FR2939248A1 - POWER SUPPLY DEVICE, AND CONTROL INSTALLATION OF A DISCONNECT INCLUDING SUCH A DEVICE - Google Patents
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Abstract
Dispositif d'alimentation (1) destiné à délivrer une tension continue à une charge (22), comportant : ▪ une source d'énergie photovoltaïque (2), ▪ une batterie d'accumulateurs (8) reliée aux bornes de sortie (4,5) de la source photovoltaïque (2), ▪ un convertisseur continu/continu (10) dont les bornes d'entrée (11, 42) sont connectées aux bornes (6, 7) de la batterie d'accumulateurs (8), et les bornes de sortie (13, 14) sont connectées à la charge (22), caractérisé en ce qu'il comprend également un super-condensateur (30) dont les bornes sont connectées aux bornes de sortie (13, 14) du convertisseur (10), en parallèle sur la charge (22).Power supply device (1) for supplying a DC voltage to a load (22), comprising: ▪ a photovoltaic power source (2); ▪ a storage battery (8) connected to the output terminals (4, 5) of the photovoltaic source (2), ▪ a DC / DC converter (10) whose input terminals (11, 42) are connected to the terminals (6, 7) of the storage battery (8), and the output terminals (13, 14) are connected to the load (22), characterized in that it also comprises a super-capacitor (30) whose terminals are connected to the output terminals (13, 14) of the converter ( 10), in parallel with the load (22).
Description
DISPOSITIF D'ALIMENTATION ELECTRIQUE, ET INSTALLATION DE COMMANDE D'UN SECTIONNEUR INCLUANT UN TEL DISPOSITIF POWER SUPPLY DEVICE, AND CONTROL INSTALLATION OF A DISCONNECT INCLUDING SUCH A DEVICE
Domaine technique L'invention se rattache au domaine des dispositifs d'alimentation électrique autonomes, destinés à alimenter en énergie divers appareils électriques. Elle trouve une application particulière pour l'alimentation d'appareillages électromécaniques, et en particulier des sectionneurs et autres organes de coupure ou de reconfiguration de circuits électriques. TECHNICAL FIELD The invention relates to the field of autonomous power supply devices intended to supply energy to various electrical appliances. It finds a particular application for the supply of electromechanical equipment, and in particular disconnectors and other devices for cutting or reconfiguring electrical circuits.
Ainsi, dans la suite de la description, l'invention sera décrite plus en détail dans l'application de la commande de sectionneur, mais elle couvre d'autres applications fonctionnant sur le même principe. Thus, in the following description, the invention will be described in more detail in the application of the disconnector control, but it covers other applications operating on the same principle.
Techniques antérieures De façon générale, les sectionneurs peuvent être implantés dans des zones où l'alimentation électrique en basse tension peut être interrompue, ou inexistante. Il est toutefois indispensable pour manoeuvrer un sectionneur qu'une source d'énergie soit disponible pour pouvoir assurer le mouvement des pièces mobiles, lorsque la reconfiguration d'un circuit est nécessaire. PRIOR ART In general, the disconnectors may be located in areas where the low-voltage power supply may be interrupted or nonexistent. However, it is essential to operate a disconnector that a power source is available to be able to move the moving parts, when the reconfiguration of a circuit is necessary.
Diverses solutions peuvent être envisagées pour bénéficier d'une source d'énergie autonome, et ce avec des degrés de souplesse d'utilisation variable. Ainsi, l'emploi de groupes électrogènes peut être envisagé, pour produire une énergie électrique à partir d'un moteur thermique. Toutefois, l'alimentation en carburant et la gestion de ce dernier pose des problèmes de logistique évidents. En outre, de telles solutions ne sont pas envisageables dans certaines conditions climatiques. Various solutions can be envisaged to benefit from an autonomous source of energy, with varying degrees of flexibility of use. Thus, the use of generators can be envisaged, to produce electrical energy from a heat engine. However, the fuel supply and management of the latter poses obvious logistical problems. In addition, such solutions are not possible under certain climatic conditions.
Une autre solution consiste à utiliser un dispositif de génération d'énergie électrique fonctionnant à partir de panneaux photovoltaïques. Ainsi, de façon classique, il existe des sources d'alimentation qui comportent un panneau de 2939248 -2- cellules photovoltaïques convertissant l'énergie solaire en une tension électrique, elle-même appliquée aux bornes d'une batterie d'accumulateurs. Another solution is to use an electrical energy generation device operating from photovoltaic panels. Thus, in a conventional manner, there are power sources that include a photovoltaic cell panel converting solar energy into an electrical voltage, itself applied to the terminals of a storage battery.
