0110] - Une solution simple à mettre en oeuvre, Une solution adaptable quelle que soit la durée des mesures T-V mises en oeuvre, Une solution adaptable à des temps de mesure très courts, ce qui permet de s'affranchir des variations des conditions environnementales mais aussi de ne pas perturber le fonctionnement normal du système (notamment par la déconnexion du système pour effectuer les mesures), d'éviter des pertes énergétiques et de limiter la chaleur à dissiper, Une solution fiable, permettant d'obtenir des courbes I-V corrigées exploitables pour diagnostiquer l'état du système. [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3]