Emtp User Group092008 Idea P Vprotection Web

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  1. 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. 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 Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON
  3. 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] Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON
  4. 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 Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON
  5. 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 Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON
  6. 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 Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON
  7. 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 Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON
  8. 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 Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON
  9. 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 Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON
  10. 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 Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON
  11. 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 Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON
  12. 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 Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON
  13. 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 Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON
  14. 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 Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON
  15. 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 Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Indicateurs RoCoF Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON
  16. 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 Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON
  17. 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 Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON
  18. 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 Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON
  19. 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 Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON
  20. 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. Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON
  21. 21. 21 Détection d’îlotage pour onduleurs photovoltaïques Comparaison Matlab-Simulink / EMTP R. Marguet, B. Raison, C. Duvauchelle Fin Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïques Journée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008 Bertrand RAISON

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