INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Enfin, le dispositif de fourniture d’électricité comporte une interface de connexion 11, qui permet de connecter ledit dispositif de fourniture d’électricité à un réseau électrique 10 ou de l’en isoler. L’interface de connexion 11 peut ainsi adopter soit un état de connexion au réseau électrique 10, soit un état de déconnexion du réseau électrique 10. Lorsque les étapes de lancement de la machine électrique 6 ont été réalisées, l’interface de connexion 11 est amenée en position fermée, de sorte que la génératrice est couplée au réseau électrique 10 et le fournit en électricité, tandis que la machine électrique apporte au système son inertie et sa capacité à injecter du courtant de court-circuit.
Comme la charge sur le système électrique varie constamment, la fréquence du système fluctue ; mais l'inertie du système limite le taux de changement de fréquence, appelé RoCoF. Il résulte donc de la baisse de l’inertie (ou de la constante d’inertie) une augmentation du taux de changement de fréquence, qui, au-delà d’une limite donnée pour un système, peut menacer la sécurité du système.
Aussi, si la substitution dans un système électrique de dispositifs de production électrique à machine tournante par des dispositifs à électronique de puissance ne compromet pas la tenue en tension, elle impacte la capacité à injecter du courant de court-circuit sur le système. En cas de perturbation dans le système électrique, une moindre capacité à injecter du courant de court-circuit se traduit par des creux de tension plus profonds et une plus grande influence de ces creux de tension sur le fonctionnement des générateurs et des charges connectées au réseau. La puissance de court-circuit permet également le bon fonctionnement des relais de protection du système, et contribue ainsi au plan de protection électrique du système.
Pour résumer, l’augmentation de la part des sources d’énergies électriques reliées au réseau par un dispositif d’électronique de puissance entraine une diminution globale de l'inertie et diminue les capacités d'injection de courant de court-circuit. La diminution de l’inertie et de la capacité à injecter du courant de court-circuit a pour conséquence qu’un incident pourra avoir des conséquences pires (par exemple la déconnexion de plus de charges, un effondrement de la fréquence, voire une panne de courant à grande échelle désignée couramment par le terme anglophone « blackout »), que si cet incident s’était produit dans un système ayant une plus grande inertie et une plus grande capacité à injecter du courant de court-circuit.
Néanmoins, ces dispositifs sont pilotés ce qui implique par nature l’existence d’un temps de traitement pour leur pilotage, de sorte que leur réaction n’est pas instantanée. Ainsi, ces solutions ne sont actuellement pas suffisantes pour réagir à certaines situations, et, du point de vue des gestionnaires de réseau, il n’est pas possible d’avoir la garantie de la suffisance et de l’efficacité de ce type de pilotage.
Dans le contexte décrit ci-dessus de l’augmentation des sources d’énergies renouvelables, il est par ailleurs possible d’ajouter un compensateur synchrone, ou plus généralement un dispositif centralisé qui forme un stockage d’énergie cinétique et qui est relié au réseau. Le document WO2020/043306 propose une telle solution.
Néanmoins, ces solutions sont imparfaites, en particulier pour les gestionnaires de réseau. Notamment, pour le gestionnaire d’un réseau électrique de taille moyenne, par exemple un réseau insulaire, la mise en place d’un tel dispositif sur son système demande un investissement important, qu’il faut anticiper et planifier, selon l’évolution du mix des sources d’énergie du système. En outre, en cas de panne ou d’arrêt pour maintenance du compensateur synchrone, la stabilité du système est menacée.
En se fondant sur l’idée d’emmagasiner de l’énergie cinétique, EP2696464 divulgue une centrale photovoltaïque permettant l’injection dans un système électrique d'un courant exempt d'harmoniques et de sous-harmoniques. Selon ce document, un onduleur convertit l’électricité fournie par un champ photovoltaïque. Une machine électrique comportant un moteur et une génératrice synchrone est entrainée, ce qui peut atténuer les fluctuations de puissance des modules photovoltaïques liées par exemple au passage de nuages. En résumé, ce document propose donc un dispositif permettant d’emmagasiner de l’énergie cinétique afin de lisser dans le temps, sur des périodes de quelques minutes, la fourniture d’électricité au système. Néanmoins, ce document ne concerne pas directement la problématique de l’inertie du système et du courant de court-circuit pouvant être injecté sur le réseau.
L’invention vise ainsi à proposer une solution à tout ou partie des problématiques précitées. Elle vise plus particulièrement à apporter une solution attractive, fiable et démontrable, pour les gestionnaires de réseaux aux problématiques de stabilité des réseaux électriques, par exemple des réseaux insulaires ou autres réseaux électriques de taille moyenne, qui sont liées à l’augmentation de la part des sources d’énergies interfacées au réseau par de l’électronique de puissance.
L’invention porte ainsi sur un dispositif de fourniture d’électricité comportant : - une source d’énergie électrique, - une machine électrique comportant un moteur électrique et une génératrice, la machine électrique étant configurée de sorte que le moteur électrique est adapté à entraîner la génératrice en rotation, - un système d’alimentation permettant l’alimentation du moteur électrique de la machine électrique par la source d’énergie électrique, et - une interface adaptée à connecter la génératrice à un réseau électrique ou à la déconnecter de ce réseau.
La machine électrique présente en fonctionnement une énergie cinétique et une puissance maximale, lorsqu’elle est entrainée par la source d’énergie électrique, telles que ledit dispositif de fourniture d’électricité a une constante d’inertie comprise entre 2 secondes et 6 secondes, de préférence de l’ordre de 4 secondes.
La configuration et le dimensionnement du dispositif de fourniture d’électricité permettent notamment de créer un dispositif de fourniture d’électricité (centrale de production d’électricité et/ou dispositif de stockage à batteries) qui, bien que relié au réseau électrique par un dispositif d’électronique de puissance, reproduit les caractéristiques d’inertie et de capacité à fournir un courant de court-circuit d’une centrale à turbo-générateur équivalente en termes de puissance.
Plus particulièrement, avec une constante d’inertie de l’ordre de 4 s, l’ajout d’un dispositif de fourniture d’électricité conforme à l’invention n’engendre pas de modification substantielle de la constante d’inertie du système électrique, y compris sur un système de taille modérée tel qu’un système insulaire. De même, la capacité du dispositif de fourniture d’électricité conforme à l’invention à injecter du courant de court-circuit dans le système est analogue à celle d’une centrale de production électrique classique, dans la mesure où le courant introduit sur le réseau est généré par une génératrice, tout comme dans une centrale classique.
Du point de vue d’un gestionnaire de réseau, le dispositif proposé dans l’invention permet une gestion simplifiée, en ce qu’elle permet d’ajouter un dispositif de fourniture d’électricité à son système, ou remplacer une centrale existante à machine tournante par une centrale à dispositif d’électronique de puissance (solaire, éolienne, etc.) sans risque d’impact sur la stabilité du système. La solution proposée au gestionnaire de réseau est complète, simple, et « clé en main ».
De plus, par la configuration même du dispositif proposé dans l’invention, le gestionnaire de réseau a la certitude que le dispositif de fourniture d’électricité participe à apporter de l’inertie au système, au contraire notamment des dispositifs proposant de l’inertie virtuelle, dont la fourniture pourrait être désactivée de manière invisible pour le gestionnaire.
La machine électrique peut comporter un volant d’inertie lié à un rotor.
Comparativement aux dispositifs associant un moteur électrique et une génératrice connus dans l’état de la technique, l’ajout d’un volant d’inertie, ou « volant moteur » permet d’obtenir l’inertie souhaitée, et donc la constante d’inertie souhaitée pour le dispositif de fourniture d’électricité.
Le moteur électrique et la génératrice peuvent comporter un rotor commun. Le moteur électrique et la génératrice peuvent comporter des stators entrelacés.
Une configuration à rotor commun dans laquelle le stator du moteur et le stator de la génératrice sont entrelacés permet un gain en volume et corolairement un gain en rendement comparativement à un dispositif plus classique dans lequel un moteur est accouplé à une génératrice. Or, le rendement est fondamental dans le cadre de la présente invention, dans la mesure où le fait d’interposer, en série, un ensemble moteur-génératrice entre une source d’énergie électrique et le réseau destiné à être alimenté permet certes de garantir une inertie souhaitée, mais entraine nécessairement des pertes, qu’il convient de limiter autant que possible.
La (ou les) source d’énergie électrique du dispositif de fourniture d’électricité peut ainsi comporter l’un ou plusieurs des éléments sources suivants : - un ensemble de panneaux photovoltaïques ; - une ou plusieurs éoliennes ; - un BESS ; - une pile à combustible.
Il s’agit des principales sources d’énergie électrique liées aux réseaux par un dispositif d’électronique de puissance, en particulier par un onduleur ou un ensemble d’onduleurs.
La source d’énergie électrique peut comporter un bus, et chaque élément source du dispositif de fourniture d’électricité peut être lié par un convertisseur adapté au bus. Il peut s’agir d’un bus DC ou d’un bus AC. Cette configuration permet d’associer plusieurs éléments sources d’énergie électrique fournissant chacun un courant continu ou alternatif de tension appropriée, et/ou d’associer un ensemble de batteries à une centrale électrique dont la production varie selon les conditions environnementales (par exemple une centrale photovoltaïque ou éolienne), afin de lisser dans le temps la fourniture d’énergie au système électrique.
Le courant électrique fourni au bus par les convertisseurs associés aux éléments sources d’énergie électrique peut être configuré pour permettre d’entrainer le moteur électrique de la machine électrique, notamment pour ce qui concerne la fréquence du courant si le bus est en bus AC. Alternativement, le dispositif d’alimentation de la machine électrique comporte un convertisseur électrique d’alimentation du moteur électrique de la machine électrique, ledit convertisseur étant adapté à conformer le courant issu de la source d’énergie électrique selon des caractéristiques de courant souhaitées pour l’alimentation dudit moteur électrique.
Le moteur électrique de la machine électrique est avantageusement un moteur synchrone. Alors, la machine électrique comporte un moteur de lancement asynchrone, adapté à mettre la machine électrique en rotation depuis une vitesse de rotation nulle jusqu’à une vitesse de rotation donnée adaptée à la connexion de ladite machine électrique au réseau électrique.
Cela permet de limiter l’intensité du courant dans la machine électrique lors de son démarrage.
Le dispositif de fourniture d’électricité peut avoir par exemple une puissance nette comprise entre 180kW et 17MW.
Dans le dispositif de fourniture d’électricité, la machine électrique peut avoir un moment d’inertie par exemple compris entre 100 kg.m² et 300 kg.m², par exemple de l’ordre de 160 kg.m² lorsque le dispositif inertiel est synchronisé au réseau.
L’invention porte également sur un procédé de configuration d’un dispositif de fourniture d’électricité tel que décrit ci-dessus, comprenant les étapes de : - détermination de la puissance nette du dispositif de fourniture d’électricité ; - détermination de la fréquence du réseau électrique auquel le dispositif de fourniture d’électricité est destiné à être connecté ; - détermination de l’énergie cinétique que doit présenter la machine électrique pour que le dispositif de fourniture d’électricité ait une constante d’inertie prédéfinie, comprise entre 2 secondes et 6 secondes, et de préférence de l’ordre de 4 secondes ; - détermination de la masse tournante totale de la machine électrique requise pour obtenir l’énergie cinétique déterminée, et détermination de la masse d’un volant d’inertie à accoupler à la machine électrique.
Il est ainsi possible de configurer le dispositif proposé dans l’invention selon la valeur cible de constante d’inertie souhaitée, et de garantir au gestionnaire de réseau que le dispositif de fourniture d’électricité répondra aux critères d’inertie souhaitée, de sorte que son addition au système aura des conséquences totalement prévisibles sur la stabilité du système (par exemple, une absence d’impact).
Ainsi, le gestionnaire d’un réseau peut spécifier une constante d’inertie minimale souhaitée (par exemple de 4 secondes) et le dispositif proposé permet de répondre à cette spécification.
Cela simplifie grandement la gestion d’un système électrique, en particulier d’un système de taille ou moyenne, tel qu’un système insulaire.
La est une représentation schématique d’un système de distribution électrique selon une forme de réalisation de l’invention.
La , la , la et la sont des représentations schématiques de la circulation des courants dans le système de distribution électrique de la pour un court-circuit localisé sur une ligne électrique de charge.
La et la sont des représentations schématiques de la circulation des courants dans le système de distribution électrique de la pour un court-circuit localisé sur une ligne électrique de source.
En référence à la , il est représenté une architecture électrique comportant un premier moteur électrique M1 et un deuxième moteur électrique M2 pour la propulsion de l’aéronef. L’invention s’applique néanmoins à plus de deux moteurs électriques M1, M2, notamment quatre.
Afin d’alimenter les moteurs électriques M1, M2, l’architecture électrique comporte une ou plusieurs sources électriques B1, en particulier, des batteries électriques. Dans cet exemple, il n’est représenté par souci de clarté qu’une unique source électrique B1.
Selon l’invention, l’architecture électrique comporte un système de distribution électrique 1 configuré pour assurer le transfert de puissance électrique entre la ou les sources électriques B1 et les moteurs électriques M1, M2. Ce transfert d’énergie est de préférence bidirectionnel pour permettre la recharge des sources électriques B1 via les moteurs électriques M1, M2 (fonctionnement générateur).
Dans cet exemple, en référence à la , le système de distribution électrique 1 comporte un premier commutateur électrique C1 relié, d’une part, à la source électrique B1 et, d’autre part, à deux moteurs de électriques M1, M2. Cela permet de former un canal d’alimentation. Par souci de clarté, il est représenté un unique canal d’alimentation mais il va de soi qu’ils pourraient être plus nombreux.
De manière préférée, le système de distribution électrique 1 comporte des canaux d’alimentation « ségrégués », c’est-à-dire, permettant aux sources électriques de prendre le relais l’une de l’autre en cas de défaut. De manière préférée, le système de distribution électrique 1 comporte des lignes de reconfiguration comme introduites dans le préambule.
Selon l’invention, en référence à la , le système de distribution électrique 1 comprend un commutateur C1 relié, d’une part, à la source électrique B1 par une ligne électrique de source LS et, d’autre part, à chaque moteur électrique M1, M2 par une ligne électrique de charge LC1, LC2. Dans cet exemple, le commutateur C1 se présente sous la forme d’un bus d’alimentation, de préférence, haute tension.
Selon l’invention, le système de distribution électrique 1 comprend un dispositif de coupure 2, monté sur la ligne électrique de source LS, configuré pour ouvrir la ligne électrique de source LS après une durée de temporisation prédéterminée D2 en cas de présence d’un courant de court-circuit Icc.
Le dispositif de coupure 2 se présente de manière préférée sous la forme d’un contacteur, de préférence électromagnétique, associé à un capteur de courant et à un temporisateur. La durée de temporisation prédéterminée D2 dépend du courant pouvant être coupé. Dans cet exemple, la durée de temporisation prédéterminée D2 est comprise entre 100 et 300ms pour réaliser une coupure jusqu’à 1500A.
Le dispositif de coupure 2 permet de couper l’alimentation de la ligne source LS si le court-circuit n’a pas été traité au cours de la période de temporisation prédéterminée D2. Cela permet d’éviter un endommagement du système du distribution électrique 1 pouvant conduire à un départ de feu.
Comme illustré à la , le système de distribution électrique 1 comprend un limiteur de courant 3, monté sur la ligne électrique de source LS entre le dispositif de coupure 2 et le commutateur C1. Le limiteur de courant 3 est configuré pour, en cas de présence d’un courant de court-circuit Icc, autoriser la circulation d’un courant limité Ilim dans le commutateur C1 pendant une durée de limitation D3. Un tel limiteur de courant 3 permet avantageusement d’alimenter le commutateur C1 en cas de présence d’un court-circuit avec un courant limité Ilim admissible par le commutateur C1.
Dans cet exemple, la valeur de courant limité Ilim est comprise entre 400A et 700A, de préférence, entre 500A et 600A. Le courant de court-circuit Icc peut être de l’ordre de 4000A. Cette valeur est déterminée, en particulier, en fonction de la nature des interrupteurs de charge 41, 42 comme cela sera présenté par la suite.
De façon avantageuse, au moins un dispositif de verrouillage supplémentaire sécurise la position dépliée.
De préférence, le transistor de référence, chaque transistor de copie, le troisième transistor, le quatrième transistor et le transistor de cascode sont des transistors à effet de champ à grille métal-oxyde de type N.
Dans un mode de réalisation avantageux, le circuit de polarisation comprend en outre : - un sixième transistor présentant une source configurée pour qu’une tension d’alimentation lui soit appliquée, un drain connecté au drain du transistor de cascode et une grille connectée à son drain, et - un septième transistor présentant une source configurée pour que ladite tension d’alimentation lui soit appliquée, un drain connecté au drain du quatrième transistor et une grille connectée à la grille du sixième transistor, les grilles du sixième transistor et du septième transistor étant connectées à une grille d’un huitième transistor permettant contrôler le courant d’alimentation du circuit oscillateur, et dans lequel les grilles du sixième transistor, du septième transistor et du huitième transistor sont plus épaisses que les grilles du transistor de référence, de chaque transistor de copie et du troisième transistor.
De préférence, le huitième transistor présente une source configurée pour que ladite tension d’alimentation lui soit appliquée, un drain connecté à une entrée d’alimentation du circuit oscillateur.
Avantageusement, le sixième transistor, le septième transistor et le huitième transistor sont des transistors à effet de champ à grille métal-oxyde de type P.
