Brevet FR3123465A1 — publié le 20221202

Système de commande de redresseurs La présente description concerne un procédé de modification, par un circuit de commande (306), de la consommation d’énergie d’un processus industriel alimenté en courant continu (DC), le procédé comprenant : recevoir une consigne de modulation de charge ( ) indiquant une modification à appliquer à la puissance du processus industriel, et un ou plusieurs signaux de retour ( , ) indiquant un niveau de puissance fourni au processus industriel ; générer, sur la base de la consigne de modulation de charge et desdits un ou plusieurs signaux de retour, une première consigne de courant ( ) indiquant un premier courant DC ( ) à fournir au processus industriel par un premier circuit redresseur, le premier circuit redresseur comprenant un premier transformateur (116) et une inductance saturable (120) ; et fournir la première consigne de courant ( ) à un premier contrôleur (304) agencé pour commander, sur la base de la première consigne de courant ( ), au moins le niveau de saturation de l’inductance saturable (120). Figure pour l'abrégé : Fig. 3 Système de commande de redresseurs La présente description concerne de façon générale le domaine des systèmes de gestion d’énergie électrique, et en particulier un circuit et un procédé pour commander des redresseurs pour des applications à courant continu. Certains processus industriels impliquent l’application de courant continu (DC - de l’anglais Direct Current) à un ou plusieurs éléments qui mettent le processus en œuvre. Par exemple, le procédé d’électrolyse implique le passage d’un courant DC dans une ligne de cellules de production. Des services d’équilibrage de réseau d’énergie électrique ont été proposés. La fréquence du système est l’indicateur le plus important d’un déséquilibre de puissance instantanée sur le réseau. En effet, une augmentation de la consommation entraîne une demande de puissance accrue sur des machines de production synchrones et provoque ainsi un ralentissement de leur vitesse de rotation. À l’inverse, un surplus de production, et donc une augmentation de la fréquence, va résulter d’une réduction de la demande de puissance instantanée. En Europe, c’est le rôle du gestionnaire du réseau de transport (TSO – de l’anglais Transmission System Operator) d’assurer la stabilité du réseau, en organisant et en supervisant des actions et des mécanismes associés au contrôle de la fréquence. D’autres pays ont des entités qui jouent un rôle similaire. Dans les réseaux de transmission relativement grands, il y a en général trois couches de contrôle de fréquence utilisées pour faire face aux écarts de fréquence : contrôle primaire, secondaire et tertiaire. Le contrôle de fréquence primaire (PFC - de l’anglais Primary Frequency Control), connu aussi sous le nom de réserve de maintien de fréquence (FCR - de l’anglais Frequency Containment Reserve), est assuré de manière prédominante par la capacité de statisme des gros générateurs. Toutefois, l’arrivée de la technique de demande-réponse (DR) dans le développement des réseaux intelligents d’aujourd’hui a fait du site demandeur un nouvel acteur de la stabilité d’un réseau d’alimentation électrique. En effet, les sites industriels souhaitent souvent accepter une certaine flexibilité dans leur consommation d’énergie en échange d’incitations financières comme un coût réduit de l’énergie. Il serait avantageux de permettre à la consommation d’énergie de procédés électrolytiques, ou d’autres processus industriels similaires basés sur le courant continu, d’être variable afin de permettre un équilibrage du réseau d’alimentation électrique par le côté de la demande. Toutefois, il y a des difficultés techniques pour mettre en œuvre une telle solution. Un objet de modes de réalisation de la présente description est de résoudre au moins partiellement une ou plusieurs difficultés de l’art antérieur. Selon un mode de réalisation, on prévoit un procédé de modification de la consommation d’énergie d’un processus industriel alimenté en courant continu (DC), le procédé comprenant : recevoir, par un circuit de commande, une consigne de modulation de charge indiquant une modification à appliquer à la puissance du processus industriel, et un ou plusieurs signaux de retour indiquant un niveau de puissance fourni au processus industriel ; générer, par le circuit de commande, sur la base de la consigne de modulation de charge et desdits un ou plusieurs signaux de retour, une première consigne de courant indiquant un premier courant DC à fournir au processus industriel par un premier circuit redresseur, le premier circuit redresseur comprenant un premier transformateur et une inductance saturable ; et fournir la première consigne de courant à un premier contrôleur agencé pour commander, sur la base de la première consigne de courant, au moins le niveau de saturation de l’inductance saturable. Selon un mode de réalisation, le premier contrôleur est en outre agencé pour commander, sur la base de la première consigne de courant, une position de prise du premier transformateur du premier circuit redresseur. Selon un mode de réalisation, la première consigne de courant indique un changement à appliquer à une première consigne de processus, la première consigne de processus indiquant un courant à fournir par le premier circuit redresseur. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre la génération, par le circuit de commande d’une deuxième consigne de courant indiquant un deuxième courant DC à fournir au processus industriel par un ou plusieurs deuxièmes circuits redresseurs, chaque deuxième circuit redresseur comprenant un deuxième transformateur ; et la fourniture de la deuxième consigne de courant à un deuxième contrôleur agencé pour ajuster, sur la base de la deuxième consigne de courant, une position de prise du deuxième transformateur de chacun desdits un ou plusieurs deuxièmes circuits redresseurs. Selon un mode de réalisation, la deuxième consigne de courant indique un changement à appliquer à une deuxième consigne de processus, la deuxième consigne de processus indiquant un courant à fournir par lesdits un ou plusieurs deuxièmes circuits redresseurs. Selon un mode de réalisation, le circuit de commande est agencé pour générer la première consigne de courant sur la base d’une admittance équivalente des deuxièmes circuits redresseurs, le circuit de commande étant par exemple agencé pour calculer l’admittance équivalente sur la base de l’équation suivante : où et un affaissement estimé de chaque premier et deuxième circuit redresseur , et est le nombre de premiers et deuxièmes circuits redresseurs. Selon un mode de réalisation, le circuit de commande est agencé pour générer la première consigne de courant en outre sur la base d’un facteur de groupe représentant la somme de courants dans les deuxièmes circuits redresseurs, le circuit de commande étant par exemple agencé pour calculer le facteur de groupe sur la base de l’équation suivante : où est la tension à la sortie de chaque premier et deuxième circuit redresseur . Selon un mode de réalisation, le circuit de commande est agencé pour générer la première consigne de courant sur la base de la formule suivante : où est une estimation de la résistance de charge du processus industriel, est une estimation d’une tension de force contre-électromotrice du processus industriel, est la première consigne de processus, et est la consigne de modulation de charge. Selon un mode de réalisation, le processus industriel est un procédé électrolytique comprenant une ligne de cellules de production à travers laquelle on fait passer le courant DC. Selon un autre aspect, on prévoit un circuit de commande pour modifier la consommation d’énergie d’un processus industriel alimenté en courant continu (DC), le circuit de commande étant agencé pour : - recevoir une consigne de modulation de charge indiquant une modification à appliquer à la puissance du processus industriel, et un ou plusieurs signaux de retour indiquant un niveau de puissance fourni au processus industriel ; - générer, sur la base de la consigne de modulation de charge et desdits un ou plusieurs signaux de retour, une première consigne de courant indiquant un premier courant DC à fournir au processus industriel par un premier circuit redresseur, le premier circuit redresseur comprenant un premier transformateur et une inductance saturable ; et - fournir la première consigne de courant à un premier contrôleur agencé pour commander, sur la base de la première consigne de courant, au moins le niveau de saturation de l’inductance saturable du premier circuit redresseur. Selon encore un autre aspect, on prévoit un système d’alimentation en énergie électrique pour un processus industriel, le système d’alimentation en énergie électrique comprenant : le circuit de commande susmentionné ; le premier circuit redresseur ; et le premier contrôleur. Selon un mode de réalisation, le système d’alimentation en énergie électrique comprend en outre : un ou plusieurs deuxièmes circuits redresseurs ; et un deuxième contrôleur, dans lequel le circuit de commande est en outre agencé pour : générer une deuxième consigne de courant indiquant un deuxième courant DC à fournir au processus industriel par lesdits un ou plusieurs deuxièmes circuits redresseurs, chaque deuxième circuit redresseur comprenant un deuxième transformateur ; et fournir la deuxième consigne de courant au deuxième contrôleur agencé pour ajuster, sur la base de la deuxième consigne de courant, une position de prise du deuxième transformateur de chacun desdits un ou plusieurs deuxièmes circuits redresseurs. Selon un autre aspect, on prévoit un système pour mettre en œuvre un procédé électrolytique comprenant : le système d’alimentation en énergie électrique susmentionné ; et une ligne de cellules de production à travers laquelle on fait passer le courant DC. Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la représente schématiquement un exemple de circuits de conversion de tension au niveau d’un site industriel selon un mode de réalisation de la présente description ; la représente schématiquement un circuit redresseur de la plus en détail selon un exemple de réalisation de la présente description ; la représente schématiquement un système de commande de redresseurs selon un exemple de réalisation de la présente description ; la représente schématiquement un circuit de commande du système de la plus en détail selon un exemple de réalisation de la présente description ; la représente schématiquement un modèle simple de redresseur avec une charge ; la est un graphique illustrant la tension en fonction du courant et représente le fonctionnement d’un redresseur avec une charge ; la représente schématiquement un modèle simple d’une paire de redresseurs avec une charge ; la est un graphique illustrant la tension en fonction du courant et représente un fonctionnement avec une modification de charge ; la est un graphique illustrant la tension en fonction du courant et représente le fonctionnement d’une paire de redresseurs avec un contrôle de courant utilisant un changement de prise ; la est un graphique illustrant la tension en fonction du courant et représente le fonctionnement d’une paire de redresseurs avec un contrôle du courant utilisant un changement de prise à la suite d’une modification de processus ; la représente schématiquement un modèle simple d’une paire de redresseurs avec une charge, l’un des redresseurs comportant une inductance saturable ; la est un graphique illustrant la tension en fonction du courant et représente le fonctionnement d’une paire de redresseurs avec un contrôle de courant utilisant une inductance saturable ; la est un graphique illustrant un exemple de puissance active en fonction d’un facteur de groupe et d’un courant contrôlable ; la est un graphique illustrant un exemple de puissance active en fonction d’un facteur de groupe et d’un courant positif contrôlable ; la est un graphique illustrant la tension en fonction du courant et représente un exemple de modulation de charge dans le système de la ; et la représente schématiquement un système d’alimentation en énergie électrique selon un exemple de réalisation de la présente description. Procédé de modification de la consommation d’énergie d’un processus industriel alimenté en courant continu (DC), le procédé comprenant : - recevoir, par un circuit de commande (306), une consigne de modulation de charge ( ) indiquant une modification à appliquer à la puissance du processus industriel, et un ou plusieurs signaux de retour ( , ) indiquant un niveau de puissance fourni au processus industriel ; - générer, par le circuit de commande (306), sur la base de la consigne de modulation de charge ( ) et desdits un ou plusieurs signaux de retour ( , ), une première consigne de courant ( ) indiquant un premier courant DC ( ) à fournir au processus industriel par un premier circuit redresseur (114), le premier circuit redresseur (114) comprenant un premier transformateur (116) et une inductance saturable (120) ; et - fournir la première consigne de courant ( ) à un premier contrôleur (304) agencé pour commander, sur la base de la première consigne de courant ( ), au moins le niveau de saturation de l’inductance saturable (120). Procédé selon la revendication 1, dans lequel le premier contrôleur (304) est en outre agencé pour commander, sur la base de la première consigne de courant ( ), une position de prise du premier transformateur (116) du premier circuit redresseur (114). Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la première consigne de courant ( ) indique un changement à appliquer à une première consigne de processus ( ), la première consigne de processus indiquant un courant à fournir par le premier circuit redresseur (114). Procédé selon la revendication 3, comprenant en outre la génération, par le circuit de commande (306), d’une deuxième consigne de courant ( ) indiquant un deuxième courant DC à fournir au processus industriel par un ou plusieurs deuxièmes circuits redresseurs (112), chaque deuxième circuit redresseur (112) comprenant un deuxième transformateur (116) ; et - la fourniture de la deuxième consigne de courant ( ) à un deuxième contrôleur (302) agencé pour ajuster, sur la base de la deuxième consigne de courant ( ), une position de prise du deuxième transformateur (116) de chacun desdits un ou plusieurs deuxièmes circuits redresseurs (112). Procédé selon la revendication 4, dans lequel la deuxième consigne de courant ( ) indique un changement à appliquer à une deuxième consigne de processus ( ), la deuxième consigne de processus indiquant un courant à fournir par lesdits un ou plusieurs deuxièmes circuits redresseurs (112). Procédé selon la revendication 4 ou 5, dans lequel le circuit de commande (306) est agencé pour générer la première consigne de courant ( ) sur la base d’une admittance équivalente des deuxièmes circuits redresseurs, le circuit de commande (306) étant par exemple agencé pour calculer l’admittance équivalente sur la base de l’équation suivante : où et un affaissement estimé de chaque premier et deuxième circuit redresseur , et est le nombre de premiers et deuxièmes circuits redresseurs (112, 114). Procédé selon la revendication 6, dans lequel le circuit de commande (306) est agencé pour générer la première consigne de courant ( ) en outre sur la base d’un facteur de groupe représentant la somme de courants dans les deuxièmes circuits redresseurs (112), le circuit de commande (306) étant par exemple agencé pour calculer le facteur de groupe Γ sur la base de l’équation suivante : où est la tension à la sortie de chaque premier et deuxième circuit redresseur (112, 114). Procédé selon la revendication 7, dans lequel le circuit de commande (306) est agencé pour générer la première consigne de courant ( ) sur la base de la formule suivante : où est une estimation de la résistance de charge du processus industriel, est une estimation d’une tension de force contre-électromotrice du processus industriel, est la première consigne de processus, et est la consigne de modulation de charge. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le processus industriel est un procédé électrolytique comprenant une ligne de cellules de production à travers laquelle on fait passer le courant DC. Circuit de commande pour modifier la consommation d’énergie d’un processus industriel alimenté en courant continu (DC), le circuit de commande étant agencé pour : - recevoir une consigne de modulation de charge ( ) indiquant une modification à appliquer à la puissance du processus industriel, et un ou plusieurs signaux de retour ( , ) indiquant un niveau de puissance fourni au processus industriel ; - générer, sur la base de la consigne de modulation de charge ( ) et desdits un ou plusieurs signaux de retour ( , ), une première consigne de courant ( ) indiquant un premier courant DC ( ) à fournir au processus industriel par un premier circuit redresseur (114), le premier circuit redresseur (114) comprenant un premier transformateur (116) et une inductance saturable (120) ; et - fournir la première consigne de courant ( ) à un premier contrôleur (304) agencé pour commander, sur la base de la première consigne de courant ( ), au moins le niveau de saturation de l’inductance saturable (120) du premier circuit redresseur (114). Système d’alimentation en énergie électrique pour un processus industriel, le système d’alimentation en énergie électrique comprenant : le circuit de commande de la revendication 10 ; le premier circuit redresseur (114) ; et le premier contrôleur (304). Système d’alimentation en énergie électrique selon la revendication 11, comprenant en outre : un ou plusieurs deuxièmes circuits redresseurs ; et un deuxième contrôleur (304), dans lequel le circuit de commande est en outre agencé pour : générer une deuxième consigne de courant ( ) indiquant un deuxième courant DC à fournir au processus industriel par lesdits un ou plusieurs deuxièmes circuits redresseurs (112), chaque deuxième circuit redresseur (112) comprenant un deuxième transformateur (116) ; et fournir la deuxième consigne de courant ( ) au deuxième contrôleur (302) agencé pour ajuster, sur la base de la deuxième consigne de courant ( ), une position de prise du deuxième transformateur (116) de chacun desdits un ou plusieurs deuxièmes circuits redresseurs (112). Système pour mettre en œuvre un procédé électrolytique comprenant : le système d’alimentation en énergie électrique de la revendication 11 ou 12 ; et une ligne de cellules de production à travers laquelle on fait passer le courant DC.