WO2019086819A1 - Procede et dispositif de stabilisation d'un reseau electrique continu excite par des perturbations d'une source d'alimentation - Google Patents
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Definitions
- the method comprises:
- the determination of the stabilization component may further comprise a high pass filtering of the current measurement or the first and second voltage measurements respectively before the calculation of said derivative. or calculating said difference.
- the high-pass filters make it possible to isolate the AC component from the voltage or current of the power source by suppressing the DC component and thus to slave the AC component.
- the determination of the stabilization component may further comprise a low-pass filtering of the current measurement or the first and second voltage measurements respectively before the calculation of said derivative or calculating said difference.
- the means for determining the voltage across the inductance of the filter may comprise a first voltage sensor mounted at the input terminals of the filter, a second sensor of voltage mounted across the capacitance of the filter, and a subtractor configured to calculate the difference between the first voltage measurement and the second voltage measurement.
- the unit for determining a stabilization component may furthermore comprise a first low-pass filter of the first measurement and a second low-pass filter of the second measurement receiving respectively measuring the first sensor and measuring the second sensor, the first and second measurements being filtered before calculating said difference by said stabilization component determination unit.
- the electrical block 15 connected in parallel with the capacitor 162 of the input filter 16 comprises an electric inverter 17 and a motor 18, the inverter 17 being connected at the output to the motor 18.
- the inverter 17 comprises, in the illustrated embodiment, three branches coupled in parallel to each other and each having a series coupling of a first controlled switch Si coupled to a first diode Di and a second controlled switch S 2 coupled to a second diode D 2 , the two diodes Di and D 2 being mounted in the same direction.
- Each phase of the motor 18 is connected to a separate branch of the inverter 17 on an electrical node connecting the first controlled switch Si to the second controlled switch S 2 .
- the first sensor 21 is a voltage sensor coupled across the power source 11 and configured to measure the voltage UR at the input of the filter 16 which has both the DC component and the AC component.
- the second sensor 22 is a voltage sensor coupled across the capacitance 16 and configured to measure the voltage U c across the capacitor 16.
- the first and second sensors 21 and 22 are coupled to the output of the capacitor 16. treatment 24 to deliver the result of their measurements.
- the processing unit 24 comprises a stabilization module 25 configured to determine a stabilization component F s and a motor control module 26 configured to provide control of the motor and a module 27 for determining the switching setpoint of the controlled switches of the inverter 17.
- the stabilization module 25 of the processing unit 24 receives the value of the voltage UR at the input terminals of the filter 16 measured by the first sensor 21 as well as the value of the voltage Uc measured by the second sensor 22 at the terminals of the capacitance 16, then determines a voltage stabilization component Fs from the difference between the value of the voltage U R across the power source 11 and the value of the voltage Uc across the capacitor 16.
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Abstract
Un procédé de stabilisation d'un réseau électrique continu comportant une source de tension continue alimentant au moins un bloc électrique comportant un filtre doté d'une inductance et d'une capacité, un convertisseur et une charge électrique. Le procédé comprend : - une détermination d'une tension aux bornes de l'inductance, - une réception (110) d'une consigne de fonctionnement de la charge, - une réception (115) d'au moins une mesure d'un paramètre de fonctionnement de la charge, - une détermination (120) d'une composante de contrôle de la charge (Fc ) à partir de la différence entre ladite consigne fonctionnement et la valeur de dudit au moins un paramètre de fonctionnement (125) d'une composante de stabilisation (Fs) à partir l'application d'une correction proportionnelle à ladite tension déterminée, et - pour le (ou chaque bloc) électrique, une détermination (130) d'une commande de commutation du convertisseur tenant compte de la composante de contrôle de la charge (Fc) et de la composante de stabilisation (Fs).
Description
Procédé et dispositif de stabilisation d'un réseau électrique continu excité par des perturbations d'une source d'alimentation.
Arrière-plan de l'invention
L'invention se rapporte à un procédé de stabilisation d'un réseau ou sous-réseau électrique à courant continu (DC) à bus de tension continue, et par exemple d'un réseau ou sous-réseau HVDC, c'est-à-dire un réseau ou sous-réseau à courant continu et haute tension (High Voltage Direct Current en anglais).
Ce réseau peut être embarqué dans un moyen de transport tel qu'un aéronef ou une automobile ou bien il peut alimenter un bâtiment tel qu'une usine. Dans la présente demande, on entend par sous-réseau, un réseau local appartenant à un réseau électrique plus important.
Les aéronefs comprennent de plus en plus d'actionneurs électriques. Les démarreurs, ou « starter-generator » en anglais, utilisés à bord des aéronefs sont eux même de plus en plus des démarreurs électriques.
Dans tous les cas, l'énergie mécanique nécessaire est fournie par un moteur électrique triphasé alimenté et contrôlé par un onduleur, c'est-à-dire un convertisseur de tension continu/alternatif, aussi noté convertisseur de tension DC/AC. L'énergie électrique transite donc nécessairement par un bus de tension continue.
