Le but d'un onduleur est de transformer une tension continue en un signal alternatif afin d'injecter de l'énergie dans une charge (par exemple le réseau électrique) à une fréquence donnée et avec un petit angle de phase (φ ≈0).Un circuit simplifié pour une modulation de largeur d'impulsion (PWM) unipolaire monophasée est illustré à la figure2 (le même schéma général peut être étendu à un système triphasé).Dans ce schéma, un système photovoltaïque, agissant comme une source de tension continue avec une certaine inductance de source, est transformé en un signal alternatif via quatre commutateurs IGBT en parallèle avec des diodes de roue libre.Ces commutateurs sont contrôlés au niveau de la porte via un signal PWM, qui est généralement la sortie d'un circuit intégré qui compare une onde porteuse (généralement une onde sinusoïdale de la fréquence de sortie souhaitée) et une onde de référence à une fréquence nettement plus élevée (généralement une onde triangulaire). à 5-20 kHz).La sortie des IGBT est transformée en un signal CA adapté à une utilisation ou à une injection sur réseau grâce à l'application de diverses topologies de filtres LC.
Les onduleurs appartiennent à un grand groupe de convertisseurs statiques, qui comprend un grand nombre d'aujourd'hui's appareils capables de"convertir»paramètres électriques en entrée, tels que la tension et la fréquence, afin de produire une sortie compatible avec les exigences de la charge.
D'une manière générale, les onduleurs sont des dispositifs capables de convertir le courant continu en courant alternatif et sont assez courants dans les applications d'automatisation industrielle et les entraînements électriques.L'architecture et la conception des différents types d'onduleurs changent en fonction de chaque application spécifique, même si le cœur de leur objectif principal est le même (conversion DC en AC).
1. Onduleurs autonomes et connectés au réseau
Les onduleurs utilisés dans les applications photovoltaïques sont historiquement divisés en deux catégories principales :
:Onduleurs autonomes
:Onduleurs connectés au réseau
Les onduleurs autonomes sont destinés aux applications où l'installation photovoltaïque n'est pas connectée au réseau de distribution d'énergie principal.L'onduleur est capable de fournir de l'énergie électrique aux charges connectées, assurant la stabilité des principaux paramètres électriques (tension et fréquence).Cela les maintient dans des limites prédéfinies, capables de résister à des situations de surcharge temporaires.Dans cette situation, l’onduleur est couplé à un système de stockage par batterie afin d’assurer un approvisionnement énergétique constant.
Les onduleurs connectés au réseau, quant à eux, sont capables de se synchroniser avec le réseau électrique auquel ils sont connectés car, dans ce cas, la tension et la fréquence sont différentes."imposé»par la grille principale.Ces onduleurs doivent pouvoir se déconnecter en cas de panne du réseau principal afin d'éviter toute éventuelle alimentation inversée du réseau principal, qui pourrait représenter un grave danger.
- Figure 1 - Exemple de système autonome et de système connecté au réseau.Image gracieuseté de Biblus.
2. Quel est le rôle du condensateur de bus
Figure 2 : Modulation de largeur pulsée (PWM) monophaséeconfiguration de l'onduleur.Les commutateurs IGBT, ainsi que le filtre de sortie LC, transforment le signal d'entrée CC en un signal CA utilisable.Cela induit unune ondulation de tension délétère aux bornes PV.Le busLe condensateur est dimensionné afin de réduire cette ondulation.
Le fonctionnement des IGBT introduit une tension d'ondulation à la borne du générateur photovoltaïque.Cette ondulation est préjudiciable au fonctionnement du système PV, puisque la tension nominale appliquée aux bornes doit être maintenue au point de puissance maximale (MPP) de la courbe IV afin d'extraire le plus de puissance.Une ondulation de tension sur les bornes PV fera osciller la puissance extraite du système, ce qui entraînera
une puissance de sortie moyenne inférieure (Figure 3).Un condensateur est ajouté sur le bus afin d'atténuer l'ondulation de tension.
Figure 3 : Une ondulation de tension introduite sur les bornes PV par le système d'onduleur PWM décale la tension appliquée du point de puissance maximale (MPP) du générateur photovoltaïque.Cela introduit une ondulation dans la puissance de sortie du réseau, de sorte que la puissance de sortie moyenne est inférieure au MPP nominal.
L'amplitude (crête à crête) de l'ondulation de tension est déterminée par la fréquence de commutation, la tension PV, la capacité du bus et l'inductance du filtre en fonction de :
où:
VPV est la tension cc du panneau solaire,
Cbus est la capacité du condensateur du bus,
L est l'inductance des inductances du filtre,
fPWM est la fréquence de commutation.
L'équation (1) s'applique à un condensateur idéal qui empêche la charge de circuler à travers le condensateur pendant la charge, puis décharge l'énergie située dans le champ électrique sans résistance.En réalité, aucun condensateur n'est idéal (Figure 4) mais est composé de plusieurs éléments.En plus de la capacité idéale, le diélectrique n'est pas parfaitement résistif et un petit courant de fuite circule de l'anode à la cathode le long d'une résistance shunt finie (Rsh), contournant la capacité diélectrique (C).Lorsque le courant traverse le condensateur, les broches, les feuilles et le diélectrique ne sont pas parfaitement conducteurs et il existe une résistance série équivalente (ESR) en série avec la capacité.Enfin, le condensateur stocke une certaine énergie dans le champ magnétique, il existe donc une inductance série équivalente (ESL) en série avec la capacité et l'ESR.
Figure 4 : Circuit équivalent d'un condensateur générique.Un condensateur estcomposé de nombreux éléments non idéaux, notamment la capacité diélectrique (C), une résistance shunt non infinie à travers le diélectrique qui contourne le condensateur, la résistance série (ESR) et l'inductance série (ESL).
Même dans un composant aussi simple qu’un condensateur, il existe de nombreux éléments susceptibles de tomber en panne ou de se dégrader.Chacun de ces éléments peut affecter le comportement de l’onduleur, tant du côté AC que DC.Afin de déterminer l'effet de la dégradation des composants de condensateur non idéaux sur l'ondulation de tension introduite aux bornes PV, un onduleur unipolaire en pont en H PWM (Figure 2) a été simulé à l'aide de SPICE.Les condensateurs de filtrage et les inductances sont maintenus respectivement à 250 µF et 20 mH.Les modèles SPICE pour les IGBT sont dérivés des travaux de Petrie et al. Le signal PWM, qui contrôle les commutateurs IGBT, est déterminé par un comparateur et un circuit comparateur inverseur pour les commutateurs IGBT côté haut et bas, respectivement.L'entrée pour les commandes PWM est une onde porteuse sinusoïdale de 9,5 V, 60 Hz et une onde triangulaire de 10 V, 10 kHz.
- Solution CRE
CRE est une entreprise de haute technologie spécialisée dans la production de condensateurs à film, axée sur l'application de l'électronique de puissance.
CRE propose une solution mature de séries de condensateurs à film pour onduleurs photovoltaïques comprenant une liaison CC, un filtre CA et un amortisseur.
Heure de publication : 01 décembre 2023