FR2462052A1 - Circuit de controle a deux vitesses pour le flux de courant a travers un onduleur - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN CIRCUIT DE CONTROLE A DEUX VITESSES POUR LE FLUX DE COURANT A TRAVERS UN ONDULEUR. CE CIRCUIT EST UTILISE AVEC UN ONDULEUR 14 RACCORDE ENTRE UNE SOURCE DE COURANT CONTINU REGENERABLE 10 ET UNE GRILLE DE PUISSANCE 22 ET IL EST DESTINE A FAIRE VARIER A LA FOIS LA COMPOSANTE DE PUISSANCE ACTIVE ET LA COMPOSANTE DE PUISSANCE REACTIVE DU FLUX D'ENERGIE ELECTRIQUE ENTRE LA SOURCE REGENERABLE 10 ET LA GRILLE DE PUISSANCE 22 MOYENNANT L'UTILISATION DE DEUX BOUCLES DE REACTION 40, 42 AYANT DES CONSTANTES DE TEMPS SEPAREES. L'INVENTION EST UTILISEE POUR CONTROLER LE FLUX D'ENERGIE ELECTRIQUE ENTRE UNE PILE ELECTROCHIMIQUE ET UNE GRILLE DE PUISSANCE SANS QUE DES PHENOMENES TRANSITOIRES PREJUDICIABLES N'APPARAISSENT DANS CES DERNIERES.

Description

La présente invention concerne un circuit de contrôle pour une pile

électrochimique couplée à

une grille de puissance. Plus spécifiquement, l'in-

vention concerne un circuit de contrôle comportant une première boucle de réaction à constante de temps lente destinée à engendrer des signaux respectifs de contrôle d'erreur de puissance active et de puissance réactive en vue de régler le flux de courant entre la pile électrochimique et la grille de puissance, ainsi qu'une seconde boucle de réaction à constante de temps

rapide qui contrôle l'amplitude et la phase de la for-

me d'onde de tension sur le côté courant alternatif de l'onduleur raccordé entre la pile électrochimique et

la grille de puissance.

Les dispositifs de production et d'accumula-

tion d'énergie offrent un intérêt particulier pour les services publics qui mettent en service des grilles de puissance de très grande capacité débitant de grandes quantités d'énergie électrique de courant alternatif

à travers un réseau de transmission complexe. On con-

naît de nombreux types différents de dispositifs produc-

teurs d'énergie électrique dont un exemple est la pile électrochimique qui produit de l'énergie électrique de courant continu par des moyens électrochimiques. Avant que l'énergie électrique fournie par un dispositif à courant continu de ce type puisse être introduite dans une grille de puissance, elle doit être transformée en

une énergie électrique de courant alternatif. Un ondu-

leur est un dispositif capable d'assurer une telle

transformation d'énergie et, spécifiquement, un ondu-

leur comprend un certain nombre de commutateurs semi-

conducteurs à haute capacité de courant, par exemple, des thyristors, que l'on fait passer périodiquement de l'état conducteur à l'état non conducteur et vice versa au moyen d'un circuit de contrôle, ce qui a à son tour pour effet de connecter alternativement les entrées

positive et négative provenant de la pile électrochi-

mique à travers l'onduleur, fournissant ainsi une éner-

gie électrique de courant alternatif à la grille de

puissance mise en service par la compagnie d'électri-

cité.

Un problème particulier associé à l'utilisa-

tion de piles électrochimiques du type des batteries comme source d'énergie de courant continu réside dans

le fait que, lors de la production de grandes quanti-

tés d'énergie électrique à long terme, de nombreuses batteries consomment les composants chimiques actifs

complétant la pile. En conséquence, à moins d'une ré-

génération par une source extérieure, la capacité de

production d'énergie de ces piles électrochimiques di-

minue rapidement.

Un type connu de pile électrochimique est la pile à combustible qui produit de l'énergie électrique de courant continu directement par l'oxydation d'un

combustible à partir d'une source extérieure; en consé-

quence, cette pile est à même de fournir de l'énergie

électrique de courant alternatif sur une base prolongée.

Evidemment, tout comme avec la pile du type d'une batte-

rie, l'énergie électrique de courant continu doit être

transformée en une énergie électrique de courant alter-

natif pour être utilisée par la compagnie d'électricité.

Outre le fait qu'ils font office de source d'énergie électrique, certains types de piles électrochimiques sont également appropriés en tant que dispositif d'accumulation d'énergie, cette capacité existant principalement lorsque la pile électrochimique

est régénérable. C'est ainsi que les piles régénéra-

bles ont l'aptitude de transformer les éléments chimi-

ques actifs, soit par accumulation interne, soit à par-

tir d'une source extérieure, en énergie électrique de

courant continu, tout en étant également à même d'uti-

liser l'énergie de courant continu pour former des com-

bustibles chimiques actifs qui seront employés ultérieu-

rement. Cette aptitude bilatérale permet d'utiliser la pile électrochimique comme source d'énergie au cours des périodes de consommation maximum d'énergie cependant que, au cours des périodes de plus faible consommation

d'énergie et alors que l'on dispose d'un excédent d'éner-

gie électrique, la pile transforme l'énergie électrique

excédentaire en éléments chimiques actifs qui sont em-

magasinés pour une utilisation ultérieure.