Un réseau ou sous-réseau DC comprend typiquement une source de tension continue alimentant plusieurs charges électriques, telles que des actionneurs, des sources de stockage (super-capacités ou batteries), des machines synchrones à aimants permanents, etc., qui sont branchées en parallèle aux bornes de la source de tension, à travers un convertisseur de puissance (onduleur DC/AC ou convertisseur DC/DC) et qui sont chacune destinées à recevoir une consigne de courant ou de puissance. Chaque charge peut donc correspondre à un équipement différent et n'ayant pas forcément de lien de communication avec les autres charges, et peut avoir son contrôle actif de charge indépendant.
Un réseau ou sous-réseau DC se différencie d'un réseau alternatif (AC) par l'importance accrue de la contrainte liée à la stabilité du réseau à courant continu et de ses charges.
La tension générée par le réseau ou sous-réseau DC d'un aéronef n'est pas parfaite car, en général, elle est fabriquée à partir d'un réseau triphasé AC, tel qu'un générateur, et d'un redresseur convertissant la tension alternative (AC) en tension continue (DC).
En particulier, un redresseur hexaphasé (ou 6-pulse) présente un meilleur rendement, une meilleure fiabilité, un plus faible coût et une masse minimale du fait de l'extrême simplicité de sa structure. Mais il présente l'inconvénient d'avoir une forte ondulation de la tension de sortie à six fois la fréquence du fondamental de la tension d'entrée.
La chaîne d'actionnement électrique peut donc être ramenée au schéma électrique présenté sur la figure 1 comprenant :
- une source d'alimentation DC 1 avec une ondulation, c'est-à- dire une source d'alimentation DC présentant une composante continue 2 et une composante alternative 3, l'ondulation étant à une fréquence correspondant à six fois la fréquence du réseau d'alimentation si elle est générée par un redresseur hexaphasé,
- une impédance 4, présentant une composante de type résistance R et une composante de type inductance L, représentant l'impédance de la source, l'impédance d'entrée de l'onduleur ainsi que l'impédance d'un harnais raccordant la source DC 1 à un onduleur 5,
- une capacité 6 aux bornes de l'onduleur 5 permettant d'assurer la stabilité du réseau DC et de limiter son ondulation, et
- l'ensemble comportant l'onduleur 5 et le moteur 7 chargé de fournir l'énergie mécanique nécessaire au mouvement de l'actionneur.
Tous les filtres (R,L,C) présentent une résonance dont la fréquence est donnée par :
(1)
De plus, cette résonance est plus ou moins amortie selon les valeurs du filtre. Le facteur d'amortissement est par :
Par exemple, dans le cas d'un filtre peu amorti, c'est-à-dire présentant un facteur d'amortissement de 2%, dont la résonance est à 3
kHz, et un réseau avion ayant une fréquence réseau dans la plage s'étendant entre 360 Hz et 800 Hz, les oscillations sur le bus DC, qui correspondent à six fois celles du réseau, seront incluses dans une plage fréquentielle s'étendant entre 2160 Hz et 4800 Hz, ce qui tombe en plein dans la résonance du filtre RLC.
De plus, il est délicat de déplacer cette fréquence de résonance ou son amortissement car cela impacte à la fois la masse et les pertes du système.
L'inconvénient d'avoir la fréquence de résonance du filtre en plein dans la fréquence d'oscillation de la tension du bus DC est l'amplification des ondulations de courant sur le bus DC. Ce qui est d'autant plus problématique qu'elles sont généralement régies par des normes et des gabarits autorisés.
Un réseau DC est instable à un point de fonctionnement si le signal de tension ou de courant aux bornes de sa charge oscille et a une amplitude qui augmente au cours du temps.
Il est connu de stabiliser un réseau ou une charge de manière active ou passive.
La stabilisation passive d'une charge d'un réseau consiste à dimensionner son impédance de manière à satisfaire les critères de stabilité du réseau. Ceci se traduit par des surdimensionnements importants des éléments passifs (résistances et capacités) du réseau pour permettre la stabilisation du réseau suivant les différentes configurations.
Cette solution n'est pas toujours satisfaisante car elle peut entraîner une augmentation de la taille et de la masse du réseau, ce qui présente un problème important lorsque ce réseau doit être embarqué, en particulier dans un aéronef. Par ailleurs, il est possible que ce surdimensionnement ne respecte pas certaines contraintes prévues initialement comme une fréquence de coupure d'un filtre ou autre.
Par ailleurs, l'addition d'une charge à un tel réseau stabilisé de manière passive, peut entraîner une instabilité du réseau, même si la charge ajoutée au réseau est elle-même stable. Ceci montre que la stabilité des charges seules n'assure pas la stabilité du réseau comportant ces charges, l'interconnexion des charges sur un même bus pouvant conduire à l'instabilité de celui-ci.
Une autre manière passive d'assurer la stabilité d'un réseau est de s'assurer, via l'intégration de saturations sur les consignes de référence des charges, que celles-ci ne consomment pas plus d'une certaine puissance sur le réseau.
L'article « Stabilisation of Constant-Power Load by Passive
Impédance Damping » de Céspedes et al., in Applied Power Electronics Conférence and Exposition (APEC), 2010 twenty-sixth Annual IEEE, p.2174-2180, décrit une méthode de stabilisation passive d'une charge par ajout d'un filtre au réseau, ce qui augmente l'amortissement du bus continu et accroît ainsi sa stabilité.
La stabilisation active d'une charge sur un réseau dédié consiste à modifier sa consigne de commande afin d'augmenter la stabilité du réseau.
Cependant, les solutions connues sont limitées car elles s'appliquent à un réseau simple comportant une seule charge.
L'article « Active Stabilisation of a Poorly Damped Input Filter Supplying a Constant Power Load » de Awan et al., In Proc. ECCE'09, décrit une méthode de stabilisation active d'une charge d'un réseau, qui propose un retour d'état spécifique basé sur le critère du cercle.
II est également connu de stabiliser un réseau à plusieurs charges de façon centralisée. Le réseau comprend alors un organe de stabilisation qui va acquérir des informations de l'ensemble du réseau et générer un vecteur contenant les signaux stabilisants de chaque charge et ainsi stabiliser l'ensemble du réseau.
L'article « Active Stabilisation of an HVDC Distribution System with Multiple Constant Power Loads » de Liu et al., IEEE Trans. Industrial Electronics, 2008, 54, n° 6, décrit la stabilisation active d'un réseau par l'implémentation de stabilisateurs locaux.
Cependant, toutes les solutions de stabilisation active d'une charge ou d'un réseau électrique de la technique actuelle ne sont pas entièrement satisfaisantes car, en général, en cas de défaut d'une des charges du réseau ou en cas de reconfiguration du réseau, la stabilisation du réseau n'est plus assurée.
Le document WO 2013/038105 décrit notamment une solution de stabilisation d'une tension continue (DC) par contrôle du convertisseur, efficace même en cas de reconfiguration du réseau.
Cependant, dans ce procédé, la stabilisation du réseau est destinée à compenser les oscillations du filtre provoquées par l'utilisation d'une charge à puissance constance et non les oscillations provoquées par une source externe telle qu'un réseau d'alimentation. De plus, la commande de commutation de de l'onduleur est basée uniquement sur la mesure de la tension aux bornes du condensateur pour assurer la compensation de la résonance. En outre, le principe du procédé est basé sur l'émulation d'une charge virtuelle (R ou C) pour atténuer l'oscillation du filtre. Par ailleurs, , la compensation est active uniquement sur les transitoires de charge afin d'atténuer l'oscillation provoquée par l'augmentation brusque de la consigne de puissance de la charge. Enfin, la compensation est basée sur la génération d'une consigne de puissance traitée par la boucle de régulation du convertisseur. Obiet et résumé de l'invention
L'invention vise à fournir un procédé amélioré d'amortissement de la résonance d'un réseau DC excitée par les perturbations de la source d'alimentation à l'aide du contrôle d'un ou plusieurs convertisseurs sans ajouter de masse ou de volume au système électrique général.
Dans un premier objet de l'invention, il est proposé un procédé de stabilisation d'un réseau électrique continu comportant une source de tension continue alimentant au moins un bloc électrique branché en parallèle aux bornes de la source de tension via un filtre comportant une inductance et une capacité, ledit bloc électrique comportant un convertisseur électrique, tel qu'un onduleur, et une charge électrique, le convertisseur dudit bloc étant configuré pour recevoir une commande de commutation pour délivrer en sortie un courant correspondant.
Selon une caractéristique générale du premier objet de l'invention, le procédé comprend :
- une détermination d'une tension aux bornes de l'inductance du filtre,
- une réception d'une consigne de fonctionnement de la charge électrique,
- une réception d'au moins une mesure d'un paramètre de fonctionnement de la charge électrique,
- une détermination d'une composante de contrôle de la charge électrique à partir de la différence entre ladite consigne de fonctionnement de la charge électrique et la valeur dudit au moins un paramètre de fonctionnement de la charge électrique,
- une détermination d'une composante de stabilisation à partir de l'application d'une correction proportionnelle à ladite tension déterminée,
- pour ledit bloc électrique ou chaque bloc électrique, une détermination d'une commande de commutation du convertisseur tenant compte de la composante de contrôle de la charge électrique et de la composante de stabilisation, et
- une commande du convertisseur à partir de ladite consigne de commande de commutation.
Le procédé permet ainsi d'asservir la composante alternative de la tension aux bornes de la capacité sur la tension de la source d'alimentation afin de limiter l'ondulation de courant dans l'inductance de la ligne générée par la composante alternative de la tension du réseau amplifiée par l'impédance du filtre.
La solution proposée par le procédé ne coûte presque rien en terme de volume et de masse physique étant donné que la solution est principalement relative à un procédé de stabilisation mis en place dans une unité de traitement du réseau.
Pour réduire l'ondulation du signal, la correction proportionnelle varie en fonction du niveau de charge. La correction proportionnelle doit être suffisamment importante pour avoir un impact sans être trop importante pour ne pas risquer de générer une instabilité du signal.
Selon un premier aspect du procédé de stabilisation d'un réseau électrique continu, la détermination de la composante de stabilisation peut comprendre en outre une saturation de la composante de stabilisation.
La saturation de la composante de stabilisation permet de limiter la perturbation sur le courant délivré au bloc électrique, et plus particulièrement à la charge du bloc électrique.
Selon un deuxième aspect du procédé de stabilisation d'un réseau électrique continu, la détermination de la tension aux bornes de
l'inductance du filtre peut comprendre une première mesure de la tension aux bornes d'entrée du filtre, une seconde mesure de la tension aux bornes de la capacité du filtre, et un calcul de la différence entre la première mesure de tension et la seconde mesure de tension.
Dans ce cas, la stabilisation est obtenue en imposant une ondulation de tension sur le condensateur du filtre égale en amplitude et en phase à l'ondulation générée par la source de tension. On régule alors la tension du bus pour avoir une erreur nulle entre la tension de la capacité et celle du réseau d'alimentation.
Selon un troisième aspect du procédé de stabilisation d'un réseau électrique continu, la détermination de la tension aux bornes de l'inductance du filtre peut comprendre une mesure du courant traversant l'inductance du filtre et un calcul de la dérivée dudit courant mesuré.
Dans ce cas, la stabilisation est obtenue en imposant une ondulation de courant nulle dans le circuit résonant, c'est-à-dire dans l'inductance. La consigne de courant dans le convertisseur est déphasée, par le calcul de dérivé, par rapport au courant mesuré afin de prendre en compte le déphasage de 90° imposé par le condensateur.
Selon un quatrième aspect du procédé de stabilisation d'un réseau électrique continu, la détermination de la composante de stabilisation peut comprendre en outre un filtrage passe haut de la mesure de courant ou des première et seconde mesures de tension avant respectivement le calcul de ladite dérivée ou le calcul de ladite différence.
Les filtres passe haut permettent d'isoler la composante alternative de la tension ou du courant de la source d'alimentation en supprimant la composante continue et ainsi d'asservir la composante alternative.
Selon un cinquième aspect du procédé de stabilisation d'un réseau électrique continu, la détermination de la composante de stabilisation peut comprendre en outre un filtrage passe bas de la mesure de courant ou des première et seconde mesures de tension avant respectivement le calcul de ladite dérivée ou le calcul de ladite différence.
L'utilisation de filtres passe bas peut permettre de découpler les ondulations perturbatrices des ondulations générées par les commutations du convertisseur.
Dans le cas où la détermination de la tension aux bornes de l'inductance du filtre est réalisée à partir d'une mesure du courant traversant l'inductance du filtre, le filtre LC formé par l'inductance et la capacité peut faire office de filtre passe-bas pour limiter les perturbations en courant dans l'inductance.
Dans un second objet de l'invention, il est proposé un dispositif de stabilisation d'un réseau électrique continu, le réseau électrique continu étant destiné à comporter une source de tension continue alimentant au moins un bloc électrique branché en parallèle aux bornes de la source de tension via un filtre comportant une inductance et une capacité, ledit bloc électrique comportant un convertisseur électrique et une charge électrique, le convertisseur dudit bloc étant configuré pour recevoir une commande de commutation pour délivrer en sortie un courant correspondant.
Selon une caractéristique générale du second objet de l'invention, le dispositif comprend :
- des moyens de détermination d'une tension aux bornes de l'inductance du filtre,
- une unité de détermination d'une composante de contrôle de la charge électrique configurée pour recevoir une consigne de fonctionnement de la charge électrique et une mesure d'au moins un paramètre de fonctionnement de la charge électrique, la composante de contrôle de la charge électrique étant calculée à partir de la différence entre ladite consigne de fonctionnement de la charge électrique et la valeur de ladite mesure d'au moins un paramètre de fonctionnement de la charge électrique,
- une unité de détermination d'une composante de stabilisation à partir de l'application d'une correction proportionnelle à ladite tension déterminée, et
- pour ledit bloc électrique ou chaque bloc électrique, une unité de détermination d'une commande de commutation du convertisseur tenant compte de la composante de contrôle de la charge électrique et de la composante de stabilisation.
Selon un premier aspect du dispositif de stabilisation d'un réseau électrique continu, l'unité de détermination d'une composante de stabilisation peut comprendre en outre un second module configuré pour saturer le facteur de stabilisation.
Selon un deuxième aspect du dispositif de stabilisation d'un réseau électrique continu, les moyens de détermination de la tension aux bornes de l'inductance du filtre peuvent comprendre un premier capteur de tension monté aux bornes d'entrée du filtre, un second capteur de tension monté aux bornes de la capacité du filtre, et un soustracteur configuré pour calculer la différence entre la première mesure de tension et la seconde mesure de tension.
Selon un troisième aspect du dispositif de stabilisation d'un réseau électrique continu, l'unité de détermination d'une composante de stabilisation peut comprendre en outre un premier filtre passe haut de la première mesure et un second filtre passe haut de la seconde mesure recevant respectivement la mesure du premier capteur et la mesure du second capteur, les première et seconde mesures étant filtrées avant le calcul de ladite différence par ladite unité de détermination d'une composante de stabilisation.
