FR3053798A1 - METHOD AND DEVICE FOR DETECTING AN ELECTRIC ARC IN A PHOTOVOLTAIC INSTALLATION - Google Patents
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Abstract
Procédé de détection d'un arc électrique dans une installation photovoltaïque (1) destinée à délivrer un courant électrique (I), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : • Connecter (E0) une inductance de mesure (5) en série sur une liaison électrique (4) de l'installation photovoltaïque (1) ; • Mesurer ou évaluer (E1) la tension (VL) aux bornes de l'inductance de mesure (5) ; • En cas de tension mesurée (VL) aux bornes de l'inductance de mesure (5) non nulle, vérifier (E21) si le signe de ladite tension mesurée correspond à une diminution de courant électrique à travers la liaison électrique (4) et si la tension mesurée, en valeur absolue, dépasse (E22) un seuil (S) qui est fonction de la valeur de l'inductance de mesure (L) ; • Détecter un arc électrique en cas de dépassement du seuil (S).Method for detecting an electric arc in a photovoltaic installation (1) intended to deliver an electric current (I), characterized in that it comprises the following steps: • Connecting (E0) a measurement inductance (5) in series on an electrical connection (4) of the photovoltaic system (1); • Measure or evaluate (E1) the voltage (VL) across the measuring inductance (5); • In case of measured voltage (VL) across the non-zero measuring inductance (5), check (E21) if the sign of the measured voltage corresponds to a decrease in electrical current through the electrical connection (4) and if the measured voltage, in absolute value, exceeds (E22) a threshold (S) which is a function of the value of the measuring inductance (L); • Detect an electric arc if the threshold (S) is exceeded.
Description
(54) PROCEDE ET DISPOSITIF DE DETECTION D'UN ARC ELECTRIQUE DANS UNE INSTALLATION PHOTOVOLTAÏQUE.(54) METHOD AND DEVICE FOR DETECTING AN ELECTRIC ARC IN A PHOTOVOLTAIC INSTALLATION.
©) Procédé de détection d'un arc électrique dans une installation photovoltaïque (1) destinée à délivrer un courant électrique (I), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes:©) Method for detecting an electric arc in a photovoltaic installation (1) intended to deliver an electric current (I), characterized in that it comprises the following steps:
Connecter (E0) une inductance de mesure (5) en série sur une liaison électrique (4) de l'installation photovoltaïque (1);Connect (E0) a measurement reactor (5) in series on an electrical connection (4) of the photovoltaic installation (1);
Mesurer ou évaluer (E1 ) la tension (VL) aux bornes de l'inductance de mesure (5);Measure or evaluate (E1) the voltage (V L ) across the measurement inductance (5);
En cas de tension mesurée (VJ aux bornes de l'inductance de mesure (5) non nulle, vérifier (E21 ) si le signe de ladite tension mesurée correspond à une diminution de courant électrique à travers la liaison électrique (4) et si la tension mesurée, en valeur absolue, dépasse (E22) un seuil (S) qui est fonction de la valeur de l'inductance de mesure (L);In the event of a non-zero measured voltage (VJ across the measurement inductance (5)), check (E21) whether the sign of said measured voltage corresponds to a decrease in electric current through the electrical connection (4) and whether the measured voltage, in absolute value, exceeds (E22) a threshold (S) which is a function of the value of the measurement inductance (L);
Détecter un arc électrique en cas de dépassement du seuil (S).Detect an electric arc if the threshold (S) is exceeded.
ii
Titre : Procédé et dispositif de détection d’un arc électrique dans une installation photovoltaïqueTitle: Method and device for detecting an electric arc in a photovoltaic installation
Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention
L’invention concerne un procédé et un dispositif de détection d’un arc électrique dans une installation photovoltaïque. Elle concerne aussi une installation photovoltaïque équipée d’un tel dispositif.The invention relates to a method and a device for detecting an electric arc in a photovoltaic installation. It also relates to a photovoltaic installation equipped with such a device.
État de la techniqueState of the art
Les installations photovoltaïques fonctionnent à courant et tension électriques continues, ce qui est problématique en cas d’apparition d’un arc électrique. Un tel arc électrique peut par exemple apparaître à cause d’un défaut de connectique, suite à l’ouverture d’un connecteur en charge ou encore suite à une dégradation d’un connecteur par corrosion. En courant et tension continus, il n’y a pas d’extinction naturelle de l’arc électrique par passage par zéro de la tension et du courant, comme c’est généralement le cas en courant alternatif. L’arc électrique génère un plasma qui dégage une très forte chaleur pendant une durée importante. Un tel plasma est destructeur et souvent générateur d’incendie. Pour des raisons de sécurité, il est donc important de détecter la présence d’un éventuel arc électrique au sein d’une installation photovoltaïque et de l’interrompre afin d’éviter toute dégradation ou un incendie.Photovoltaic systems operate at continuous electrical current and voltage, which is problematic in the event of an electric arc. Such an electric arc may, for example, appear due to a fault in the connection, following the opening of a connector under load or else following a degradation of a connector by corrosion. In direct current and voltage, there is no natural extinction of the electric arc by zero crossing of voltage and current, as is generally the case in alternating current. The electric arc generates a plasma which gives off very strong heat for a long time. Such plasma is destructive and often a fire generator. For safety reasons, it is therefore important to detect the presence of a possible electric arc within a photovoltaic installation and to interrupt it in order to avoid any damage or fire.
Un arc électrique correspond à un plasma qui apparaît entre deux électrodes constituées par exemple par deux extrémités d’un conducteur ouvert ou localement interrompu du fait d’une dégradation. L’apparition d’un arc électrique s’accompagne d’un front ou saut de tension de courte durée, positif ou négatif, de l’ordre de quelques microsecondes, et ayant une valeur en tension, appelée tension d’arc Varc, qui est caractéristique. Cette tension d’arc dépend du matériau des électrodes. Elle est généralement comprise entre 10V et 30V. Si les électrodes sont en cuivre par exemple, la tension d’arc Varc est de l’ordre de 12V. Il en résulte qu’une augmentation brutale, comprise entre 10V et 30V, d’une tension mesurée au sein d’une installation photovoltaïque est donc caractéristique de l’apparition d’un arc électrique dans l’installation. Le plasma de l’arc électrique jouant le rôle d’une résistance qui augmente au cours du temps, le front de tension initial est suivi d’une augmentation progressive de la tension mesurée jusqu’à atteindre une tension en circuit ouvert.An electric arc corresponds to a plasma which appears between two electrodes constituted for example by two ends of an open or locally interrupted conductor due to degradation. The appearance of an electric arc is accompanied by a short-lived voltage jump or jump, positive or negative, of the order of a few microseconds, and having a voltage value, called arc voltage Varc, which is characteristic. This arc voltage depends on the material of the electrodes. It is generally between 10V and 30V. If the electrodes are made of copper, for example, the arc voltage Varc is around 12V. As a result, a sudden increase, between 10V and 30V, of a voltage measured within a photovoltaic installation is therefore characteristic of the appearance of an electric arc in the installation. Since the plasma of the electric arc plays the role of a resistance which increases over time, the initial voltage front is followed by a gradual increase in the measured voltage until reaching an open circuit voltage.
