Brevet FR3091425A1 — publié le 20200703

Description Titre de l'invention : Système de distribution d'énergie Domaine technique de l'invention [0001] La présente invention concerne un système de distribution d'énergie. Etat de la technique [0002] Dans les systèmes électriques de l'état de la technique, l'énergie régénératrice générée par un moteur est auto-consommée par une résistance régénératrice, etc. ou est stockée dans une batterie de stockage par un courant continu CC. Des dispositifs d'alimentation en courant CC à régénération d'énergie pourvus à la fois d'une fonction d'alimentation en courant CC et d'une fonction de charge électronique et capables dc renvoyer directement l'énergie régénératrice au système électrique, ont toutefois récemment été commercialisés. [0003] Littérature de brevet 1 : JP2012-175834 [0004] Les dispositifs d'alimentation en courant CC à régénération d'énergie actuellement utilisés sont conçus pour fonctionner avec un facteur de puissance = 1 sur la base de l'alimentation en courant de lignes industrielles à 50 Hz-60 Hz. Dans ce cas, l'énergie régénératrice est renvoyée de manière uniforme au système avec un facteur de puissance = -1. Autrement dit, la phase du courant régénérateur est commandée de telle sorte qu'elle soit toujours opposée à la tension d'alimentation CA. [0005] Dans les alimentations en courant CA variables, ayant une fréquence élevée de 400 Hz-800 Hz telles qu'on les utilise dans l'aviation, etc., les phases de la tension d'alimentation CA et du courant d'alimentation CA ne correspondent toutefois pas nécessairement de telle sorte qu'un fonctionnement avec un facteur de puissance = 1 n'est pas garanti. Dans ce cas, l'efficacité dc la régénération chute si l'énergie régénératrice est renvoyée dc manière uniforme au système avec un facteur de puissance = -1. En particulier, les applications dans le domaine dc l'aviation exigent une réduction de taille et de poids dc la source d'énergie, de sorte que l'on souhaite utiliser l'énergie régénératrice dc manière aussi efficace que possible. [0006] La littérature dc brevet 1 enseigne d'utiliser une tension de ligne au niveau du terminal pour compenser une tension déséquilibrée et pour réguler le facteur de puissance lorsque la tension triphasée déséquilibrée n'est pas connue ou ne peut pas être mesurée directement. Ce document montre également que l'énergie peut être régénérée par la sortie d'un convertisseur triphasé en réglant le facteur de puissance à - 1. Toutefois, la technologie divulguée ne peut pas réguler le courant régénérateur sur la base du facteur de puissance de la ligne CA dans un système de distribution d'énergie dans lequel le facteur de puissance = 1 n'est pas réalisé. 2 Résumé de l'invention [0007] Les modes de réalisation traitent le problème décrit ci-dessus et un objectif général de ceux-ci est celui d'utiliser l'énergie régénératrice de manière efficace dans un système de distribution d'énergie. [0008] Un système de distribution d'énergie selon un mode de réalisation de la présente invention comporte : une unité de distribution qui divise un courant d'alimentation CA provenant d'une alimentation en courant CA externe en un premier courant CA distribué et un deuxième courant CA distribué et distribue le premier courant CA distribué à une première charge et distribue le deuxième courant CA distribué à un convertisseur bidirectionnel CA-CC ; une unité de surveillance de courant qui surveille le courant d'alimentation CA ; un convertisseur CA-CC bidirectionnel qui, lorsqu'il fonctionne en tant que convertisseur CA-CC, convertit le deuxième courant distribué, distribué à partir de l'unité dc distribution, en un courant d'alimentation CC et fourni le courant d'alimentation CC à une deuxième charge et qui, lorsqu'il fonctionne en tant qu'inverseur CC-CA, convertit un courant régénérateur CC provenant de la deuxième charge en un courant régénérateur CA et fournit le courant régénérateur CA à la première charge ; et une unité de commande qui commande le convertisseur CA-CC bidirectionnel sur la base du courant d'alimentation CA surveillé par l'unité