Selon un quatrième aspect du dispositif de stabilisation d'un réseau électrique continu, l'unité de détermination d'une composante de stabilisation peut comprendre en outre un premier filtre passe bas de la première mesure et un second filtre passe bas de la seconde mesure recevant respectivement la mesure du premier capteur et la mesure du second capteur, les première et seconde mesures étant filtrées avant le calcul de ladite différence par ladite unité de détermination d'une composante de stabilisation.
Selon un cinquième aspect du dispositif de stabilisation d'un réseau électrique continu, les moyens de détermination de la tension aux bornes de l'inductance du filtre peuvent comprendre un capteur de courant monté en série avec l'inductance du filtre pour mesurer le courant traversant ladite inductance du filtre, et un correcteur configuré pour calculer la dérivée dudit courant mesuré.
Selon un sixième aspect du dispositif de stabilisation d'un réseau électrique continu, l'unité de détermination d'une composante de stabilisation peut comprendre en outre un filtre passe haut de ladite
mesure de courant du capteur de courant, la mesure étant filtrée avant le calcul de ladite dérivée par le correcteur.
Selon un septième aspect du dispositif de stabilisation d'un réseau électrique continu, l'unité de détermination d'une composante de stabilisation peut comprendre en outre un filtre passe bas de ladite mesure de courant du capteur de courant, la mesure étant filtrée avant le calcul de ladite dérivée par le correcteur.
Dans un troisième objet de l'invention, il est proposé un réseau électrique continu comportant une source de de tension continue alimentant au moins un bloc électrique branché en parallèle aux bornes de la source de tension via un filtre comportant une inductance et une capacité, ledit bloc électrique comportant un onduleur et une charge électrique, le convertisseur dudit bloc étant configuré pour recevoir une commande de commutation pour délivrer en sortie un courant correspondant, la source d'alimentation étant en outre couplée en parallèle à une capacité d'alimentation, caractérisé en ce que le réseau comprend un dispositif de stabilisation tel que défini ci-dessus.
Brève description des dessins.
L'invention sera mieux comprise à la lecture faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1, déjà décrite, présente une chaîne d'actionnement électrique selon l'état de la technique ;
- la figure 2 illustre un circuit électrique formé d'un bloc électrique raccordé à un réseau électrique continu doté d'un dispositif de stabilisation selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 3 présente un logigramme d'un procédé de stabilisation d'un réseau électrique continu mis en oeuvre par le dispositif de stabilisation selon un mode de mise en œuvre de l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation
Sur la figure 2 est représenté schématiquement un circuit électrique formé d'un bloc électrique raccordé à un réseau électrique
continu doté d'un dispositif de stabilisation selon un mode de réalisation de l'invention.
Le réseau électrique continu 10 comprend une source d'alimentation continue 11 réelle, c'est-à-dire non parfaite, délivrant un signal électrique possédant une composante continue 12 (DC) et une composante alternative 13 (AC). Le réseau électrique 10 comprend en outre un harnais électrique 14 raccordant le réseau électrique 10 à un bloc électrique 15 via un filtre d'entrée 16. Le filtre d'entrée 16 est composé d'une inductance 161 couplée en série entre le harnais 14 et une entrée du bloc électrique 15 et d'une capacité électrique 162 couplée en parallèle au bloc électrique 15, l'inductance 161 comportant une composante de type résistance RF et une composante de type inductance LF.
La source d'alimentation 10 délivre en sortie une tension d'alimentation UR possédant une composante DC et une composante AC.
Le harnais électrique 14 possède une impédance présentant une composante de type résistance RH et une composante de type inductance LH.
Le bloc électrique 15 raccordé en parallèle au condensateur 162 du filtre d'entrée 16 comprend un onduleur électrique 17 et un moteur 18, l'onduleur 17 étant raccordé en sortie au moteur 18.
Le moteur 18 est représenté sur le schéma par les trois phases électriques du moteur présentant chacune une composante de type résistance RM et une composante de type inductance LM.
L'onduleur 17 comprend, dans le mode de réalisation illustré, trois branches couplées en parallèle l'une à l'autre et possédant chacune un couplage en série d'un premier interrupteur commandé Si couplé à une première diode Di et d'un second interrupteur commandé S2 couplé à une seconde diode D2, les deux diodes Di et D2 étant montées dans le même sens passant. Chaque phase du moteur 18 est raccordée à une branche distincte de l'onduleur 17 sur un nœud électrique raccordant le premier interrupteur commandé Si au second interrupteur commandé S2.
Le réseau électrique 10 comprend en outre un dispositif 20 de stabilisation d'un réseau électrique continu configuré pour commander, ou corriger la commande, des interrupteurs commandés de l'onduleur 17.