Une solution connue pour détecter un arc électrique dans une installation photovoltaïque s’appuie sur la détection d’un front de tension positif (ou négatif) caractérisé par une augmentation (ou une diminution) brutale de tension, d’une durée de quelques microsecondes et d’une valeur correspondant à la tension d’arc Varc, typiquement comprise entre 10V et 30V. A cet effet, on mesure par exemple la tension aux bornes d’un module photovoltaïque de l’installation. La mesure de tension aux bornes du module photo voltaïque permet de détecter un éventuel arc électrique localisé en dehors de ce module photovoltaïque. Elle ne permet cependant pas de détecter un arc électrique qui se produirait au sein du module photovoltaïque lui-même. Dans le cas d’une installation comportant plusieurs modules photovoltaïques, il convient donc de mesurer la tension aux bornes de plusieurs modules pour couvrir la totalité de l’installation. Une telle solution nécessite plusieurs capteurs de mesure et s’avère donc coûteuse.A known solution for detecting an electric arc in a photovoltaic installation is based on the detection of a positive (or negative) voltage front characterized by a sudden increase (or decrease) in voltage, lasting a few microseconds and a value corresponding to the arc voltage Varc, typically between 10V and 30V. For this purpose, the voltage across a photovoltaic module of the installation is measured, for example. The voltage measurement at the terminals of the photovoltaic module makes it possible to detect a possible electric arc located outside of this photovoltaic module. However, it does not make it possible to detect an electric arc which would occur within the photovoltaic module itself. In the case of an installation comprising several photovoltaic modules, it is therefore advisable to measure the voltage at the terminals of several modules to cover the entire installation. Such a solution requires several measurement sensors and therefore proves to be expensive.
Une autre solution connue pour détecter un arc électrique dans une installation photovoltaïque s’appuie sur la mesure du courant dans l’installation photovoltaïque et du bruit blanc introduit par l’arc électrique dans le signal de courant. Une telle solution ne requiert qu’un seul capteur de courant qui peut être installé n’importe où dans l’installation photovoltaïque, par exemple en entrée d’un onduleur interposé entre l’installation photovoltaïque et le réseau électrique et destiné à convertir le courant continu délivré par un courant alternatif. Une telle solution est moins coûteuse et plus flexible, mais elle manque de fiabilité.Another known solution for detecting an electric arc in a photovoltaic installation is based on the measurement of the current in the photovoltaic installation and of the white noise introduced by the electric arc in the current signal. Such a solution requires only a single current sensor which can be installed anywhere in the photovoltaic installation, for example at the input of an inverter interposed between the photovoltaic installation and the electrical network and intended to convert the current continuous delivered by an alternating current. Such a solution is less expensive and more flexible, but it lacks reliability.
La présente invention vient améliorer la situation.The present invention improves the situation.
Objet de l'inventionSubject of the invention
A cet effet, l’invention concerne un procédé de détection d’un arc électrique dans une installation photovoltaïque destinée à délivrer un courant électrique, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :To this end, the invention relates to a method of detecting an electric arc in a photovoltaic installation intended to deliver an electric current, characterized in that it comprises the following steps:
• Connecter une inductance de mesure en série sur une liaison électrique de l’installation photovoltaïque ;• Connect a measurement inductor in series on an electrical connection of the photovoltaic installation;
• Mesurer ou évaluer la tension aux bornes de l’inductance de mesure ;• Measure or evaluate the voltage across the measurement inductance;
• En cas de tension mesurée aux bornes de l’inductance de mesure non nulle, vérifier si le signe de ladite tension mesurée correspond à une diminution de courant électrique à travers la liaison électrique et si la tension mesurée, en valeur absolue, dépasse un seuil qui est fonction de la valeur de l’inductance de mesure ;• In the event of a voltage measured across the non-zero measurement inductance, check whether the sign of said measured voltage corresponds to a reduction in electric current through the electrical connection and whether the measured voltage, in absolute value, exceeds a threshold which is a function of the value of the measurement inductance;
• Détecter un arc électrique en cas de dépassement du seuil.• Detect an electric arc if the threshold is exceeded.
La détection d’arc électrique dans l’installation photovoltaïque selon l’invention est basée sur la simple mesure d’une tension aux bornes d’une inductance de mesure connectée en série à l’installation photovoltaïque.The detection of an electric arc in the photovoltaic installation according to the invention is based on the simple measurement of a voltage across the terminals of a measurement inductor connected in series to the photovoltaic installation.
L’apparition d’un arc électrique dans l’installation photovoltaïque produit généralement un saut négatif (c’est-à-dire une diminution brutale) du courant électrique dans l’installation qui constitue une signature caractéristique de l’arc. Cela se traduit par un pic de tension - positif ou négatif selon la convention de mesure de la tension - aux bornes de l’inductance de mesure. La détection d’arc électrique selon l’invention repose sur la mesure d’une image du courant électrique délivré par l’installation photovoltaïque, représentée par la tension aux bornes de l’inductance de mesure. Ce type de mesure - à savoir une simple mesure de tension - permet, à bas coût, de s’affranchir de la composante continue du courant, ce qui augmente la précision de la mesure de la signature de l’arc électrique.The appearance of an electric arc in the photovoltaic installation generally produces a negative jump (that is to say a sudden decrease) of the electric current in the installation which constitutes a characteristic signature of the arc. This results in a voltage peak - positive or negative depending on the voltage measurement convention - across the measurement inductance. The electric arc detection according to the invention is based on the measurement of an image of the electric current delivered by the photovoltaic installation, represented by the voltage across the measurement inductance. This type of measurement - namely a simple voltage measurement - allows, at low cost, to get rid of the DC component of the current, which increases the accuracy of the measurement of the signature of the electric arc.
La détection de l’arc se base sur un front ou saut négatif de courant dont l’amplitude est fonction du niveau de courant initial, autrement dit de la position du point de fonctionnement de l’installation photovoltaïque sur la courbe couranttension de celle-ci. La durée de passage de la valeur initiale à la valeur finale du courant, autrement dit de la durée du saut de courant, est généralement d’environ 5ps/A. Ce front négatif de courant se traduit par une image en tension aux bornes de l’inductance de mesure avec une variation, positive ou négative selon la convention de mesure choisie.Arc detection is based on a negative current front or jump, the amplitude of which is a function of the initial current level, in other words the position of the operating point of the photovoltaic installation on the current-voltage curve. . The duration of passage from the initial value to the final value of the current, in other words the duration of the current jump, is generally around 5ps / A. This negative current front results in a voltage image across the measurement inductance with a variation, positive or negative depending on the measurement convention chosen.
La détection d’arc électrique se base donc sur une mesure de tension permettant de détecter que le front ou saut négatif de courant lié à l’apparition de l’arc électrique.The detection of electric arc is therefore based on a voltage measurement making it possible to detect that the negative front or jump of current linked to the appearance of the electric arc.
Le procédé de détection de l’invention présente notamment les avantages suivants :The detection method of the invention has the following advantages in particular:
- il est simple à implémenter car il ne nécessite pas d’opérations complexes ;- it is simple to implement because it does not require complex operations;
- il est très robuste car il ne présente pas de risque de déclenchement sur un évènement autre qu’un arc électrique (il s’agit là d’un avantage remarquable par rapport aux méthodes concurrentes se basant juste sur le bruit associé au front de courant) ;- it is very robust because it does not present a risk of triggering on an event other than an electric arc (this is a remarkable advantage compared to competing methods based just on the noise associated with the current front );
- il offre une grande rapidité de détection, qui dépend certes de la fenêtre de mesure choisie mais est généralement de l’ordre de la centaine de microsecondes.- it offers a high speed of detection, which certainly depends on the measurement window chosen but is generally of the order of a hundred microseconds.
Dans un mode de réalisation particulier, l’inductance de mesure est positionnée sur une liaison électrique reliant l’installation photovoltaïque et un onduleur. Ainsi l’inductance de mesure est connectée en série entre une borne ou pôle (positif ou négatif) de connexion externe de l’installation photovoltaïque et une entrée de l’onduleur.In a particular embodiment, the measurement inductor is positioned on an electrical link connecting the photovoltaic installation and an inverter. Thus the measurement reactor is connected in series between a terminal or pole (positive or negative) for the external connection of the photovoltaic installation and an input of the inverter.