Un convertisseur statique continu/continu permet de délivrer une tension 5 régulée à partir de la tension présente aux bornes de la batterie d'accumulateurs. A DC / DC converter provides a regulated voltage from the voltage at the terminals of the storage battery.
Cette solution présente toutefois des inconvénients dans la mesure où les batteries d'accumulateurs sont fortement sollicitées dans les cas de consommation importante. Or, dans le cas de commande de sectionneurs, les courants prélevés sur 10 la batterie sont importants pendant de très courtes durées correspondant aux phases de mouvement des organes mobiles. Le reste du temps, les batteries ne sont pas sollicitées. This solution, however, has drawbacks in that the storage batteries are highly stressed in cases of significant consumption. However, in the case of control disconnectors, the currents taken from the battery are important for very short durations corresponding to the phases of movement of the movable members. The rest of the time, the batteries are not solicited.
Par conséquent, les solutions envisageables ce jour nécessitent un 15 surdimensionnement des batteries qui est préjudiciable économiquement. A l'inverse, un sous-dimensionnement des batteries conduit inévitablement à une usure prématurée de celles-ci, qui provoque des coûts de maintenance importants. Consequently, the solutions that can be envisaged today require an oversizing of the batteries which is economically detrimental. Conversely, undersizing batteries inevitably leads to premature wear thereof, which causes significant maintenance costs.
L'objectif de l'invention est de fournir une solution qui soit facile à mettre en 20 oeuvre, qui présente une grande fiabilité, et qui permette un dimensionnement raisonnable de la batterie d'accumulateurs, afin de ne pas augmenter de façon déraisonnable le coût d'une installation. The object of the invention is to provide a solution that is easy to implement, has a high reliability, and allows a reasonable size of the storage battery, so as not to unreasonably increase the cost of an installation.
Exposé de l'invention 25 L'invention concerne donc un dispositif d'alimentation destiné à délivrer une tension continue à une charge électrique. SUMMARY OF THE INVENTION The invention therefore relates to a power supply device for delivering a DC voltage to an electric load.
De façon classique, ce dispositif comporte : ^ une source d'énergie photovoltaïque, 30 ^ une batterie d'accumulateurs connectés aux bornes de la source d'énergie, 2939248 -3- ^ un convertisseur continu/continu, dont les bornes d'entrée sont connectées aux bornes de la batterie d'accumulateurs et les bornes de sortie sont connectés à la charge. Conventionally, this device comprises: a photovoltaic energy source, a battery of accumulators connected to the terminals of the energy source, a DC / DC converter, whose input terminals; are connected to the terminals of the storage battery and the output terminals are connected to the load.
5 Conformément à l'invention, ce dispositif se caractérise en ce qu'il comporte également un super-condensateur, dont les bornes sont connectées aux bornes de sortie dudit convertisseur, de sorte que le super-condensateur se trouve en parallèle de la charge. According to the invention, this device is characterized in that it also comprises a super-capacitor whose terminals are connected to the output terminals of said converter, so that the super-capacitor is in parallel with the load.
10 Autrement dit, l'invention consiste à utiliser un super-condensateur qui permet de stocker de l'énergie pendant les phases où les éléments photovoltaïques sont actifs et produisent de l'énergie. Ainsi, ce super-condensateur permet de délivrer l'énergie, et en particulier les forts courants qui sont prélevés lors des phases de consommation de la charge. De la sorte, l'énergie est fournie, de façon 15 privilégiée, par le super-condensateur et non par la batterie d'accumulateurs, ce qui permet de limiter l'usure de cette dernière dans le temps. In other words, the invention consists in using a super-capacitor which makes it possible to store energy during the phases in which the photovoltaic elements are active and produce energy. Thus, this super-capacitor makes it possible to deliver the energy, and in particular the strong currents that are taken during the phases of consumption of the load. In this way, the energy is provided, preferably, by the super-capacitor and not by the accumulator battery, which makes it possible to limit the wear of the latter in time.
En outre, le nombre de cycles de charge et de décharge d'un super-condensateur peut être très élevé, de l'ordre de plusieurs centaines de milliers de 20 cycles, sans réelle incidence sur la fiabilité de l'installation. In addition, the number of charge and discharge cycles of a supercapacitor can be very high, of the order of several hundreds of thousands of cycles, without any real impact on the reliability of the installation.