de surveillance. [0009] Des combinaisons optionnelles des éléments constitutifs susmentionnés et des mises en oeuvre de l'invention en remplacement d'éléments constitutifs sous la forme de procédés, dispositifs, programmes ct supports transitoires ou non transitoires de stockage des programmes, des systèmes, etc., peuvent également être mises en oeuvre en tant que modes optionnels de la présente invention. Brève description des figures 100101 Des modes de réalisation vont à présent être décrits à titre d'exemples uniquement en référence aux dessins d'accompagnement fournis à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels des éléments similaires présentent les mêmes numéros de référence dans les différentes figures, dans lesquelles : 100111 I fig.11 la figure 1 illustre un principe d'un système de distribution d'énergie selon un mode de réalisation ; 100121 I fig.21 la figure 2 est un graphe illustrant la tension d'alimentation CA, le courant d'alimentation CA et le premier courant CA distribué se produisant lorsque le deuxième courant distribué CA est 0 ; 100131 I fig.31 la figure 3 est un graphe illustrant la tension d'alimentation CA, le courant d'alimentation CA et le premier courant distribué CA se produisant lorsque l'on effectue une commande du courant régénérateur avec le facteur de puissance = -1 3 tandis qu'un courant régénérateur de 40 % est généré en réponse au premier courant CA distribué ; [0014] [fig.4] la figure 4 est un graphe illustrant la tension d'alimentation CA, le courant d'alimentation CA, et le premier courant CA distribué sc produisant lorsque l'on effectue une commande du courant régénérateur avec le facteur de puissance = -0,8 tandis qu'un courant régénérateur de 40 % est généré en réponse au premier courant CA distribué ; [0015] [fig.5] la figure 5 est un graphe illustrant la tension d'alimentation CA, le courant d'alimentation CA, et le premier courant CA distribué sc produisant lorsque l'on effectue une commande du courant régénérateur avec le facteur de puissance = -0,8 tandis qu'un courant régénérateur de 100 % est généré en réponse au premier courant CA distribué ; [0016] [fig.6] la figure 6 est un organigramme à blocs illustrant une configuration du système de distribution d'énergie selon le premier mode de réalisation ; [0017] [fig.7] la figure 7 est un graphe illustrant un exemple de commande du convertisseur CA-CC bidirectionnel ; [0018] [fig.8] la figure 8 est un graphe illustrant un autre exemple de commande du convertisseur CA-CC bidirectionnel ; [0019] [fig.9] la figure 9 est un organigramme à blocs illustrant une configuration du système de distribution d'énergie selon le deuxième modo de réalisation ; [0020] [fig.10] la figure 10 est un organigramme à blocs illustrant une configuration du système de distribution d'énergie selon la variante 1 ; et [0021] [fig.11] la figure 11 est un organigramme à blocs illustrant une configuration du système de distribution d'énergie selon la variante 2. Description détaillée [0022] L'invention va maintenant être décrite en référence aux modes dc réalisation préférés. Ils ne sont pas destinés à limiter la portée de la présente invention, mais à fournir des exemples dc l'invention. [0023] Ci-après, l'invention va être décrite sur la base dc modes de réalisation préférés en référence aux dessins annexés. Des éléments, organes, processus identiques ou de même constitution illustrés dans les dessins sont représentés par des symboles identiques et une répétition de leur description sera omise [0024] Une explication des connaissances de base sera donnée en référence à la figure 1 avant de décrire un mode de réalisation spécifique. [0025] La figure 1 illustre un principe d'un système de distribution d'énergie 1 selon un mode de réalisation. Le côté d'entrée du système de distribution d'énergie 1 est connecté à une alimentation en courant CA 2 qui fournit de l'énergie. Par ailleurs, le côté de sortie du système de distribution d'énergie 1 est connecté à une première charge 3 à laquelle est fournie de l'énergie et est également connecté à une deuxième charge 5 par le biais d'un