Le dispositif de stabilisation 20 comprend un premier capteur de tension 21, un second capteur de tension 22 et une unité de traitement
24. Dans une variante, le premier et le second capteurs de tension 21 et 22 peuvent être remplacés par un unique capteur de courant couplé en série avec l'inductance 161 du filtre 16 pour mesurer le courant traversant l'inductance 161, et un module de dérivation permettant de déterminé la tension aux bornes de l'inductance 161 à partir de la dérivée du courant ainsi mesuré.
Le premier capteur 21 est un capteur de tension couplé aux bornes de la source d'alimentation 11 et configuré pour mesurer la tension UR à l'entrée du filtre 16 qui possède à la fois la composante DC et la composante AC. Le second capteur 22 est un capteur de tension couplé aux bornes de la capacité électrique 16 et configuré pour mesurer la tension Uc aux bornes de la capacité 16. Le premier et le second capteurs 21 et 22 sont couplés en sortie à l'unité de traitement 24 pour lui délivrer le résultat de leurs mesures.
L'unité de traitement 24 comporte un module de stabilisation 25 configuré pour déterminer une composante de stabilisation Fs et un module de contrôle moteur 26 configuré pour assurer le contrôle du moteur et un module 27 de détermination de la consigne de commutation des interrupteurs commandés de l'onduleur 17.
Le module de stabilisation 25 est couplé en entrée à la sortie des premier et second capteurs de tension 21 et 22. Le module de calcul 25 de la stabilisation est configuré pour ne pas perturber le contrôle du moteur afin de garantir son fonctionnement dans des limites acceptables pour le moteur et le système. Autrement dit, le module de stabilisation 25 est configuré pour délivrer un signal de stabilisation dont l'amplitude est suffisamment faible pour ne pas perturber le signal de commande de fonctionnement du moteur délivré par le module de contrôle moteur 26.
Le module de contrôle moteur 26 reçoit en entrée, d'une part, une consigne d'un paramètre de fonctionnement du moteur parmi notamment la vitesse de rotation du moteur, la puissance délivrée au moteur, le courant d'alimentation du moteur ou le couple électrique du moteur pour pouvoir alimenter et contrôler le moteur 18, et, d'autre part, au moins un signal de mesure issu d'un des capteurs moteurs configurés pour mesurer la vitesse N de rotation du moteur, la puissance P délivrée au moteur, le courant I d'alimentation du moteur ou le couple électrique T du moteur.
Le module 27 de détermination de la consigne de commande est couplé en entrée aux sorties du premier module de calcul 25 et du second module de calcul 26, et est couplé en sortie à l'onduleur 17 et plus précisément aux interrupteurs commandés de l'onduleur 17.
Sur la figure 3 est présenté schématiquement un logigramme d'un procédé de stabilisation d'un réseau électrique continu mis en œuvre par le dispositif de stabilisation 20 selon un mode de mise en œuvre de l'invention.
Dans une première étape 100 du procédé, le premier capteur de tension 21 réalise une première mesure de la tension UR aux bornes d'entrée du filtre 16.
Dans une seconde étape 105, le second capteur de tension 22 réalise une seconde mesure de la tension Uc aux bornes de la capacité électrique 162.
La première étape 100 et la seconde étape 105 sont réalisées de préférence de façon synchrone.
En parallèle, dans une troisième étape 110, le module de contrôle moteur 26 reçoit une consigne de commande moteur pour alimenter le moteur 18, et, dans une quatrième étape 115 synchrone à l'étape 110, le module de contrôle moteur 26 reçoit l'ensemble des mesures des données du moteur, les données du moteur reçues correspondant à au moins un des paramètres de fonctionnement du moteur parmi les suivants : la vitesse, la puissance, la température, le courant, etc.
Dans une étape suivante 120, le module de contrôle moteur 26 détermine une composante de contrôle moteur Fc correspondant à une première consigne de tension à partir de la consigne de commande moteur et des données du moteur reçues.
Pour une consigne de contrôle moteur correspondant à une consigne de courant à délivrer au moteur, la composante de contrôle moteur Fc peut être réalisé à partir des valeurs brutes du courant, ou bien à partir des composantes directes et quadratiques d'un système de Park.
Dans une autre étape 125, le module de stabilisation 25 de l'unité de traitement 24 reçoit la valeur de la tension UR aux bornes d'entrée du filtre 16 mesurée par le premier capteur 21 ainsi que la valeur de la tension Uc mesurée par le second capteur 22 aux bornes de la
capacité 16, puis détermine une composante de stabilisation Fs de tension à partir de la différence entre la valeur de la tension UR aux bornes de la source d'alimentation 11 et la valeur de la tension Uc aux bornes de la capacité 16.
Dans l'étape 125, avant de calculer la différence entre les deux valeurs de tension mesurées par le premier et le second capteurs de tension 21 et 22, chaque signal de tension Ur et Uc délivré par le premier et le second capteurs de tension 21 et 22 est filtré par un filtre passe-haut pour supprimer la composante DC des signaux de tensions et ainsi isoler la composante AC des signaux de tension. La différence ainsi calculée par le module de stabilisation 25 correspond ainsi à la perturbation alternative, c'est-à-dire la composante AC, de la source d'alimentation 11.
