Besoin : Amplificateur de puissance réversible
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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). Amplificateur de puissance Simulateur temps réel Capteur de courant G CNA Tension réseau CAN G Injecteur de courant piloté Boucle Temps-Réel 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 connectée au réseau électrique à 10km d’une micro-turbine à gaz. Cette illustration intègre également des dispositifs de stockage également dispersés géographiquement. Nœud C Supervision Simulateur temps réel Nœud A Bus de Communication numérique Réseau électrique expérimental Nœud B 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. 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.
