Description de la protection anti-îlotage

Inv_Str3ph-TRIO-PLUS-LITE-ULTRA_Anti-Islanding Prot_EN_rev.2011-12-21
Onduleur Power-One Aurora :
Description de la protection anti-îlotage
Rédigé par :
Antonio Rossi
Approuvé par : Marco Trova,
Danio Nocentini
Date : 2011/12/21
OBJET
L’objectif du présent document est de fournir une brève description de la condition d’îlotage et des
exigences relatives à la protection contre celle-ci (protection anti-îlotage). Une description de la
protection anti-îlotage appliquée aux onduleurs centraux Power-One Aurora sera présentée en
conclusion.
DOMAINE D'APPLICATION
Ce document fait référence à l’onduleur figurant dans le tableau ci-dessous.
Onduleur de chaîne
à isolation HF et sans
transformateur
Onduleur central
modulaire et basé sur
un module de 55 kW
(série PLUS)
Onduleur central
monolithique
(série LITE)
Onduleurs centraux
modulaires et basés
sur un module de
350 kW (série ULTRA)
PVI-10.0-TL-OUTD
PVI-55.0 / PVI-55.0-TL
PVI-250.0-TL
ULTRA-700.0-TL
PVI-12.5-TL-OUTD
PVI-110.0 / PVI-110.0-TL
PVI-500.0-TL
ULTRA-1050.0-TL
PVI-10.0-I-OUTD
PVI-165.0 / PVI-165.0-TL
PVI-12.0-I-OUTD
PVI-220.0 / PVI-220.0-TL
TRIO-20.0-TL-OUTD
PVI-275.0 / PVI-275.0-TL
TRIO-27.6-TL-OUTD
PVI-330.0 / PVI-330.0-TL
ULTRA-1400.0-TL
Tableau nº 1 : onduleurs faisant l'objet de ce document.
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Via San Giorgio, 642 – 52028 Terranuova Bracciolini – Arezzo – Italy
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LA CONDITION « D’ÎLOTAGE »
Les onduleurs utilisés parallèlement au réseau (onduleurs couplés au réseau) fonctionnent comme
des sources de courant qui alimentent le réseau en électricité. Ce type d’onduleur est généralement
incapable d’alimenter le réseau électrique car il ne fonctionne pas comme une source de tension.
Les onduleurs raccordés au réseau alimentent celui-ci en électricité sous forme de courant alternatif
avec la même fréquence que la tension de réseau.
DC
AC power flow
DC power flow
AC
PV Grid-Interactive
Inverter
(AC current source)
Utility Grid
(AC voltage source)
Figure nº 1 : fonctionnement normal d’un onduleur raccordé au réseau.
La condition « d’île » correspond à une situation parallèle au réseau dans laquelle l'onduleur
continue à alimenter le réseau même si la tension du réseau électrique n'est plus présente.
Dans la norme IEEE 1547.1-2005, la définition d’une « île » est la suivante :
Île : une condition dans laquelle une partie du réseau électrique (electric power system - EPS) d’une
zone est alimentée en énergie uniquement par un ou plusieurs réseaux locaux, à travers les points de
couplage commun (PCC) associés, alors que cette partie du réseau électrique de la zone est
électriquement séparée du reste du réseau électrique.
Dans la norme IEC62116 Édition 1.0 2008-09, la définition d’une « île » est la suivante :
Île : un état dans lequel une partie du réseau public d’électricité, contenant la charge et la production,
continue à fonctionner en étant isolée du reste du réseau. La production et les charges peuvent être
toute combinaison de production et de charges privées, propriété du client, et publiques, propriété du
réseau public.
La condition « d’île » est présente lorsque, suite à un état défectueux du réseau ou à un état de
charge particulier sur celui-ci, le réseau présente un comportement de charge résonante. Dans ce
type de conditions, même si la tension du réseau n’est plus présente, la résonance entre le
composant L-C maintient la tension à la borne de sortie de l’onduleur, et ce dernier n’est dès lors pas
en mesure de détecter l’absence de tension dans le réseau. Dans ce cas, si la charge résistive
correspond à l’énergie produite par l’onduleur, le fonctionnement parallèle continue d’être possible
et crée une « condition d’île ».
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DC
AC power flow
DC power flow
AC
PV Grid-Interactive
Inverter
(AC current source)
PV Generator
(DC source)
R
L
C
Utility Grid
(acts as RLC resonant
load at grid voltage
frequency where R
matches the inverter
output power)
Figure nº 2 : représentation du circuit de la condition d’île.
La condition d’île peut s’avérer dangereuse principalement pour les quatre raisons suivantes.
1. Questions de sécurité : si une condition d’île est présente, les collaborateurs de l’installation
risquent d’être confrontés à des fils sous tension de manière inattendue, car aucune tension
n’est censée être présente sur la ligne.
2. Endommagement de l’équipement : l’équipement du client peut théoriquement être
endommagé si les paramètres de fonctionnement diffèrent grandement de la norme.
