FR2831349A1 - Dispositif de commande de chaine de conversion de source d'energie decentralisee - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de commande de chaîne de conversion comprenant un ensemble d'interrupteurs (2) commandés par des impulsions de commande et un filtre de sortie (3). Le dispositif de commande comprend un circuit de pré-traitement (10) et un circuit de traitement (11). Le circuit de traitement (11) calcule les impulsions de commande (ga1 , ga2 , gb1 , gb2 , gc1 , gc2) àpartir de tensions de référence (Ua , Ub , Uc) et devaleurs de consigne de puissance active (Pref) et depuissance réactive (Qref). Les tensions de référence (Ua , Ub, Uc) sont calculées par le circuit de pré-traitement à partir :- des valeurs de consigne de puissance active (Pref) et de puissance réactive (Qref), - des valeurs des tensions (VFa , VFb et VFc) prélevées directement en sortie du filtre passe-bas (3), et - des valeurs des tensions (VRa , VRb , et VRc) et des courants (IRa , IRb et IRc) prélevés sur le réseau de distribution. L'invention s'applique aux systèmes de production d'énergie décentralisés et par extension, à tout système dans lequel un convertisseur DC/ AC ou AC/ DC est nécessaire pour conditionner l'énergie.
Description
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DISPOSITIF DE COMMANDE DE CHAINE DE CONVERSION DE
SOURCE D'ENERGIE DECENTRALISEE Domaine technique et art antérieur
L'invention concerne un dispositif de commande de chaîne de conversion de source d'énergie décentralisée.
SOURCE D'ENERGIE DECENTRALISEE Domaine technique et art antérieur
L'invention concerne un dispositif de commande de chaîne de conversion de source d'énergie décentralisée.
L'invention s'applique à tout type de système de production d'énergie décentralisée dans lequel une énergie primaire est conditionnée pour produire une source de tension alternative. A titre d'exemples non limitatifs, l'énergie primaire peut être l'énergie solaire, l'énergie du vent, l'énergie de piles à combustible ou l'énergie produite par une microturbine.
Le développement de sources d'énergies décentralisées intégrant simultanément la production d'électricité, de chaleur et/ou de froid est en pleine expansion. Jusqu'à présent, les réalisations concernaient uniquement des systèmes délivrant de fortes puissances. L'amélioration continue des techniques et l'évolution des besoins font que, maintenant, les systèmes de cogénération (production simultanée de chaleur et d'électricité), sont potentiellement capables de couvrir des besoins plus modestes pouvant aller, par exemple, de 5 kWe à 100 MWe.
Les convertisseurs DC/AC sont largement utilisés pour piloter moteurs et alimentations sans interruption. La tension générée est idéalement une sinusoïde de fréquence 50Hz ou 60Hz, dotée d'une amplitude et d'une phase contrôlables. Pour piloter la tension de sortie, la technique générique utilisée de
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façon quasi systématique est la modulation de largeur d'impulsion communément appelée MLI.
Une première technique de modulation de largeur d'impulsion met en oeuvre une méthode sinus/triangle communément appelée méthode SPWM (SPWM pour Sinusoidal Pulse Width Modulation ). Cette méthode consiste à comparer une tension de référence de fréquence 50Hz ou 60Hz avec un signal triangulaire haute fréquence . Les signaux résultants déterminent les impulsions de commande des interrupteurs du pont de conversion DC/AC. Cette méthode très simple à implanter présente de nombreuses limitations telles que, par exemple, des pertes par commutation élevées, une zone de linéarité faible et un taux de distorsion relativement élevé.
Une autre technique met en oeuvre une méthode vectorielle communément appelée méthode SVPWM (SVPWM pour Space Vector Pulse Width Modulation ) Cette méthode consiste à représenter trois tensions sinusoïdales de référence sous la forme d'un vecteur tournant dans un repère fixe (référentiel stationnaire de Clarke). Dans ce repère, six vecteurs d'état disposés dans un hexagone régulier centré sur l'origine, associés à deux vecteurs nuls, définissent de manière exhaustive l'ensemble des configurations dans lesquelles l'onduleur peut se trouver à un instant donné. En décomposant à une haute fréquence le vecteur tournant selon les deux vecteurs d'état adjacents et en complétant chaque cycle de durée égale à l'inverse de la haute fréquence par le vecteur nul approprié, cette méthode permet de ne jamais devoir
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commuter simultanément deux interrupteurs correspondant à des bras différents du pont triphasé. Par rapport à la méthode sinus/triangle la méthode SVPWM permet d'accroître la zone de linéarité et de réduire les harmoniques. Pour ces deux techniques, pendant un cycle, les trois bras sont chacun, à tour de rôle, le siège de commutations.