Une invention intéressante est celle faisant l'objet du brevet des EtatsUnis d'Amérique 3.991.319 accordé le 9 novembre 1972 aux noms de J. Servos et al.

et ayant pour titre "STANDBY POWER SUPPLY SYSTEM" (= Sys-

tème d'alimentation d'énergie de secours). Dans ce bre-

vet, on décrit une alimentation d'énergie de secours

comprenant un onduleur dans lequel on utilise une ali-

mentation de courant continu. Un circuit de synchroni-

sation est prévu pour assurer une mise en concordance de la phase et de l'amplitude de la sortie de l'onduleur par rapport à la ligne à courant alternatif lorsque la source d'énergie de secours est utilisée. Le circuit de synchronisation comprend un détecteur de phase qui reçoit un signal de réaction de l'onduleur et détecte

également la tension de la ligne à courant alternatif.

La sortie du détecteur de phase est acheminée, via un

commutateur de phase à réaction, à un oscillateur con-

trôlé par la tension, afin de faire varier la fréquence et la phase du signal de sortie. Une limitation de ce

système particulier réside dans lé fait qu'il ne con-

vient pas pour contrôler la direction et l'amplitude à

la fois de la puissance active et de la puissance réac-

tive entre la source et la charge.

Une autre invention intéressante est celle faisant l'objet de la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique 059.725 déposée le 23 juillet 1979 au nom de la Demanderesse. Dans cette demande de brevet, on décrit un procédé en vue de contrôler l'amplitude et

la direction d'un flux de courant à travers un ondu-

leur qui est lui-même raccordé entre une pile électro-

chimique et une grille de puissance.

Un objet principal de la présente invention est de fournir un circuit de contrôle pour un onduleur à commutation par force raccordé à une source d'énergie régénérable, la combinaison de ces éléments pouvant

fournir de l'énergie électrique à une grille de puis-

sance ou recevoir de l'énergie électrique de cette der-

nière. Selon une caractéristique particulière de la

présente invention, on prévoit une technique de con-

trôle destinée à régler la composante de puissance ac-

tive et la composante de puissance réactive d'un flux

d'énergie électrique entre une source d'énergie régéné-

rable et une grille de puissance moyennant l'utilisa-

tion d'un onduleur équipé d'un circuit de contrôle com-

portant une première boucle de réaction à constante de temps relativement lente, de telle sorte que le facteur de puissance réel entre la source régénérable et la grille de puissance ne soit pratiquement pas influencé par des phénomènes transitoires. Toutefois, le circuit de contrôle prévu pour l'onduleur comprend également une seconde boucle de réaction à constante de temps rapide destinée à régler rapidement l'amplitude et la phase effectives de la forme d'onde de tension provenant de

l'onduleur en faisant varier les points d'amorçage-pré-

cis des éléments de commutation à semi-conducteurs de

l'onduleur, de façon à compenser les surtensions instan-

tanées ou de courte durée pouvant apparaître périodique-

ment dans la grille de puissance.

Suivant la présente invention, un circuit de contrôle pour un onduleur comprend une première boucle

de réaction à constante de temps lente destinée à rece-

voir un signal de commande d'entrée réglable indiquant à la fois le niveau de puissance réactive désiré et le niveau de puissance active désiré d'un flux d'énergie électrique entre une pile électrochimique et une grille

de puissance. Ces signaux sont combinés, dans la pre-

mière boucle de réaction à constante de temps lente, avec des signaux respectifs qui sont proportionnels à

la puissance active et à la puissance réactive détec-

tées, afin de former un signal d'erreur de puissance

réactive (voltampères) et un signal d'erreurde puissance active.

Le signal d'erreur de puissance réactive est appliqué à un régulateur de tension situé dans la seconde boucle de tension, laquelle a une constante de temps rapide afin de faire varier les signaux de contrôle appliqués à l'onduleur en modifiant ainsi l'amplitude effective de la forme d'onde de tension appliquée à la grille de puissance. De la même manière, le signal d'erreur de puissance active est appliqué à une seconde boucle de réaction à constante de temps rapide, mais également à un régulateur de phase en vue de régler le signal de contrôle appliqué à l'onduleur et modifier ainsi la phase de la forme d'onde de tension provenant de ce

dernier par rapport à la grille de puissance.

Selon une caractéristique particulière de la présente invention, on prévoit un onduleur équipé d'un système de contrôle qui suit exactement l'amplitude et la phase dq la grille de puissance, même en absence de

flux d'énergie entre cette dernière et une pile électro-

chimique, de telle sorte que cette dernière puisse être mise en circuit, même à pleine puissance, sans faire apparaître des phénomènes transitoires préjudiciables

dans la pile électrochimique ou dans la grille de puis-

sance. En outre, le système de la présente invention permet de modifier rapidement et ainsi qu'on le désire la composante de puissance active et la composante de

puissance réactive du flux d'énergie dans tout l'inter-

valle opératoire de la pile électrochimique. Cette ca-

pacité est due, en partie, à l'utilisation-de deux bou-

cles de réaction séparées dont une est à constante de temps lente et l'autre, à constante de temps rapide, ces boucles de réaction détectant le niveau de tension à la fois de la pile électrochimique et de la grille de puissance,l'amplitude et la direction de la puissance active et de la puissance réactive, ainsi que la phase de la forme d'onde de tension à la grille de puissance afin decréer,