convertisseur CA-CC bidirectionnel 4. Un courant CA est fourni à la première charge 3. Par ailleurs, un courant CC est fourni à la deuxième charge 5. [0026] Le convertisseur CA-CC bidirectionnel 4 a la double fonction de convertir un courant CA en courant CC et de convertir un courant CC en courant CA. Ci-après, un mode de fonctionnement dans lequel le convertisseur CA-CC bidirectionnel 4 convertit un courant CA en courant CC sera appelé « mode de fonctionnement de convertisseur CA-CC ». De plus, un mode de fonctionnement dans lequel le convertisseur CA-CC bidirectionnel 4 convertit un courant CC en courant CA sera appelé « mode de fonctionnement d'inverseur CC-CA ». [0027] Le convertisseur CA-CC bidirectionnel 4 a une fonction régénératrice consistant à fournir de l'énergie régénératrice générée dans la deuxième charge 5 à la première charge 3. Autrement dit, dans le mode de fonctionnement d'inverseur CC-CA, le convertisseur CA-CC bidirectionnel 4 convertit le courant régénérateur CC de la deuxième charge 5 en un courant régénérateur CA et fournit le courant régénérateur CA à la première charge 3. [0028] Le courant d'alimentation CA 1p de l'alimentation en courant CA 2 est entré dans le système de distribution d'énergie I. Le système de distribution d'énergie 1 divise le courant d'alimentation CA en un premier courant CA distribué I1 et en un deuxième courant CA distribué 12, en distribuant le premier courant CA distribué Il à la première charge 3 et en distribuant le deuxième courant CA distribué 12 au convertisseur CACC bidirectionnel 4. Autrement dit, on a la relation Ip = 11+12. [0029] En mode de fonctionnement de convertisseur CA-CC, le convertisseur CA-CC bidi- rectionnel 4 convertit le deuxième courant CA distribué 12 en un courant d'alimentation CC 13 et fournit le courant d'alimentation CC 13 à la deuxième charge S. En mode de fonctionnement d'inverseur CC-CA, par contre, le convertisseur CACC bidirectionnel 4 convertit le courant régénérateur CC 13 provenant de la deuxième charge 5 en courant régénérateur CA 12 et fournit le courant régénérateur CA 12 à la première charge 3. Autrement dit, le courant 12 sera un courant régénérateur lorsque le convertisseur CA-CC bidirectionnel 4 fonctionne dans le mode de fonctionnement d'inverseur CC-CA. [0030] La figure 2 illustre la tension d'alimentation CA Vp, le courant d'alimentation CA Ip, et le premier courant CA distribué Ii se produisant lorsque le deuxième courant CA distribué 12 est O. On suppose dans ce cas que l'alimentation en courant CA fonctionne avec le facteur de puissance = 0,8. Autrement dit, le courant d'alimentation CA Ip est retardé avec le facteur de puissance = 0,8 par rapport à la tension d'alimentation CA Vp. [0031] Si l'on se réfère à la figure 2, le deuxième courant CA distribué 12 est Ode sorte que le premier courant CA distribué il correspond au courant d'alimentation CA 1p. [0032] La figure 3 illustre que l'énergie régénératrice est générée dans la deuxième charge 5, et que le courant régénérateur CA 12 est fourni à partir de la deuxième charge 5 à la première charge 3. La moyenne de l'intensité du deuxième courant CA distribué 12 est de 40 % de la moyenne de l'intensité du premier courant CA distribué 11. [0033] La figure 3 illustre que le courant régénérateur CA 12 est fourni à partir de la deuxième charge 5 à la première charge 3 avec le facteur de puissance = -1. Autrement dit, la phase du courant régénérateur CA 12 est opposée à la phase de la tension d'alimentation CA Vp. Par conséquent, le courant d'alimentation CA 1p est retardé de la phase inversée du courant régénérateur CA 12 avec le facteur de puissance = Dans cc cas, le courant d'alimentation CA Ip présente une chute d'environ 50 % par rapport au cas de la figure 2, montrant que l'énergie régénératrice est fournie à la première charge 3 avec un certain rendement. [0034] L'alimentation du courant régénérateur avec le facteur de puissance = -1 comme décrit ci-dessus est effectuée dans un dispositif d'alimentation en courant CC à régénération d'énergie ordinaire. Nous avons réalisé que le rendement de l'alimentation