Une troisième méthode est également connue.
Cette troisième méthode communément appelée méthode GDPWM (GDPWM pour Generalized Discontinuous Pulse Width Modulation ) permet de généraliser les différentes méthodes vectorielles possibles, basées sur des fonctions de modulation discontinues. Comme pour la méthode précédente, les trois fonctions de référence sont synthétisées par un vecteur unique, tournant dans un repère fixe. A la différence des méthodes SPWM et SVPWM, il existe dans chaque cycle, un bras d'onduleur sur lequel aucune commutation n'a lieu. Par rapport à la méthode SVPWM, la méthode GDPWM permet de réduire environ de moitié les pertes par commutation et d'accroître la zone de linéarité.
Un dispositif de commande de chaîne de
conversion selon l'art connu est représenté en figure l.
conversion selon l'art connu est représenté en figure l.
Une source de tension 1 délivre une tension continue Vdc en entrée d'un pont de conversion DC/AC. Le pont de conversion DC/AC correspond au bloc onduleur 2.
La figure 1 montre également un filtre passe-bas de sortie 3 et un transformateur 6. La chaîne de conversion permet de convertir la tension continue Vdc en une tension alternative triphasée en sortie du
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transformateur 6. La sortie du transformateur 6 est connectée, par exemple, à un réseau de distribution triphasé non représenté sur la figure.
Le bloc onduleur 2 comprend une capacité d'entrée C aux bornes de laquelle est appliquée la tension continue Vdc et un ensemble de six interrupteurs lai, las, Ibi, Ib2, Ici, les commandés par les impulsions de commande respectives gai, ga2, gbi, gb2, gci, gcs. Les six interrupteurs sont regroupés sur trois bras en parallèle, chaque bras étant constitué de deux interrupteurs montés en série. Un premier bras comprend les interrupteurs lai et Ia2, un deuxième bras comprend les interrupteurs Ib1 et Ibz et un troisième bras comprend les interrupteurs Ici et Ic2.
Une première tension de sortie est prise sur le noeud qui relie les interrupteurs lai et Ia2, une deuxième tension de sortie sur le noeud qui relie les interrupteurs Ib1 et Ib2 et une troisième tension de sortie sur le noeud qui relie les interrupteurs Ici et les. Les tensions de sortie du bloc onduleur 2 sont appliquées en entrée du filtre 3. Le transformateur 6 reçoit sur son primaire les tensions filtrées VFa, VFb, VFc issues du filtre 3 et délivre les tensions utiles sur son secondaire.
Un dispositif 7 de type modulation de largeur d'impulsion génère les impulsions de commande gyl et gy2 (y = a, b, c). Le dispositif 7 peut mettre en oeuvre l'une quelconque des techniques de modulation de largeur d'impulsion mentionnée ci-dessus, par exemple, la méthode SVPWM.
Dans ce dernier cas, le dispositif 7 élabore
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les impulsions de commande à partir : - de valeurs de consigne de puissance active Pref et de puissance réactive Qref, des valeurs des tensions VFa, VFb et VFI prélevées directement en sortie du filtre passe-bas 3 à l'aide de capteurs de tension 4, et - des valeurs des courants IFa, IFb, IFC également prélevés directement en sortie du filtre passe-bas 3 à l'aide de capteurs de courant 5.
La commutation des interrupteurs induit des pertes dans ces mêmes interrupteurs. Pour des convertisseurs travaillant en permanence, les pertes par commutation peuvent atteindre un niveau élevé.
Selon l'art connu, un moyen pour diminuer les pertes par commutation est de réduire la fréquence des commutations. Mais alors, il s'ensuit un accroissement de la quantité d'harmoniques en sortie du bloc onduleur 2. Cet accroissement du taux d'harmoniques ne peut être supprimé qu'au prix de l'élaboration d'un filtre 3 plus encombrant et plus coûteux.
L'invention ne présente pas ces inconvénients.
Exposé de l'invention
En effet, l'invention concerne un dispositif de commande de chaîne de conversion comprenant un ensemble d'interrupteurs commandés par des impulsions de commande et un filtre de sortie pour délivrer des tensions filtrées, la chaîne de conversion étant destinée à délivrer, à partir d'une tension continue Vde, une tension et un courant triphasés sur un réseau de distribution, le dispositif comprenant :
En effet, l'invention concerne un dispositif de commande de chaîne de conversion comprenant un ensemble d'interrupteurs commandés par des impulsions de commande et un filtre de sortie pour délivrer des tensions filtrées, la chaîne de conversion étant destinée à délivrer, à partir d'une tension continue Vde, une tension et un courant triphasés sur un réseau de distribution, le dispositif comprenant :
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des moyens pour calculer des tensions de référence à partir des tensions filtrées prélevées directement en sortie du filtre, d'une valeur de puissance active de référence et d'une valeur de puissance réactive de référence, des moyens pour calculer un angle de retard \If à partir de la valeur de puissance active de référence et de la valeur de puissance réactive de référence, des moyens pour choisir, en fonction de l'angle de retard, une tension de référence à partir des tensions de référence précédemment calculées, des moyens pour calculer les impulsions de commande à partir de la tension de référence choisie.
