Brevet FR3131479A1 — publié le 20230630

Procédé de synchronisation maître, mis en œuvre par un groupe de convertisseurs maître (25a) appartenant à un système de convertisseurs (26), le groupe de convertisseurs maître comprenant au moins une sortie connectée à un réseau central (27), chaque groupe de convertisseurs esclaves comprenant au moins une entrée connectée audit réseau central, le procédé comprenant les étapes de : - mesurer un état de charge global maître représentatif des états de charge des batteries connectées aux convertisseurs du groupe de convertisseurs maître (25a) ; - régler la fréquence du réseau central en fonction de l’état de charge global maître, de manière à commander chaque convertisseur de chaque groupe de convertisseurs esclave (25b) pour que ledit convertisseur produise une puissance de sortie qui est fonction de la fréquence. FIGURE DE L’ABREGE: Fig.26 Synchronisation entre mini-réseaux L’invention concerne le domaine des mini-réseaux électriques, plus communément appelés « mini-grids ». ARRIERE PLAN DE L’INVENTION On assiste aujourd’hui, dans certains pays où le taux d'ensoleillement est important et où le réseau électrique traditionnel n'est pas accessible sur l'ensemble du territoire, au développement de « mini-grids », que l’on peut traduire par « mini-réseaux électriques ». Les mini-grids sont de petites centrales électriques alimentant des réseaux de distribution locaux de faible puissance desservant des agglomérations spécifiques (comprenant typiquement entre quelques dizaines à quelques milliers d’abonnés), qui peuvent être hors réseau ou interconnectées au réseau central. Les mini-grids sont généralement déployés dans les zones rurales avec une densité de population plus élevée pour fournir une alimentation alternative fiable. Un mini-grid comporte classiquement un ou des champs solaires photovoltaïques (comprenant chacun plusieurs panneaux photovoltaïques connectés en série et en parallèle), une ou des batteries pour stocker l’énergie électrique produite à partir de l'énergie solaire, et un ou des convertisseurs de puissance destinés à convertir l’énergie électrique pour produire une alimentation alternative sous une tension adaptée au réseau. Certains mini-grids dits « hybrides » intègrent en outre un groupe électrogène. Le groupe électrogène est notamment utilisé la nuit, lorsque la charge des batteries à la tombée du jour est insuffisante pour subvenir aux besoins des abonnés pendant la nuit. L’interconnexion des mini-grids isolés permet d’améliorer de manière importante les performances, la fiabilité et la disponibilité de ces mini-grids. Les mini-grids peuvent ainsi échanger de l’énergie, de sorte qu’un mini-grid, disposant d’un surplus d'énergie, peut alimenter un mini-grid qui a un déficit énergétique. Le surplus d’énergie d'un mini-grid peut par exemple être utilisé pour charger la batterie d'un autre mini-grid. On optimise de la sorte la durée de vie des batteries et l’exploitation de l’énergie globalement disponible sur le réseau, et on limite donc les délestages ainsi que l’utilisation des groupes électrogènes dont le fonctionnement nécessite du carburant et est donc très coûteux. Cependant, la connexion sur un même bus AC de différentes sources de tension nécessite impérativement que ces dernières soient parfaitement synchronisées en fréquence et en tension, sous peine de voir circuler, dans les câbles de puissance les reliant, des sur-courants importants pouvant endommager les matériels et faire déclencher les protections. De même, l’ajout d’une source de puissance externe sur un réseau, telle qu’un onduleur photovoltaïque, un réseau de puissance externe (par exemple un réseau public), ou un groupe électrogène, nécessite une synchronisation fine. Il est ainsi relativement aisé de connecter un onduleur photovoltaïque de quelques dizaines de kilowatts à un réseau public, car le réseau public transporte une grande quantité de puissance. Par exemple, dans le cas de la connexion d’un onduleur photovoltaïque de 30kW à un réseau public de 60GW, la puissance sur le réseau public peut être considérée comme « infinie » par rapport à celle fournie par l’onduleur photovoltaïque : si, théoriquement, l’apport de 30 kW a bien un effet, cet effet a peu de chances d'être perceptible sur le réseau de 60 GW. Par contre, la connexion d'un onduleur photovoltaïque à un mini-grid nécessite un contrôle plus complexe que dans le cas du réseau public, car la puissance transférée par le mini-grid est très faible par rapport au réseau public. Par exemple, dans le cas de la connexion d’un onduleur photovoltaïque de 30kW à un mini-grid de 120kW, l’onduleur photovoltaïque aura