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4th International Conference on Computer Integrated Manufacturing CIP’2007 03-0

4th International Conference on Computer Integrated Manufacturing CIP’2007 03-04 November 2007 Contrôle de la puissance active et réactive instantanée par source d’énergie type SMES Laouarem .S, L. Madani, S.Belkhiat Electrotechnic department, LEPCI Laboratory Ferhat Abbas University Setif Algeria, L_sabah2006@yahoo.fr madani_lakhadar10@yahoo.fr belsa_set@yahoo.fr Abstract- Les nouveaux concepts de production décentralisés et le développement de sources d’énergies renouvelables suscitent un intérêt pour la conservation de l’énergie électrique. Le stockage permettra de stabiliser l’offre et la demande; d’améliorer la robustesse et le niveau d’utilisation du réseau de transport et de distribution. Avec ces sources d’énergie le rendement de certaines unités de production augmente en leur permettant de fonctionner à puissance nominale tout en réduisant les émissions polluantes. Durant ces derniers années, une amélioration sensible des performances des dispositifs de stockage de l’électricité est observée avec le développement de système moderne de stockage à base d’élément supraconducteur tel que le stockage d’énergie magnétique supraconducteur. Dans cet article, nous présentons l’exploitation d’un convertisseur de source de tension (VSC) et ces différents modèles afin de contrôler l’écoulement de puissance. L’intérêt de cette bobine dans l’écoulement de puissance et la compensation de l’énergie réactive est présenté. Les résultats de simulation, obtenus sous environnement MATLAB, sont présentés et validés à partir des résultats de la bibliographie. E01_abstract.doc MOT CLES: La supraconductivité, le stockage d’énergie, SMES, convertisseur VSC, écoulement de puissance, la compensation de l’énergie réactive. I. INTRODUCTION ctuellement l’avance de la technologie rend possible d’inclure de nouveaux dispositifs de stockage d’énergie SMES à l’aide des dispositifs d’électronique de puissance appelée système de traitement de puissance PCS (power conditionning system). Le PCS est une des parties les plus importantes dans le SMES afin de commander indépendamment la puissance active et réactive [1,2]. Il existe deux types de PCS : - La configuration VSC (voltage source converter) est un convertisseur de source de tension en série avec un hacheur - La configuration CSC (current source converter) qui est un convertisseur de source de courant. PCS de convertisseur de source de tension a) PCS convertisseur de source de tension Fig. 1. Les types de PCS utilisés dans le SMES Parmi les avantages de PCS [3]: -Un flux de puissance bidirectionnel. -Peu de déformation d’harmoniques dans le courant. -Ajustement et stabilité de la tension continue. -Régulation de facteur de puissance à l’unité. -Réduire la taille de la capacité du filtre. - Le rendement est élevé. -Les puissances active et réactive peuvent être commandées indépendamment. La conception du PCS est adaptée aux spécificités de la conception de l’enroulement supraconducteur. Ils (PCS) sont capable de détecter les fluctuations de puissances puis décharger l’énergie stockée dans l’enroulement à un taux commandé et au cours d’une période indiquée. L’enroulement doit se décharger une fois que l’événement de défaut est passé. II. CONVERTISSEUR DE SOURCE DE TENSION Le circuit principal du VSC est similaire à un redresseur et un onduleur, relié au réseau électrique par l’intermédiaire d’une impédance (qui habituellement est constituée par une inductance et une résistance de fuite) [4,5]. Le VSC–PCS se compose de deux parties : un A 4th International Conference on Computer Integrated Manufacturing CIP’2007 03-04 November 2007 convertisseur de source de tension et un hacheur. Le convertisseur de source de tension permet d’accomplir la transformation de puissance entre le système du courant alternatif triphasée et la partie qui fonctionne en courant continue AC/CC (Alternatif current / Continous current). La configuration de base du convertisseur est présentée dans la fig.2. Il se compose d’un pont triphasé avec des interrupteurs de type transistors IGBT (G1~G6) anti- parallèle d’une diode, un