Détection d`îlotage pour onduleurs photovoltaïques - EMTP-RV
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1 Détection d’îlotage pour onduleurs photovoltaïques Comparaison Matlab-Simulink / EMTP R. Marguet, B. Raison, C. Duvauchelle Journée utilisateurs EMTP-RV, Clamart Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON 2 Plan de la présentation : I – Qu’est-ce que l’îlotage ? II – Présentation des structures simulées III – Comparaisons des résultats obtenus IV – Conclusions Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON 3 I – Qu’est-ce-que l’îlotage ? Pourquoi détecter l’îlotage ? P, Q DC AC Risque d’îlotage Principe dP, dQ Pch, Qch Charge R, RL, RLC Mesure de tension aux bornes de l’installation Analyse de la fréquence Analyse de l’amplitude Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON Réseau principal seuils [47.5Hz – 50.2Hz] seuils [0.8Un – 1.1Un] 4 I – Qu’est-ce-que l’îlotage ? Besoin en protection additionnelle Tension (V) Fréquence (Hz) Seuils de la protection principale Essais réalisés sur un banc expérimental sous tension de sécurité Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON 5 I – Qu’est-ce-que l’îlotage ? Structure simulée (EMTP-RV) Interrupteur_"Perte_du_réseau" scp1 scope step cSW1 Inductance R1 Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON ?vip onduleur Charge RLC + + R5 ?vi Mesure_onduleur 100000000 OutP OutN + R4 InP InN ?vi + + 1k Meters 100000000 ?v ip Résistance ?vi .230kVRMS /_-90 RLC 10,0,0 + Réseau 20,0.0636553,0.000159138 + + RLC 0,1mH,0 phase neutre 6 I – Qu’est-ce-que l’îlotage ? Pont complet à IGBT S1S4 Schéma de principe Reseau BT S2S3 ?s 12mH + phase 380 v(t) i(t) 12mH neutre + S2S3 - + + v(t) S1S4 Vondu scope Commande MLI des interrupteurs MLI 20kHz 0.95 11 NOT S2S3 S1S4 ?s ?s 0 ?s Compare 1 2 lim1 Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Recentrage ?s ?s lim2 0.05 f(u) - 1 ?s + + Ipilotage Vondu Pilotage_Onduleur_PLUS_RoCoF ramp Bertrand RAISON sum1 1 Contrôle et protection I – Qu’est-ce que l’îlotage ? Il existe deux types de protection additionnelle anti îlotage active (avec injection d’un signal supplémentaire et traitement) passive (avec un ‘simple’ traitement des variables mesurées) Etude d’une méthode passive particulière : le ROCOF Rate Of Change Of Frequency Image de la dérivée de la fréquence Cette information est déjà disponible dans la boucle de contrôle de l’onduleur Ajout d’éléments à côté de la boucle de contrôle existante filtres et compteurs test sur un réseau très simple Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON 7 8 Plan de la présentation : I – Qu’est-ce que l’îlotage ? II – Présentation des structures simulées III – Comparaisons des résultats obtenus IV – Conclusions Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON II – Présentation des structures simulées Deux simulateurs ont été utilisés Matlab/Simulink (avec la librairie PLECS) EMTP-RV Méthologie employée Utilisation du schéma électrique et des données EMTP Transfert et adaptation du contrôle développé sous Simulink vers EMTP Validation du fonctionnement à l’identique des différents blocs Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON 9 10 II – Présentation des structures simulées Contrôle de l’onduleur Filtre Passe-bas 5 Hz scope Vd SS1 scope Vq 1 ?s f(u) 2 1 ?s PROD State-Space d__1 SS2 ?s f(u) 2_x_Cos PLL 1 2 ?s PROD d__1 1 Produit_2 State-Space u y !h d__1 1 Id Iq 1 2 f(u) ?s 1 f(u) ?s phase + + 1 module Calcul_phase Générateur_Idq_ref 2 f(u) ?s U ecart RoCoF ecart indic indic_temp der_freq Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON Calcul_module Vd Vq Modulo_2_x_Pi phase Vondu 1 d__1 2_x_Sin 1 y u + 1 sum1 Produit_1 !h 1 Indicateur scope Indicateur_temporisé scope Dérivée_ecart scope SIN Fm5 ?s Ipilotage Ipilotage 1 ?s 2 PROD 11 II – Présentation des structures simulées ROCOF Détection RoCoF Compare 1 2 c cmp1 0.02 Seuil_Sup OR 2 indic f(s) Intégration NOT c -0.02 Seuil_Inf der_freq 3 C5 sum1 indic_temp 1 Compare 2 ?s cmp3 + - c c 0 + ?s rv rc hc sg2 Hold hld2 C6 0.150 ramp ?s hld3 ?s Hold rv rc Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON 1 