un effet important sur le mini-grid et il risque de perturber son fonctionnement. Or, la synchronisation, sur un même mini-grid, de convertisseurs de puissance associés à des énergies renouvelables intermittentes, et du stockage d’énergie, est une problématique complexe. Une méthode connue pour synchroniser entre eux des convertisseurs de puissance utilise une stratégie « master/slave ». Cette méthode nécessite l’échange en « temps réel » des informations de fréquence et de tension entre le convertisseur maître et ses esclaves sur un bus filaire de communication (de type CAN ou RS485). Une liaison de communication rapide est en effet nécessaire pour gérer rapidement le flux de puissance. Cette méthode pose notamment le problème suivant. Comme les convertisseurs sont éloignés les uns des autres, il est nécessaire d’utiliser de très longs câbles de communication pour les connecter entre eux. Or, de tels câbles sont bien évidemment très coûteux et complexes à installer. OBJET DE L’INVENTION L’invention a pour objet de synchroniser et de connecter entre eux plusieurs mini-grids éloignés les uns des autres, de manière à obtenir un réseau global robuste, et sans nécessiter de câbles de communication de longueur importante. En vue de la réalisation de ce but, on propose un procédé de synchronisation maître, mis en œuvre par un groupe de convertisseurs maître appartenant à un système de convertisseurs qui comporte une pluralité de groupes de convertisseurs comprenant le groupe de convertisseurs maître et des groupes de convertisseurs esclaves, chaque groupe de convertisseurs comprenant un ou des convertisseurs regroupés localement, chaque convertisseur étant connecté à au moins un panneau photovoltaïque et à au moins une batterie pour alimenter au moins un abonné, le groupe de convertisseurs maître comprenant au moins une sortie connectée à un réseau central, chaque groupe de convertisseurs esclaves comprenant au moins une entrée connectée audit réseau central, le procédé de synchronisation maître comprenant les étapes nominales de : - mesurer un état de charge global maître représentatif des états de charge des batteries connectées aux convertisseurs du groupe de convertisseurs maître ; - régler dynamiquement une fréquence centrale du réseau central en fonction de l’état de charge global maître, de manière à commander chaque convertisseur de chaque groupe de convertisseurs esclave pour que ledit convertisseur produise une puissance de sortie qui est fonction de la fréquence centrale. Le groupe de convertisseurs maître synchronise donc tous les groupes de convertisseurs en réglant la fréquence centrale du réseau central auquel sont connectés tous les groupes de convertisseurs. Chaque convertisseur de chaque groupe de convertisseurs esclave produit une puissance de sortie qui est fonction de la fréquence centrale. Ainsi, le groupe de convertisseurs maître utilise ce réglage de la fréquence centrale comme un moyen de commander et de synchroniser dynamiquement les convertisseurs des groupes de convertisseurs esclaves. Cette méthode de synchronisation est particulièrement astucieuse et permet de réaliser la synchronisation entre des groupes de convertisseurs possiblement très éloignés les uns des autres, sans nécessiter de moyens de communication dédiés entre lesdits groupes de convertisseurs. On propose de plus un procédé de synchronisation maître tel que précédemment décrit, dans lequel la fréquence centrale est telle que : , où : est l’état de charge global maître, et où et sont des premiers coefficients qui dépendent de l’état de charge global maître. On propose de plus un procédé de synchronisation maître tel que précédemment décrit, dans lequel l’état de charge global maître est compris dans un intervalle d’états de charge prédéfini courant parmi une pluralité d’intervalles d’états de charge prédéfinis, chaque intervalle d’états de charge prédéfini étant associé à des valeurs constantes des premiers coefficients et . On propose de plus un procédé de synchronisation maître tel que précédemment décrit, dans lequel les premiers coefficients et sont remis à jour à intervalle de temps régulier en fonction de données météorologiques. On propose de plus un procédé de synchronisation maître tel que précédemment décrit, dans lequel les étapes nominales sont réalisées par un convertisseur maître global appartenant au groupe de convertisseurs maître. On propose de plus un procédé de synchronisation maître tel que précédemment décrit, dans lequel les étapes nominales comprennent en outre l’étape, si l’état de charge global maître est inférieur ou égal à un seuil minimal prédéfini, de déconnecter du réseau central les