àl'aided'unmodeleanalytique,ceque doit être la forme d'on-

de de tension de l'onduleur; cette forme d'onde de ten-

sion est ensuite comparée avec la forme d'onde de ten-

sion réelle présente dans.la grille de puissance et les erreurs survenant éventuellement entre ces deux formes d'ondes se reflètent dans des signaux d'erreurs. Ces signaux d'erreurs sont à leur tour utilisés pour régler les angles d'amorçage des commutateurs semi-conducteurs prévus dans l'onduleur afin de faire varier l'amplitude et/ou la phase effectives de la forme d'onde de tension

provenant de l'onduleur dans la mesure requise en ame-

nant ainsi cette forme d'onde à suivre celle de la gril-

le de puissance. Evidemment, toute déviation imprévue de la forme d'onde de tension appliquée à la grille de puissance, par exemple, celle pouvant être due à des

phénomènes transitoires, est détectée par le modèle ana-

lytique et le signal de contrôle de l'onduleur est ré-

glé pour faire varier la phase et l'amplitude de la for-

me d'onde de sortie de l'onduleur de façon à compenser

ces phénomènes transitoires dans la grille de puissance.

D'autres objets, caractéristiques et avanta-

ges de la présente invention apparaîtront à la lecture

de la description détaillée ci-après d'une forme de réa-

lisation préférée telle qu'elle est illustrée dans les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une illustration schématique,

sous forme d'un schéma fonctionnel, d'une forme de réa-

lisation d'un circuit de contrôle pour un onduleur rac-

cordé entre une pile électrochimique et une grille de puissance suivant la présente invention; la figure 2 est une illustration schématique d'une forme de réalisation du régulateur de tension situé dans la boucle de réaction à constante de temps rapide illustrée en figure 1; la figure 3 est un diagramme illustrant les courbes de réponse du circuit multiplicateur illustré

en figure 2; -

la figure 4 est un diagramme illustrant une forme d'onde spécifique provenant de l'onduleur; la figure 5 est un schéma de montage d'une forme de réalisation du régulateur de phase illustré en figure 1; et la figure 6 est un schéma fonctionnel d'une forme de réalisation du générateur de formes d'ondes

de commutation illustré en figure 1.

On se référera tout d'abord à la figure 1 qui illustre une forme de réalisation d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la présente invention. Une pile électrochimique 10 telle qu'une batterie ou une pile à combustible, ou encore un autre dispositif semblable à courant continu, est raccordée à un onduleur à commutation par force 14 par une ligne 12 qui comprend normalement une barre omnibus négative et une barre omnibus positive. Bien que l'on connaisse à la fois des onduleurs à commutation par force et des onduleurs à commutation par ligne, il est entendu que la présente invention s'applique principalement à un onduleur du type à commutation par force, étant donné que la mise hors circuit de ses éléments de commutation

à semi-conducteurs ne dépend pas de la relation de pha-

se des formes d'ondes de tension/courant appliquées à

la grille de puissance 22. L'onduleur 14 comprend spé-

cifiquement au moins une paire d'éléments de commuta-

tion et, en actionnant alternativement ces derniers,

les barres omnibus d'entrée négative et positive si-

tuées au côté courant continu sont raccordées, via

l'onduleur, au côté courant alternatif, engendrant ain-

si un signal de courant alternatif constitué d'un signal fondamental et de nombreuses harmoniques. Le côté cou- rant alternatif de l'onduleur 14 est raccordé, par une

ligne 16, à une impédance de mise en parallèle 18 pou-

vant comprendre un filtre sélectionné pour laisser pas-

ser les signaux d'une fréquence (normalement 60 Hertz)

à laquelle agit l'énergie électrique de courant alter-

natif, et pour rejeter les signaux se situant en -dehors de cette fréquence. L'impédance de mise en parallèle

18 pourrait également comprendre n'importe quel trans-

formateur de puissanceavec une bobine de réactance pour la

suppression des harmoniques afin de conditionner la forme d'onde fi-

nale de courant alternatif en vue de son application à la grille de puissance 22. L'autre côté du filtre 18 est raccordé à la grille de puissance 22 par une

ligne 20.

Comme le montre la figure 1, la grille de

puissance 22 comprend spécifiquement au moins une sour-

ced'énergie électrique de courant alternatif 24,une impédance de

transmission 26 pouvant comprendre l'impédance de la li-

gne de transmission et également celle de la ligne de transmission de la source, ainsi qu'une ou plusieurs

charges 28 o est consommée l'énergie électrique. Tou-

tefois, le cas qui se présente habituellement est beau-

coup plus complexe que l'illustration simple des des-

sins annexés, étant donné que, le plus souvent, on pré-

voit plusieurs sources d'énergie conjointement avec un grand nombre de charges séparées qui peuvent consommer

des quantités différentes d'énergie électrique de cou-

rant alternatif à différents moments, tous ces éléments

étant interconnectés par des lignes de transmission.