Les supers condensateurs présentent l'avantage de pouvoir être déchargés de façon quasi complète sans modification de leurs caractéristiques électriques, alors qu' à l'inverse, des décharges profondes imposées aux batteries d'accumulateurs 25 provoquent inexorablement la dégradation de leurs propriétés électriques. The super capacitors have the advantage of being able to be discharged almost completely without modification of their electrical characteristics, whereas, on the other hand, deep discharges imposed on the accumulator batteries inexorably cause the degradation of their electrical properties.
Ainsi, grâce à l'invention, la batterie d'accumulateurs peut-être dimensionnée de façon particulièrement réduite et optimisée. Thus, thanks to the invention, the storage battery can be dimensioned particularly reduced and optimized.
30 En pratique, le convertisseur continu/continu peut être le convertisseur élévateur de tension, permettant par exemple d'utiliser une batterie standard de 12 Volts, compatibles avec les panneaux photovoltaïques les plus répandus, afin de 2939248 -4- générer une tension globalement de l'ordre de 48 Volts, fréquemment employée dans les dispositifs de commande électrique, de sectionneurs en particulier. In practice, the DC / DC converter may be the voltage step-up converter, for example to use a standard 12-volt battery, compatible with the most popular photovoltaic panels, in order to generate a voltage overall of the order of 48 volts, frequently used in electrical control devices, in particular disconnectors.
Avantageusement en pratique, le dispositif comporte une unité de commande 5 électronique, assurant la gestion du fonctionnement du convertisseur. Cette unité permet en particulier d'activer le convertisseur lorsque la tension aux bornes du super-condensateur passe en dessous d'un seuil prédéterminé. Advantageously in practice, the device comprises an electronic control unit 5, managing the operation of the converter. This unit makes it possible in particular to activate the converter when the voltage across the super-capacitor drops below a predetermined threshold.
Autrement dit, lorsque la charge a consommé une énergie qui fait que la 10 tension aux bornes du super-condensateur a diminuée substantiellement, le convertisseur se met en fonctionnement pour assurer la recharge du super-condensateur. In other words, when the load has consumed energy which causes the voltage across the super-capacitor to have substantially decreased, the converter will operate to recharge the super-capacitor.
Cette recharge se fait prioritairement directement à partir du panneau 15 photovoltaïque lorsque celui-ci est opérationnel. This recharging is done primarily directly from the photovoltaic panel 15 when it is operational.
En pratique, l'invention permet d'utiliser des batteries d'accumulateurs de faible capacité par rapport aux solutions traditionnelles. Cette faible capacité s'évalue par rapport à une capacité du super-condensateur. 20 Ainsi, en pratique, on privilégie les dimensionnements dans lesquels le rapport C x U / K est supérieur à 40 pour lesquels : ^ C est la capacité du super-condensateur exprimé en Farads, ^ U est la tension nominale de sortie du convertisseur continu, exprimé 25 en Volts ; ^ K est la capacité de la batterie d'accumulateurs, exprimé en Ampère : heure. In practice, the invention makes it possible to use low capacity storage batteries compared to traditional solutions. This low capacity is evaluated with respect to a capacity of the super-capacitor. Thus, in practice, sizing is preferred in which the ratio C x U / K is greater than 40 for which: C is the capacity of the supercapacitor expressed in Farads, where U is the nominal output voltage of the continuous converter , expressed in volts; ^ K is the capacity of the accumulator battery, expressed in Ampere: hour.
Avantageusement en pratique, le dispositif d'alimentation peut comporter 30 également un organe assurant la régulation de la charge de la batterie à partir de l'énergie photoélectrique délivrée par la source d'énergie photovoltaïque. Un tel 2939248 -5- système permet en particulier d'éviter la surcharge de la batterie d'accumulateurs lorsque le panneau photovoltaïque continue à produire de l'énergie. Advantageously in practice, the power supply device may also include a device for regulating the charge of the battery from the photoelectric energy delivered by the photovoltaic energy source. Such a system makes it possible in particular to avoid the overcharging of the storage battery when the photovoltaic panel continues to produce energy.
En pratique, la capacité du super-condensateur est typiquement supérieure à 5 la dizaine de Farads, pour une tension nominale de 48 Volts plus ou moins 5 %. In practice, the capacity of the super-capacitor is typically greater than ten Farads, for a nominal voltage of 48 volts plus or minus 5%.
Comme déjà évoqué, l'invention concerne une installation de commande d'un sectionneur électrique incluant un moteur électrique actionnant les organes mobiles du sectionneur, et une unité de commande électrique assurant la 10 commande dudit moteur. As already mentioned, the invention relates to a control installation of an electrical disconnector including an electric motor actuating the movable members of the disconnector, and an electrical control unit ensuring the control of said motor.