La composante de stabilisation Fs délivrée par le module de stabilisation 25 est déterminée en appliquant un facteur de correction proportionnel à la différence ainsi calculée par le module de stabilisation 25 et en saturant la valeur obtenue pour limiter la valeur de tension de la composante de stabilisation Fs obtenue et ainsi limiter la perturbation de la consigne de commande de l'onduleur 17.
Les étapes 120 et 125 sont réalisées de manière synchrone. Dans une étape suivante 130, le module 27 de détermination de la consigne de commande reçoit les valeurs de la composante de contrôle moteur Fc et de la composante de stabilisation Fs, et calcule une tension de commande à partir de la somme de la composante de contrôle moteur Fc et de la composante de stabilisation Fs.
Dans une étape suivante 135, le module 27 de détermination de la consigne de commande de l'onduleur 17 détermine une consigne de commande de commutation des interrupteurs de l'onduleur 17 en appliquant une modulation en largeur d'impulsion sur le signal de commande obtenu à partir de la tension de commande calculée.
Dans une étape suivante 140, l'unité de traitement 24 du dispositif de stabilisation 20 délivre la consigne de commande de commutation à l'onduleur 17.
Le dispositif 20 de stabilisation est représenté sur les figures 2 et 3 pour commander un onduleur 17. Le dispositif et le procédé selon l'invention sont également applicables à un circuit électrique comprenant une pluralité de blocs électriques 15, c'est-à-dire une pluralité d'onduleurs
couplés à plusieurs moteurs, le dispositif commandant alors les différents onduleurs à partir d'une pluralité de signaux de commande de commutation.
Le procédé selon l'invention permet ainsi d'améliorer l'amortissement de la résonance d'un réseau DC excité par les perturbations de la source d'alimentation à l'aide du contrôle d'un ou plusieurs convertisseurs sans ajouter de masse ou de volume au système électrique général. Ce procédé peut s'appliquer à tout type de convertisseur alimenté en tension continue, et pas seulement aux onduleurs de commande moteur ou d'actionneur. Ce procédé peut s'appliquer par exemple dans le cadre de convertisseurs DC/DC isolés ou non, de chargeurs batteries, ou encore d'onduleurs à fréquence fixe.
Claims
REVENDICATIONS
1. Procédé de stabilisation d'un réseau électrique continu (10) comportant une source de tension continue (11) alimentant au moins un bloc électrique (15) branché en parallèle aux bornes de la source de tension (11) via un filtre (16) comportant une inductance (161) et une capacité (162), ledit bloc électrique (15) comportant un convertisseur (17) électrique et une charge électrique (18), le convertisseur (17) dudit bloc (15) étant configuré pour recevoir une commande de commutation pour délivrer en sortie un courant correspondant,
caractérisé en ce que le procédé comprend :
- une détermination d'une tension aux bornes de l'inductance (161) du filtre (16),
- une réception (110) d'une consigne de fonctionnement de la charge électrique,
- une réception (115) d'au moins une mesure d'un paramètre de fonctionnement de la charge électrique (18),
- une détermination (120) d'une composante de contrôle de la charge électrique (Fc) à partir de la différence entre ladite consigne de fonctionnement de la charge électrique
(18) et la valeur dudit au moins un paramètre de fonctionnement de la charge électrique (18),
- une détermination (125) d'une composante de stabilisation (Fs) à partir de l'application d'une correction proportionnelle à ladite tension déterminée
- pour ledit bloc électrique (15) ou chaque bloc électrique, une détermination (135) d'une commande de commutation de l'onduleur tenant compte de la composante de contrôle de la charge électrique (Fc) et de la composante de stabilisation (Fs), et
- une commande du convertisseur (17) à partir de ladite consigne de commande de commutation.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la détermination (120) de la composante de stabilisation (Fs) comprend en outre une saturation de la composante de stabilisation (Fs).
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la détermination de la tension aux bornes de l'inductance (161) du filtre (16) comprend une première mesure de la tension (UR) aux bornes d'entrée du filtre (16), une seconde mesure de la tension (Uc) aux bornes de la capacité (162) du filtre (16), et un calcul de la différence entre la première mesure de tension (UR) et la seconde mesure de tension (Uc).
4. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la détermination de la tension aux bornes de l'inductance (161) du filtre
(16) comprend une mesure du courant traversant l'inductance (161) du filtre (16) et un calcul de la dérivée dudit courant mesuré.
5. Procédé selon l'une des revendication 3 ou 4, dans lequel la détermination (120) de la composante de stabilisation (Fs) comprend en outre un filtrage passe haut de la mesure de courant ou des première et seconde mesures de tension (UR, UC) avant respectivement le calcul de ladite dérivée ou le calcul de ladite différence. 6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel la détermination (120) de la composante de stabilisation (Fs) comprend en outre un filtrage passe bas de la mesure de courant ou des première et seconde mesures de tension (UR, UC) avant respectivement le calcul de ladite dérivée ou le calcul de ladite différence.
