Besoin : Amplificateur de puissance réversible

Besoin : Amplificateur de puissance réversible
Descriptif de l’application visée
La plateforme technologique Energies Réparties mise en place dans le centre de Lille et soutenue par
l’équipe RESEAUX du L2EP a pour objectif d’étudier le comportement des réseaux électriques du
futur. On constate, à l’heure actuelle, un net changement dans la configuration des réseaux
électriques : la production décentralisée est amenée à croître massivement au travers de
cogénération en tout genre (site industriel, résidentiel), les énergies renouvelables seront connectées
à tous les niveaux du réseau électrique, etc.
La plateforme technologique Energies Réparties est une réponse aux verrous technologiques et
scientifiques qui proviennent directement de cette mutation dans les réseaux électriques. A ce jour,
elle regroupe des dispositifs de différentes natures : des sources de production (une centrale
photovoltaïque de 18 kWc), des dispositifs de stockage d’énergie (super condensateurs) ou des
charges ainsi que des dispositifs d’émulation statique ou dynamique de différentes natures
(émulateur éolien, etc.). Elle intègre également un simulateur de réseaux électrique temps réel au
cœur de son système. Celui-ci peut s’interfacer avec des équipements réels au travers pour l’instant
d’un amplificateur de puissance (cf. Figure 1). On retrouve cette notion sous le terme de simulation
hybride (Power Hardware In the Loop dans la littérature anglo-saxonne). Cette interaction hybride ne
peut cependant s’effectuer que sur un seul point de connexion (la plateforme technologique n’est
équipée que d’un seul amplificateur de puissance).
Figure 1 – Simulation Hybride – Interaction simulation temps réel/dispositif réel.
Une évolution importante pour la plateforme technologique serait de pouvoir émuler en simulation
hybride le comportement d’un réseau électrique. Il est pour cela nécessaire d’intégrer plusieurs
interfaces de puissance (cf. Figure 2). Les perspectives de simulation et d’émulation de réseaux
deviennent quasiment illimitées : il sera possible de prendre en compte de manière expérimentale
les impédances d’un réseau reliant les différents éléments d’une centrale multi-source et
géographiquement dispersées. Dans la Figure 2, l’application proposée permet, par exemple, de
tester différentes méthodes de supervision et de coordination d’une centrale photovoltaïque
G
G
Capteur
de courant
Tension
réseau Injecteur
de courant
piloté
CNA
Boucle Temps-Réel
Simulateur temps réel
Amplificateur de
puissance
CAN

connectée au réseau électrique à 10km d’une micro-turbine à gaz. Cette illustration intègre
également des dispositifs de stockage également dispersés géographiquement.
Figure 2 – Simulation hybride d’un réseau électrique comportant 3 points de connexion.
Remarque : le réseau électrique simulé peut tout aussi bien être un réseau alternatif classique (50 ou
60Hz) qu’un réseau embarqué (jusque 800Hz) ou un réseau continu.
Simulateur temps réel
Supervision
Bus de
Communication
numérique
Réseau électrique
expérimental
Nœud A
Nœud B
Nœud C

Cahier des charges
L’amplificateur aura pour rôle de reconstituer un réseau électrique défini dans la remarque
précédente. La puissance souhaitée pour l’amplificateur est de 15 kVA en fonctionnement
générateur et 10 kVA en fonctionnement récepteur.
Le dispositif sera composé de 3 amplificateurs : fonctionnement monophasé ou triphasé possible. La
bande passante souhaitée de l’amplificateur est de 10 KHz avec possibilité de produire des signaux
continus.
■ Chassis standard 19’’
■ Température d’utilisation : 0 à 40 °C.
1. Entrée secteur
■ Tension d’entrée : réseau basse tension BTA triphasé 400V
■ Fréquence d’entrée : 50 Hz (+/- 1Hz)
■ Protections différentielles en entrée
2. Entrées de commande
■ 3 voies isolées pour le contrôle de chaque phase
■ Tension d’entrée : +/- 10V
■ Courant d’entrée < 10 mA
■ Connectique : 1 BNC par voie
3. Caractéristiques génériques des sorties
■ Puissance apparente
 15 kVA : en fonctionnement générateur
 10 kVA en fonctionnement récepteur
■ Bruit et ondulation résiduelle (Vs nominale et Is nominal)
 RMS max < 5e-3 Vs nominal
 Crête à crête max : 5e-2 Vs nominale
■ Stabilité sur 8h (après 1/4 d’heure de fonctionnement) max : < 1%
■ Possibilité de fonctionnement en mode tension ou en mode courant (source de tension ou
de courant)
■ Jitter de phase : Max : 2 µs.
■ Temps de montée/descente max 0 – 100% : < 50 µs
■ Over-shoot : Max < 2%
■ Connectique : Bornier à vis
4. Caractéristique des sorties en alternatif
■ 3 phases connectées en étoile, sortie 4 fils : 3 phase + neutre.

■ Caractéristique en mode tension
 Tension simple maxi : 400 V crête en alternatif
 Génération jusque 800Hz
 Possibilités de générer 120A pendant au moins 1s
 Taux de régulation : max < 1% Vs crête pour une variation de tension secteur de + 6%
à -10% et pour le courant maximal.
■ Caractéristique en mode courant
 Courant nominal par phase : 20 A efficace
 Courant maximal : 100 A crête pendant 1s.
 Taux de régulation : max < 1% Is crête
■ Facteur de puissance : 0 à 1 AV/AR en fonctionnement récepteur ou générateur
5. Caractéristiques des sorties en continu
■ Possibilités de connecter les 3 amplificateurs en parallèles pour augmenter la puissance de
sortie
■ Tension maximum : 270Vdc
■ Courant de 100 A pendant 4 s
6. Mesure
■ Mesures isolées des 3 courants de phase et des 3 tensions simples
■ Précision : 0.5%
■ Bande passante : 20 kHz minimum.
7. Interface utilisateur
■ Pupitre de commande entièrement déporté (distance ampli pupitre < 25m)
 Réglage du gain d’amplification
 Entrées de commande ramenées sur le pupitre de commande sur fiches BNC
 Mesure des tensions et des courants sur fiche BNC
 Récupération et contrôle de l’état de l’amplificateur par bus de terrain à définir
(Modbus, OPC, etc.)
■ Affichage du niveau de tension pour chaque voie
■ Affichage du niveau de courant pour chaque voie
■ Commande entièrement isolée par fibre optique : signaux de contrôle entièrement
numérique et transités par fibre optique
8. Réception du matériel
Recette du matériel chez le constructeur du matériel puis mise en route du matériel dans le centre
Arts et Métiers ParisTech de Lille

Acceptation définitive après 4 semaines de fonctionnement du matériel dans le centre Arts et
Métiers ParisTech de Lille.
9. Délais :
■ T1 = date de réception de la commande
■ T1 + 3 mois (hors congés) = Recette dans les locaux du constructeur = T2
■ T2 + 2 semaines = livraison et recettes dans les locaux de l’ENSAM
10. Période de garantie
La période de garantie et de support sera d’un an à partir de l’acceptation définitive.
11. Conditions de paiement
45 jours à réception de factures
Pénalités de retard : 5% par semaine de retard.