2.4 Interface électronique de puissance pour les
systèmes de production distribuée
La conception de l'électronique de puissance
dépend d'une source spécifique ou de l'application
d'énergie de stockage. L'interface d'électronique de puissance
reçoit l'alimentation de la source de production
décentralisée et la convertit en énergie à la
tension et à la fréquence requises (Farret et al., 2006). Les
systèmes de GD générant une sortie de CA à
fréquences variables telles que l'énergie éolienne, les
microturbines, les moteurs à combustion interne, nécessitent un
convertisseur CA - CC. De l'autre côté, pour les systèmes
de sortie CC tels que les systèmes photovoltaïques, les piles
à combustible ou les batteries, un convertisseur CC-CA est
nécessaire pour convertir le niveau de tension CC en tension CA pour le
réseau.
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L'onduleur CC-CA, quant à lui, est le meilleur
générique pour les systèmes GD et convertit la tension CC
en une alimentation CA compatible avec le réseau. De plus, pour les
systèmes de stockage, un flux d'énergie bidirectionnel pour les
magasins et l'utilitaire est requis. La plupart des interfaces
d'électronique de puissance pour les applications GD sont
décrites dans le paragraphe ci-dessous, où il est supposé
que les systèmes GD sont connectés au réseau
triphasé et qu'une isolation galvanique est requise entre les
systèmes GD et le réseau.
Certains transformateurs avec moins de configurations
disponibles dans la littérature peuvent être utilisés pour
les systèmes de GD. Pourtant, de telles topologies sont plus
probablement utilisées par les pays européens et le Japon,
où la mise à la terre du système n'est pas obligatoire
pour les onduleurs GD. Aux États-Unis, l'article 690 du Code national de
l'électricité (CNE) impose la mise à la terre du
système et la surveillance des défauts à la terre chaque
fois que la tension de sortie maximale atteint un certain niveau, par exemple
50 V (Kjaer et al., 2005). De même, au lieu d'un raccordement secteur
triphasé, les systèmes de GD peuvent également être
connectés au réseau monophasé, l'onduleur réseau
triphasé devant être remplacé par l'onduleur
monophasé. L'électronique de puissance offre la conversion de la
puissance réelle pour correspondre à la tension et à la
fréquence du système, mais cette interface pourrait faire
beaucoup plus. Par exemple, l'électronique de puissance pourrait
être conçue pour produire de la puissance réactive en
faisant varier le déphasage des formes d'onde de tension et de courant.
En outre, de nombreux contrôles différents pourraient être
intégrés à l'électronique de puissance afin que la
production distribuée PD puisse réagir à des
événements spéciaux ou coordonner son fonctionnement avec
d'autres sources de GD sur le système de distribution.
2.4.1 Interface d'interconnexion
La sortie électrique des systèmes GD peut
être connectée au système d'alimentation électrique
via trois interfaces d'interconnexion de base (Friedman, 2002; Chapman,
2004).
? Générateur synchrone : il s'agit d'une machine
électrique tournante qui convertit l'énergie mécanique en
énergie électrique. Avec une machine synchrone, un moteur
principal tourne le rotor et induit une tension sur l'enroulement du stator
ainsi un champ magnétique est produit dans le rotor par un courant de
champ continu ou par un aimant permanent. La fréquence de la tension
induite dépend de la vitesse ou de la rotation du
générateur. Chaque fois qu'il est connecté à
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un système électrique, le
générateur synchrone doit fonctionner à une vitesse
très constante appelée « vitesse synchrone », qui
génère des tensions correspondant à la fréquence
d'alimentation. Les générateurs synchrones sont principalement
utilisés avec les moteurs alternatifs populaires et la plupart des
turbines à haute puissance telles que les turbines à gaz,
à vapeur et hydrauliques.
? Générateur à induction : identique aux
générateurs synchrones, un générateur à
induction est une machine électrique tournante qui convertit la
puissance mécanique en puissance électrique. Ces deux machines
ont la même construction de stator, le rotor se trouvant dans le
générateur à induction, mais le courant de champ continu
est nécessaire au fonctionnement. Deux types de rotor sont disponibles :
le rotor de boîtier et le rotor bobiné. Les
générateurs à induction ne sont principalement
utilisés que dans les éoliennes et certaines applications
hydroélectriques à basse chute. Le générateur
à induction à cage-rotor présente l'avantage d'un
coût inférieur par rapport au générateur synchrone.
De plus, le générateur à induction nécessite une
alimentation en Voltampère Réactif (VAR) provenant de
condensateurs, ou du système d'alimentation électrique, ou des
générateurs de VAR à base d'électronique de
puissance (EP) pour fonctionner.
? Electronique de puissance : les interfaces EP sont
utilisées pour connecter tout type de système GD à un
système d'alimentation électrique. Par conséquent, les
onduleurs à base de EP sont utilisés pour la microturbine, les
piles à combustible, les systèmes photovoltaïques, peu
d'éoliennes ainsi que les systèmes de stockage d'énergie.
L'interface EP utilisée pour connecter les systèmes GD au
système électrique est décrite à la Fig.2.10. En
raison des propriétés uniques de l'interface EP, ils peuvent
être utilisés pour s'interconnecter uniquement avec un
générateur synchrone ou à induction. La sortie des
générateurs électriques est redressée en courant
continu puis convertie en courant alternatif à l'aide d'un onduleur
à chaque utilisation des moteurs et des éoliennes.
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