Les moyens pour calculer des tensions de référence comprennent : des premiers moyens de conversion et de rotation pour convertir, dans le repère de Clarke, puis dans le repère de Park, les valeurs de tensions recueillies directement en sortie du filtre de sortie, des moyens de filtrage passe-haut pour filtrer les valeurs de tensions issues des premiers moyens de conversion et de rotation, des deuxièmes moyens de conversion et de rotation pour convertir, dans le repère de Clarke, puis dans le repère de Park, les valeurs de tensions recueillies sur le réseau en sortie de la chaîne de conversion, d'une boucle à verrouillage de phase pour délivrer un angle de rotation synchronisé par rapport aux tensions présentes sur le réseau,
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des moyens pour délivrer des courants de référence filtrés à partir des valeurs de tension issues des deuxièmes moyens de conversion et de rotation et des valeurs de puissances active et réactive de référence, des moyens pour soustraire les tensions filtrées issues des moyens de filtrage passe-haut des courants de référence filtrés afin de constituer des valeurs de courants de consigne, des troisièmes moyens de conversion et de rotation pour convertir, dans le repère de Clarke, puis dans le repère de Park, des valeurs de courants filtrés recueillis en sortie du pont de conversion, des moyens pour soustraire les valeurs de courants filtrés issus des troisièmes moyens de conversion et de rotation des valeurs des courants de consigne, d'un régulateur ou correcteur, et des moyens de conversion inverse de Clarke pour délivrer les tensions de référence.
Selon l'invention, la pollution résiduelle présente sur la tension délivrée par le filtre de sortie est isolée grâce à un filtre passe-haut. Cette pollution résiduelle ainsi isolée est retranchée d'une consigne lissée exprimée dans le repère de Park. Les quantités ainsi obtenues sont alors comparées aux mesures. Les erreurs qui résultent de cette comparaison attaquent des régulateurs qui fournissent, en retour, une consigne de tension (tension de référence).
Le dispositif de commande selon l'invention permet avantageusement de réduire les pertes de commutation d'un facteur sensiblement égal à 50%. Cette
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réduction des pertes de commutation ne se faisant pas au détriment des pertes par conduction, le rendement du système de production d'énergie s'en trouve très sensiblement accru.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel fait en référence aux figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 représente un dispositif de commande de pont de conversion DC/AC selon l'art antérieur ; la figure 2 représente un dispositif de commande de pont de conversion DC/AC selon l'invention ; la figure 3 représente une vue de détail de circuits représentés en figure 2 ; la figure 4 représente un signal permettant l'élaboration de signaux de commande de dispositif de commande selon l'invention ; la figure 5 représente des signaux de commande élaborés à partir du signal représenté en figure 4.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel fait en référence aux figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 représente un dispositif de commande de pont de conversion DC/AC selon l'art antérieur ; la figure 2 représente un dispositif de commande de pont de conversion DC/AC selon l'invention ; la figure 3 représente une vue de détail de circuits représentés en figure 2 ; la figure 4 représente un signal permettant l'élaboration de signaux de commande de dispositif de commande selon l'invention ; la figure 5 représente des signaux de commande élaborés à partir du signal représenté en figure 4.
Sur toutes les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments.
La figure 1 a été décrite précédemment, il est donc inutile d'y revenir.
Un dispositif de commande de chaîne de conversion selon l'invention est représenté en figure 2. De même que représenté sur la figure 1, la chaîne de conversion comprend un bloc onduleur 2, un filtre passe-bas 3 et un transformateur 6.
Le dispositif de modulation de largeur
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d'impulsion est ici constitué d'un circuit de prétraitement 10 et d'un circuit de traitement 11.