Cette installation se caractérise en ce que le moteur et l'unité de commande électrique sont alimentés par un dispositif d'alimentation tel que décrit ci-avant. This installation is characterized in that the motor and the electrical control unit are powered by a supply device as described above.
15 Description sommaire des figures La manière de réaliser l'invention ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien de la description du mode de réalisation qui suit, à l'appui de l'unique figure annexée qui est un schéma électrique simplifié montrant les différents organes principaux intervenant dans l'invention. 20 Manière de réaliser l'invention Comme on le peut le voir sur la figure, le dispositif d'alimentation 1 comprend un panneau photovoltaïque 2, délivrant typiquement une tension de 12 Volts avec une puissance nominale de 20 Watts. Ce panneau photovoltaïque 2 25 est relié à un dispositif de régulation de charge 3 ou chargeur, dont les bornes de sortie 4, 5 sont connectées aux bornes 6 et 7 d'une batterie d'accumulateur 8. Brief Description of the Figures The manner of carrying out the invention as well as the advantages thereof will be apparent from the description of the embodiment which follows, in support of the single appended figure which is a simplified electrical diagram showing the various main organs involved in the invention. How to realize the invention As can be seen in the figure, the supply device 1 comprises a photovoltaic panel 2, typically delivering a voltage of 12 volts with a nominal power of 20 Watts. This photovoltaic panel 2 25 is connected to a charge control device 3 or charger, whose output terminals 4, 5 are connected to terminals 6 and 7 of an accumulator battery 8.
Cette batterie présente une tension nominale de l'ordre de 12 Volts, et une capacité de l'ordre de 12 Ampère/heure. Aux bornes 6, 7 de la batterie 8, est connecté un convertisseur statique continu/continu 10. Les bornes d'entrée 11, 12 du convertisseur sont donc 30 2939248 -6- directement reliées aux bornes de sortie 4, 5 du chargeur 3, de sorte que le convertisseur 10 est alimenté directement par le panneau photovoltaïque 2, lorsque ce dernier est opérationnel. This battery has a nominal voltage of the order of 12 volts, and a capacity of about 12 amperes / hour. At the terminals 6, 7 of the battery 8 is connected a static DC / DC converter 10. The input terminals 11, 12 of the converter are therefore directly connected to the output terminals 4, 5 of the charger 3, so that the converter 10 is powered directly by the photovoltaic panel 2, when the latter is operational.
5 Les bornes de sortie 13, 14 du convertisseur statique 10 sont reliées aux bornes 20, 21 de la charge 22.Cette charge est, dans le cas d'une installation de commande de sectionneur, constituée du moteur électrique assurant le mouvement des pièces mobiles du sectionneur, et l'unité de commande électronique assurant la commande de ce moteur. 10 De façon classique, les moteurs classiquement utilisés pour la commande des sectionneurs fonctionnent sous les tensions nominales de 48 Volts, mais l'invention n'est en aucun cas limitée à ces valeurs, ni même aux valeurs nominales de 12 Volts énoncés pour le panneau photovoltaïque et la batterie 15 d'accumulateurs. The output terminals 13, 14 of the static converter 10 are connected to the terminals 20, 21 of the load 22. This load is, in the case of a disconnector control installation, constituted by the electric motor ensuring the movement of the moving parts. of the disconnector, and the electronic control unit ensuring the control of this engine. Typically, the motors conventionally used for the control of the disconnectors operate at nominal voltages of 48 volts, but the invention is in no way limited to these values, nor even to the nominal values of 12 volts stated for the panel. photovoltaic and battery 15 accumulators.
Conformément à l'invention, un super-condensateur 30 est disposé en parallèle de la charge 1, entre les bornes de sortie 13, 14 du convertisseur 10. According to the invention, a super-capacitor 30 is arranged in parallel with the load 1, between the output terminals 13, 14 of the converter 10.
20 Une unité de commande électronique 38 assure la supervision et la gestion de l'ensemble du dispositif d'alimentation. Ainsi, cette unité de commande assure la gestion du convertisseur de tension 10, et ainsi que la gestion du dispositif régulateur de charge 3. An electronic control unit 38 provides supervision and management of the entire power supply device. Thus, this control unit manages the voltage converter 10, and the management of the charge controller device 3.