condensateur de filtrage C du coté CC. Les courants d’entrée du système permettent de commander l’écoulement de puissance, en fonction de la demande de la puissance active et réactive exigée par les abonnés [6]. Fig. 2. La topologie du convertisseur de source de tension II.1 LE MODELE MATHEMATIQUE DU VSC Plusieurs hypothèses ont été considérées avant d’analyser le convertisseur de source de tension : -La source de tension d’alimentation est symétrique et sinusoïdale. ( ) t U u m sa ω sin = ( ) 3 2 sin π ω − = t U u m sb (1) ( ) 3 2 sin π ω + = t U u m sc Avec : sa u , sb u , sc u les tensions triphasées de la source m U : La valeur maximale de la tension et ω est la fréquence. - Tous les commutateurs fonctionnent à une fréquence constante, et la fréquence de commutation est beaucoup plus grande que la fréquence de la source. -Les inductances d’entrée (L1~L3) sont linéaires et symétriques, et aucune différence ne se produit parmi eux. La saturation n’est pas prise en considération. -Les pertes totales sont représentées en tant que trois résistances symétriques R. -Les caractéristiques de tous les dispositifs sont idéales. En se basant sur ces hypothèses, le modèle mathématique du système VSC est établi par les relations suivantes : ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ − + + = + + − − + − = + + − − + − = + + − − + − = L c c b b a a d c b a c sc c c c b a b sb b b d c b a a sa a a i i S i S i S dt du C S S S S u R i dt di L S S S S u R i dt di L u S S S S u R i dt di L * * * * * * * * * * * * * * * ) 3 ( ) 3 ( ) 3 ( (2) ( ) c b a K S K , , = • est la fonction de commutation de la phase K. Tel que 1 * = K S exprime que le commutateur haut de la phase K (G1, 3,5) est fermé. Si 0 * = K S le commutateur bas de la phase K (G2, 4,6) est ouvert. A partir des équations (2), le courant de chaque phase est non seulement déterminé par l’état des dispositifs locaux de commutation, mais également par l’état des autres dispositifs de commutation [7]. Le modèle du système peut être définie par transformation de PARK d’un système triphasé à un système biphasé. La définition de la transformation de PARK 0 , , dq c b a T → qui est donnée par : ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − − − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − = → 2 1 2 1 2 1 3 2 sin 3 2 sin sin 3 2 cos 3 2 cos cos 3 2 0 , , π ω π ω ω π ω π ω ω t t t t t t T dq c b a (3) Pour améliorer la performance dynamique, il faut réduire l’influence de la croissance des variables de couplage. Cet effet peut être réalisé à l’aide de la méthode de contrôle (feedforward) des alimentations découplées. q d d sd rd Li u s u u ω + − = (4) d d q sq rq Li u S u u ω − − = Le système est considéré comme un système du premier ordre et la qualité de la réponse du courant sera améliorée avec une boucle de régulation. III. CIRCUIT EQUIVALENT DU CONVERTISSEUR (VSC) Le concept de l’espace vectorielle complexe donne la possibilité de représenter les grandeurs triphasées (le courant et la tension). Il est appliqué pour analyser le modèle de VSC. Le circuit équivalent peut être représenté par la fig.3. Dans ce circuit, R représente les pertes totales dues aux conducteurs et les pertes de commutation sur IGBT. L est l’inductance du coté AC. 4th International Conference on Computer Integrated Manufacturing CIP’2007 03-04 November 2007 s U & est le vecteur de l’espace complexe et représente la tension utile. i U & est le vecteur de l’espace complexe représentant la composante fondamentale de la tension d’entrée du pont. Fig. 3. Circuit équivalent du VSC. D’après, le circuit équivalent du VSC (Fig .3), le courant peut être obtenu à partir de la relation suivante : ( ) s U jQ P I & & / − = (5) ( ) jX R I U U s i + − = & & & Cette relation montre que le courant peut être commandé en changeant l’amplitude et la phase de i U & et que l’amplitude et la phase de cette dernière peut être ajustées par la fonction de commutation ( ) c b a K S K , , = • . Par hypothèse la tension utile est constante, selon l’équation (3). Le courant actif Id et le courant réactif sont respectivement proportionnels à la puissance active P et uploads/Industriel/ controle-de-la-puissance-active-et-reactive-instantanee.pdf