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Interface d'électronique de puissance universelle pour une production décentralisée.


par Etienne Gessel Koulakoumouna Mbabala
Université Marien Ngouabi - Master Génie électrique et électronique  2019
  

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TABLE DE MATIERES

DEDICACE i

REMERCIEMENTS ii

TABLE DE MATIERES iii

LISTE DES FIGURES v

LISTE DES TABLEAUX vii

LISTE DES ABBREVIATIONS viii

LISTE DES SYMBOLES x

GLOSSAIRE DES TERMES xi

CHAPITRE 1 1

INTRODUCTION GÉNÉRALE 1

1.1 Contexte 3

1.2 Problématique générale 4

1.3 Objectifs 5

1.4 Hypothèse de recherche 6

1.5 Méthodologie de recherche adoptée 6

1.6 Délimitation de la recherche 7

1.7 Résultat attendu et contribution à la recherche 8

CHAPITRE 2 9

REVUE DE LA LITTERATURE 9

2.1 Introduction 9

2.2 La production décentralisée ou génération distribuée 15

2.2.1 Application de la production distribuée 17

2.2.2 Les Génératrices de production décentralisée ou d'énergie décentralisées 17

2.2.3 Les différents types de GED d'origine renouvelable 18

2.2.4 Croissance et évolution des GED sur le réseau de distribution 22

2.3 L'utilisation de l'électronique de puissance dans la génération décentralisée 23

2.4 Interface électronique de puissance pour les systèmes de production distribuée 24

2.5 Conclusion 28

CHAPITRE 3 29

CONVERTISSEURS D'ELECTRONIQUE DE PUISSANCE 29

3.1 Introduction 29

3.2 Les systèmes de conversion d'électronique de puissance 29

3.3 Types de convertisseurs 30

3.4 Modulation de largeur d'impulsion 39

3.5 Conclusion 40

CHAPITRE 4 41

CONTRÔLE, MODÉLISATION ET ANALYSE 41

4.1 Introduction 41

4.2 Les sources en continu 41

4.3 Modélisation de l'onduleur 42

4.4 Modélisation de l'onduleur à la sortie du filtre 48

iv

4.5 Contrôle du filtre de sortie de l'onduleur 59

4.6 Conclusion 64

CHAPITRE 5 65

SIMULATION, RESULTATS ET DISCUSSION 65

5.1 Introduction 65

5.2 L'onduleur connecté au réseau 65

5.3 Sources d'entrée universelles 67

5.4 Résultats de la Simulation 69

5.5 Performances du système avec modifications de la puissance active et réactive 77

5.6 Étude d'un mode directionnel inversé 88

5.7 Conclusion 93

CHAPITRE 6 94

CONCLUSION ET PERSPECTIVES 94

6.1 Conclusion 94

6.2 Perspectives 95

REFERENCE BIBLIOGRAPHIQUE 96

ANNEXES 103

V

LISTE DES FIGURES

Figure 1. 1: les types de production 4

Figure 1. 2: Illustration de l'interface d'électronique de puissance. 5

Figure 2. 1: Système d'alimentation distribué (Jiang & Fahimi, 2011). 9

Figure 2. 2: Convertisseurs à couplage magnétique (Tao et al., 2008 ) 12

Figure 2. 3: Convertisseurs à couplage électrique 14

Figure 2. 4 : énergie solaire 19

Figure 2. 5 : énergie éolienne 19

Figure 2. 6 : installation hydroélectrique 20

Figure 2. 7: Méthode de production de l'énergie à travers la biomasse 21

Figure 2. 8: énergie géothermie 22

Figure 2. 9 : Répartition des types de GED (Mercier, 2015) 22

Figure 2. 10 : Schéma fonctionnel du System GD et d'interface EP. 27

Figure 2. 11: Interface d'électronique de puissance dans un système commun. 28

Figure 3. 1: Système de contrôle de convertisseur CC - CC. 32

Figure 3. 2: Symbole BJT 33

Figure 3. 3 : symbole MOSFET 33

Figure 3. 4: Symbole de l'IGBT 35

Figure 3. 5 : Schéma de l'IST en demi-pont monophasé à deux niveaux 37

Figure 3. 6 : Schéma de l'IST en pont complet 37

Figure 3. 7: (a) IST à trois fils, trois phases, deux niveaux. (b) représentation symbolique de

l'IST à trois phases 38

Figure 3. 8: Représentation de la porteuse de signal MLI 40

Figure 4. 1: Convertisseur CC / CA bidirectionnel 43

Figure 4. 2 : Modèle d'une charge connectée au réseau via un onduleur de tension 44

Figure 4. 3 : Circuit d'alimentation de charge connectée au réseau via l'onduleur. 44