Dans ce cas, le service est responsable de l’endommagement.
3. Mettre un terme à la défaillance : réenclencher le circuit dans une île active peut entraîner
des problèmes pour l’équipement du service, ou empêcher aux systèmes
de réenclenchement automatique de relever le problème.
4. Endommagement de l’onduleur : le réenclenchement dans une île active peut causer
des dégâts aux onduleurs.
CRITÈRES ET NORME DE PROTECTION CONTRE L’ÎLOTAGE
Pour les raisons principales susmentionnées, l’onduleur doit être doté d’un mécanisme de détection
et de protection contre l’îlotage, afin d’éviter la condition d’île. Les règles applicables en matière de
détection et d’interruption de la condition d’île varient d’un pays à l’autre. Ci-dessous figurent
quelques normes, accompagnées d’une référence au pays où elles sont en vigueur.
Pays
Norme définissant les exigences en matière de protection
contre l’îlotage
Australie
AS4777.3-2005
Pays asiatiques (ex : Thaïlande)
IEC62116 Édition 1.0 2008-09
Allemagne
VDE-AR-N 4105:2011-08 (*)
Etats-Unis, Canada
Norme IEEE 1547-2003 / Norme IEEE 1547.1-2005 (**)
Remarques
(*) Exigences de protection contre l’îlotage uniquement applicables pour un onduleur
présentant une puissance nominale inférieure à 30 kVA.
(**) Tel que requis par UL1741.
Tableau nº 2 : norme définissant les exigences en matière de protection contre l’îlotage.
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Des normes différentes appellent généralement des exigences différentes quant au moment de
la détection de la condition d’île et au moment de la déconnexion une fois que cette condition
a été détectée. Elles se traduisent en outre par une configuration et une procédure de test
différentes. Les différences en termes de configuration des tests se reflètent dans le facteur
Q différent de la charge résonante LC, alors que l’utilisation de la charge résonante de la fréquence
du réseau est courante pour les tests dans l'ensemble des normes.
Un exemple de configuration de test est la « configuration de test en îlotage involontaire » figurant
ci-dessous, conformément à la norme IEEE 1547.1-2005 (réf. au paragraphe 5.7.1). La configuration
est similaire dans les autres normes.
DC
AC
PV Generator
(DC source)
PV Grid-Interactive
Inverter
(AC current source)
S2
S1
R
L
S3
C
Simulated Area Electric
Power System
(AC voltage source)
RLC resonant load at
grid voltage frequency
(Q-factor = 1)
Figure nº 3 : circuit d’essai norme IEEE 1547.1-2005
La procédure de test requiert une répétition du test à des niveaux de puissance de sortie
de l’onduleur différents. Pour plus de détails, veuillez vous reporter à la norme applicable.
DESCRIPTION DE LA PROTECTION POWER-ONE CONTRE L’ÎLOTAGE DE L’ONDULEUR CENTRAL
Indépendamment de la norme de référence qui définit les exigences de protection contre l’îlotage,
les onduleurs Power-One figurant dans le tableau n°1 sont dotés du même mécanisme de détection
tel que décrit ci-dessous.
Conformément à la norme de référence qui définit les exigences de protection contre l’îlotage,
l’onduleur Power-One figurant dans le tableau n°1 fournit les caractéristiques de protection
(moment de détection, moment de déconnexion) tel que requises par la norme.
La détection de la condition d’îlotage s’effectue en observant la variation de la fréquence du réseau
en fonction de la durée.
L’onduleur « induit » la variation de la fréquence à travers une puissance réactive capacitive qui
alimente périodiquement le réseau. La durée d’alimentation en puissance du réseau dépend du délai
de détection requis (norme réseau). La quantité de puissance réactive est généralement comprise
entre 3 et 5 % de la puissance active réelle étant convertie par l’onduleur.
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BULK
CAPS
AC/DC PWM CONVERTER
LINE FILTER
GRID PARALLEL
RELAYS
INPUT
(DC SIDE)
OUTPUT
(AC SIDE)
PWM Converter
Control
Δf/Δt
Grid frequency
reading circuit
Grid Parallel
Relays Control
Figure nº 4 : convertisseur CA/CC et diagramme de circuit logique associé à la protection contre l’îlotage.
Dans le cas où l’onduleur est raccordé au réseau (aucune condition d’île présente), la puissance
réactive capacitive n'entraîne aucune modification de la fréquence de réseau imposée par
le réseau public.
Dans le cas où une condition d’île est présente, la puissance réactive capacitive entraîne un mauvais
alignement par rapport à la fréquence de résonance de la charge LC. Après l’alimentation réactive,
l’onduleur vérifie le seuil ∆f/∆t (variation de la fréquence du réseau en fonction de la durée)
et se déconnecte de l’île.
La période d’alimentation en puissance réactive, la quantité de puissance réactive alimentant
le réseau et le seuil ∆f/∆t sont les trois paramètres qui définissent la protection contre l’îlotage dans
l’onduleur de sorte à répondre aux exigences des différentes normes de réseau.
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