d'un courant régénérateur peut être amélioré en fournissant un courant régénérateur sur la base de la phase de la tension d'alimentation CA Vp au lieu de fournir un courant régénérateur avec un facteur de puissance =-1. [0035] La figure 4 illustre que l'énergie régénératrice comme celle de la figure 3 est générée dans la deuxième charge et le courant régénérateur CA 12 est fourni à partir de la deuxième charge 5 à la première charge 3. La différence est que, dans la figure 4, le courant régénérateur CA 12 est commandé de manière à avoir un facteur de puissance = -0,8. Autrement dit, la phase du courant régénérateur CA 12 est commandée de manière à être opposée à la phase du courant d'alimentation CA Ip. Comme montré à la figure 4, le courant d'alimentation CA Ip présente une chute supplémentaire par comparaison avec le cas de la figure 3. Autrement dit, la même énergie régénératrice que celle de la figure 3 est fournie à la première charge 3 de manière plus efficace dans la figure 4. [0036] La figure 5 montre que l'énergie régénératrice correspondant au premier courant CA distribué II est générée dans la deuxième charge 5 et est fournie à la première charge 3 avec le facteur de puissance = -0,8. Dans ce cas, le courant d'alimentation CA Ip est 0, comme montré à la figure S. Autrement dit, la figure 5 illustre que l'alimentation en courant régénérateur idéale, dans laquelle le courant requis par la première charge 3 est entièrement couvert par l'énergie régénératrice, est réalisée. [0037] Comme décrit ci-dessus, selon le principe du mode de réalisation, de l'énergie régé- 6 nératrice peut être fournie de manière efficace à la charge même lorsque la source du courant CA ne fonctionne pas avec le facteur de puissance [0038] = 1. [0039] Premier mode de réalisation [0040] La figure 6 est un organigramme à blocs illustrant une configuration du système de distribution d'énergie 1 selon le premier mode de réalisation. Le système de distribution d'énergie 1 comporte une unité de surveillance de courant 6, un convertisseur CA-CC bidirectionnel 4 et une unité de commande 7. [0041] Un courant d'alimentation CA Ip est fourni au système de distribution d'énergie 1 à partir d'une alimentation en courant triphasée CA externe 2. L'alimentation en courant CA 2 comporte une alimentation en courant de phase U 2U, une alimentation en courant de phase V 2V, et une alimentation en courant de phase W 2W. [0042] L'unité de surveillance de courant 6 surveille le courant d'alimentation CA Ip et transmet les formes d'onde de courant de la phase U, de la phase V et de la phase W du courant d'alimentation CA Ip surveillé à l'unité de commande 7. [0043] Le système de distribution d'énergie 1 divise le courant d'alimentation CA en un premier courant CA distribué Ti et en un deuxième courant CA distribué 12. Le système de distribution d'énergie 1 délivre le premier courant CA distribué il à la première charge 3 et délivre le deuxième courant CA distribué 12 au convertisseur CACC bidirectionnel 4. [0044] En mode de fonctionnement de convertisseur CA-CC, le convertisseur CA-CC bidi- rectionnel 4 convertit le deuxième courant CA distribué 12 en un courant d'alimentation CC 13 et fournit le courant d'alimentation CC 13 à la deuxième charge 5. En mode de fonctionnement d'inverseur CC-CA, le convertisseur CA-CC bidirectionnel 4 convertit le courant régénérateur CC 13 provenant de la deuxième charge 5 en courant régénérateur CA 12 et fournit le courant régénérateur CA 12 à la première charge 3. [0045] L'unité de commande 7 commande le convertisseur CA-CC bidirectionnel 4 sur la base du courant d'alimentation CA Ip surveillé par l'unité de surveillance de courant 6. Plus spécifiquement, l'unité de commande 7 commande le convertisseur CA-CC bidirectionnel 4 de telle sorte que la phase du courant régénérateur CA 12 soit opposée à la phase du courant d'alimentation CA Ip. [0046] Selon ce mode de réalisation, il est possible de fournir efficacement l'énergie régé- nératrice à la charge même lorsque la source de courant CA ne fonctionne pas avec le facteur de puissance = 1. [0047] La figure 7 illustre