WO2012013864A1 - Procede electrique alimentant en courant continu un reseau de charges utilisant les energies renouvelables et/ou le reseau electrique 50 hz - Google Patents
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Definitions
- the method which is the subject of the present invention, supplies direct current to a set of suitable charges used either inside the premises or in external lighting. These are connected to a dedicated line or network.
- the method also makes it possible to use the uses concerned without reactive energy nor current harmonics injected on the 50hz network when it is used to provide the energy necessary for the proper functioning of uses or loads.
- compact fluorescent lamps designated by the Grenelle de la Environrison to replace, in the short term, incandescent lamps five times less efficient, have the disadvantage when they are fed directly by the network. 50hz of energy, to inject on this one 120% to 150% of current harmonic rate (see European program "Leonardo"). They then cause the associated disadvantages described in the conclusions of this program and use a significant reactive energy.
- the proposed method it is possible to use a group of compact fluorescent lamps without rejecting current harmonics on the 50hz network. It is possible to obtain the same operating characteristics in public lighting.
- DC is the most efficient way to consume and use electrical energy as underlined by Mr. Salomonsson (July 2007 issue).
- the proposed process therefore combines energy savings and voluntary on-site use of renewable energies by allowing their coupling on adapted uses with the use of the 50hz or offline for uses using a storage or live with the uses the requiring: especially in lighting.
- the ignition is generally carried out during peak consumption of energy, and it usually requires an initial current greater than twice the nominal intensity, to limit the power demand it is possible, during the peak of electrical energy consumption, about 3 hours, to bring a part of the power required from the energy stored in a 48V battery, the complement of power being provided by the 50Hz network, the sum power injected during the peak power consumption is fixed by the illumination constraints during this period, the supply of electrical power from the stock is significant and greater than 30% of the nominal power of the public lighting network.
- the end of the peak period is the 50hz network that provides the power needed for lighting needs j the consumption of electricity is real without current or reactive harmonics.
- the method which is the subject of the present invention takes, without creating a detectable illumination discontinuity, the energy at the distribution network 50hz
- Another configuration of use is that where the fluctuating electric energy delivered by renewable energies is accumulated in direct current through the resistance of an electric water heater, the domestic hot water produced is the storage of the energy of which the quantity and the quality (temperature) can be completed in off-peak hours if necessary by the network 50 hz
- Figure 1 gives as an example a block diagram of the proposed apparatus
- a device of known type defining the maximum limits M and minimum m of the operating voltage of the network 3
- the circuits 4, 5 and 10 are in a standby state, keeping the line 3 in the required nominal operating voltage range.
- the fluctuating energy (9) is first consumed then the stock (l) accumulated is finally solicited the network 50hz brings if the quality of uses requires the complement of power and energy needed
- the decision circuits 6 take into account external events: time, temperature (uses: domestic hot water, air conditioning and heat pump) and programming of the usage profile of uses, appreciate the state of charge of the storage batteries, take into account the value of the average voltage of the network 50hz and that of the network of charges (circuit 7). With all of this information the decision circuits 6 determine the operating speed of the converters 10, 4 and 5 whose sum of the powers provided must be equivalent to that consumed by the network of charges,
- the commissioning of the converter is made in the following order converter 10 and 4 and finally 5 if the voltage of the Load network remains below “M" maximum operating voltage of the network of loads 8 If the value of the voltage of the load network is greater than "M", the decision circuits 6 first stop the converter 5 then 4 and finally 10 "
- the decision circuits 6 can program, for the converters 4 and 5 .three levels of power injection in the network of the charges P nominal power of
- the decision circuits 6 prohibit the use of the converter 4 if the battery voltage is lower than their minimum value of use
- the decision circuits 6 modify the operation of the converter 5 according to the value of the average voltage of the network 50hz to obtain in the contractual field thereof a constant DC output power, the corresponding action is performed by modifying the margin the conduction time of the converter 5
- the circuits 4 and 10 correspond to a DC / DC converter of known type (flyback).
- the circuits 5 corresponds to a known type of AC / DC converter (flyback) and draws the energy from the AC 50hz with a power factor very close to 1 and without current harmonic injection
- the capacitive storage associated with the continuous network is sufficient to make the power variation occurring during a switching of energy source required by the decision circuits 6 nonperceptible by the users, this disturbance being much lower than the fluctuations of the distribution network. 50hz commonly feeding this type of loads from the network 50hz uses.