Comme cela sera expliqué plus en détails dans la suite de la description, le circuit de prétraitement 10 conduit à la formation de trois tensions de référence Ua, Ub, Uc calculées à partir : de valeurs de consigne de puissance active Pref et de puissance réactive Qref B
des valeurs des tensions VFa, VFb et VFI prélevées directement en sortie du filtre passe-bas 3 à l'aide de capteurs de tension 4, des valeurs des tensions VRa, VRb, et VR, prélevées, sur le réseau de distribution, à l'aide de capteurs de tensions 8, et des valeurs des courants IRa, IRb et ivre prélevés, sur le réseau de distribution, à l'aide de capteurs de courant 9.
des valeurs des tensions VFa, VFb et VFI prélevées directement en sortie du filtre passe-bas 3 à l'aide de capteurs de tension 4, des valeurs des tensions VRa, VRb, et VR, prélevées, sur le réseau de distribution, à l'aide de capteurs de tensions 8, et des valeurs des courants IRa, IRb et ivre prélevés, sur le réseau de distribution, à l'aide de capteurs de courant 9.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les courants prélevés pour calculer les tensions de référence Ua, Ub, Uc ne sont pas les courants prélevés sur le réseau de distribution mais les courants prélevés directement en sortie du filtre passe-bas 3.
Le circuit de traitement 11 calcule les impulsions de commande gai, ga2, gbi, gb2, gci, gC2 à partir des tensions Ua, Ub, Uc et des valeurs de consigne de puissance active Pref et de puissance réactive Qref.
La figure 3 représente une vue de détail des circuits de pré-traitement et de traitement représentés en figure 2. Pour des raisons de commodité, les
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tensions VRa, VRb et VRI sont représentées par la référence unique VR, les tensions VFa, VFb et VFe par la référence unique VF, les courants IRa, IRb et 1Re par la référence unique IR et les tensions Ua, Ub et Uc par la référence unique U.
Le circuit de pré-traitement 10 comprend trois opérateurs de transformation de Clarke 12,13, 14, trois opérateurs de rotation 15,16, 17, une boucle à verrouillage de phase 18,19, 20,21, un circuit 24 de calcul de courants de référence, un filtre passe-bas 25, deux filtres passe-haut 22, 23, quatre soustracteurs 26,27, 28,29, un régulateur 30, un opérateur de rotation 31 et un opérateur de transformation inverse de Clarke 32.
Les opérateurs de transformation de Clarke 12, 13,14 calculent les grandeurs respectives VR, VF, IR, dans le repère de Clarke. Les tensions VRa, VRb et Vue sont ainsi transformées en tensions respectives Va, Vss
et Vo, les tensions VFa, VFb et VFc sont transformées en tensions respectives Vaf, Vssf et Vof et les courants IRa, IRb et IRC sont transformés en courants respectifs la, Ip et Io. Les tensions et courants VR, VF et IR étant équilibrés, les composantes Vo, Vof et Io sont égales à zéro.
et Vo, les tensions VFa, VFb et VFc sont transformées en tensions respectives Vaf, Vssf et Vof et les courants IRa, IRb et IRC sont transformés en courants respectifs la, Ip et Io. Les tensions et courants VR, VF et IR étant équilibrés, les composantes Vo, Vof et Io sont égales à zéro.
L'opérateur 15 fait subir une rotation d'angle 0 aux coordonnées Va et Vp pour produire les coordonnées respectives Vd et Vq dans le repère de Park. L'angle 0 est calculé pour annuler la composante Vq à l'aide de la boucle à verrouillage de phase 18, 19,20, 21. La tension Vq est ainsi appliquée à un régulateur proportionnel/intégral 18 dont le signal de
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sortie est transmis à une première entrée d'un sommateur 21 dont la deuxième entrée reçoit une pulsation ffinom issue du générateur 20 et dont la valeur est égale à 100n rd/s ou 120n rd/s selon que la fréquence nomimale du signal alternatif à obtenir doive être égale respectivement à 50Hz ou à 60Hz. Le signal issu du sommateur 21 est transmis à un intégrateur 19
qui délivre l'angle 0 désiré, c'est-à-dire l'angle qui annule la composante Vq. L'angle 0 est alors transmis aux opérateurs de rotation 15,16, 17 et 31 pour définir la valeur de rotation à opérer. Les opérateurs
15 et 17 opèrent une rotation d'angle 0 et l'opérateur 16 opère une rotation d'angle 0-n/6. Les signaux Vdf et Vqf issus de l'opérateur 16 sont respectivement transmis aux filtres passe-haut 22 et 23. Les signaux issus des filtres 22 et 23 sont alors sensiblement constitués des seules perturbations résiduelles sur les tensions filtrées.
qui délivre l'angle 0 désiré, c'est-à-dire l'angle qui annule la composante Vq. L'angle 0 est alors transmis aux opérateurs de rotation 15,16, 17 et 31 pour définir la valeur de rotation à opérer. Les opérateurs
15 et 17 opèrent une rotation d'angle 0 et l'opérateur 16 opère une rotation d'angle 0-n/6. Les signaux Vdf et Vqf issus de l'opérateur 16 sont respectivement transmis aux filtres passe-haut 22 et 23. Les signaux issus des filtres 22 et 23 sont alors sensiblement constitués des seules perturbations résiduelles sur les tensions filtrées.