L’installation photovoltaïque peut être caractérisée par un courant de court-circuit l_cc donné, le seuil étant strictement inférieur à une tension d’arc V_(L_arc) aux bornes de l’inductance de mesure donnée par la relation V_(L_arc)=L.(x/100xl_cc)/At oùThe photovoltaic installation can be characterized by a given short-circuit current l_cc, the threshold being strictly less than an arc voltage V_ (L_arc) across the measurement inductance given by the relation V_ (L_arc) = L . (x / 100xl_cc) / At where
L représente la valeur de l’inductance de mesure ;L represents the value of the measurement inductance;
x est un paramètre représentatif de l’amplitude d’un saut de courant généré par un arc électrique dans l’installation photovoltaïque, compris entre 1 et 7, avantageusement entre 2 et 4, et de préférence est égal à 3,x is a parameter representative of the amplitude of a current jump generated by an electric arc in the photovoltaic installation, between 1 and 7, advantageously between 2 and 4, and preferably is equal to 3,
At est un paramètre représentatif de la durée d’un saut de courant îo généré par un arc électrique dans l’installation photovoltaïque, comprise entreAt is a parameter representative of the duration of a current jump îo generated by an electric arc in the photovoltaic installation, between
0,5 ps et 2 ps, de préférence égale à 1 ps.0.5 ps and 2 ps, preferably equal to 1 ps.
Le seuil peut être supérieur ou égal à 50% de V_(L_arc), avantageusement supérieur ou égal à 75% de V_(L_arc), et inférieur ou égal àThe threshold can be greater than or equal to 50% of V_ (L_arc), advantageously greater than or equal to 75% of V_ (L_arc), and less than or equal to
90% de V_(L_arc).90% of V_ (L_arc).
La valeur de x peut être déterminée en fonction de la position du point de fonctionnement de l’installation photovoltaïque sur la courbe caractéristique courant-tension de ladite installation.The value of x can be determined as a function of the position of the operating point of the photovoltaic installation on the current-voltage characteristic curve of said installation.
La valeur de x peut être comprise entre 1 et 7, avantageusement entre 2 et 4.The value of x can be between 1 and 7, advantageously between 2 and 4.
La valeur L de l’inductance de mesure peut être choisie de sorte à ce que 25 la durée d’une phase d’amortissement postérieure à un pic de tension lié à l’apparition d’un arc électrique dans l’installation photovoltaïque soit supérieure à ps, de préférence supérieure à 10 ps.The value L of the measurement inductance can be chosen so that the duration of a damping phase after a voltage peak linked to the appearance of an electric arc in the photovoltaic installation is greater at ps, preferably greater than 10 ps.
La valeur L de l’inductance de mesure peut être choisie de sorte à ce 30 qu’un pic de tension provoqué par un arc électrique dans l’installation photovoltaïque soit compris entre 50 mV et 10 V.The value L of the measurement inductance can be chosen so that a voltage peak caused by an electric arc in the photovoltaic installation is between 50 mV and 10 V.
La valeur L de l’inductance de mesure peut être comprise entre 1μΗ et 200μΗ.The L value of the measurement inductance can be between 1μΗ and 200μΗ.
L’inductance de mesure peut être constituée par le primaire d’un transformateur et, lors de l’étape de mesure, la tension est mesurée aux bornes du secondaire du transformateur.The measurement inductance can consist of the primary of a transformer and, during the measurement step, the voltage is measured across the secondary of the transformer.
L’invention porte aussi sur un dispositif de détection d’un arc électrique dans une installation photovoltaïque destinée à délivrer un courant électrique, caractérisé en ce qu’il comprend :The invention also relates to a device for detecting an electric arc in a photovoltaic installation intended to deliver an electric current, characterized in that it comprises:
- une inductance de mesure connectée en série sur une liaison électrique de l’installation photovoltaïque ;- a measurement inductor connected in series on an electrical link of the photovoltaic installation;
- un appareil de mesure directe et/ou un ou plusieurs appareils de mesure indirecte de la tension aux bornes de l’inductance de mesure ;- a direct measuring device and / or one or more indirect measuring devices for the voltage across the measurement inductance;
- un module de test destiné, en cas de tension mesurée aux bornes de l’inductance de mesure non nulle, à vérifier si le signe de ladite tension mesurée correspond à une diminution de courant électrique à travers la liaison électrique et si la tension mesurée, en valeur absolue, dépasse un seuil S qui est fonction de l’inductance ;a test module intended, in the event of a voltage measured across the non-zero measurement inductance, to check whether the sign of said measured voltage corresponds to a reduction in electric current through the electrical connection and if the measured voltage, in absolute value, exceeds a threshold S which is a function of the inductance;
- un module de détection destiné à détecter un arc électrique en cas de dépassement du seuil.- a detection module intended to detect an electric arc in the event of the threshold being exceeded.
L’inductance de mesure peut être placée sur une liaison électrique reliant l’installation photovoltaïque et un onduleur.The measurement reactor can be placed on an electrical connection connecting the photovoltaic system and an inverter.
L’invention porte aussi sur un système de sécurité pour une installation photovoltaïque, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif de détection d’un arc électrique tel que décrit ci-dessus et un dispositif d’intervention destiné à mettre l’installation photovoltaïque en sécurité en cas d’arc électrique.The invention also relates to a security system for a photovoltaic installation, characterized in that it comprises a device for detecting an electric arc as described above and an intervention device intended to put the photovoltaic installation safe in the event of an electric arc.
ΊΊ
L’invention concerne encore une installation photovoltaïque caractérisée en ce qu’elle comprend un dispositif de détection d’arc électrique tel que défini cidessus ou un système de sécurité tel que défini ci-dessus.The invention also relates to a photovoltaic installation characterized in that it comprises an electric arc detection device as defined above or a security system as defined above.
Description sommaire des dessinsBrief description of the drawings
L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description suivante d’un mode de réalisation particulier du procédé de détection d’un arc électrique dans une installation photo voltaïque de l’invention et d’une forme de réalisation particulière d’un dispositif de détection correspondant, en référence aux dessins annexés sur lesquels :The invention will be better understood using the following description of a particular embodiment of the method for detecting an electric arc in a photovoltaic installation of the invention and of a particular embodiment of a corresponding detection device, with reference to the accompanying drawings in which:
- La figure 1 représente un schéma une installation photovoltaïque équipée d’un dispositif de détection d’arc électrique, selon un premier exemple de réalisation particulier de l’invention ;- Figure 1 shows a diagram of a photovoltaic installation equipped with an electric arc detection device, according to a first particular embodiment of the invention;
- La figure 2 représente un exemple d’un signal de courant délivré par une installation photovoltaïque intégrant un saut de courant causé par un arc électrique dans l’installation photovoltaïque de la figure 1 ;- Figure 2 shows an example of a current signal delivered by a photovoltaic installation integrating a current jump caused by an electric arc in the photovoltaic installation of Figure 1;
- La figure 3 représente une courbe caractéristique de courant-tension ainsi qu’une courbe de puissance-tension, de l’installation photovoltaïque de la figure 1 ;- Figure 3 shows a characteristic current-voltage curve as well as a power-voltage curve, of the photovoltaic installation of Figure 1;
- La figure 4 représente le saut de courant ΔΙ provoqué par un arc électrique dans l’installation photovoltaïque de la figure 1, exprimé en pourcentage du courant de court-circuit Icc, en fonction de la tension Vph aux bornes de l’installation photovoltaïque ;- Figure 4 shows the current jump ΔΙ caused by an electric arc in the photovoltaic installation of Figure 1, expressed as a percentage of the short-circuit current Icc, as a function of the voltage Vph at the terminals of the photovoltaic installation;
- Les figures 5 à 8 représentent l’évolution de la tension aux bornes d’une inductance de mesure reliée à une installation photovoltaïque, en cas d’apparition d’un arc électrique dans l’installation ;- Figures 5 to 8 show the evolution of the voltage across a measurement inductor connected to a photovoltaic installation, in the event of an electric arc appearing in the installation;
- La figure 9 représente un organigramme des étapes du procédé de détection selon un mode de réalisation particulier de l’invention ;- Figure 9 shows a flow diagram of the steps of the detection method according to a particular embodiment of the invention;
- Les figures 10 et 11 représentent des schémas d’une installation photovoltaïque équipée d’un dispositif de détection d’arc électrique, selon un deuxième et un troisième exemple de réalisation de rinvention.- Figures 10 and 11 show diagrams of a photovoltaic installation equipped with an electric arc detection device, according to a second and a third embodiment of the invention.