25 L'actionnement du dispositif d'alimentation est le suivant. The actuation of the feeder is as follows.
En présence d'énergie lumineuse le panneau photovoltaïque 2 alimente la batterie d'accumulateurs 8, qui alimente à son tour le super-condensateur par l'intermédiaire du convertisseur 10. Plus précisément, le dispositif 3 de régulateur de charge assure la surveillance de la charge de la batterie 8 pour éviter toute surcharge et toute dégradation de 30 2939248 -7- cette dernière. Ainsi, dans le cadre de production d'énergie par le panneau photovoltaïque alors que la batterie 8 est déjà correctement chargée, le dispositif de régulation de charge 3 interrompt la charge de la batterie. In the presence of light energy, the photovoltaic panel 2 supplies the storage battery 8, which in turn supplies the supercapacitor via the converter 10. More precisely, the charge regulator device 3 monitors the battery. charging the battery 8 to prevent overcharging and any degradation of the latter. Thus, in the framework of power generation by the photovoltaic panel while the battery 8 is already correctly charged, the charge control device 3 interrupts the charging of the battery.
5 Par ailleurs, le convertisseur statique 10 permet d'augmenter la tension de sortie de la batterie afin de délivrer au super-condensateur une tension plus élevée, correspondant à la tension nominale de fonctionnement de la charge. Furthermore, the static converter 10 makes it possible to increase the output voltage of the battery in order to deliver to the super-capacitor a higher voltage, corresponding to the nominal operating voltage of the load.
Ce convertisseur 10 est géré par l'unité de commande 38 dont le rôle est de 10 maintenir correctement la charge du super-condensateur, et éviter sa dégradation, en particulier par une surcharge excessive. L'unité de commande 38 opère également une gestion du remplissage du super-condensateur. Ainsi, celui-ci ne peut se faire que si le niveau de charge de la batterie (ou le niveau de tension) est suffisant, ce qui permet de se prémunir d'une décharge éventuelle de la batterie ce 15 qui pourrait conduire, si le niveau de décharge était trop important, à endommager, voire détruire la batterie. Ce système permet donc aussi de protéger la batterie par la gestion via l'unité de contrôle 38 du remplissage ou non du super-condensateur en fonction du niveau de tension de la batterie. This converter 10 is managed by the control unit 38 whose role is to correctly maintain the charge of the super-capacitor, and prevent its degradation, in particular by excessive overload. The control unit 38 also operates a filling management of the super-capacitor. Thus, it can be done only if the battery charge level (or voltage level) is sufficient, which makes it possible to guard against a possible discharge of the battery which could lead, if the discharge level was too great, to damage or even destroy the battery. This system therefore also makes it possible to protect the battery by the management via the control unit 38 of the filling or not of the super-capacitor as a function of the voltage level of the battery.
20 Lorsque la charge 22 a consommé une énergie qui fait descendre la charge électrique du super-condensateur en dessous d'un seuil prédéterminé, et en l'absence de soleil, c'est la batterie d'accumulateur 8 qui alimente le super-condensateur par la gestion appropriée du convertisseur élévateur 10. Autrement dit, le super-condensateur assure l'alimentation de la charge, en particulier pour les 25 fortes demandes de courant. When the load 22 has consumed an energy which makes the super-capacitor's electrical charge fall below a predetermined threshold, and in the absence of sun, it is the accumulator battery 8 which supplies the super-capacitor. by the appropriate management of the up-converter 10. In other words, the super-capacitor provides power to the load, especially for high current demands.
De la sorte, ce qui précède que le dispositif conforme à l'invention permet d'utiliser une batterie d'accumulateur de relativement faible capacité, présentant donc un poids moindre et un coût réduit. De même, puisque les forts courants sont 30 fournis par le super-condensateur, la batterie subit une moindre usure dans le temps, et voit donc sa durée de vie accrue, typiquement d'un facteur multiplicatif supérieur à 3. En outre, le nombre de charge et décharge subit par le super- -8- condensateur peut atteindre plusieurs centaines de milliers sans dégradation de ses propriétés électriques, et donc lui-même de consommation excessive sur la batterie d'accumulateur. In this way, the above that the device according to the invention allows to use a battery of relatively low capacity, thus having a lower weight and reduced cost. Likewise, since the strong currents are provided by the super-capacitor, the battery experiences a lower wear over time, and thus sees its increased lifetime, typically by a multiplicative factor greater than 3. In addition, the number The charge and discharge experienced by the super-capacitor can reach several hundreds of thousands without degradation of its electrical properties, and therefore itself of excessive consumption on the accumulator battery.
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