En tout cas, l'exemple le plus défavorable est illustré

ici pour les besoins de la présente invention, c'est-à-

dire celui dans lequel la charge est située au voisi-

nage immédiat de l'onduleur 14.

De façon bien connue, il existe, dans une grille de puissance, de nombreux endroits ou points séparés auxquels il est souhaitable de contrôler une

puissance active additionnelle ou accumulée, ou simple-

ment de régler le facteur de puissance local. Le cir-

cuit de la présente invention offre un degré de souples-

se extrêmement élevé dans le contrôle de ces paramètres importants. En conséquence, la pile électrochimique 10 peut être utilisée comme source d'énergie au cours des périodes pendant lesquelles la grille de puissance 22

est soumise à une charge ou une demande élevée d'éner-

gie électrique, cependant que, en cas d'excédent d'éner-

gie dans la grille de puissance 22, la direction du flux

d'énergie peut être inversée, permettant ainsi une accu-

mulation d'énergie dans la pile électrochimique 10. En outre, il est également avantageux de pouvoir contrôler

aisément la puissance réactive (ou le nombre de voltam-

pères) de la charge afin de faciliter le réglage du fac-

teur de puissance en un point spécifique de la grille de

puissance 22.

La présente invention sera décrite ci-après,

en ce qui concerne le réglage indépendant de l'amplitu-

de et de la direction de l'énergie électrique, ainsi que du facteur de puissance relatif de cette dernière,

conjointement avec une forme de réalisation d'un cir-

cuit de contrôle pour l'onduleur 14 qui est raccordé en-

tre la pile électrochimique 10 et un point de la grille

de puissance 22.

Un détecteur de puissance 30 est localisé dans la ligne 20 pour détecter l'amplitude et la direction du flux de puissance active et du flux de puissance réactive entre la pile électrochimique 10 et la grille

de puissance 22. Lors de la mise en service, le détec-

teur de puissance 30 émet, sur la ligne 32, un signal qui est proportionnel à l'amplitude et à la direction de la puissance réactive (ou nombre de voltampères) circulant dans la ligne 20. De la même manière, le détecteur de puissance 30 émet, sur la ligne 34, un signal qui est proportionnel à l'amplitude et à la di- rection de la puissance active circulant dans la ligne 20. Un détecteur de tension 36 est également raccordé à la ligne 20 pour émettre, sur une ligne 38, un signal qui est proportionnel à l'amplitude de la forme d'onde de tension appliquée sur la ligne 20, ce signal étant à la fois la composante fondamentale de la forme d'onde de tension provenant de l'onduleur et la forme d'onde

de tension existant sur la grille de puissance.

Le circuit de contrôle de la présente inven-

tion comprend une première boucle de réaction 40 à

constante de temps lente ou à temps de réponse relative-

ment long, ainsi qu'une seconde boucle de réaction 42

à temps de réponse court. La première boucle de réac-

tion 40 comprend un signal de commande de puissance

réactive (voltampères) réglable engendré par un poten-

tiomètre variable 44 dont une borne 46 est couplée à une source de potentiel de référence positif, tandis que

son autre borne 48 est raccordée à une source de poten-

tiel de référence négatif. La borne de commande 50 pré-

sente, sur une ligne 52, un niveau de tension désiré qui peut être réglé dans un intervalle approprié et qui est

appliqué à une entrée d'un premier comparateur 54. L'au-

tre entrée de ce premier comparateur 54 est raccordée à la ligne 32 pour recevoir le signal-proportionnel à l'amplitude et à la direction de la puissance réactive circulant dans la ligne 20. Le premier comparateur 54

combine, de manière différentielle, le signal de com-

mande de puissance réactive (voltampères) émis sur la

ligne 52 avec le signal provenant du détecteur 30 et in-

diquant l'amplitude et la direction réelles de la puis-

sance réactive, pour émettre ensuite, à sa sortie, un

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signal d'erreur de puissance réactive (voltampères)

qui est transmis à un intégrateur 100 via la ligne 55.

Cet intégrateur 100 intègre efficacement l'erreur sur une période d'environ un et demi à deux cycles de la forme d'onde fondamentale de tension et, via la ligne

56, il applique, au régulateur de tension 58, le si-

gnal d'erreur de puissance réactive (voltampères) in-

tégré provenant de la seconde boucle de réaction.

Le régulateur de tension 58 est raccordé à

la ligne 38 et au détecteur de tension 36 pour rece-

voir un signal proportionnel à l'amplitude de la ten-

sion de courant alternatif appliquée sur la ligne 20, tandis qu'il est également raccordé à la ligne 12 pour détecter le niveau de la tension de courant continu

provenant de la pile électrochimique 10. Le régula-

teur de tension 58 compare un signal différentiel dé-

rivant des amplitudes respectives de la sortie de la pile électrochimique 10 via la ligne 60 avec le signal

présent sur la ligne 20 et il combine le résultat obte-

nu avec le signal d'erreur de puissance réactive (volt-

ampères) reçu sur la ligne 56, pour émettre, à sa sor-

tie, un signal de contrôle qui est appliqué à un géné-

rateur de formes d'ondes de commutation 64 via la li-

gne 62. Le signal émis sur la ligne 62 amène le géné-

rateur de formes d'ondes de commutation 64 à régler les points d'amorçage des commutateurs semi-conducteurs

de l'onduleur 14, de telle sorte que la tension effec-

tive de la forme d'onde fondamentale du signal émis par ce dernier soit accrue ou réduite proportionnellement

au signal émis sur la ligne 62.