Dans un mode de réalisation avantageux, le circuit oscillateur comprend une boucle de circuits inverseurs alimentés par ledit courant d’alimentation.
Avantageusement, chaque circuit inverseur du circuit oscillateur comporte des transistors présentant une grille plus épaisse que les grilles du transistor de référence, de chaque transistor de copie et du troisième transistor.
De préférence, le transistor de référence, chaque transistor de copie et le troisième transistor présentent une épaisseur de grille de l’ordre de 17 Å (ångström). En particulier, ces transistors sont des transistors basse-tension configurés pour tenir une tension drain source de l’ordre de 1,2 V.
Préférablement, le quatrième transistor et le transistor de cascode présentent une épaisseur de grille de l’ordre de 50 Å. En particulier, ces transistors sont des transistors haute-tension configurés pour tenir une tension drain source de 2,4 V.
Avantageusement, le sixième transistor, le septième transistor et le huitième transistor présentent une épaisseur de grille de l’ordre de 50 Å. Ces transistors sont donc des transistors haute-tension configurés pour tenir une tension drain source de l’ordre de 2,4V.
De préférence, les transistors du circuit oscillateur présentent une épaisseur de grille de l’ordre de 50 Å. Ces transistors sont donc des transistors haute-tension configurés pour tenir une tension drain source de 2,4V.
Selon un autre aspect, il est proposé un dispositif de communication en champ proche comprenant une boucle à verrouillage de phase comportant un circuit générateur d’horloge tel que décrit précédemment.
La illustre un dispositif de communication en champ proche DIS. Le dispositif de communication en champ proche DIS comprend une boucle à verrouillage de phase PLL. La boucle à verrouillage de phase PLL comporte un circuit oscillateur OC configuré pour délivrer un signal d’horloge ayant une fréquence souhaitée.
Le dispositif de communication en champ proche DIS est configuré pour recevoir un premier signal de porteuse CLK_REF ayant une fréquence de 13,56 MHz. Cette fréquence est une fréquence de référence sur laquelle le dispositif DIS vise à se synchroniser en utilisant la boucle de verrouillage de phase PLL, lors de la communication dudit dispositif vers le lecteur. Ce premier signal de porteuse CLK_REF est extrait d’un champ électromagnétique émis par le lecteur et reçu par ladite antenne. L’extraction du premier signal de porteuse CLK_REF est réalisée à l’aide d’un circuit d’extraction de signal de porteuse (non représenté) bien connu de l’homme du métier.
La boucle à verrouillage de phase PLL comporte un circuit générateur d’horloge CGH comprenant l’oscillateur OC commandé par un mot numérique. Le circuit oscillateur OC est alimenté par un régulateur REG à faible décrochage (connu également par l’expression « régulateur LDO » de l’anglais « low-dropout regulator »).
Comme illustré , et , l’articulation simple (AS) rotative à limitation d’angle est contenue dans le volume d’un cylindre compact de quelques centimètres de diamètre et est, constitué de deux éléments (BB, DD) qui assemblés possèdent toujours un degré de liberté en rotation et qui sont liés respectivement au deuxième ensemble (B) comportant l’assise (ASS) et au quatrième ensemble comportant la paire de pieds avant (PV).
A titre d’exemple, comme illustré, l’élément lié au quatrième ensemble (D) dispose d’un d’embout et l’élément lié au deuxième ensemble (B) comportant l’assise (ASS) d’un embout droit et d’un embout coudé conçus pour les rendre solidaires de profilés dans ce cas creux et ovales (profilés non représentés) participant à la structure des deux ensembles ( B, D).
L’intérêt de cet axe amovible est de faciliter l’assemblage des trois éléments (AA, AB, AC) notamment s’ils sont déjà préassemblés ou intégrés dans les trois ensembles respectifs (A, B, C).
De façon avantageuse, l’articulation (AD) est hermaphrodite c’est-à-dire que les deux éléments de l’articulation en vis-à-vis comportent à la fois des secteurs angulaires (SA, SB, SC) et des logements angulaires en creux (CA, CB, CC), que le premier élément (AA) comporte des secteurs angulaires (SA) qui pénètrent dans le deuxième élément (AB), que le deuxième élément (AB) comporte des secteurs angulaires (SB) qui pénètrent dans le premier élément (AA) et dans le troisième élément (AC) et que le troisième élément (AC) comporte des secteurs angulaires (SC) qui pénètrent dans le deuxième élément (AB).