1. 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. 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
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3. 3
I – Qu’est-ce-que l’îlotage ?
Pourquoi détecter l’îlotage ?
P, Q dP, dQ
DC Réseau
AC principal
Pch, Qch
Risque d’îlotage Charge
R, RL, RLC
Mesure de tension aux bornes de l’installation
Principe
Analyse de la fréquence seuils [47.5Hz – 50.2Hz]
Analyse de l’amplitude seuils [0.8Un – 1.1Un]
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4. 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
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5. 5
I – Qu’est-ce-que l’îlotage ?
Structure simulée (EMTP-RV)
Interrupteur_quot;Perte_du_réseauquot;
scp1
step
scope
cSW1
Inductance
+ RLC +
0,1mH,0
20,0.0636553,0.000159138
?vip
onduleur
?vi
Réseau Meters
Résistance
+
RLC +
100000000
R4
R5
Charge
phase
+
100000000
InP OutP
+
+
10,0,0
.230kVRMS /_-90
InN OutN neutre
RLC
?v ip
Mesure_onduleur
?vi
?vi
+
1k R1
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6. 6
I – Qu’est-ce-que l’îlotage ?
Pont complet à IGBT
Schéma de principe
S1S4 S2S3
Reseau BT
12mH ?s phase
+
380
i(t)
v(t)
12mH neutre
+
S2S3
S1S4
v(t)
++
-
Vondu
scope
Commande MLI
des interrupteurs MLI 20kHz
0.95 sum1
1 Recentrage
NOT 1
1 -
?s ?s
S2S3 S1S4
Compare
1
?s
f(u) 1
+ + Ipilotage Vondu
2 ?s
?s 0 lim2
?s lim1
0.05
Pilotage_Onduleur_PLUS_RoCoF
ramp
Contrôle et protection
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7. 7
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
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8. 8
Plan de la présentation :
I – Qu’est-ce que l’îlotage ?
II – Présentation des structures simulées
III – Comparaisons des résultats obtenus
IV – Conclusions
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9. 9
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
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10. 10
II – Présentation des structures simulées
Contrôle de l’onduleur
scope Vd
Filtre Passe-bas 5 Hz
SS1 scope Vq
!h
State-Space
Produit_1 1 1
u y
1 d__1 d__1
PROD ?s Calcul_module
1 f(u) ?s 2
2_x_Sin
Vd Id 1
?s module
SS2 f(u)
?s Vq Iq 2
1 f(u) 1
?s d__1 !h d__1
PROD State-Space Calcul_phase
2
2_x_Cos 1 u y 1 Générateur_Idq_ref 1
Produit_2 f(u) ?s phase
2
PLL
Modulo_2_x_Pi
+
sum1
+
phase
+
1 f(u)
U ?s
Ipilotage Ipilotage
ecart 1
Vondu ?s
?s PROD
RoCoF 1 SIN 2
Fm5
Indicateur
ecart indic scope
Indicateur_temporisé
indic_temp scope
Dérivée_ecart
der_freq scope
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11. 11
II – Présentation des structures simulées
ROCOF Détection RoCoF
Compare
1
2
cmp1 c
OR 0.02
ini
Seuil_Sup
2 indic f(s) out in
period
ecart
Intégration
average
NOT tr_1
1 20Hz
Compare
2
cmp2 c
-0.02
Seuil_Inf
der_freq
Temporisateur 150 ms
1
NOT2
C5 c
sum1
indic_temp 0
rv rc hc
sg2
Compare
1 + +
?s
Hold
?s 2 -
C6 hld2 ramp
cmp3
c
3 0.150 hld3
?s
?s
Hold
rv rc hc
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12. 12
Plan de la présentation :
I – Qu’est-ce que l’îlotage ?
II – Présentation des structures simulées
III – Comparaisons des résultats obtenus
IV – Conclusions
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13. 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
0 100 200 300 400 500 600
t (ms)
Fig 4.3 Courants dans le réseau, l’onduleur et la charge
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14. 14
III – Comparaisons des résultats obtenus
Fréquence
Fréquence de la tension de l'onduleur
50.1
50.05
50
y
49.95
49.9
49.85
0 100 200 300 400 500 600
t (ms)
Fig 4.4 Fréquence de la tension de l’onduleur
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15. 15
III – Comparaisons des résultats obtenus
Dérivée de l'écart de fréquence
Rocof 0.1
0.05
Seuil Sup
1 0
Seuil Inf
-0.05
-0.1
0 100 200 300 400 500 600
t (ms)
Indicateur RoCoF non temporisé
1
0.8
0.6
2
0.4
0.2
0
0 100 200 300 400 500 600
t (ms)
Indicateur RoCoF temporisé
1
0.5
0
3
-0.5
-1
0 100 200 300 400 500 600
t (ms)
Fig 4.5 Détection de la variation de fréquence et
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16. 16
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
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17. Dérivée de l'écart de fréquence Frequence
50.1
0.05 17
0.08
1 0.05
0
0.06
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
temps (s)
0.04
Indicateur RoCoF non temporisé
1
0.02
0.8
0.6
Empt
2 0.4
0.2
50
9.98
0
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
temps (s)
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 0.4 0.5 0.6
temps (s) 49.9
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
temps (s)
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
0.05 50.06
0 100 200 300 400 500 600
t (ms)
50.04
Indicateur RoCoF non temporisé
1
50.02
0.8
0.6
50
y
2 0.4
0.2
49.98
Matlab
0
0 100 200 300 400 500 600
t (ms)
Indicateur RoCoF temporisé (150 ms) 49.96
1
0.5 49.94
3 0
-0.5
49.92
-1 49.9
0 100 200 300 400 500 600 0 100 200 300 400 500 600
t (ms) t (ms)
Fig 4.7 Indicateurs RoCoF et fréquence de l’onduleur – Résultats EMTP-RV
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18. 18
III – Comparaisons des résultats obtenus
Fréquence de la tension de l'onduleur
50.1 Fréquence
50
49.9
49.8
49.7
Fréquence (Hz)
49.6
49.5
49.4
49.3
49.2
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
temps (s)
Fig 4.9 Fréquence de la tension de l’onduleur
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19. 19
Plan de la présentation :
I – Qu’est-ce que l’îlotage ?
II – Présentation des structures simulées
III – Comparaisons des résultats obtenus
IV – Conclusions
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20. 20
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.
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21. 21
Détection d’îlotage pour onduleurs photovoltaïques
Comparaison Matlab-Simulink / EMTP
R. Marguet, B. Raison, C. Duvauchelle
Fin
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