un premier exemple de commande du convertisseur CA-CC bidi- rectionnel 4 par l'unité de commande 7. L'unité de commande 7 stocke la forme d'onde du courant d'alimentation CA Ip surveillé par l'unité de surveillance de courant 7 6 pendant une période Tl . La forme d'onde pour ladite période est réacheminée au convertisseur CA-CC bidirectionnel 4 et la phase du courant régénérateur CA 12 est commandée de manière correspondante de façon à être opposée à la phase du courant d'alimentation CA 1p dans la période suivante. [0048] Selon la commande du premier exemple, la phase du courant régénérateur CA 12 est commandée en utilisant la forme d'onde du courant d'alimentation CA Ip pendant une période de telle sorte qu'une commande précise soit possible. [0049] La figure 8 illustre un deuxième exemple de commande du convertisseur CA-CC bi- directionnel 4 par l'unité de commande 7. L'unité de commande 7 stocke la forme d'onde du courant d'alimentation CA 1p surveillé par l'unité de surveillance de courant 6 pendant 1/16e de la période T. En réacheminant la forme d'onde pendant 1/16e de la période au convertisseur CA-CC bidirectionnel 4, la phase du courant régénérateur CA 12 est commandée de manière à être opposée à la face du courant d'alimentation CA Ip. [0050] Selon le deuxième exemple de commande, la phase du courant régénérateur CA 12 est commandée en unités de temps égales à 1/16e de la période du courant d'alimentation CA 1p de telle sorte qu'une commande rapide est possible. [0051] Deuxième mode de réalisation [0052] La figure 9 est un organigramme à blocs illustrant une configuration du système de distribution d'énergie 1 selon le deuxième mode de réalisation. Le système de distribution d'énergie 1 comporte une unité de surveillance de courant 6, un convertisseur CA-CC bidirectionnel 4, et une unité de commande 7. [0053] Un courant d'alimentation CA IP est fourni au système de distribution d'énergie 1 depuis une alimentation en courant CA triphasée externe 2. L'alimentation en courant CA 2 comporte une alimentation en courant de phase U 2U, une alimentation en courant de phase V 2V, et une alimentation en courant de phase W 2W. [0054] Le système de distribution d'énergie 1 divise le courant d'alimentation CA Ip en un premier courant CA distribué II et en un deuxième courant CA distribué 12. Le système de distribution d'énergie 1 divise en outre le premier courant CA distribué Il et distribue les courants distribués à la première charge (1) 31 et à la première charge (2) 32. Le système de distribution d'énergie 1 délivre le deuxième courant CA distribué 12 au convertisseur CA-CC bidirectionnel 4. [0055] L'unité de surveillance de courant 6 surveille le premier courant CA distribué Il et le deuxième courant CA distribué 12 et transmet les formes d'onde de courant de phase U, de phase V, et de phase W du premier courant CA distribué II et du deuxième courant CA distribué 12 surveillés à l'unité de commande 7. [0056] En mode de fonctionnement de convertisseur CA-CC, le convertisseur CA-CC bidi- rectionnel 4 convertit le deuxième courant CA distribué 12 en un courant 8 d'alimentation CC 13 et fournit le courant d'alimentation CC 13 à la deuxième charge 5. En mode de fonctionnement d'inverseur CC-CA, le convertisseur CA-CC bidirectionnel 4 convertit le courant régénérateur CC provenant de la deuxième charge 5 en le courant régénérateur CA et fournit le courant régénérateur CA à la première charge (1) 31 et à la deuxième charge (2) 32. [0057] L'unité de commande 7 trouve une somme du premier courant CA distribué 11 et du deuxième courant CA distribué 12 surveillés par l'unité de surveillance de courant 6 et définit la somme comme le courant d'alimentation CA Ip. L'unité de commande 7 commande le convertisseur CA-CC bidirectionnel 4 sur la base du courant d'alimentation CA 1p calculé de cette manière. Plus spécifiquement, l'unité de commande 7 commande le convertisseur CA-CC bidirectionnel 4 de telle sorte que la phase du courant régénérateur CA 12 soit opposée à la phase du courant d'alimentation CA Ip. [0058] Selon cc mode de réalisation, il est possible de