Par ailleurs, la tension Vd et les valeurs de consigne de puissance active Pref et de puissance réactive Qref sont transmises au circuit 24 de calcul de courants de référence. En sortie du circuit 24 sont ainsi délivrés les courants de référence Idi et lql tels que :
Id1 = 2 Pref/3 Vd, et Iqi-2 Qref/3 Vd
Les courants de référence Id1 et Iqi sont transmis au filtre passe-bas 25 pour délivrer les courants de référence filtrés Id2 et Iq2.
Id1 = 2 Pref/3 Vd, et Iqi-2 Qref/3 Vd
Les courants de référence Id1 et Iqi sont transmis au filtre passe-bas 25 pour délivrer les courants de référence filtrés Id2 et Iq2.
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Le soustracteur 26 opère alors la soustraction du signal issu du filtre 22 au courant Id2 et le soustracteur 27 opère la soustraction du signal issu du filtre 23 au courant Iq2. Les courants Idc et Iqc issus des soustracteurs 26 et 27 constituent alors des valeurs de consigne pour les courants respectifs Id et Iq.
Le soustracteur 28 soustrait le courant Id issu
de l'opérateur 17 à la consigne Idc et le soustracteur 29 soustrait le courant Iq, également issu de l'opérateur 17, à la consigne Iqc.
de l'opérateur 17 à la consigne Idc et le soustracteur 29 soustrait le courant Iq, également issu de l'opérateur 17, à la consigne Iqc.
Le régulateur 30 reçoit comme signaux d'entrée les signaux différence AId et AIq issus des soustracteurs respectifs 28 et 29 et délivre alors, sur sa sortie, des signaux de référence de tension Vdref et Vqref qui vont servir à la détermination des signaux de commande. Les signaux Vdref et Vqref sont ainsi transmis à l'opérateur de rotation 31, lequel opère une rotation inverse d'angle (-8) de façon à délivrer des tensions de référence Varef et Vssref qui sont elles-mêmes transmises à l'opérateur de transformation inverse de Clarke 32. Selon une variante de l'invention, les signaux de référence appliqués à l'opérateur 32 ne sont pas les signaux Varef et Vpref directement issus de l'opérateur 31 mais des signaux Vo. et Vssl respectivement obtenus par addition des signaux Varef et Vssref avec les signaux respectifs Va et Vp issus de l'opérateur 12. Le temps de calcul des tensions de référence s'en trouve sensiblement réduit (le régime permanent est plus vite atteint).
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L'opérateur 32 de transformation inverse de Clarke délivre les tensions de référence Ua, Ub et Uc.
Maintenant vont être décrites les principales opérations relatives au circuit de traitement 11.
Comme cela a été mentionné précédemment, le circuit de traitement 11 reçoit comme signaux d'entrée les consignes Pref et Qref et les tensions de référence Ua, Ub et Uc.
Les consignes Pref et Qref sont appliquées à un
opérateur 33 dont la fonction mathématique atan2 est de calculer le facteur de puissance Cosy ou directement l'angle (p qui existe implicitement entre les consignes Pref et Qref. Plus explicitement (p est le déphasage entre VR et IR-
L'angle (p obtenu en sortie de l'opérateur 33
est traité par un opérateur 34 de détermination d'angle de retard tel que :
- si) (pj < Tt/6, alors y = (p +'n :/6 ; - si n :/6 < (p 57T/12, alors \j/= n/3 i - si-5/12 (p < -Tt/6, alors \j/= 0 i - si n/22 : 1 < p 1 > 5n/12, alors y -1.
opérateur 33 dont la fonction mathématique atan2 est de calculer le facteur de puissance Cosy ou directement l'angle (p qui existe implicitement entre les consignes Pref et Qref. Plus explicitement (p est le déphasage entre VR et IR-
L'angle (p obtenu en sortie de l'opérateur 33
est traité par un opérateur 34 de détermination d'angle de retard tel que :
- si) (pj < Tt/6, alors y = (p +'n :/6 ; - si n :/6 < (p 57T/12, alors \j/= n/3 i - si-5/12 (p < -Tt/6, alors \j/= 0 i - si n/22 : 1 < p 1 > 5n/12, alors y -1.
Le système étant conçu pour produire de la puissance active, aucune autre valeur de (p n'est envisageable dans la réalisation DC/AC.
Deux cas se présentent alors. Soit l'angle \jf est supérieur ou égal à zéro, soit l'angle \jf est négatif (bloc 35).
Le cas où l'angle # est supérieur ou égal à zéro va tout d'abord être décrit.