Toujours en se référant à la figure 1, la pre-

mière boucle de réaction 40 comprend également un signal de commande de puissance active réglable qui peut être engendré simplement et aisément par un potentiomètre variable 70 dont une borne 72 est couplée à une source de potentiel de référence positif, tandis que son autre borne 74 est

raccordée à une source de potentiel de référence néga-

tif. La borne de commande 76 engendre un niveau de ten-

sion que l'on peut faire varier dans un intervalle ap-

proprié et qui est appliqué, via une ligne 78, à une S entrée d'un second comparateur 80. L'autre entrée de

ce comparateur 80 est raccordée à la ligne 34 pour re-

cevoir un signal proportionnel à l'amplitude et à la

direction de la puissance active circulant dans la li-

gne 20. Le second comparateur 80 émet un signal d'er-

reur de puissance active sur la ligne 81 en combinant de manière différentielle le signal de commande de puissance avec le signal détecté sur la ligne 34, et il

applique ce signal à l'intégrateur analogique/numérique-

83 via la ligne 81. Cet intégrateur analogique/numéri-

que 83 intègre le signal d'erreur sur une période d'en-

viron un et demi à deux cycles de la forme d'onde fonda-

* mentale de tension et il applique le signal d'erreur de puissance active intégré au régulateur de phase 84 via une ligne 82. Le régulateur de phase 84 est également couplé à la ligne 20 par une ligne 86 pour détecter la phase du signal de courant alternatif appliqué sur la ligne 20 et produire ensuite, suite à cette détection, un déphasage proportionnel au signal d'entrée présent

sur la ligne 82 et qui est appliqué sur la ligne 88.

Le générateur de formes d'ondes de commutation 64 est raccordé à cette ligne 88 et il combine ce signal à

forme d'onde déphasée avec le signal de contrôle de ten-

sion émis sur la ligne 62 afin d'engendrer, à sa sor-

tie, un signal de contrôle qui est appliqué à l'ondu-

leur 14 via la ligne 90.

On se référera à présent à la figure 2 qui

illustre une forme de réalisation du régulateur de ten-

sion 58 situé dans la seconde boucle de réaction 42 et

qui transmet, au générateur de formes d'ondes de commu-

tation 64, un signal en relation avec l'amplitude effec-

tive désirée de la forme d'onde de tension provenant de

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l'onduleur 14. Ainsi qu'on l'a mentionné précédemment, le signal d'erreur de puissance réactive (voltampères) émis par la première boucle de réaction 40 sur la ligne 56 est reçu par le régulateur de tension et ce signal est proportionnel au changement de puissance réactive se produisant éventuellement dans la forme d'onde de tension fondamentale provenant de l'onduleur. Le signal d'erreur de puissance réactive intégré est tout d'abord appliqué à une entrée d'un circuit comparateur 104 via la ligne 56. Une deuxième entrée du comparateur 104 reçoit un signal émis par le détecteur de tension 36 raccordé à la ligne 38, ce signal étant proportionnel

à l'amplitude du niveau de tension de la grille de puis-

sance. Une troisième entrée du comparateur reçoit, via la ligne 106, un signal de réaction qui est combiné de manière différentielle avec les signaux émis sur les

deux autres entrées. Le signal de sortie du compara-

teur 104 est appliqué, par une ligne 108, à l'entrée

d'une unité d'intégration analogique/numérique à cons-

tante de temps rapide 110 qui peut être un dispositif à huit

bits quantifiant efficacement le signal d'erreur sur en-

viron un demi-cycle de la forme d'onde de tension fonda-

mentale, soit une constante de temps d'environ 3 micro-

secondes. Le signal d'erreur numérique est ensuite ap-

pliqué à une entrée du générateur de formes d'ondes de commutation 64 via une ligne 112 qui peut être une barre omnibus de données à huit conducteurs. Le régulateur de tension comprend également une section de réaction. Ce régulateur à boucle fermée est relativement rapide, si bien que l'erreur d'entrée éventuelle peut être réflétée entièrement dans une variation de tension transmise au

générateur de formes d'ondes de déclenchement en une pé-

riode d'environ un demi-cycle de la forme d'onde fonda-

mentale de la grille de puissance 22. En conséquence, la section de réaction comprend une ligne 116 (qui est

également une barre omnibus de données à huit conduc-

teurs) raccordée à la ligne 112 pour réintroduire le

signal d'erreur numérique intégré à huit bits dans l'en-

trée d'une unité numérique/analogique à huit bits 118

qui reconvertit les informations numériques en un ni-

veau analogique en vue d'une application à une entrée

d'un multiplicateur 122 via une ligne 120. L'autre en-

trée de ce multiplicateur 122 est raccordée via une ligne 87 pour recevoir un signal qui est proportionnel

au niveau de courant continu provenant de la pile élec-

trochimique 10 et du générateur de formes d'ondes de

contrôle 64.

Conjointement avec l'unité de consultation de table (décrite ci-après) prévue dans le générateur de formes d'ondes de commutation 64, le multiplicateur 122 a pour fonction de définir un modèle linéaire de la tension de source de l'onduleur qui est appliquée à la ligne 16. Cette relation pourrait être le mieux comprise en se référant aux figures 3 et 4 en plus de

la figure 2. L'illustration (a) de la figure 4 concer- ne une forme d'onde dont la période est la même que celle du signal de

courant alternatif de la grille de

puissance 22, soit essentiellement la période t0-t7.

La forme d'onde (b) de la figure 4 représente une des nombreuses formes d'ondes de commutation pouvant être

utilisées pour faire passer les commutateurs de l'ondu-

leur 14 de leur état conducteur à leur état non conduc-

teur et vice versa en engendrant ainsi une forme d'onde

de sortie ayant la composante fondamentale désirée com-

patible avec celle de la grille de puissance 22, ces mo-

dèles de formes d'ondes de commutation et les compromis possibles étant bien connus de l'homme de métier. Il est également entendu que, dans la plupart des cas, le nombre de transitions par cycle (t,-t7) pourrait être plus que vraisemblablement supérieur à celui représenté dans l'illustration (b); toutefois, pour simplifier et clarifier l'illustration du circuit de contrôle de la

présente invention, on a représenté un modèle de commu-

tation extrêmement simple pouvant être utilisé avec un seul pont d'onduleur. Dans une technique connue sous

le nom d' "encochage terminal", on fait varier la lar-

geur des encoches prévues aux extrémités de chaque demi- cycle (c'est-àdire t 0t1, t2-t3, et t3-t4, etc.), ce

qui a pour effet de provoquer un changement dans l'am-

plitude effective de la composante fondamentale prove-

nant de l'onduleur. Cet état est représenté en figure 3 qui illustre essentiellement le niveau effectif de

la forme d'onde de tension= (V1) provenant de l'ondu-

leur vis-à-vis de la largeur (0) de l'encoche en de-

grés, par exemple, t0-t1. La forme d'onde 126 illus-

tre des conditions incorrectes en ce sens que la ten-

sion effective provenant de l'onduleur diminue à mesure que la largeur de l'encoche augmente, mais de manière non linéaire. Selon une caractéristique de la présente invention, le générateur de formes d'ondes de contrôle

64 linéarise le signal de réaction, si bien que le si-

gnal appliqué à la troisième entrée du comparateur 104

via la ligne 106 répond à la forme d'onde 128 de la fi-

gure 3, contribuant ainsi à assurer l'absence d'oscilla-

tions ou de conditions transitoires imprévues au cours

du fonctionnement du système de contrôle.

Ainsi qu'on l'a mentionné brièvement ci-des-

sus, une caractéristique particulière du circuit de con-

trôle de la présente invention réside dans le fait qu'il utilise un signal d'erreur de puissance active engendré dans la première boucle de réaction à constante de temps

lente et qui est appliqué à un régulateur de phase dis-

posé dans une seconde boucle de réaction à constante de temps rapide ou courte, ce régulateur faisant à son tour

varier la phase de la forme d'onde de tension fondamen-

tale provenant de l'onduleur; on décrira à présent une

forme de réalisation du régulateur de phase 84 qui pro-

duit un déphasage proportionnel au signal d'erreur de

puissance active. En se référant à la figure 5, le ré-

gulateur de phase 84 reçoit, via la ligne 86, la forme d'onde de tension sinusoïdale présente sur la ligne 20 et qui est appliquée à un détecteur de passage par zéro 130. Ce dernier détecte les points individuels de passage par zéro de la forme d'onde monotone de la tension

présente sur la ligne 20 et, via la ligne 132, il appli-

que, à une entrée d'un comparateur de phases 134 situé

dans une boucle à phase rigide, un signal numérique re-

flétant ces points. Le comparateur de phases 134 com-

bine le signal de réaction émis sur la ligne 136 avec celui émis sur la ligne 132 et correspondant à la grille de puissance, pour acheminer ensuite la sortie, via une ligne 138, à un filtre 140 qui intègre efficacement les

impulsions en vue d'émettre un signal d'erreur de cou-

rant continu sur la ligne 142. Un oscillateur contrôlé par la tension 144 reçoit ce signal et, via la ligne 146, il transmet, à un déphaseur 148, un signal ayant une fréquence f0 suffisamment élevée pour obtenir la résolution-de phase désirée en vue de contrôler les éléments de commutation principaux de l'onduleur. Par

exemple, si la grille de puissance fonctionne à une fré-

quence de 60 Hertz et si l'on désire que la boucle à phase rigide réagisse à des variations aussi faibles que

1/8 de degré électrique, la fréquence fo pour l'oscilla-

teur contrôlé par la tension 144 est alors de 172,8 kilo-

hertz. Le déphaseur 148 applique, à la forme d'onde de sortie présente sur la ligne 88, un déphasage en avance

ou en retard comparativement à la phase d'entrée du si-

gnal émis sur la ligne 86 et ce, dans une mesure corres-

pondant au signal d'erreur de puissance active reçu sur

la ligne 82. Pour trouver une description plus complète

du fonctionnement d'un circuit régulateur de phase assu--

rant un déphasage dans un circuit d'entrée, ainsi qu'une forme de réalisation détaillée d'un déphaseur pouvant être utilisé en lieu et place du déphaseur 148, on se

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référera à la demande de brevet des Etats-Unis d'Améri-

que No 973.301 déposée le 26 décembre 1978 au nom de la

Demanderesse et ayant pour titre "PHASE ADJUSTMENT CIR-

CUIT" (= Circuit de réglage de phase).