Figure 4. 4: Détermination des instants de commutation dans le cas d'un intercepteur MLI. 46 Figure 4. 5 : alimentation de charge connectée au réseau via un onduleur représenté par le

modèle idéalisé. 47

Figure 4. 6 : Schéma triphasé connecté 50

Figure 4. 7 : Modèle par phase du filtre LCL. 51

Figure 4. 8 : réseau interconnecté à une source d'alimentation en CC via un onduleur

(Reznik et al., 2014). 52
Figure 4. 9 : Modèle harmonique monophasé d'un filtre LCL pour h?1 (Karshenas & Saghafi,

2013). 53

Figure 4. 10: HLCL et HL par rapport au nombre harmonique 54

Figure 4. 11: Représentation du modèle de filtre LCL pour un onduleur triphasé 55

Figure 4. 12 : modèle de source de tension contrôlée équivalente d'un onduleur de tension

avec filtre LC. 60
Figure 4. 13 : diagramme de phase équivalent d'un onduleur de tension (modèle à source de

tension contrôlée) avec un filtre LCL contrôlé en courant. 61

Figure 4. 14 : Structure de base de la boucle à verrouillage de phase 62

Figure 4. 15 : Conception PLL dans la plateforme du logicielle Psim 62

Figure 4. 16 : Représentation PLL dans un référentiel synchrone 63

Figure 5. 1: Grid connected to the inverter model 66

Figure 5. 2: Modèle de contrôle du courant par le contrôle PI direct 67

Figure 5. 3 : Convertisseur de tension d'entrée universel 68

Figure 5. 4 : tension de sortie de l'onduleur avant le filtre 69

Figure 5. 5 : courant de sortie de l'onduleur 70

Figure 5. 6 : Courant de sortie triphasé de l'onduleur 70

Figure 5. 7 : Courant de sortie filtré triphasé de l'onduleur 71

vi

Figure 5. 8 : Tension de sortie filtrée de l'onduleur: tension de la ligne (Vline) et la tension de

phase (Vphase). 71

Figure 5. 9 : Tension de sortie triphasée de l'onduleur filtrée connecté au réseau 72

Figure 5. 10 : Puissance active (KW) injectée dans le réseau 73

Figure 5. 11 : Puissance réactive (VAR) injectée dans le réseau 73

Figure 5. 12 : id réponse actuelle à la commande de référence 74

Figure 5. 13 : iq réponse du courant à la commande de référence 74

Figure 5. 14 : tension mesurée de d et q 75

Figure 5. 15 : Modulation des signaux dirigés vers la MLI 75

Figure 5. 16 : Source de tension d'onde triangulaire (Vtri) 76

Figure 5. 17 : Analyse FFT du THD du courant de ligne injecté dans le réseau 76

Figure 5. 18 : Courant de sortie de l'onduleur (IAa) 77

Figure 5. 19 : Courant de réponse au réseau 78

Figure 5. 20 : réponse de la tension de phase et du courant du réseau 78

Figure 5. 21 : Puissance active injectée (P) en KW au réseau à une amplitude de 5k. 79

Figure 5. 22 : Puissance réactive (Q) injectée en KVAR 79

Figure 5. 23 : Id réponse actuelle au changement de paramètres 80

Figure 5. 24 : Iq réponse actuelle au changement de paramètres 80

Figure 5. 25 : Tension mesurée des composants d et q 81

Figure 5. 26 : Modulation du signal dirigé vers MLI 81

Figure 5. 27 : Tension de triangulaire (Vtri) 82

Figure 5. 28 : Analyse FFT du courant de réseau 83

Figure 5. 29 : Courant de sortie de l'onduleur Ia 84

Figure 5. 30 : Réaction du courant de réseau au changement de puissance. 84

Figure 5. 31 : Réaction de la tension de phase et du courant du réseau 85

Figure 5. 32 : Puissance active injectée dans le réseau «P» en KW 85

Figure 5. 33: Puissance réactive injectée Q (KVAR) dans le réseau 86

Figure 5. 34: Réaction du courant Id sur le changement de commande de référence. 86

Figure 5. 35: Réaction du courant Iq au changement de commande de référence 87

Figure 5. 36: Signal de modulation dirigé vers PWM MLI 87

Figure 5. 37: Tension mesurée des composants d et q 87

Figure 5. 38 : Analyse FFT du courant de réseau 88

Figure 5. 39 : Courant de sortie de l'onduleur. 88

Figure 5. 40: Réaction du courant du réseau au changement de commande de référence. 89

Figure 5. 41: Réaction de la tension de phase et du courant du réseau 90

Figure 5. 42: Puissance active (KW) et puissance réactive (KVAR) injectées vers le réseau90

Figure 5. 43: réaction du courant Id

91

Figure 5.

44

: réaction du courant Iq au changement de commande de référence

91

Figure 5.

45

: tension mesurée des composants d et q

92

Figure 5.

46

: analyse FFT du courant de réseau

92

VII

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La Quadrature du Net