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Dans ce cas, les tensions Ua, Ub et Uc sont déphasées d'un angle 0/- n/6 par le bloc déphaseur 36 et les valeurs absolues instantanées des tensions ainsi déphasées sont comparées entre elles par le bloc de comparaison 37. Parmi les tensions Ua, Ub, Ue, celle qui correspond à la tension déphasée dont la valeur absolue est la plus élevée est alors choisie à l'aide du bloc 38. Cette tension, notée Urefl sur la figure 3, est alors utilisée pour calculer des instants ty [0] et ty [l] tels que le rapport cyclique Rc des impulsions de commande des interrupteurs du pont de conversion s'écrive :
où F est la fréquence de commutation des interrupteurs.
où F est la fréquence de commutation des interrupteurs.
Le bloc 39 de détermination des instants ty [0] et ty [l] effectue les opérations suivantes : - calcul d'une grandeur Vo telle que :
Va = (sign (Urefl) x Vdc/2)-Urefl, - calcul de nouvelles tensions de référence Va, Vb, Vc, associées à chaque phase, soit :
Va = (sign (Urefl) x Vdc/2)-Urefl, - calcul de nouvelles tensions de référence Va, Vb, Vc, associées à chaque phase, soit :
- calcul des instants ty [0] (y = a, b, c) tels que :
- calcul des instants ty [1] (y = a, b, c) tels que :
Les instants ty [0] et ty [l] sont alors utilisés pour créer, à l'aide du bloc 40, un signal gy ayant le rapport cyclique souhaité.
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La figure 4 représente le signal gy en fonction du temps. Le signal gy prend la valeur-1 entre l'instant 0 et l'instant ty [0], la valeur +1 entre l'instant ty [0] et l'instant ty [l] et la valeur-1 entre l'instant ty [l] et l'instant ty [l] + ty [0]. Le rapport cyclique est alors défini par la grandeur Rc telle que :
Chaque signal gy (y = a, b, c) est alors utilisé pour former les deux impulsions de commande gyl et gy2 qui sont appliqués aux interrupteurs respectifs d'un même bras Iyl et Iy2 (bloc 41). Les signaux de commande gyl et gy2 sont représentés en figure 5.
Comme cela a été mentionné précédemment les interrupteurs Iyl et Iy2 d'un même bras sont montés en série. Il est donc nécessaire de concevoir des signaux de commande aptes à éviter une conduction simultanée des deux interrupteurs d'un même bras, sous peine de mettre en court-circuit la tension continue Vdc. Les signaux de commande représentés aux figures 5A et 5B permettent de respecter cette contrainte de nonconduction simultanée de deux interrupteurs d'un même bras.
Les signaux gyl et gy2 sont alors tels que, pour gyl :
gyl = 0, pour 0 < t < ty [0] + A, gyl = 1, pour ty [0] + A < t < ty [1] gyl = 0, pour ty [l] < t < A2,
et pour gy2 :
gy2 = +1, pour 0 < t < ty [0],
gyl = 0, pour 0 < t < ty [0] + A, gyl = 1, pour ty [0] + A < t < ty [1] gyl = 0, pour ty [l] < t < A2,
et pour gy2 :
gy2 = +1, pour 0 < t < ty [0],
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gy2 = 0, pour ty [0] < t < ty [l] + A, gy2 = +1, pour (ty [l] + A) < t < As.
L'intervalle de temps A représente les temps morts qui permettent d'éviter la conduction simultanée des deux interrupteurs d'un même bras. Des cycles de durée A2 se succèdent indéfiniment pendant le fonctionnement du système. Le couple (gYl, gY2) correspondant au bras sur lequel aucune commutation n'a lieu est caractérisé par gyl=o et gyo=+l pour 0 < t < A2, ou gyl=l et gy2=0 pour 0 < t < A2.
Le cas où l'angle y est négatif va maintenant être décrit.
Dans ce dernier cas, parmi les tensions Ua, Ub, Uc, c'est la tension dont la valeur absolue instantanée est intermédiaire entre la tension qui a la valeur absolue maximale et celle qui a la valeur absolue minimale qui est choisie comme tension de référence notée Uref2 sur la figure 3. La tension Uref2 est appliquée au bloc de calcul 39. Les instants ty [0] et ty [l] sont alors calculés de manière identique à ce qui a été décrit précédemment, la grandeur Uref2 remplaçant la grandeur Urefi dans les formules.
Selon l'invention, il est possible d'élaborer un code de commande très compact qui permet de gagner du temps dans le calcul des signaux de commande des interrupteurs.
Par ailleurs, selon un perfectionnement de l'invention, le filtrage actif optionnel (passe-haut) vient en renfort du filtre passif de sortie, permettant de réduire la taille de ce dernier ou, en tout cas, de
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le dimensionner de façon plus économique. De plus, si la fréquence d'échantillonnage de calcul de la régulation augmente, les performances dynamiques s'améliorent, tandis que les harmoniques diminuent aussi. Cette fréquence est de la forme F/n, n étant un nombre entier supérieur ou égal à 1.
L'invention présente également l'avantage d'améliorer la linéarité du pont de conversion, c'est- à-dire d'élargir la gamme de tensions continues susceptibles d'être converties. Comme cela est connu de l'homme de l'art, il existe, pour la tension continue à convertir, un seuil en dessous duquel il est impossible d'obtenir la tension sinusoïdale désirée. Ce seuil dépend de la fréquence des commutations, de la durée du temps mort imposé pour éviter le court-circuit du bus continu et de la largeur minimale des impulsions de commande. Il dépend aussi de la technique de modulation de largeur d'impulsion utilisée.
A titre d'exemple non limitatif, si l'on considère les paramètres suivants : - VS = 275 V (VS étant la tension composée efficace escomptée en sortie du convertisseur), - F = 8 kHz (F étant la fréquence des commutations), - A = 3,8 s (A étant la durée des temps morts),
- T = 5 s (T étant la largeur minimale d'une impulsion de commande), la tension continue minimale Vdcmin qu'il est possible de convertir a pour valeur, selon les techniques choisies : Vdcmin = 511V, pour la technique connue de l'art antérieur SPWM,
- T = 5 s (T étant la largeur minimale d'une impulsion de commande), la tension continue minimale Vdcmin qu'il est possible de convertir a pour valeur, selon les techniques choisies : Vdcmin = 511V, pour la technique connue de l'art antérieur SPWM,
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Vdcmin = 443V, pour la technique connue de l'art antérieur SVPWM, et Vdcmin = 414V pour la technique selon l'invention.
Il apparaît ainsi clairement que le dispositif selon l'invention permet d'accroître très sensiblement la zone de linéarité du pont de conversion.
Pour des composants dimensionnés par rapport à une même tension continue maximale à convertir, par exemple une tension de 750 V, le contrôle commande selon l'invention permet alors d'obtenir, à performances techniques identiques, par rapport à un contrôle commande selon l'art antérieur, soit une plus longue durée de vie des condensateurs du bus continu et des composants semi-conducteurs qui constituent les interrupteurs, soit un dimensionnement plus économique de ces mêmes condensateurs et composants semiconducteurs.
Le procédé selon l'invention présente également l'avantage de réduire le taux de distorsion des courants. Il a en effet été montré qu'en régime non connecté au réseau un dispositif de commande selon l'invention présente, sur l'ensemble du spectre harmonique des courants, toutes choses égales par ailleurs, une réduction du taux de distorsion des courants d'environ 20% par rapport à un dispositif de commande selon l'art antérieur. En mode non connecté au réseau, la boucle à verrouillage de phase est remplacée par une référence de pulsation et un intégrateur.
Selon le mode de réalisation décrit ci-dessus, l'invention concerne une chaîne de conversion contenant un pont de conversion DC/AC. Il est clair pour l'homme
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du métier que l'invention peut tout aussi bien s'appliquer à une chaîne de conversion contenant un pont de conversion AC/DC.
L'algorithme mis en oeuvre selon l'invention est tout à fait compatible avec les choix rencontrés dans l'état de l'art, visant à réduire l'amplitude des harmoniques hautes fréquences : on peut à ce titre choisir la fréquence F des commutations parmi les valeurs du type F-3mfo où m est un nombre entier et fo la fréquence fondamentale désirée (50 ou 60 Hz).