Ainsi qu'on l'a mentionné précédemment, le générateur de formes d'ondes de commutation 64 réagit au régulateur de tension 58 en vue de créer un modèle de forme d'onde de commutation pour les éléments de commutation principaux de l'onduleur, lesquels sont

normalement des thyristors ou d'autres commutateurs se-

mi-conducteurs à haute capacité de courant, si bien que la forme d'onde de tension de sortie possède une certaine tension fondamentale effective. De même, le modèle particulier est déphasé proportionnellement au

signal appliqué au régulateur de tension 58 par le ré-

gulateur de phase 84. On décrira à présent une forme de réalisation d'un générateur de formes d'ondes de

commutation 64 en se référant à la figure 6. Le si-

gnal émis par le régulateur de tension 58 et reçu sur

la ligne 62, par exemple, via une barre omnibus de don-

nées à huit lignes, est appliqué à l'entrée d'une table à consulter 154 dans laquelle est mémorisée,en un format numérique, la largeur prédéterminée de chaque encoche de la forme

d'onde du modèle de commutation à laquelle les thyris-

tors de chaque pont doivent être commutés d'un état à l'autre pour créer une forme d'onde de sortie de tension ayant l'amplitude de tension effective particulière. En

conséquence, étant donné que les informations enregis-

trées sont adressées par des mots à huit bits, une sor-

tie est appliquée à un comparateur numérique 158 via une bascule électronique 157 qui est déconnectéeà chaque demi-cycle de la fréquence fondamentale. Spécifiquement, on pourrait prévoir un comparateur numérique 158 pour chaque pôle de l'onduleur 14 mais, pour des raisons de simplicité, on représente un seul comparateur numérique dans la forme de réalisation de la figure 6. Le signal

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de contrôle de phase appliqué au générateur de formes d'ondes de commutation 64 via la ligne 88 est utilisé comme signal de contrôle pour un compteur annulaire

dont la sortie est constituée d'une série de si-

gnaux numériques déphasés en relation avec la forme

d'onde fondamentale et qui sont appliqués au compara-

teur numérique 158 via la ligne 162. En conséquence,

ce comparateur numérique combine numériquement le si-

gnal provenant de la table à consulter 154 et indi-

quant la largeur des encoches terminales, avec le train d'impulsions déphasées émises sur la ligne 162, pour engendrer ensuite une forme d'onde de commutation

qui sera utilisée par le ou les pôle(s) de l'onduleur.

Enfin, conformément à ce modèle de forme d'onde de com-

mutation, les éléments de commutation individuels de l'onduleur passent de l'état conducteur à l'état non

conducteur et vice versa.

Bien que l'invention ait été illustrée et dé-

crite en se référant à une de ses formes de réalisation préférées,l'homme de métier comprendra que diverses modifications et omissions peuvent être envisagées tant dans sa forme que dans ses détails, sans se départir de

son esprit et de son cadre.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Circuit de contrôle pour un onduleur pou-

vant être raccordé entre une pile électrochimique et

une grille de puissance pour permettre un flux d'éner-

gie électrique entre ces dernières, caractérisé en ce qu'il comprend: une première boucle de réaction à constante

de temps relativement lente destinée à recevoir un si-

gnal de commande de puissance réglable indiquant un

flux d'énergie électrique désiré pour 'la grille depuis-

sance, ainsi qu'à recevoir des signaux détectés indi-

quant le flux d'énergie électrique réel pour la grille de puissance, afin d'émettre ensuite un signal d'erreur de puissance en réponse à ces signaux détectés; une seconde boucle de réaction à constante de temps rapide destinée à recevoir ce signal d'erreur de puissance, ainsi qu'à détecter la phase de la forme d'onde du signal appliqué à la grille de puissance, pour

émettre ensuite un signal destiné à faire varier l'ampli-

tude et la phase du signal fondamental acheminé à la grille de puissance; et un générateur de formes d'ondes de commutation

raccordé à cette seconde boucle de réaction pour four-

nir, à l'onduleur, une forme d'onde de commutation d'un modèle réglé en fonction du signal d'erreur de puissance afin de faire varier le flux d'énergie entre la grille

de puissance et la pile électrochimique.

2. Circuit de contrôle pour un onduleur sui-

vant la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de commande réglable comprend au moins deux composantes, à savoir un signal de commande de puissance réactive et

un signal de commande de puissance active qui sont cha-

cun réglables indépendamment.