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- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
L'invention concerne l'alimentation d'un groupe de charges utilisées pour l' intérieur des locaux et l'éclairage extérieur. Le procédé peut coupler en courant continu l'énergie électrique produite soit par le réseau de distribution 50 hz, soit par une batterie de stockage soit par l'énergie fluctuante provenant de sources d'énergies électriques d'origine renouvelable ou une combinaison issue des trois origines Le choix de l'importance des origines énergétiques dépend de la disponibilité économique et technique des énergies concernées: période de pointe de consommation pour le 50 hz, ou état de charge pour la batterie de stockage ou état de production suffisant pour les énergies fluctuantes. Dans le cas des usages envisagés la consommation d'énergie électrique provenant du réseau 50 hz est réalisée sans pollution harmonique et sans énergie réactive
Description
PROCEDE ELECTRIQUE ALIMENTANT EN COURANT CONTINU UN RESEAU DE CHARGES UTILISANT LES ENERGIES RENOUVELABLES ET/OU LE RESEAU
ELECTRIQUE 50 HZ
Le procédé, objet de la présente invention, alimente en courant continu un ensemble de charges adaptées, utilisées soit à l'intérieur des locaux ou en éclairage extérieur. Celles ci sont connectées sur une ligne ou un réseau spécialisé. Le procédé permet en outre d'utiliser les usages concernés sans énergie réactive ni harmoniques courant injectés sur le réseau 50hz lorsque celui ci est utilisé pour fournir l'énergie nécessaire au bon fonctionnement des usages ou des charges
A titre d'exemple ,avec le procédé proposé,les lampes fluo compactes,désignées par le Grenelle de F environnement pour remplacer à brève échéance les lampes à incandescence cinq fois moins efficaces , ont l'inconvénient lorsqu'elles sont alimentées directement par le réseau d'énergie 50hz,d' injecter sur celui ci 120% à 150%de taux d'harmonique courant (voir programme européen « Léonardo »). Elles provoquent alors les inconvénients associés décrits dans les conclusions de ce programme et utilisent une énergie réactive significative. Avec le procédé proposé il est possible d'utiliser un groupe de lampes fluo compactes sans rejeter d'harmoniques courant sur le réseau 50hz ,U est possible d'obtenir les mêmes caractéristiques de fonctionnement en éclairage public.
Par ailleurs, si les contraintes d'approvisionnement en énergie électrique délivrée par le réseau de distribution 50hz le demandent , il est possible de combiner ce type de fonctionnement à celui correspondant à l'utilisation de l'énergie provenant d'une batterie de stockage et/ou de l'énergie fluctuante obtenue à partir d' énergies électriques d'origine renouvelable .
La combinaison des possibilités d'utiliser et de coupler les énergies d'origines différentes sur en courant continu sur des usages adaptés, permet d'optimiser les investissements de stockage et de production d'énergie renouvelable en tenant compte du coût des
investissements liés à la production d'énergie électrique renouvelable , des dépenses d'énergie , des dépenses de maintenance et des contraintes imposées par le site rsusceptibilité aux problèmes de pointe de consommation d'énergie et exposition.
Le courant continu est la forme la plus efficace pour consommer et utiliser l'énergie électrique comme le souligne Monsieur Salomonsson (publication ΓΕΕΕ de juillet 2007). Le procédé proposé allie donc les économies d'énergies et l'utilisation volontaire sur place des énergies renouvelables en permettant leur couplage sur des usages adaptés avec l'utilisation du 50hz soit en différé pour les usages utilisant un stockage soit en direct avec les usages le nécessitant : notamment en éclairage.
Considérons par exemple un réseau d'éclairage public ,l 'allumage est généralement réalisé pendant la pointe de consommation d'énergie ,et celui ci demande en général un courant initial supérieur au double de l'intensité nominale ,pour limiter l'appel de puissance il est possible ,durant la pointe de consommation d'énergie électrique ,3 heures environ,d'apporter une partie de la puissance nécessaire issue de l'énergie stockée dans une batterie 48V le complément de puissance étant fourni par le réseau 50Hz,la somme des puissances injectées pendant la pointe de consommation électrique est fixée par les contraintes d'éclairement pendant cette période ,1'apport de puissance électrique venant du stock est significatif et supérieur à 30% de la puissance norninale du réseau d'éclairage public .A l'issue de la période de pointe c'est le réseau 50hz qui fournit la puissance nécessaire aux besoins d'éclairementjla consommation d'énergie électrique est réalisée sans harmoniques courant ni réactif.