Claims (4)
1. Dispositif de commande (10,11) de chaîne de conversion (2,3, 6) comprenant un ensemble d'interrupteurs (2) commandés par des impulsions de commande (gyl, gy2) et un filtre de sortie (3) pour délivrer des tensions filtrées, la chaîne de conversion étant destinée à délivrer, à partir d'une tension continue Vdc, une tension et un courant triphasés sur un réseau de distribution, le dispositif comprenant : - des moyens pour calculer des tensions de référence (Ua, Ub, Use) à partir des tensions filtrées prélevées directement en sortie du filtre (3), d'une valeur de puissance active de référence (Pref) et d'une valeur de puissance réactive de référence (ref), - des moyens (34) pour calculer un angle de retard (y) à partir de la valeur de puissance active de référence (Pref) et de la valeur de puissance réactive de référence (Qref), - des moyens pour choisir, en fonction de l'angle de retard (), une tension de référence à partir des tensions de référence précédemment calculées, - des moyens pour calculer les impulsions de commande (gyl, gy2) à partir de la tension de référence choisie, caractérisé en ce que les moyens pour calculer des tensions de référence comprennent : - des premiers moyens de conversion et de rotation (13,
16) pour convertir, dans le repère de Clarke, puis dans le repère de Park, les valeurs de tensions (VF)
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recueillies directement en sortie du filtre de sortie (3), des moyens de filtrage passe-haut (22,23) pour filtrer les valeurs de tensions issues des premiers moyens de conversion et de rotation, des deuxièmes moyens de conversion et de rotation (12,15) pour convertir, dans le repère de Clarke puis dans le repère de Park, les valeurs de tensions recueillies sur le réseau (VR) en sortie de la chaîne de conversion, d'une boucle à verrouillage de phase (18,19, 20,21) pour délivrer un angle de rotation synchronisé par rapport aux tensions présentes sur le réseau, des moyens (24,25) pour délivrer des courants de référence filtrés (Id2, Iq2) à partir des valeurs de tension issues des deuxièmes moyens de conversion et de rotation et des valeurs de puissances active et réactive de référence, des moyens (26,27) pour soustraire les tensions filtrées issues des moyens de filtrage passe-haut des courants de référence filtrés (Idz, Ic) afin de constituer des valeurs de courants de consigne (Ide, Iqc), des troisièmes moyens de conversion et de rotation (14,17) pour convertir, dans le repère de Clarke, puis dans le repère de Park, des valeurs de courants (IR) recueillis en sortie du pont de conversion, des moyens (28,29) pour soustraire les valeurs de courants filtrés issus des troisièmes moyens de conversion et de rotation (14,17) des valeurs des courants de consigne (Idc, Iqc)
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Clarke (31,32) pour délivrer les tensions de référence.
d'un régulateur ou correcteur (30), et des moyens de rotation et de conversion inverse de
2. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour calculer un angle de retard # comprennent : - des moyens (33) pour calculer un facteur de puissance cosy ou un angle de déphasage (p à partir des valeurs de puissance active (Pref) et réactive (Qref), et - des moyens pour calculer (34) l'angle de retard # de façon que :
- si ! (p. < Tt/6, alors y = (p + 7z/6 - si n/6 < (p 57T/12, alors = 7r/3 - si-57T/12 (p < -7t/6, alors = 0 - si 7i/2 > :) (p ! > 5n/12, alors =-1, et en ce que les moyens pour choisir, en fonction de l'angle de retard #, une tension de référence à partir des tensions de référence précédemment calculées comprennent : - des moyens (35) pour déterminer si l'angle de retard est soit supérieur ou égal à zéro, soit inférieur à zéro, et - si l'angle de retard est supérieur ou égal à zéro, des moyens (36) pour déphaser d'un angle # - #/6 les tensions de référence issues des moyens pour calculer des tensions de référence et des moyens (37,38) pour choisir, parmi les tensions de référence, la tension de référence (Urefi) qui correspond à la tension
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déphasée dont la valeur absolue est la plus élevée, ou - si l'angle de retard est inférieur à zéro, des moyens (42) pour choisir, parmi les tensions de référence issues des moyens pour calculer des tensions de référence, la tension de référence (Uref2) dont la valeur absolue a une valeur intermédiaire entre une valeur absolue maximale et une valeur absolue minimale.
3. Dispositif de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour calculer les impulsions de commande (gyl, gy2) à partir de la tension de référence choisie (Uref) comprennent des moyens pour définir au moins un premier instant ty [0] (y = a, b, c) et au moins un deuxième instant ty [1] (y = a, b, c) de sorte que le rapport cyclique Rc des signaux de commande des interrupteurs s'écrive :
Rc = (ty [l]-ty [0]) F, avec - F la fréquence de commutation des interrupteurs, - ty [0] = 0,5 x (0, 5-Vy/Vdc)/F, - ty [l] = 1/F-ty [0], où - Vy = Uref + Vo, Uref étant la tension de référence choisie et Va étant une tension telle que :
Va = sign (Uref) x Vdc/2-Uref.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen supplémentaire de filtrage actif.
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| WO2005067120A1 (fr) * | 2003-12-19 | 2005-07-21 | Square D Company | Procede et appareil de synchronisation de convertisseur de secteur |
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| DE3236071A1 (de) * | 1982-07-09 | 1984-01-12 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Vorrichtung zur paralleleinspeisung in ein wechsel- oder drehstromnetz |
| US6239997B1 (en) * | 2000-09-01 | 2001-05-29 | Ford Motor Company | System for connecting and synchronizing a supplemental power source to a power grid |
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- 2001-10-18 FR FR0113433A patent/FR2831349B1/fr not_active Expired - Fee Related
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