3. Circuit de contrôle pour un onduleur sui-

vant la revendication 2, caractérisé en ce que la pre-

mière boucle de réaction comprend un premier compara-

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teur destiné à recevoir le signal de commande de puis-

sance réactive indiquant une amplitude et une direction

désirées d'un flux de puissance réactive de cette éner-

gie électrique, pour combiner ensuite ce signal avec un signal indiquant l'amplitude et la direction réelles

du flux de puissance réactive vers la grille de puissan-

ce en vue de transmettre, à la seconde boucle de réac-

tion, un signal d'erreur de puissance réactive indi-

quant la différence existant entre le signal de comman-

de de puissance réactive et la puissance réactive réel-

le se dirigeant vers la grille de puissance, cette pre-

mière boucle de réaction comprenant également un second comparateur destiné à recevoir le signal de commande de puissance active indiquant un niveau désiré de flux de puissance active, ainsi qu'un signal indiquant le flux d'énergie électrique réel, pour émettre ensuite un signal indiquant la différence existant entre le niveau

de puissance désiré et le niveau de puissance réel.

4. Circuit de contrôle pour un onduleur sui-

vant la revendication 3, caractérisé en ce que la pre-

mière boucle de réaction comprend également un premier intégrateur couplé à la sortie du premier comparateur

en vue d'intégrer le signal d'erreur de puissance réac-

tive sur une période relativement longue, cette première

boucle de réaction comprenant également un second inté-

grateur raccordé à la sortie du second comparateur en vue d'intégrer le signal d'erreur de puissance active

sur une période relativement longue.

5. Circuit de contrôle pour un onduleur sui-

vant la revendication 3, caractérisé en ce que la se-

conde boucle de réaction comprend un régulateur de ten-

sion destiné à recevoir le signal d'erreur de puissance

réactive pour transmettre ensuite, au générateur de for-

mes d'ondes de commutation, un signal conçu pour modi-

fier l'amplitude effective de la tension fondamentale

provenant de l'onduleur.

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6. Circuit de contrôle pour un onduleur sui-

vant la revendication 2, caractérisé en ce que la se-

conde boucle de réaction comprend un régulateur de pha-

se destiné à recevoir le signal d'erreur de puissance active provenant de la première boucle de réaction,

ainsi qu'un signal proportionnel à la forme d'onde fon-

damentale de la grille de puissance, pour transmettre ensuite, au générateur de formes d'ondes de commutation, un signal déphasé dans lequel le signal détecté a été

déphasé dans une mesure proportionnelle au signal d'er-

reur de puissance active reçu en provenance de la pre-

mière boucle de réaction.

7. Circuit de contrôle pour un onduleur sui-

vant la revendication 5, caractérisé en ce que le régu-

1S lateur de tension comprend un circuit comparateur com-

portant une première entrée recevant le signal d'erreur de puissance réactive provenant de la première boucle

de réaction, une deuxième entrée recevant un signal pro-

portionnel à l'amplitude effective de la forme d'onde de tension de la grille de puissance et une troisième entrée recevant un signal de réaction, ce comparateur

transmettant un signal à un élément d'intégration ana-

logique/numérique qui intègre le signal précité sur une

période d'environ un demi-cycle de la forme d'onde fon-

damentale de la grille de puissance, ainsi qu'un élé-

ment destiné à renvoyer une version cadrée du signal de l'élément d'intégration à la troisième entrée du comparateur.

8. Circuit de contrôle pour un onduleur sui-

vant la revendication 6, caractérisé en ce que le régu-

lateur de phase comprend un détecteur destiné à émettre un signal correspondant au point de passage par zéro de

la forme d'onde de tension précitée de la grille de puis-

sance, un comparateur de phases réagissant au signal émis par ce détecteur, ainsi qu'à un signal de réaction pour émettre un signal d'erreur proportionnel à un déphasage

éventuel entre le signal de passage par zéro et le si-

gnal de réaction, un oscillateur contrôlé par la tension qui est raccordé à la sortie du comparateur de phases

en vue d'émettre un signal dont la fréquence est propor-

tionnelle à l'amplitude du signal d'erreur de phase, ainsi qu'un déphaseur disposé dans la boucle de réaction précitée entre la sortie de l'oscillateur contrôlé par

la tension et le comparateur de phases en vue de dépha-

ser le signal de réaction en réponse au signal d'erreur de puissance active reçu en provenance de la première

boucle de réaction.

9. Circuit de contrôle pour un onduleur sui-

vant la revendication 2, caractérisé en ce que le géné-

rateur de formes d'ondes de commutation comprend une ta-

ble à consulter dans laquelle sont mémorisées des infor-

mations relatives à la largeur des encoches terminales vis-à-vis de l'amplitude effective du modèle de forme d'onde de commutation, ainsi qu'un compteur annulaire destiné à émettre une série de trains d'impulsions en relation avec la fréquence de la tension fondamentale provenant de l'onduleur, ce générateur de formes d'ondes

de commutation comprenant également un comparateur nu-

mérique destiné à recevoir une série de trains d'impul-

sions provenant du compteur annulaire, pour déphaser ensuite cette série de trains d'impulsions en fonction

du signal reçu en provenance de la table à consulter.