Description détaillée de modes de réalisation particuliers de l'inventionDetailed description of particular embodiments of the invention
La présente invention vise à détecter un arc électrique se produisant au sein d’une installation photovoltaïque 1, par exemple celle de la figure 1.The present invention aims to detect an electric arc occurring within a photovoltaic installation 1, for example that of FIG. 1.
Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un exemple d’installation photovoltaïque 1. Celle-ci comprend deux bornes ou pôles, positif et négatif, de connexion externe (notées P+ et P- sur la figure 1). Ces bornes de connexion externe sont reliées à un onduleur 2 par l’intermédiaire de deux liaisons électriques externes 3, 4 (c’est-à-dire destinées à relier l’installation photovoltaïque 1 vers un dispositif externe). L’installation 1 comprend un ensemble de N modules photovoltaïques M1; ..., M,, ..., MN, connectés en série et/ou en parallèle. Dans l’exemple représenté sur la figure 1, les N modules sont répartis en M strings (ou sous-ensembles) Si, ..., Sm- Chaque string comporte plusieurs modules photovoltaïques connectés en série (ici trois strings) et les M strings sont connectés en parallèle et reliés aux bornes de connexion externe et aux deux liaisons électriques 3, 4. Les N modules Μ-ι, ..., M,, ..., Mn sont identiques.In FIG. 1, a diagrammatic example of a photovoltaic installation 1 is shown. This comprises two terminals or poles, positive and negative, of external connection (denoted P + and P- in FIG. 1). These external connection terminals are connected to an inverter 2 via two external electrical connections 3, 4 (that is to say intended to connect the photovoltaic installation 1 to an external device). The installation 1 comprises a set of N photovoltaic modules M 1; ..., M ,, ..., M N , connected in series and / or in parallel. In the example shown in Figure 1, the N modules are divided into M strings (or subsets) If, ..., Sm- Each string includes several photovoltaic modules connected in series (here three strings) and the M strings are connected in parallel and connected to the external connection terminals and to the two electrical connections 3, 4. The N modules Μ-ι, ..., M ,, ..., Mn are identical.
L’installation photovoltaïque 1 produit un courant électrique continu I. L’onduleur 2 est destiné à convertir le courant continu I en un courant alternatif qui peut alimenter une charge 7, ou être stocké dans une batterie électrique ou bien être fourni à un réseau électrique (non représenté).The photovoltaic installation 1 produces a direct electric current I. The inverter 2 is intended to convert the direct current I into an alternating current which can supply a load 7, or be stored in an electric battery or else be supplied to an electric network (not shown).
Un arc électrique correspond à un plasma qui apparaît entre deux électrodes constituées par exemple par deux extrémités d’un conducteur ouvert ou localement interrompu du fait d’une dégradation. L’apparition d’un arc électrique s’accompagne d’un front ou saut de tension de courte durée (positif ou négatif) de l’ordre de quelques microsecondes, et ayant une valeur AV caractéristique fixe qui dépend du matériau des électrodes. La valeur AV est généralement comprise entre 10V et 30V. Si les électrodes sont en cuivre par exemple, l’écart de tension AV est fixe et de l’ordre de 12V. Un écart brutal de tension, compris entre 10V et 30V, au sein d’une installation photovoltaïque est donc caractéristique de l’apparition d’un arc électrique au sein de l’installation.An electric arc corresponds to a plasma which appears between two electrodes constituted for example by two ends of an open or locally interrupted conductor due to degradation. The appearance of an electric arc is accompanied by an edge or short jump in voltage (positive or negative) of the order of a few microseconds, and having a fixed characteristic AV value which depends on the material of the electrodes. The AV value is generally between 10V and 30V. If the electrodes are made of copper, for example, the AV voltage difference is fixed and around 12V. A sudden difference in voltage, between 10V and 30V, within a photovoltaic installation is therefore characteristic of the appearance of an electric arc within the installation.
Un arc électrique peut se produire en tout endroit de l’installation 1, par exemple entre l’ensemble 1 des modules photovoltaïques et l’onduleur, ou au sein d’un module photovoltaïque, ou encore sur une liaison reliant en série plusieurs modules photovoltaïques 1 d’un string. En toute hypothèse, il provoque une variation de la tension au sein de l’installation électrique 1 caractérisée par un front ou saut de tension, positif ou négatif, d’une durée de l’ordre de quelques microsecondes et d’une amplitude égale à l’écart de tension AV caractéristique.An electric arc can occur anywhere in the installation 1, for example between all 1 of the photovoltaic modules and the inverter, or within a photovoltaic module, or even on a link connecting several photovoltaic modules in series 1 of a thong. In any event, it causes a variation of the voltage within the electrical installation 1 characterized by a voltage front or jump, positive or negative, of a duration of the order of a few microseconds and of an amplitude equal to the characteristic AV voltage deviation.
L’installation photovoltaïque 1 possède une caractéristique couranttension qui lui est propre. Sur la figure 3, on a représenté, à titre d’exemple illustratif, la caractéristique courant tension d’une installation photovoltaïque, par exemple l’installation 1, par la courbe l-V. Celle-ci peut être représentée sous la forme d’une courbe, généralement appelée « courbe l-V >> ou courbe couranttension, constituée par un ensemble de points de fonctionnement définis chacun par une tension V aux bornes de l’installation photovoltaïque 1 (ici entre les deux liaisons électriques 3 et 4) et un courant I délivré par l’installation 1. La courbe l-V relie un point de fonctionnement en court-circuit, pour lequel la tension est nulle et le courant est égal au courant de court-circuit Icc, et un point de fonctionnement en circuit ouvert, pour lequel le courant est nul et la tension est égale à la tension en circuit ouvert Voc- La puissance électrique délivrée par l’installation photovoltaïque 1 est le produit de la tension V à ses bornes (c’est-àdire entre les deux liaisons électrique 3 et 4) par le courant I qu’elle délivre. Sur la figure 3, la courbe P représente l’évolution de cette puissance en fonction de la tension aux bornes de l’installation photovoltaïque 1. Elle est maximale en un point de puissance maximale MPP (de l’anglais « Maximum Power Point >>) ίο spécifique de la courbe défini par un courant donné Impp et une tension donnée Vmpp.The photovoltaic installation 1 has its own current-voltage characteristic. In Figure 3, there is shown, by way of illustrative example, the current voltage characteristic of a photovoltaic installation, for example installation 1, by the curve l-V. This can be represented in the form of a curve, generally called "IV curve" or current current curve, constituted by a set of operating points each defined by a voltage V across the terminals of the photovoltaic installation 1 (here between the two electrical connections 3 and 4) and a current I delivered by the installation 1. The curve IV connects a short-circuit operating point, for which the voltage is zero and the current is equal to the short-circuit current Icc , and an open circuit operating point, for which the current is zero and the voltage is equal to the open circuit voltage Voc- The electric power delivered by the photovoltaic installation 1 is the product of the voltage V at its terminals ( that is to say between the two electrical connections 3 and 4) by the current I which it delivers. In FIG. 3, the curve P represents the evolution of this power as a function of the voltage across the terminals of the photovoltaic installation 1. It is maximum at a point of maximum power MPP (from the English "Maximum Power Point" ) spécifiqueο specific of the curve defined by a given current Impp and a given voltage Vmpp.