convertisseurs du groupe de convertisseurs maître. On propose de plus un procédé de synchronisation maître tel que précédemment décrit, dans lequel le groupe de convertisseurs maître est agencé pour mettre en œuvre un algorithme de contrôle global défini en fonction d’au moins un paramètre de configuration, représentatif d’une configuration de connexion dans laquelle se trouve le système de convertisseurs et qui dépend d’au moins une source de puissance externe susceptible d’être connectée au groupe de convertisseurs maître, et d’un type de ladite source de puissance externe, l’algorithme de contrôle global comprenant les étapes nominales. On propose de plus un procédé de synchronisation maître tel que précédemment décrit, dans lequel les sources de puissance externes comprennent un réseau de puissance externe et/ou un groupe électrogène et/ou un onduleur photovoltaïque. On propose de plus un convertisseur comprenant une unité de traitement dans laquelle est mis en œuvre le procédé de synchronisation maître tel que précédemment décrit. On propose de plus un programme d’ordinateur comprenant des instructions qui conduisent l’unité de traitement du convertisseur tel que précédemment décrit à exécuter les étapes du procédé de synchronisation maître tel que précédemment décrit. On propose de plus un support d'enregistrement lisible par ordinateur, sur lequel est enregistré le programme d’ordinateur tel que précédemment décrit. On propose de plus un procédé de synchronisation esclave, mis en œuvre par un convertisseur donné d’un groupe de convertisseurs esclave appartenant à un système de convertisseurs qui comporte une pluralité de groupes de convertisseurs comprenant un groupe de convertisseurs maître et ledit groupe de convertisseurs esclave, chaque groupe de convertisseurs comprenant un ou des convertisseurs regroupés localement, chaque convertisseur étant connecté à au moins un panneau photovoltaïque et à au moins une batterie pour alimenter au moins un abonné, le groupe de convertisseurs maître comprenant au moins une sortie connectée à un réseau central, le convertisseur donné comprenant au moins une entrée connectée audit réseau central, le procédé de synchronisation esclave comprenant les étapes de : - mesurer une fréquence centrale du réseau central ; - produire une puissance de sortie qui est fonction de la fréquence centrale. On propose de plus un procédé de synchronisation esclave tel que précédemment décrit, dans lequel la puissance de sortie est aussi fonction d’un état de charge local de la batterie connectée audit convertisseur donné. On propose de plus un procédé de synchronisation esclave tel que précédemment décrit, dans lequel la puissance de sortie est une fonction polynomiale de l’état de charge local de la batterie connectée audit convertisseur donné, ayant des coefficients qui dépendent de la fréquence centrale. On propose de plus un procédé de synchronisation esclave tel que précédemment décrit, dans lequel la puissance de sortie est telle que : où : est l’état de charge local du convertisseur donné, et où , , dépendent de la fréquence centrale. On propose de plus un procédé de synchronisation esclave tel que précédemment décrit, dans lequel on a : où : sont des deuxièmes coefficients et où est la fréquence centrale. On propose de plus un procédé de synchronisation esclave tel que précédemment décrit, dans lequel les deuxièmes coefficients sont remis à jour à intervalle de temps régulier en fonction de données météorologiques. On propose de plus un convertisseur comprenant une unité de traitement dans laquelle est mis en œuvre le procédé de synchronisation esclave tel que précédemment décrit. On propose de plus un programme d’ordinateur comprenant des instructions qui conduisent l’unité de traitement du convertisseur tel que précédemment décrit à exécuter les étapes du procédé de synchronisation esclave tel que précédemment décrit. On propose de plus un support d'enregistrement lisible par ordinateur, sur lequel est enregistré le programme d’ordinateur tel que précédemment décrit. L’invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit d’un mode de mise en œuvre particulier non limitatif de l’invention. Il sera fait référence aux dessins annexés parmi lesquels : la représente un convertisseur (SGC) ; la représente un groupe de convertisseurs ; la représente un système de convertisseurs comprenant un groupe de convertisseurs maître et des groupes de convertisseurs esclaves ; la représente les paramètres échangés au sein d’un convertisseur ; la représente les étapes d’un algorithme de sélection générale ; la représente les étapes d’un algorithme de de protection ; la représente les étapes d’un algorithme de synchronisation ; la représente les étapes d’un algorithme de détection d’un groupe électrogène ; la représente les étapes d’un algorithme de calcul de l’état de charge global d’un groupe de convertisseurs ; la représente un graphique comprenant une courbe de la fréquence du réseau central en fonction de l’état de charge global maître ; la représente un graphique comprenant une courbe de la puissance de sortie d’un convertisseur d’un groupe de convertisseurs esclave, en fonction de l’état de charge de la batterie connectée audit convertisseur, pour une fréquence de 51Hz ; la est une figure similaire à celle de la , pour une fréquence de 50 Hz ; la est une figure similaire à celle de la , pour une fréquence de 49 Hz ; la est une figure similaire à celle de la , pour une fréquence de 47 Hz ; la représente les étapes d’un algorithme de configuration générale, pour un convertisseur dans le mode de fonctionnement isolé ; la représente les étapes d’un algorithme de contrôle avec priorité au solaire et injection sur le réseau ; la représente les étapes d’un algorithme de contrôle avec connexion au réseau public ; la représente les étapes d’un algorithme de contrôle avec absence de connexion ; la représente les paramètres échangés au sein d’un groupe de convertisseurs ; la représente les étapes d’un algorithme de configuration générale, pour le mode de fonctionnement en groupe ; la représente les étapes d’un algorithme de contrôle pour groupe isolé ; la représente les étapes d’un algorithme de contrôle avec priorité à la connexion à un réseau public ; la représente les étapes d’un algorithme de contrôle avec connexion avec un groupe électrogène ; la représente les étapes d’un algorithme de contrôle avec priorité au solaire avec connexion à un réseau public ; la représente les étapes d’un algorithme de contrôle du convertisseur esclave de groupe ; la représente une architecture comprenant plusieurs groupes de convertisseurs ; la représente les étapes d’un algorithme de configuration générale, pour le mode de fonctionnement en multi-groupes ; la représente les étapes d’un algorithme de contrôle de multi-groupes isolé ; la représente les étapes d’un algorithme de contrôle de multi-groupes avec connexion à un réseau public ; la représente les étapes d’un algorithme de contrôle de multi-groupes avec connexion à un réseau public avec priorité au solaire ; la représente les étapes d’un algorithme de contrôle de multi-groupes avec connexion à un groupe électrogène ; la représente les étapes d’un algorithme de contrôle de multi-groupes avec connexion à un groupe électrogène et/ou un réseau public ; la représente les étapes d’un algorithme de contrôle local mis en œuvre par un convertisseur maître local ; la représente les étapes d’un algorithme de contrôle esclave mis en œuvre par un convertisseur esclave. Procédé de synchronisation maître, mis en œuvre par un groupe de convertisseurs maître (25a) appartenant à un système de convertisseurs (26) qui comporte une pluralité de groupes de convertisseurs (25) comprenant le groupe de convertisseurs maître et des groupes de convertisseurs esclaves (25b), chaque groupe de convertisseurs comprenant un ou des convertisseurs (1) regroupés localement, chaque convertisseur étant connecté à au moins un panneau photovoltaïque (2) et à au moins une batterie (3) pour alimenter au moins un abonné, le groupe de convertisseurs maître comprenant au moins une sortie connectée à un réseau central (27), chaque groupe de convertisseurs esclaves comprenant au moins une entrée connectée audit réseau central, le procédé de synchronisation maître comprenant les étapes nominales de : - mesurer un état de charge global maître représentatif des états de charge des batteries connectées aux convertisseurs du groupe de convertisseurs maître (25a) ; - régler dynamiquement une fréquence centrale du réseau central en fonction de l’état de charge global maître, de manière à commander chaque convertisseur de chaque groupe de convertisseurs esclave (25b) pour que ledit convertisseur produise une puissance de sortie qui est fonction de la fréquence centrale. Procédé de synchronisation maître selon la revendication 1, dans lequel la fréquence centrale est telle que : , où : est l’état de charge global maître, et où et sont des premiers coefficients qui dépendent de l’état de charge global maître. Procédé de synchronisation maître selon la revendication 2, dans lequel l’état de charge global maître est compris dans un intervalle d’états de charge prédéfini courant parmi une pluralité d’intervalles d’états de charge prédéfinis, chaque intervalle d’états de charge prédéfini