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à‰tude et conception d'une chaà®ne photovoltaà¯que connectée au réseau et étude de la qualité de l'énergie injectée.

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par Mahamat Defallah DJAMALADINE
Université de Tunis - Mastère II Recherche 2016
  

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Abréviations :

PV Photovoltaïque

GPV Générateur Photovoltaïque

MPP Maximal Power Point

FF Fill Factor

DC-DC Continu-Continu

DC-AC Continu-Alternatif

MPPT Maximum Power Point Tracking

MLI Modulation de Largeur d'Impulsions

PWM Pulse Width Modulation

IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor

P&O Pertub&Observ

IncCond Incrément de Conductance

PLL Boucle à Verrouillage de Phase

THD Taux de Distorsion Harmonique

GTO Gate Turn Off

FA Filtre Actif

PF Filtre Passif

FAP Filtre Actif Parallèle

PCC Point of Commum Coupling

PI Proportionnel Intégral

FFT Fast Fourier Transform

CS Composantes Symétriques

Indices:

s Série

p Parallèle

r Grandeur réseau

pv Photovoltaïque

o Grandeur à la sortie de l'onduleur

d Axe d du repère tournant (d, q)

q Axe q du repère tournant (d, q)

Grandeurs physiques

Ipv Courant fourni par la cellule

Iph Photo-courant

ID Courant de la diode de la cellule

Ish Courant dérivé par la résistance shunt

I0 Courant de saturation inverse de la diode

Vpv Tension aux bornes de la cellule

Icc Courant de court-circuit de la cellule

Vco Tension en circuit ouvert de la cellule

T Température de la jonction PN

G Eclairement

Ppv Puissance photovoltaïque

Vi Tension d'entrée du hacheur

Vo Tension de sortie du hacheur

S Surface

IL Courant traversant l'inductance L

WL Energie emmagasinée dans la bobine

IC1 Courant aux bornes de la capacité C1

I Courant aux bornes de la capacité

Idc Courant à la sortie du bus continu

Vdc Tension du bus continu

Pdc Puissance du bus continu

D Rapport cyclique

VA, VB, VC Tensions simples de l'onduleur

Vr Tension du réseau

'r Courant du réseau

Vrd Composante directe de la tension du réseau

'rd Composante directe du courant du réseau

Vrq Composante en quadrature de la tenion du réseau

'rq Composante en quadrature du courant du réseau

Pinj Puissance active injectée

Qr Puissance réactive du réseau

Pond Puissance de l'onduleur au point de connexion

Pch Puissance de la charge polluante

Pres Puissance du réseau

Liste des figures

Figure I.1 : Schéma de principe de la conversion photovoltaïque 5

Figure I.2: Evolution de la production mondiale des différentes technologies de cellules PV 6

Figure I.3: Diagramme des technologies des cellules PV à base du silicium 7

Figure I.4: Trois types de technologie des cellules cristallines 8

Figure I.5: Circuit équivalent d'une cellule PV réelle 9

Figure I.6: Caractéristiques électriques courant-tension, puissance-tension d'une cellule 10

Figure I.7: Présentation d'une cellule, d'un panneau et d'un champ photovoltaïque 12

Figure I.8: Association de ns cellules PV en série 13

Figure I.9: Caractéristique d'un regroupement en série de ns cellules PV identiques 13

Figure I.10: Association de np cellules PV en parallèle 14

Figure I.11: Caractéristique d'une association en parallèle de np cellules PV identiques 14

Figure I.12: Association des cellules PV mixtes (série-parallèle) 15

Figure I.13:Caractéristique série/parallèle de ns et np cellules PV identiques 15

Figure I.14: Caractéristiques courant-tension, puissance-tension d'un module GPV 17

Figure I.15. (a):Influence de la température sur I-V, (b) Influence de la température sur P-V 18

Figure I.16: (c) Influence de l'éclairement sur I-V, (c) Influence de l'éclairement sur P-V 18

Figure I.17: Influence de la résistance série sur I-V 19

Figure I.18: Influence de la résistance shunt sur I-V 20

Figure I.19: Protection d'un GPV par des diodes by-pass et anti-retour 21

Figure I.20: Structure générale des systèmes photovoltaïques connectés au réseau 22