Prenons un autre exemple, une maison équipée de panneaux photovoltaïques stockant l'énergie dans une batterie de 12V ,à partir de celle ci une ligne consacrée à l'éclairage alimente avantageusement en courant continu, à la tension requise les lampes de type fluo compacte, la batterie fournit l'énergie aux heures de pointe
. Lorsque l'énergie stockée est épuisée, le procédé objet de la présente invention prélève ,sans créer de discontinuité d'éclairement décelable, l'énergie au réseau de distribution 50hz
.Une autre configuration d'utilisation est celle où l'énergie électrique fluctuante délivrée par des énergies renouvelables est accumulée en courant continu à travers la résistance d'un chauffe eau électrique, l'eau chaude sanitaire produite constitue le stockage de l'énergie dont la quantité et la qualité (température) peuvent être complétées en heures creuses si nécessaire par le réseau 50 hz
Pour clarifier notre exposé ,1a figure 1 donne à titre d'exemple un schéma bloc de l'appareil proposé
1 -une batterie de stockage
2 -le réseau de distribution 50 hz
3 -la ligne d'alimentation en courant continu des charges ,dont la valeur de la tension est à l'intérieur de leur domaine de fonctionnement convenu :M valeur maximale,m valeur minimale
4 -un convertisseur continu - continue de type connu utilisant une isolation galvanique
5 - un convertisseur alternatif continu régulateur de type connu utilisant une isolation galvanique.
6 -des circuits mesurant : l'état de charge des batteries,la tension du réseau 50hz et
intégrant des consignes de fonctionnement désignés ci dessous comme circuits de « décisions »
7 -un dispositif de type connu définissant les bornes maximale M et minimale m de la tension de fonctionnement du réseau 3
8 -un réseau des charges alimenté par le réseau en courant continu 3
9 -un dispositif de production d'énergie électrique fluctuante d'origine renouvelable
10 -un convertisseur d' énergie électrique d'origine renouvelable- continu de type connu élevant la tension batteries utilisant une isolation galvanique
Le fonctionnement est le suivant :
Dans les périodes où le réseau des charges ne consomme pas d'énergie, les circuits 4 , 5 et 10 sont en état de veille, maintenant la ligne 3 dans le domaine de tension nominale de fonctionnement requis .
Le profil journalier de la puissance appelée par la mise en service des charges est connu de même on connaît les possibilités de fourniture de puissance provenant de chaque source d'énergie :50hz ,batteries et énergie fluctuante d'origine renouvelable .Le principe de consommation des énergies est le suivant :
L'énergie fluctuante(9) est d'abord consommée puis le stock(l) accumulé est sollicité enfin le réseau 50hz apporte si la qualité des usages l'exige le complément de puissance et d'énergie nécessaire
Les circuits de décisions 6 prennent en compte les événements extérieurs :temps, température (usages :eau chaude sanitaire climatisation et pompe à chaleur) et programmation du profil d'utilisation des usages , apprécient l'état de charge des batteries de stockage ,prennent en compte la valeur de la tension moyenne du réseau 50hz et celle du réseau des charges (circuit 7) .Avec l'ensemble de ces informations les circuits de décisions 6 déterminent le régime de fonctionnement des convertisseurs 10,4 et 5 dont la somme des puissances fournies doit être équivalente à celle consommée par le réseau des charges,
Si la valeur de la tension du réseau des charges est inférieure à « m » tension minimale de fonctionnement du réseau des charges 8 , la mise en service des convertisseur est faite dans l'ordre suivant convertisseur 10 puis 4 et enfin 5 si la tension du réseau des charges reste inférieure à « M » tension maximale de fonctionnement du réseau des charges 8
Si la valeur de la tension du réseau des charges est supérieure à « M » les circuits de décisions 6 arrêtent en premier lieu le convertisseur 5 puis 4 et enfin 10 »
les circuits de décisions 6 peuvent programmer ,pour les convertisseurs 4 et 5 .trois niveaux d'injection de puissance dans le réseaux des charges P puissance nominale de
fonctionnement, 0.7P et 0.5 P,ces niveaux sont ajustables
les circuits de décisions 6 interdisent l'usage du convertisseur 4 si la tension des batteries est inférieure à leur valeur minimale d'usage