fournir l'énergie régénératrice à la charge de manière efficace même lorsque la source du courant CA ne fonctionne pas avec le facteur de puissance = 1. Cc mode de réalisation est particulièrement utile dans un système comportant une pluralité de premières charges parce qu'il fournit de l'énergie régénératrice à ces charges de manière efficace. En outre, l'unité de surveillance de courant peut mesurer le premier courant CA distribué et le deuxième courant CA distribué au lieu de mesurer le courant d'alimentation CA directement. Par conséquent, la flexibilité de la configuration est améliorée. [0059] La description ci-dessus se rapporte à une explication basée sur un mode de réa- lisation à titre d'exemple. Les modes de réalisation n'ont qu'un but illustratif et l'homme du métier comprendra que des variantes et modifications sont possibles dans la limite de la portée des revendications de la présente invention et que de telles variantes et modifications tombent également dans la portée des revendications de la présente invention. Par conséquent, la description et les dessins seront traités comme servant à des fins illustratives et ne limiteront pas la portée de l'invention. [0060] Variantes [0061] Des variantes vont à présent être décrites. Dans la description des variantes, les éléments constitutifs et organes constitutifs identiques ou équivalents à ceux des modes de réalisation seront désignés par les mêmes numéros de référence. Les explications ne seront pas fournies en double le cas échéant et les caractéristiques différentes de celles des modes de réalisation seront mises en évidence. [0062] Variante 1 [0063] La figure 10 est un organigramme à blocs illustrant une configuration du système de distribution d'énergie 1 selon la variante 1. Le système de distribution d'énergie 1 de la figure 10 est différent du système de distribution d'énergie 1 de la figure 6 par le fait 9 que le courant est distribué à une première charge (1) 31, à une première charge (2) 32, à une deuxième charge (1) 51, à une deuxième charge (2) 52 et à une deuxième charge (3) 53. [0064] La deuxième charge (3) 53 est une charge entraînée par une alimentation en courant CA. Par conséquent, un inverseur CC-CA 8 pour convertir le courant d'alimentation CC fourni à partir du convertisseur CA-CC bidirectionnel 4 en un courant CA est prévu à un stade précédant la deuxième charge (3) 53. Les autres aspects de la configuration et le fonctionnement du système de distribution d'énergie 1 de la figure 10 sont les mêmes que ceux du système de distribution d'énergie 1 de la figure 6. [0065] Selon cette variante, la flexibilité de la configuration est améliorée. [0066] Variante 2 [0067] La figure 11 est un organigramme à blocs illustrant une configuration du système de distribution d'énergie 1 selon la variante 2. Dans le système de distribution d'énergie de la figure 11, une batterie 54 est prévue à la place de la deuxième charge (3) 53 de la figure 10. Une portion du courant régénérateur provenant de la deuxième charge (1) 51 et de la deuxième charge (2) 52 est fournie à la batterie 54 pour charger la batterie 54. Les autres aspects de la configuration et du fonctionnement du système de distribution d'énergie 1 de la figure 11 sont les mêmes que ceux du système de distribution d'énergie 1 de la figure 10. [0068] La batterie 54 peut être déchargée suivant un programme de temporisation souhaitée pour fournir un courant à la première charge (1) ou à la deuxième charge (2). Dans ce cas, la première charge (1) et la deuxième charge (2) sont des moteurs, en particulier la batterie 54 peut fournir un courant lorsque les moteurs sont démarrés. [0069] Selon cette variante, la flexibilité de la configuration est améliorée. [0070] Toute combinaison d'un mode de réalisation et d'une variante décrits ci-dessus sera également utile en tant que mode de réalisation de la présente invention. Un nouveau mode de réalisation créé par une combinaison fournira les avantages combinés de ce mode de réalisation et de la variante tels que combinés. [Revendication I] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4]