7. Dispositif (20) de stabilisation d'un réseau électrique continu (10), le réseau électrique continu (10) étant destiné à comporter une source de tension continue (11) alimentant au moins un bloc électrique (15) branché en parallèle aux bornes de la source de tension (11) via un filtre (16) comportant une inductance (161) et une capacité (162), ledit bloc électrique (15) comportant un convertisseur (17) électrique et une charge électrique (18), le convertisseur (17) dudit bloc (15) étant configuré pour recevoir une commande de commutation pour délivrer en sortie un courant correspondant,
caractérisé en ce que le dispositif comprend :
- des moyens (21, 22) de détermination d'une tension aux bornes de l'inductance du filtre,
- une unité de détermination (26) d'une composante de contrôle de la charge électrique (Fc) configurée pour recevoir une consigne de fonctionnement de la charge électrique (18) et une mesure d'au moins un paramètre de fonctionnement de la charge électrique, la composante de contrôle de la charge électrique (Fc) étant calculée à partir de la différence entre ladite consigne de fonctionnement de la charge électrique et la valeur de ladite mesure d'au moins un paramètre de fonctionnement de la charge électrique (18),
- une unité de détermination (25) d'une composante de stabilisation (Fs) à partir de l'application d'une correction proportionnelle à ladite tension déterminée, et
- pour ledit bloc électrique (15) ou chaque bloc électrique, une unité (27) de détermination d'une commande de commutation du convertisseur (17) tenant compte de la composante de contrôle de la charge électrique (Fc) et de la composante de stabilisation (Fs).
8. Dispositif (20) selon la revendication 7, dans lequel l'unité (25) de détermination d'une composante de stabilisation (Fs) comprend en outre un second module configuré pour saturer la composante de stabilisation (Fs).
9. Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, dans lequel les moyens de détermination de la tension aux bornes de l'inductance (161) du filtre (16) comprennent un premier capteur de tension (21) monté aux bornes d'entrée du filtre (16), un second capteur de tension (22) monté aux bornes de la capacité (162) du filtre (16), et un soustracteur configuré pour calculer la différence entre la première mesure de tension (UR) et la seconde mesure de tension (Uc).
10. Dispositif (20) selon la revendication 9, dans lequel l'unité (25) de détermination d'une composante de stabilisation (Fs) comprend en outre un premier filtre passe haut de la première mesure et un second filtre passe haut de la seconde mesure recevant respectivement la mesure (UR) du premier capteur (21) et la mesure (Uc) du second capteur (22), les première et seconde mesures étant filtrées avant le calcul de ladite différence par ladite unité (25) de détermination d'une composante de stabilisation (Fs). 11. Dispositif (20) selon l'une des revendications 9 ou 10, dans lequel l'unité (25) de détermination d'une composante de stabilisation (Fs) comprend en outre un premier filtre passe bas de la première mesure et un second filtre passe bas de la seconde mesure recevant respectivement la mesure (UR) du premier capteur (21) et la mesure (Uc) du second capteur (22), les première et seconde mesures étant filtrées avant le calcul de ladite différence par ladite unité (25) de détermination d'une composante de stabilisation (Fs).
12. Dispositif (20) selon l'une des revendications 7 ou 8, les moyens de détermination de la tension aux bornes de l'inductance (161) du filtre (16) comprennent un capteur de courant monté en série avec l'inductance (161) du filtre (16) pour mesurer le courant traversant ladite inductance (161) du filtre (16), et un correcteur configuré pour calculer la dérivée dudit courant mesuré.
13. Dispositif (20) selon la revendication 12, dans lequel l'unité (25) de détermination d'une composante de stabilisation (Fs) comprend en outre un filtre passe haut de ladite mesure de courant du capteur de courant, la mesure étant filtrée avant le calcul de ladite dérivée par le correcteur.
14. Dispositif (20) selon l'une des revendications 12 ou 13, dans lequel l'unité (25) de détermination d'une composante de stabilisation (Fs) comprend en outre un filtre passe bas de ladite mesure de courant du capteur de courant, la mesure étant filtrée avant le calcul de ladite dérivée par le correcteur.
15. Réseau électrique continu (10) comportant une source de de tension continue (11) alimentant au moins un bloc électrique (15) branché en parallèle aux bornes de la source de tension (11) via un filtre (16) comportant une inductance (161) et une capacité (162), ledit bloc électrique (15) comportant un convertisseur (17) électrique et une charge électrique (18), le convertisseur (17) dudit bloc (15) étant configuré pour recevoir une commande de commutation pour délivrer en sortie un courant correspondant, la source d'alimentation (11) étant en outre couplée en parallèle à une capacité d'alimentation (16),
caractérisé en ce que le réseau (10) comprend un dispositif de stabilisation (20) selon l'une des revendications 7 à 14.
Applications Claiming Priority (2)
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| FR1760374A FR3073336B1 (fr) | 2017-11-06 | 2017-11-06 | Procede et dispositif de stabilisation d'un reseau electrique continu excite par des perturbations d'une source d'alimentation |
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| WO2013038105A1 (fr) | 2011-09-14 | 2013-03-21 | Hispano-Suiza | Stabilisation d'un reseau electrique dc |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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