les circuits de décisions 6 modifient le fonctionnement du convertisseur 5 selon la valeur de la tension moyenne du réseau 50hz pour obtenir dans le domaine contractuel de celle ci une puissance de sortie en courant continu constante , l'action correspondante est réalisée en modifiant à la marge le temps de conduction du convertisseur 5
Dans le cas d'un réseau d'éclairage public il n'est pas possible d'utiliser l'énergie fluctuante délivrée par les énergies électriques d'origine renouvelable ,les systèmes 9 et 10 ne sont donc pas utilisés et seuls les circuits 1, 2, 4 et 5 sont en fonctionnement pendant la pointe de consommation d'électricité ,lorsque cette contrainte extérieure disparaît, seuls les circuits 2 et 5 fonctionnent
Les circuits 4 et 10 correspondent à un convertisseur continu / continu de type connu (flyback) Le circuits 5 correspond à un convertisseur alternatif / continu type connu (flyback) et prélève l'énergie du réseau alternatif 50hz avec un facteur de puissance très voisin de 1 et sans injection d'harmoniques courant
Le stockage capacitif associé au réseau continu est suffisant pour rendre non perceptible par les usagers la variation de puissance intervenant lors d'une commutation de source d'énergie exigée par les circuits de décisions 6, cette perturbation étant nettement inférieure aux fluctuations du réseau de distribution 50hz alimentant couramment ce type de charges à partir du réseau 50hz les usages.
Claims
REVENDICATIONS
1- Système d'alimentation électrique en courant continu d'un réseau de charges 8 pouvant être constitué par des lampes fluo compactes, des leds, des résistances ,des actionneurs, ou des dispositifs de type connu de l'éclairage public pour lampe à décharge et combinant l'utilisation de l'énergie électrique fournie soit par un dispositif de production d'énergie électrique fluctuante d'origine renouvelable ,et/ou par une batterie de stockage et/ou par le réseau 50hz ,caractérisé par le fait que des circuits de décision 6 de type connu, prennent en compte l'existence d'événements extérieurs et/ou de programmation, la tension des batteries et celle du réseau 50hz, pour imposer le régime de fonctionnement des convertisseurs 10,4 et 5 utilisant une isolation galvanique et qu'ils définissent l'origine de l'énergie électrique prélevée selon la valeur relative de la tension du réseau des charges 8 par rapport aux bornes de tension fixées par le circuit 7 de type connu
2- Système d'alimentation selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un circuit 7 de type connu définissant les bornes maximale : « M » et minimale : « m » du domaine de la tension de fonctionnement du réseau des charges 8
3- Système d'alimentation selon la revendication 1 et 2 caractérisé en ce qu'il comprend des circuits de décisions 6 mettant en service successivement les convertisseurs 10, 4 et 5 de type connu ,si la tension du réseau des charges est inférieure à la limite « m » définie par le circuit 7 et retirant du service dans l'ordre les convertisseurs 5 4 et 10 si la tension du réseau des charges est supérieure à « M »
4- Système d'alimentation selon la revendication 1 ,2 et 3 caractérisé en ce qu'il comprend un circuit convertisseur continu/ continu 10 de type connu utilisant une isolation galvanique , dont la mise en service est faite par les circuits de décision 6, permettant d 'alimenter le réseau des charges 8 à partir de l'énergie électrique fluctuante collectée depuis le dispositif de production d'énergie renouvelable 9
5- Système d'alimentation selon la revendication 1 ,2 et 3 caractérisé en ce qu'il comprend un circuit convertisseur continu/ continu 4 de type connu utilisant une isolation galvanique , dont la mise en service est faite par les circuits de décision 6, pour injecter dans le réseau des charges 8 à partir de l'énergie électrique stockée dans les batteries 1, une puissance de valeur programmable
6- Système d'alimentation selon la revendication 1 ,2 et 3 caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur alternatif continu régulateur 5, de type connu utilisant une isolation galvanique et mis en service par les circuits de décisions 6 pour injecter dans le réseau des charges 8 à partir du réseau 50hz sans pollution harmonique ni utilisation d'énergie réactive, une puissance constante en fonction de la tension du réseau 50hz et de valeur programmable .
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Also Published As
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