Lorsqu’un arc électrique apparaît dans l’installation photovoltaïque 1, la 5 tension aux bornes de l’installation photovoltaïque 1 augmente brutalement de AV. Ce saut de tension AV, ici positif, a pour effet de déplacer le point de fonctionnement du module photovoltaïque sur la courbe l-V, vers la droite, comme représenté sur la figure 3, jusqu’à un nouveau point de fonctionnement ayant une tension augmentée de AV. Le déplacement du point de îo fonctionnement de l’installation photovoltaïque s’accompagne d’une variation, ou saut, ici négative (autrement dit une diminution ou une chute) du courant électrique I délivré par l’installation photovoltaïque 1, d’une amplitude Al. Sur la figure 2, on a représenté un exemple de saut de courant I d’une installation photovoltaïque telle que l’installation 1, lié à l’apparition d’un arc électrique dans l’installation. Le courant I, initialement égal au courant nominal lnom, diminue brutalement jusqu’à lnom - Al, à l’apparition de l’arc électrique (ou peu après). Contrairement à l’amplitude du saut de tension AV qui est fixe, l’amplitude Al du saut de courant est variable et dépend de la position du point de fonctionnement initial sur la courbe l-V. Ce saut de courant Al lié à l’apparition d’un arc électrique est quasi-instantané. Il a une courte durée At caractéristique et fixe pour une installation donnée, typiquement égale à 1 ps, qui constitue en définitive une constante physique de l’installation. D’une manière plus générale, At est comprise entre 0,5 ps et 2 ps. On suppose ici que la durée At d’un saut de courant de l’installation 1 est de 1 ps.When an electric arc appears in the photovoltaic installation 1, the voltage across the terminals of the photovoltaic installation 1 increases suddenly by AV. This jump in AV voltage, here positive, has the effect of moving the operating point of the photovoltaic module on the curve IV, to the right, as shown in FIG. 3, to a new operating point having a voltage increased by AV. The displacement of the point of operation of the photovoltaic installation is accompanied by a variation, or jump, here negative (in other words a decrease or a fall) of the electric current I delivered by the photovoltaic installation 1, of an amplitude Al. In FIG. 2, an example of a current jump I has been shown for a photovoltaic installation such as installation 1, linked to the appearance of an electric arc in the installation. The current I, initially equal to the nominal current l nom , decreases suddenly until l nom - Al, at the appearance of the electric arc (or shortly after). Unlike the amplitude of the voltage jump AV which is fixed, the amplitude Al of the current jump is variable and depends on the position of the initial operating point on the curve IV. This jump in current Al linked to the appearance of an electric arc is almost instantaneous. It has a short duration At characteristic and fixed for a given installation, typically equal to 1 ps, which ultimately constitutes a physical constant of the installation. More generally, At is between 0.5 ps and 2 ps. It is assumed here that the duration At of a current jump of the installation 1 is 1 ps.
La détection de la présence d’un arc électrique au sein de l’installation photovoltaïque 1 repose sur la mesure d’une tension aux bornes d’une inductance de mesure 5 connectée en série sur une liaison électrique de l’installation photovoltaïque 1.The detection of the presence of an electric arc within the photovoltaic installation 1 is based on the measurement of a voltage across the terminals of a measurement inductor 5 connected in series on an electrical connection of the photovoltaic installation 1.
Le saut de courant Al lié à l’apparition d’un arc électrique dans l’installation 1 provoque l’apparition d’une tension non nulle (négative ou positive selon le sens de mesure) aux bornes de l’inductance 5. En effet, on sait que la tension Vl aux bornes d’une inductance est fonction de la valeur de l’inductance et de la variation du courant à travers l’inductance selon la relation :The jump in current Al linked to the appearance of an electric arc in the installation 1 causes the appearance of a non-zero voltage (negative or positive depending on the direction of measurement) at the terminals of the inductor 5. Indeed , we know that the voltage Vl across an inductor is a function of the value of the inductor and the variation of the current through the inductor according to the relation:
dl VL = LCrt oùdl VL = L Cr t where
- L représente la valeur de l’inductance ;- L represents the value of the inductance;
- représente la dérivée du courant.- represents the derivative of the current.
Le procédé de l’invention cherche à détecter la présence d’un arc électrique au sein d’une installation photovoltaïque 1 sur la base de la tension aux bornes de l’inductance de mesure 5. II est mis en œuvre par un dispositif de détection 10.The method of the invention seeks to detect the presence of an electric arc within a photovoltaic installation 1 on the basis of the voltage across the terminals of the measurement inductor 5. It is implemented by a detection device 10.
Le dispositif de détection 10 comprend les éléments suivants:The detection device 10 comprises the following elements:
• l’inductance de mesure 5 connectée en série sur l’une des liaisons électriques externes 3, 4 de l’installation photovoltaïque 1 ;• the measurement reactor 5 connected in series on one of the external electrical connections 3, 4 of the photovoltaic installation 1;
• un appareil 6 de mesure de la tension VL aux bornes de l’inductance de mesure 5 ;• a device 6 for measuring the voltage V L at the terminals of the measurement inductor 5;
• un module de test 7;• a test module 7;
• un module 8 de détection d’arc électrique.• an electric arc detection module 8.
Le sens de la mesure de tension VL est ici choisi de sorte à ce qu’une diminution du courant I traversant l’inductance 5 génère une tension VL positive.The direction of the voltage measurement V L is here chosen so that a decrease in the current I passing through the inductor 5 generates a positive voltage V L.
Le module de test 7 est relié à l’appareil de mesure 6. II est destiné, en cas de tension mesurée VL non nulle, à vérifier si le signe de la tension mesurée correspond à une diminution de courant électrique à travers la liaison électrique et si la tension mesurée, en valeur absolue, dépasse un seuil S qui est fonction de l’inductance L.The test module 7 is connected to the measuring device 6. It is intended, in the event of a measured voltage V L not zero, to check whether the sign of the measured voltage corresponds to a decrease in electric current through the electrical connection and if the measured voltage, in absolute value, exceeds a threshold S which is a function of the inductance L.
Le module de détection 8 est relié au module de test 7. Il est destiné à détecter un arc électrique en cas de dépassement du seuil S par la tension mesurée VL.The detection module 8 is connected to the test module 7. It is intended to detect an electric arc in the event of the threshold S being exceeded by the measured voltage V L.
L’appareil de mesure 6, le module de test 7 et le module de détection 8 sont connectés à une unité centrale de commande, en l’espèce un microprocesseur, destiné à contrôler le fonctionnement de ces éléments. Le module de test 7 et le module de détection 8 sont des modules logiciels. Ils comprennent des instructions logicielles pour exécuter les étapes de test et de détection d’arc, qui seront décrites plus loin, lorsque ces instructions sont exécutées par le microprocesseur 9.The measuring device 6, the test module 7 and the detection module 8 are connected to a central control unit, in this case a microprocessor, intended to control the operation of these elements. The test module 7 and the detection module 8 are software modules. They include software instructions for executing the arc testing and detection steps, which will be described later, when these instructions are executed by the microprocessor 9.
On va maintenant décrire, en référence à la figure 9, le procédé de détection d’un arc électrique dans l’installation photovoltaïque 1, selon un mode de réalisation particulier de l’invention.We will now describe, with reference to FIG. 9, the method of detecting an electric arc in the photovoltaic installation 1, according to a particular embodiment of the invention.
Le procédé comprend une étape préalable de connexion EO, lors de laquelle on connecte l’inductance de mesure 5 en série sur une liaison électrique de l’installation photovoltaïque 1, ici sur l’une des deux liaisons électriques externes (c’est-à-dire reliant l’ensemble des modules photovoltaïques M1; ..., M,, ..., Mn à un dispositif externe, ici l’onduleur 2), comme représenté sur la figure 1. En variante, cette inductance de mesure pourrait être positionnée en un autre point de l’installation.The method comprises a prior EO connection step, during which the measurement inductor 5 is connected in series on an electrical connection of the photovoltaic installation 1, here on one of the two external electrical connections (i.e. - say connecting all the photovoltaic modules M 1; ..., M ,, ..., Mn to an external device, here the inverter 2), as shown in FIG. 1. As a variant, this inductance of measurement could be positioned at another point in the installation.
Pendant le fonctionnement de l’installation photovoltaïque 1 (c’est-à-dire lorsque l’installation 1 convertit de l’énergie solaire en énergie électrique et délivre un courant électrique I en sortie), le procédé comprend une étape de mesure E1 lors de laquelle l’appareil de mesure 6 mesure la tension VL aux bornes de l’inductance de mesure 5. De façon connue, la tension Vl aux bornes de l’inductance de mesure 5 dépend de la valeur L de l’inductance 5 et de la variation instantanée — du courant I qui la traverse, selon la relation VL = L x-, /VF ~l ’ L Jx.During the operation of the photovoltaic installation 1 (that is to say when the installation 1 converts solar energy into electrical energy and delivers an electric current I at output), the method comprises a measurement step E1 during from which the measuring device 6 measures the voltage V L across the measurement inductor 5. In known manner, the voltage Vl across the measurement inductor 5 depends on the value L of the inductor 5 and of the instantaneous variation - of the current I which crosses it, according to the relation V L = L x-, / VF ~ l 'L Jx.
Tant que le courant I en sortie de l’installation photovoltaïque 1 est constant, la tension aux bornes de l’inductance de mesure 5 est nulle.As long as the current I at the output of the photovoltaic installation 1 is constant, the voltage across the measurement inductance 5 is zero.
La mesure de la tension Vl aux bornes de l’inductance de mesure 5 est 5 faite avec une fréquence d’échantillonnage feCh· Cette fréquence d’échantillonnage doit être suffisante pour garantir une mesure fiable. Cela signifie que, en cas d’arc électrique dans l’installation photovoltaïque 1, on doit obtenir un nombre suffisant de points de mesure (au moins quatre) durant une fenêtre de mesure appropriée, durant laquelle la tension aux bornes de îo l’inductance de mesure est représentative d’un saut négatif de courant généré par l’apparition d’un arc électrique. Elle est avantageusement comprise entre 100 kHz et 2000 kHz, avantageusement encore entre 200 kHz et 1000kHz, par exemple égale à ou proche de 500 kHz. La fréquence d’échantillonnage feCh est fixée par le microprocesseur 9.The measurement of the voltage Vl across the measurement inductance 5 is made with a sampling frequency f eC h · This sampling frequency must be sufficient to guarantee a reliable measurement. This means that, in the event of an electric arc in the photovoltaic system 1, a sufficient number of measurement points (at least four) must be obtained during an appropriate measurement window, during which the voltage across the terminals of the inductance measurement is representative of a negative current jump generated by the appearance of an electric arc. It is advantageously between 100 kHz and 2000 kHz, advantageously still between 200 kHz and 1000 kHz, for example equal to or close to 500 kHz. The sampling frequency f eC h is fixed by the microprocessor 9.
Parallèlement à l’étape de mesure E1, le procédé comprend une étape de test E2. Lors de cette étape de test E2, le module de test 7 surveille la tension Vl mesurée, en mettant en œuvre les sous-étapes E20 à E22 suivantes :In addition to the measurement step E1, the method includes a test step E2. During this test step E2, the test module 7 monitors the measured voltage Vl, by implementing the following sub-steps E20 to E22:
- E20 : premier test pour détecter une tension mesurée non nulle ;- E20: first test to detect a non-zero measured voltage;
- E21 : deuxième test, exécuté si la tension mesurée est non nulle, de contrôle du signe de la tension mesurée aux bornes de l’inductance de mesure pour vérifier si ce signe (positif ou négatif selon la convention de mesure choisie) de la tension mesurée correspond à une diminution de courant électrique à travers la liaison électrique 4 (ici le signe de la tension mesurée doit être positif pour correspondre à une diminution du courant) ;- E21: second test, executed if the measured voltage is not zero, for checking the sign of the voltage measured across the measurement inductance to check whether this sign (positive or negative depending on the chosen measurement convention) of the voltage measured corresponds to a decrease in electric current through the electrical connection 4 (here the sign of the measured voltage must be positive to correspond to a decrease in current);
- E22 : troisième test, exécuté si la tension non nulle mesurée est positive, consistant à vérifier si la tension mesurée dépasse (en valeur absolue) un seuil S.- E22: third test, executed if the non-zero voltage measured is positive, consisting in checking whether the measured voltage exceeds (in absolute value) a threshold S.
Si l’un des tests E20, E21 et E22 est négatif, le procédé revient à l’étape E20 (branches N sur la figure 9).If one of the tests E20, E21 and E22 is negative, the method returns to step E20 (branches N in FIG. 9).
Le seuil S correspond à la valeur critique de la tension VL aux bornes de l’inductance de mesure 5, au-delà de laquelle on considère que la variation du courant I ayant généré cette tension correspond à une baisse de courant liée à un arc électrique dans l’installation photovoltaïque 1. Il est déterminé à partir de la relation suivante :The threshold S corresponds to the critical value of the voltage V L at the terminals of the measurement inductor 5, beyond which it is considered that the variation of the current I having generated this voltage corresponds to a drop in current linked to an arc in the photovoltaic installation 1. It is determined from the following relationship:
où:or:
• Vl_arc correspond à la tension attendue ou prévue aux bornes de l’inductance de mesure 5, générée par le saut de courant provoqué par un arc électrique dans l’installation photovoltaïque ;• Vl_arc corresponds to the expected or expected voltage across the measurement inductance 5, generated by the current jump caused by an electric arc in the photovoltaic installation;
• L représente la valeur de l’inductance de mesure 5, exprimée ici en pH ;• L represents the value of the measurement inductance 5, expressed here in pH;
• ΔΖ représente l’amplitude d’une variation (ou saut) de courant I liée à un arc électrique ;• ΔΖ represents the amplitude of a variation (or jump) of current I linked to an electric arc;
• x est un paramètre représentatif de l’amplitude d’un saut de courant provoqué par un arc électrique dans l’installation photovoltaïque, exprimé en un pourcentage du courant de courtcircuit lcc de l’installation photovoltaïque ; et • Δϋ est une constante de temps, représentant la durée du saut de courant provoqué par un arc électrique dans l’installation photovoltaïque.• x is a parameter representative of the amplitude of a current jump caused by an electric arc in the photovoltaic installation, expressed as a percentage of the short-circuit current l cc of the photovoltaic installation; and • Δϋ is a time constant, representing the duration of the current jump caused by an electric arc in the photovoltaic installation.
Le seuil S est choisi inférieur à la tension VLarc de sorte à pouvoir détecter un pic de tension égal ou proche de VL arc. Le seuil S est donc strictement inférieur à VL arc, avantageusement inférieur à 90% de VL arc, et supérieur ou égal à 50% de VL arc, avantageusement encore supérieur ou égal à 75% deThe threshold S is chosen to be lower than the voltage V Larc so as to be able to detect a voltage peak equal to or close to V L arc . The threshold S is therefore strictly less than V L arc , advantageously less than 90% of V L arc , and greater than or equal to 50% of V L arc , advantageously still greater than or equal to 75% of
Vl._a.rcVl._a.rc
La valeur du paramètre x est déterminée en fonction de la position du point de fonctionnement de l’installation photovoltaïque 1 sur la courbe caractéristique courant-tension de l’installation. Sur la figure 4, on a représenté l’évolution de x (autrement dit du saut de courant Δ/ exprimé en pourcentage deThe value of the parameter x is determined as a function of the position of the operating point of the photovoltaic installation 1 on the characteristic current-voltage curve of the installation. In FIG. 4, the evolution of x is represented (in other words the current jump Δ / expressed as a percentage of
Icc) en fonction de la tension de fonctionnement V de l’installation photovoltaïque 1, exprimée en pourcentage de la tension en circuit ouvert Voc de l’installation 1. exprimée en pourcentage. Généralement, le point de fonctionnement de l’installation photovoltaïque 1 est compris entre 65% et 90% de Voc, de préférence entre 80% et 85% de Voc. La valeur de x est donc avantageusement îo comprise entre 1 et 7, avantageusement encore entre 2 et 4. Dans l’exemple décrit ici, x vaut 3.I cc ) as a function of the operating voltage V of the photovoltaic installation 1, expressed as a percentage of the open circuit voltage V oc of the installation 1. expressed in percentage. Generally, the operating point of the photovoltaic installation 1 is between 65% and 90% of Voc, preferably between 80% and 85% of V oc . The value of x is therefore advantageously îo between 1 and 7, advantageously still between 2 and 4. In the example described here, x is 3.