Figure II.1 : Structure d'étude de la chaine photovoltaïque 26

Figure II.2: Symbole d'un hacheur 27

Figure II.3: Schéma électrique d'un hacheur boost 28

Figure II.4: Principe de la commande MLI 29

Figure II.5 : Période de fermeture te d'ouverture du commutateur 29

Figure II.6 : Schéma équivalent d'un hacheur Boost 30

Figure II.7 : Formes d'ondes des différents éléments du convertisseur boost 31

Figure II.8 : Diagramme puissance-fréquence des composants 35

Figure II.9: Chaine de conversion photovoltaïque avec convertisseur DC-DC contrôlé par une

commande MPP alimentant une charge DC 36

Figure II.10 : Organigramme de l'algorithme P&O 37

Figure II.11 : Caractéristique du point à maximum de puissance par la méthode de la dérivée

de la tension 38

Figure II.12 : Montage d'un onduleur de tension 39

Figure II.13 : Schéma synoptique du principe de la commande par MLI 42

Figure II.14 : Structure de l'onduleur MLI connecté au réseau 43

Figure II.15 : Circuit global de la commande de l'onduleur 44

Figure II.16: Principe de la PLL dans le domaine de Park 45

Figure II.17 : Boucle de régulation du bus continu 47

Figure III.1: Bloc du GPV implanté sur l'interface graphique de Simulink 50

Figure III.2: Tension à vide d'un panneau photovoltaïque en fonction du temps 51

Figure III.3: Caractéristiques du panneau photovoltaïque 52

Figure III.4: Caractéristiques du générateur PV 53

Figure III.5: Schéma bloc du GPV, du hacheur et sa commande MPPT sur l'interface

graphique de Simulink 54
Figure III.6: Schéma électrique du hacheur boost et sa commande MPPT connecté au GPV

sous Simulink 55

Figure III.7: Allures des tensions d'entrée et de sortie du hacheur en fonction du temps 55

Figure III.8: Allures des tensions d'entrée et de sortie du hacheur en fonction du temps 56

Figure III.9: Allures des puissances en fonction du temps 57

Figure III.10: Schéma bloc de la chaine photovoltaïque connectée au réseau sur l'interface

graphique de Simulink 58
Figure III.11: Schéma de la commande de l'onduleur et boucle de régulation du bus continu

sur l'interface graphique de Simulink 59

Figure III.12: Allure des tensions du coté continu du système PV en fonction du temps 60

Figure III.13: Allure des courants du coté continu du système PV en fonction du temps 60

Figure III.14: Allures des tensions à la sortie de l'onduleur 61

Figure III.15: Allures des tensions à la sortie de l'onduleur 62

Figure III.16: Superposition de la tension VA avec sa fondamentale 62

Figure III.17: Tensions simples filtrées de l'onduleur 63

Figure III.18: Allure des trois puissances Ppv, Pdc et Pinj 63

Figure III.19: Allure des trois courants au point de connexion PCC 64

Figure III.20: Trois tensions simples triphasées du réseau BT 65

Figure III.21: Superposition des tensions VA, sa fondamentale et la tension simple Vra du réseau

65

Figure III.22: Allures de la tension du réseau Vra et du courant ia au point de connexion 66

Figure III.23: Profil proposé pour la variation de l'éclairement G 66

Figure III.24: Allure des tensions Vpv et Vdc pour différentes valeurs de l'éclairement G 67

Figure III.25: Allure des courants Ipv et Idc pour différentes valeurs de l'éclairement G 68

Figure III.26: Allure de la puissance du GPV et la puissance active injectée au réseau 69

Figure IV.1: Différents types des filtres actifs 81

Figure IV.2: Montage d'un filtre actif parallèle 82

Figure IV.3: Filtre actif parallèle à structure de tension 82

Figure IV.4: Schéma du système PV raccordé au réseau alimentant une charge non-linéaire 83

Figure IV.5: Schéma du principe de l'utilisation du filtre actif 84

Figure IV.6: Résultats de simulation des puissances pour une charge où Pch < Pond 86

Figure IV.7: Résultats de simulation des puissances pour une charge où Pch = Pond 86

Figure IV.8: Résultats de simulation des puissances pour une charge où Pch> Ppv 87

Figure IV.9: Onde du courant du réseau sans charge non linéaire connectée 88

Figure IV.10: Spectre du courant du réseau sans charge non linéaire connectée 88

Figure IV.11: Onde du courant du réseau avec charge non linéaire 89

Figure IV.12 : Spectre du courant du réseau avec charge non linéaire connectée 89

Figure IV.13 : Configuration d'un filtre actif parallèle 90

Figure IV.14: Principe des composantes symétriques 93

Figure IV.15 : Principe de l'algorithme d'identification du courant perturbateur 96

Figure IV.16: Allure de la tension Vdc avec sa référence 96

Figure IV.17: Allure de la puissance à la sortie de l'onduleur 97

Figure IV.18 : Allure des différents courants 97

Figure IV.19: Onde du courant du réseau avec charge non linéaire connectée 98

Figure IV.20: Analyse spectrale du taux de distorsion harmonique du courant du réseau avec

charge non linéaire connectée 99

Figure IV.21: Superposition de la tension et du courant du réseau 99

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"La première panacée d'une nation mal gouvernée est l'inflation monétaire, la seconde, c'est la guerre. Tous deux apportent une prospérité temporaire, tous deux apportent une ruine permanente. Mais tous deux sont le refuge des opportunistes politiques et économiques"   Hemingway