étant associé à des valeurs constantes des premiers coefficients et . Procédé de synchronisation maître selon l’une des revendications 2 ou 3, dans lequel les premiers coefficients et sont remis à jour à intervalle de temps régulier en fonction de données météorologiques. Procédé de synchronisation maître selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les étapes nominales sont réalisées par un convertisseur maître global (1a) appartenant au groupe de convertisseurs maître (25a). Procédé de synchronisation maître selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les étapes nominales comprennent en outre l’étape, si l’état de charge global maître est inférieur ou égal à un seuil minimal prédéfini, de déconnecter du réseau central (27) les convertisseurs (1) du groupe de convertisseurs maître (25a). Procédé de synchronisation maître selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le groupe de convertisseurs maître (25a) est agencé pour mettre en œuvre un algorithme de contrôle global défini en fonction d’au moins un paramètre de configuration, représentatif d’une configuration de connexion dans laquelle se trouve le système de convertisseurs (26) et qui dépend d’au moins une source de puissance externe susceptible d’être connectée au groupe de convertisseurs maître, et d’un type de ladite source de puissance externe, l’algorithme de contrôle global comprenant les étapes nominales. Procédé de synchronisation maître selon la revendication 7, dans lequel les sources de puissance externes comprennent un réseau de puissance externe (29) et/ou un groupe électrogène (28, 31) et/ou un onduleur photovoltaïque (30). Convertisseur (1a) comprenant une unité de traitement (7) dans laquelle est mis en œuvre le procédé de synchronisation maître selon l’une des revendications précédentes. Programme d’ordinateur comprenant des instructions qui conduisent l’unité de traitement (7) du convertisseur (1a) selon la revendication 9 à exécuter les étapes du procédé de synchronisation maître selon l’une des revendications 1 à 8. Support d'enregistrement lisible par ordinateur, sur lequel est enregistré le programme d’ordinateur selon la revendication 10. Procédé de synchronisation esclave, mis en œuvre par un convertisseur donné d’un groupe de convertisseurs esclave (25b) appartenant à un système de convertisseurs (26) qui comporte une pluralité de groupes de convertisseurs (25) comprenant un groupe de convertisseurs maître (25a) et ledit groupe de convertisseurs esclave (25b), chaque groupe de convertisseurs comprenant un ou des convertisseurs regroupés localement, chaque convertisseur étant connecté à au moins un panneau photovoltaïque (2) et à au moins une batterie (3) pour alimenter au moins un abonné, le groupe de convertisseurs maître comprenant au moins une sortie connectée à un réseau central (27), le convertisseur donné comprenant au moins une entrée connectée audit réseau central, le procédé de synchronisation esclave comprenant les étapes de : - mesurer une fréquence centrale du réseau central ; - produire une puissance de sortie qui est fonction de la fréquence centrale. Procédé de synchronisation esclave selon la revendication 12, dans lequel la puissance de sortie est aussi fonction d’un état de charge local de la batterie connectée audit convertisseur donné. Procédé de synchronisation esclave selon la revendication 13, dans lequel la puissance de sortie est une fonction polynomiale de l’état de charge local de la batterie connectée audit convertisseur donné, ayant des coefficients qui dépendent de la fréquence centrale. Procédé de synchronisation esclave selon la revendication 14, dans lequel la puissance de sortie est telle que : où : est l’état de charge local du convertisseur donné, et où , , dépendent de la fréquence centrale. Procédé de synchronisation esclave selon la revendication 15, dans lequel on a : où : sont des deuxièmes coefficients et où est la fréquence centrale. Procédé de synchronisation esclave selon la revendication 16, dans lequel les deuxièmes coefficients sont remis à jour à intervalle de temps régulier en fonction de données météorologiques. Convertisseur (1) comprenant une unité de traitement (7) dans laquelle est mis en œuvre le procédé de synchronisation esclave selon l’une des revendications 12 à 17. Programme d’ordinateur comprenant des instructions qui conduisent l’unité de traitement (7) du convertisseur (1) selon la revendication 18 à exécuter les étapes du procédé de synchronisation esclave selon l’une des revendications 12 à 17. Support d'enregistrement lisible par ordinateur, sur lequel est enregistré le programme d’ordinateur selon la revendication 19.