La valeur de Δΐ est comprise entre 0,5 ps et 2 ps, ici égale à 1 ps.The value of Δΐ is between 0.5 ps and 2 ps, here equal to 1 ps.
La valeur L de l’inductance détermine l’amplitude du pic de tension aux bornes de l’inductance de mesure 5, qui est lié à un arc électrique dans l’installation photovoltaïque 1. Elle est avantageusement choisie de sorte à ce que ce pic de la tension Vl, provoqué par un arc électrique, soit compris entre 100 mV et 10 V. La valeur L de l’inductance est avantageusement comprise entreThe value L of the inductance determines the amplitude of the voltage peak across the measurement inductance 5, which is linked to an electric arc in the photovoltaic installation 1. It is advantageously chosen so that this peak of the voltage Vl, caused by an electric arc, ie between 100 mV and 10 V. The value L of the inductance is advantageously between
1 pH et 100 pH.1 pH and 100 pH.
Dans l’exemple de réalisation décrit ici, on a les valeurs suivantes :In the embodiment described here, we have the following values:
- Icc = 1,284- I cc = 1.284
- x = 3 (le saut de courant Δ/ représentant 3% de Icc)- x = 3 (the current jump Δ / representing 3% of I cc )
- Δί = lys- Δί = lily
Si l’inductance de mesure 5 a une valeur L-i=100pH, alors la tension VLarc vaut 3,84 Volts. Le seuil de tension S peut dans ce cas être fixé à 3 Volts.If the measurement inductance 5 has a value Li = 100pH, then the voltage V Larc is worth 3.84 Volts. The voltage threshold S can in this case be set to 3 Volts.
Si l’inductance de mesure 5 a une valeur L2=2,2pH, alors la tension VLarc vaut 84 mV. Le seuil de tension S peut dans ce cas être fixé à 70 mV.If the measurement inductance 5 has a value L 2 = 2.2pH, then the voltage V Larc is worth 84 mV. The voltage threshold S can in this case be fixed at 70 mV.
Si le test E22 est positif, autrement dit si la tension Vl mesurée est positive et strictement supérieure au seuil S, alors, lors d’une étape E3, le dispositif de détection 10 détecte la présence d’un arc électrique dans l’installation photovoltaïque 1.If the test E22 is positive, in other words if the voltage Vl measured is positive and strictly greater than the threshold S, then, during a step E3, the detection device 10 detects the presence of an electric arc in the photovoltaic installation 1.
Globalement, le profil de la tension VL en cas d’arc électrique dans l’installation photovoltaïque 1 comprend un front initial de tension (c’est-à-dire un pic de tension) qui s’amortit ensuite dans le temps. En d’autres termes, la tension Vl augmente rapidement jusqu’à une valeur maximale, puis diminue îo progressivement, passe en-dessous du seuil S et atteint une valeur nulle ou quasi-nulle en fin d’amortissement. Le profil de tension peut également comprendre des oscillations dues à l’inductance de ligne de l’installation photovoltaïque.Overall, the profile of the voltage V L in the event of an electric arc in the photovoltaic installation 1 comprises an initial voltage front (that is to say a voltage peak) which is then damped over time. In other words, the voltage V1 increases rapidly to a maximum value, then decreases gradually, passes below the threshold S and reaches a zero or almost zero value at the end of the damping. The voltage profile can also include oscillations due to the line inductance of the photovoltaic installation.
Sur les figures 5 à 8, on a représenté l’évolution temporelle de la tensionIn FIGS. 5 to 8, the time evolution of the voltage has been represented.
VL aux bornes de l’inductance de mesure 5, en cas d’apparition d’un arc électrique dans l’installation photovoltaïque 1, pour différentes inductances. Les courbes représentées sur ces figures ont été obtenues par simulation en configurant des valeurs numériques pour les paramètres de variation instantanée du courant liée à l’apparition d’un arc électrique, soit d’inductance de mesure L et d’inductance de ligne. Les simulations représentées sur ces figures 5 à 8 ont été faites avec un paramètre égal à 0,248A/ps et on a fait varier les inductances de la façon suivante :V L at the terminals of the measurement inductor 5, in the event of an electric arc appearing in the photovoltaic installation 1, for different inductors. The curves represented in these figures were obtained by simulation by configuring numerical values for the parameters of instantaneous variation of the current linked to the appearance of an electric arc, ie of measurement inductance L and line inductance. The simulations shown in these figures 5 to 8 were made with a parameter equal to 0.248 A / ps and the inductances were varied as follows:
- Figure 5 : l’inductance de mesure L est de 2,2μΗ et l’inductance de ligne est nulle ;- Figure 5: the measurement inductance L is 2.2μΗ and the line inductance is zero;
- Figure 6 : l’inductance de mesure L est de 100μΗ et l’inductance de ligne est de 2χ5μΗ (5 pH pour chaque liaison électrique externe 3, 4) ;- Figure 6: the measurement inductance L is 100μΗ and the line inductance is 2χ5μΗ (5 pH for each external electrical connection 3, 4);
- Figure 7 : l’inductance de mesure L est de 100pH et l’inductance de ligne est de 2x1 OpH, l’arc électrique étant situé après les trois strings S1-S3 (sur l’une des liaisons 3 et 4 par exemple) ;- Figure 7: the measurement inductance L is 100pH and the line inductance is 2x1 OpH, the electric arc being located after the three strings S1-S3 (on one of connections 3 and 4 for example) ;
- Figure 8 : l’inductance de mesure L est de 100μΗ et l’inductance de ligne est de 2x1 ΟμΗ, l’arc électrique étant situé dans l’un des trois strings S1-S3.- Figure 8: the measurement inductance L is 100μΗ and the line inductance is 2x1 ΟμΗ, the electric arc being located in one of the three strings S1-S3.
La durée de la phase d’amortissement dépend de la valeur L de l’inductance de mesure 5 : plus la valeur L est grande, plus la durée d’amortissement est longue. Dans les exemples de simulation, la durée d’amortissement est d’environ :The duration of the damping phase depends on the L value of the measurement inductor 5: the larger the L value, the longer the damping duration. In the simulation examples, the depreciation period is approximately:
- 8ps sur la figure 5 ;- 8ps in Figure 5;
îo - 100ps sur la figure 6 ;îo - 100ps in Figure 6;
- 40ps sur la figure 7 ;- 40ps in Figure 7;
- 30ps sur la figure 8.- 30ps in Figure 8.
La valeur L de l’inductance de mesure 5 est choisie de sorte à ce que la durée de la phase d’amortissement postérieure à un pic de tension lié à l’apparition d’un arc électrique dans l’installation photovoltaïque 1 soit supérieure à 5 ps, de préférence supérieure à 10 ps. Cette durée d’amortissement, qui dépend de l’inductance de mesure L, doit être suffisante pour permettre d’effectuer au moins plusieurs mesures de la tension Vl aux bornes de l’inductance de mesure, avec une fréquence d’échantillonnage telle que précédemment décrite (comprise entre 100 kHz et 2000 kHz, avantageusement entre 200 kHz et 1000 kHz, par exemple égale ou proche de 500 kHz), entre le pic de tension et la fin de la phase d’amortissement. Par exemple, l’inductance de mesure L doit être suffisante pour obtenir au moins quatre points de mesure entre le pic de tension et la fin de la phase d’amortissement, avantageusement au moins cinq points de mesure, avec une telle fréquence d’échantillonnage.The value L of the measurement inductance 5 is chosen so that the duration of the damping phase after a voltage peak linked to the appearance of an electric arc in the photovoltaic installation 1 is greater than 5 ps, preferably greater than 10 ps. This damping period, which depends on the measurement inductance L, must be sufficient to allow at least several measurements of the voltage Vl at the terminals of the measurement inductance, with a sampling frequency as above. described (between 100 kHz and 2000 kHz, advantageously between 200 kHz and 1000 kHz, for example equal to or close to 500 kHz), between the voltage peak and the end of the damping phase. For example, the measurement inductance L must be sufficient to obtain at least four measurement points between the voltage peak and the end of the damping phase, advantageously at least five measurement points, with such a sampling frequency. .
Les figures 10 et 11 représentent des variantes de réalisation du dispositif 10 de détection d’arc électrique. Par souci de clarté, seuls les éléments qui diffèrent de la forme de réalisation décrite en référence à la figure 1 vont maintenant être décrits.Figures 10 and 11 show alternative embodiments of the electric arc detection device 10. For the sake of clarity, only the elements which differ from the embodiment described with reference to FIG. 1 will now be described.
L’invention concerne le dispositif de détection d’un arc électrique 10, ainsi qu’une installation photovoltaïque 1 dotée d’un tel dispositif 10 de détection d’arc électrique selon l’invention.The invention relates to the device for detecting an electric arc 10, as well as to a photovoltaic installation 1 provided with such a device 10 for detecting an electric arc according to the invention.
Le dispositif 10 de détection d’arc peut être relié à un dispositif d’intervention (non représenté) destiné à mettre l’installation photovoltaïque en sécurité en cas d’arc électrique. L’invention concerne donc aussi un système de sécurité pour une installation photovoltaïque, comprenant un dispositif de détection d’un arc électrique 10 et un tel dispositif d’intervention. L’invention concerne enfin une installation photovoltaïque dotée d’un tel système de sécurité.The arc detection device 10 can be connected to an intervention device (not shown) intended to secure the photovoltaic installation in the event of an electric arc. The invention therefore also relates to a security system for a photovoltaic installation, comprising a device for detecting an electric arc 10 and such an intervention device. Finally, the invention relates to a photovoltaic installation provided with such a security system.
Dans une première variante de réalisation, représentée sur la figure 10, l’inductance de mesure 5 est constituée par le primaire d’un transformateur 11. Le secondaire du transformateur est relié en circuit série fermé à une charge (par exemple une résistance) 12. L’appareil de mesure 6 mesure la tension aux bornes de la charge 12. Cette tension mesurée est proportionnelle à la tension Vl aux bornes de l’inductance par un facteur multiplicatif connu, dépendant du rapport de transformation. Cela permet d’amplifier l’amplitude du signal de tension mesuré et d’isoler la mesure du circuit photovoltaïque.In a first alternative embodiment, represented in FIG. 10, the measurement inductance 5 is constituted by the primary of a transformer 11. The secondary of the transformer is connected in closed series circuit to a load (for example a resistor) 12 The measuring device 6 measures the voltage at the terminals of the load 12. This measured voltage is proportional to the voltage V1 at the terminals of the inductance by a known multiplicative factor, depending on the transformation ratio. This amplifies the amplitude of the measured voltage signal and isolates the measurement from the photovoltaic circuit.
Dans une deuxième variante de réalisation, représentée sur la figure 11, le dispositif de détection 10 comprend en outre un ou plusieurs appareil de mesure de la tension entre les deux liaisons électriques externes ou de sortie 3, 4 de l’installation photovoltaïque 1 intégrant l’inductance de mesure 5, par exemple en entrée de l’inductance et/ou en entrée de l’onduleur 2, afin d’obtenir une tension mesurée qui vient compléter ou remplacer celle mesurée aux bornes de l’inductance de mesure 5 par un appareil 6 de mesure de la tension directement aux bornes de l’inductance de mesure. Ainsi, selon l’exemple représenté par la figure 11, un premier appareil 14 de mesure de tension est disposé en amont de l’inductance de mesure 5, connecté entre la borne d’entrée de l’inductance de mesure 5 et une borne d’entrée de l’onduleur 2. Un second appareil 13 de mesure de tension est disposé de manière similaire en aval de l’inductance de mesure 5, connecté entre la borne de sortie de l’inductance de mesure 5 et une borne d’entrée de l’onduleur 2. Ces deux appareils 13, 14 de mesure de tension sont aptes à donner des mesures qui permettent indirectement d’évaluer la tension aux bornes de l’inductance de mesure 5. Ainsi, ces deux appareils 13, 14 peuvent être utilisés en remplacement de l’appareil 6, qui devient ainsi optionnel, ou en complément, dans le but de corriger et fiabiliser la valeur de tension qui serait obtenue par sa seule mesure. En effet, les différentes évaluations et/ou mesures directes de la tension aux bornes de îo l’inductance de mesure 5 peuvent ainsi être comparées afin d’améliorer la fiabilité de la mesure. Cela permet par exemple d’éliminer certaines perturbations de la ligne AC (de l’anglais « Alternating Current >> pour courant alternatif) sur la ligne DC (de l’anglais « Direct Current >> pour courant continu) car les dynamiques sur la tension DC sont lissées par le bus capacitif de l’onduleur 2.In a second variant embodiment, represented in FIG. 11, the detection device 10 further comprises one or more apparatus for measuring the voltage between the two external or output electrical connections 3, 4 of the photovoltaic installation 1 integrating the measurement inductance 5, for example at the input of the inductance and / or at the input of the inverter 2, in order to obtain a measured voltage which complements or replaces that measured at the terminals of the measurement inductance 5 with a device 6 for measuring the voltage directly across the measurement inductor. Thus, according to the example represented by FIG. 11, a first voltage measurement device 14 is arranged upstream of the measurement choke 5, connected between the input terminal of the measurement choke 5 and a terminal d input of the inverter 2. A second voltage measuring device 13 is similarly arranged downstream of the measuring reactor 5, connected between the output terminal of the measuring reactor 5 and an input terminal of the inverter 2. These two devices 13, 14 for measuring voltage are capable of giving measurements which indirectly make it possible to evaluate the voltage across the terminals of the measurement inductor 5. Thus, these two devices 13, 14 can be used to replace the device 6, which thus becomes optional, or in addition, in order to correct and make more reliable the voltage value which would be obtained by its only measurement. Indeed, the various direct assessments and / or measurements of the voltage across the terminals of the measurement inductor 5 can thus be compared in order to improve the reliability of the measurement. This makes it possible, for example, to eliminate certain disturbances from the AC line (from the English "Alternating Current >> for alternating current) on the DC line (from the English" Direct Current >> for direct current) because the dynamics on the DC voltage are smoothed by the capacitive bus of inverter 2.
Naturellement, il est possible en variante de n’utiliser qu’un seul appareil de mesure de tension complémentaire, et/ou de disposer un tel appareil différemment des choix illustrés sur la figure 11 à titre d’exemples. Finalement, l’étape de mesure E1 peut consister en une mesure directe de la tension aux bornes de l’inductance de mesure 5, ou en une évaluation, à partir de mesures indirectes, ou en une combinaison d’une mesure directe et d’une ou plusieurs mesures indirectes. Pour cette raison, cette étape de mesure E1 est considérée mesurée ou évaluée la tension aux bornes de l’inductance de mesure 5.Naturally, it is alternatively possible to use only one additional voltage measuring device, and / or to arrange such a device differently from the choices illustrated in FIG. 11 by way of examples. Finally, the measurement step E1 may consist in a direct measurement of the voltage across the measurement inductance 5, or in an evaluation, from indirect measurements, or in a combination of a direct measurement and of one or more indirect measurements. For this reason, this measurement step E1 is considered to be measured or evaluated the voltage across the terminals of the measurement inductor 5.
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