NOT2 Temporisateur 150 ms hc period average tr_1 20Hz 1 Compare 2 cmp2 ini out in ecart 12 Plan de la présentation : I – Qu’est-ce que l’îlotage ? II – Présentation des structures simulées III – Comparaisons des résultats obtenus IV – Conclusions Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON 13 III – Comparaisons des résultats obtenus Courants Courants dans le réseau, l'onduleur et la cahrge 30 Courant dans l'onduleur onduleur/p4/i_t@control@1 Courant dans le réseau DEV2/I_onduleur@control@1 Courant dans la charge Charge@ib@1 20 10 0 -10 -20 -30 0 100 200 300 t (ms) 400 Fig 4.3 Courants dans le réseau, l’onduleur et la charge Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON 500 600 14 III – Comparaisons des résultats obtenus Fréquence Fréquence de la tension de l'onduleur 50.1 50.05 y 50 49.95 49.9 49.85 0 100 200 300 t (ms) 400 Fig 4.4 Fréquence de la tension de l’onduleur Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON 500 600 15 III – Comparaisons des résultats obtenus Rocof Dérivée de l'écart de fréquence 0.1 0.05 Seuil Sup 1 0 Seuil Inf -0.05 -0.1 0 100 200 300 t (ms) 400 500 600 400 500 600 400 500 600 Indicateur RoCoF non temporisé 1 0.8 2 0.6 0.4 0.2 0 0 100 200 300 t (ms) Indicateur RoCoF temporisé 1 0.5 3 0 -0.5 -1 0 100 Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON 200 300 t (ms) Fig 4.5 Détection de la variation de fréquence et Indicateurs RoCoF III – Comparaisons des résultats obtenus Simulations conduites sur les deux simulateurs séparément structures de contrôle : schémas identiques schéma électrique : à l’écran identiques mais … résultats différents à l’issue des simulations pour des scénarii identiques Utilisation des résultats EMTP sous Simulink (boucle ouverte) résultats identiques tests positifs des blocs de contrôle séparément validation du transfert des blocs de contrôle sous EMTP Recherche de la source des problèmes Simulink/PLECS : pas variable – ETMP : pas fixe Modélisation différente des éléments électriques sous les deux logiciels Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON 16 Dérivée de l'écart de fréquence Frequence 50.1 17 0.05 0.08 1 0 0.05 0.06 0 0.1 0.2 0.3 temps (s) 0.4 0.5 0.6 0.04 Indicateur RoCoF non temporisé 1 0.02 0.8 Empt 0.6 2 50 0.4 0.2 0 0 0.1 0.2 0.3 temps (s) 0.4 0.5 9.98 0.6 Indicateur RoCoF temporisé 9.96 1 0.8 9.94 3 0.6 0.4 9.92 0.2 0 0 0.1 0.2 0.3 temps (s) 0.4 0.5 0.6 49.9 0 0.1 0.2 0.3 temps (s) 0.4 0.5 0.6 Fig 4.6 Indicateurs RoCoF et fréquence de l’onduleur – Résultats Simulink Dérivée de l'écart de fréquence PLOT 50.1 onduleur/Pilotage_Onduleur_PLUS_RoCoF/PLL/frequence@control@1 0.05 50.08 1 0 50.06 0.05 0 100 200 300 t (ms) 400 500 600 50.04 Indicateur RoCoF non temporisé 1 50.02 0.8 2 y 0.6 50 Matlab 0.4 0.2 0 49.98 0 100 200 300 t (ms) 400 500 600 49.96 Indicateur RoCoF temporisé (150 ms) 1 49.94 0.5 3 0 49.92 -0.5 -1 49.9 0 100 200 300 t (ms) 400 500 600 0 100 200 300 t (ms) Fig 4.7 Indicateurs RoCoF et fréquence de l’onduleur – Résultats EMTP-RV Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON 400 500 600 18 III – Comparaisons des résultats obtenus Fréquence de la tension de l'onduleur Fréquence 50.1 50 49.9 Fréquence (Hz) 49.8 49.7 49.6 49.5 49.4 49.3 49.2 0 0.1 0.2 0.3 temps (s) 0.4 Fig 4.9 Fréquence de la tension de l’onduleur Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON 0.5 0.6 19 Plan de la présentation : I – Qu’est-ce que l’îlotage ? II – Présentation des structures simulées III – Comparaisons des résultats obtenus IV – Conclusions Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON IV – Conclusions Pour le moment, erreur non encore résolue modèle solveur pas dans la structure de contrôle ? Un problème plus de « fond » simuler sous deux logiciels différents est-ce une aide pour la validation ou une source de problèmes supplémentaires ? d’un point de vue universitaire, ce n’est pas du temps perdu. Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON 20 21 Détection d’îlotage pour onduleurs photovoltaïques Comparaison Matlab-Simulink / EMTP R. Marguet, B. Raison, C. Duvauchelle Fin Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON
