RESEAU ISOLABLE

DOMAINE DE L'INVENTION

L'invention concerne un système de régulation de l'amplitude et de la fréquence de la tension électrique délivrée sur un réseau comprenant un dispositif de production d'électricité non régulée, et pouvant être isolé d'un réseau amont pourvu de dispositif de production d'électricité régulée.

L'invention concerne également un procédé de régulation mis en œuvre avec un tel système.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Certains lieux susceptibles d'être isolés, comme des zones montagneuses ou des îles, disposent de réseaux électriques qui peuvent se trouver isolés d'un réseau public (ou réseau principal) dans certaines circonstances, comme par exemple en cas de situation météorologique difficile ou d'incident sur le réseau électrique principal.

En cas d'isolement, des ressources énergétiques locales peuvent être utilisées pour maintenir une production électrique dans le réseau isolé. Or, un tel réseau doit disposer d'une tension dont l'amplitude et la fréquence sont régulées.

Certaines sources de production d'électricité sont aptes à produire une tension dont l'amplitude et la fréquence sont régulées ; c'est le cas par exemple de groupes électrogènes munis de génératrices synchrones et de régulateurs de tension et de fréquence, ou encore d'ensembles comprenant des panneaux photovoltaïques, des batteries, des onduleurs, et des régulateurs de tension et de fréquence.

Ces moyens de production sont coûteux, de sorte que la plupart des réseaux de distribution d'électricité n'en disposent pas. En revanche, de nombreux réseaux de distribution sont équipés de moyens de production d'électricité non régulée, à savoir par exemple des éoliennes, des panneaux photovoltaïques dépourvus de systèmes de régulation, etc. Ces moyens ne permettent cependant pas de respecter les exigences requises par les charges électriques de consommation concernant l'amplitude et la fréquence de la tension électrique délivrée sur le réseau. En outre, ces moyens de production ne peuvent produire de l'énergie qu'après avoir été raccordés sur un réseau déjà sous-tension, c'est-à-dire qu'ils ne sont pas aptes eux-mêmes à mettre sous tension un réseau initialement hors tension.

Pour résoudre ce problème, dans le cas où le moyen de production est équipé d'une génératrice asynchrone, on connaît par exemple le document FR 2 437 105 qui décrit un moyen d'amorcer le fonctionnement d'un générateur par des batteries de condensateur. Cependant ce document ne permet pas de réguler l'amplitude et la fréquence de la tension après l'amorçage. Aussi, on connaît les documents FR 2 481 857, FR 2 870 401 et FR 2 490 421 qui décrivent des moyens de réguler l'amplitude et la fréquence de la tension d'un réseau isolé, l'amplitude de la tension étant régulée par la commande de charges réactives, et la fréquence étant contrôlée par le pilotage de la vitesse d'un moteur d'entraînement de la génératrice produisant l'électricité.

Dans le cas où le moyen de production est équipé d'une génératrice synchrone munie d'un régulateur de la tension et de la fréquence, la méthode utilisée est la suivante :

Le réglage de la fréquence est réalisé indirectement en contrôlant la vitesse de rotation de l'arbre de la génératrice, en intervenant sur le couple mécanique transmis par le moteur d'entraînement ou la turbine au rotor du générateur. Typiquement, il peut s'agir de contrôler l'injection de combustible dans le cas d'un moteur thermique.

Le réglage de l'amplitude de la tension est réalisé en contrôlant l'amplitude courant d'excitation rotorique, lequel agit sur la force électromotrice (fem) du générateur. Cette action a aussi pour effet de modifier les transites de puissance réactive, conférant au générateur un comportement inductif ou capacitif.

Concernant les autres sources de production, comme celles raccordées au réseau par des onduleurs, on connaît par exemple le document « Defining control stratégies for MicroGrids islanded opération » publié dans le journal IEEE Transactions on Power Systems (Volume: 21 , Issue: 2, May 2006) proposant d'émuler le comportement des machines synchrones et de contrôler la fréquence et l'amplitude de la tension selon les lois : w = WQ— kp x P

V =V ₀ - kQ X Q

Il s'agit :

de comparer la valeur de la fréquence à une valeur de référence, et, en fonction de la différence, d'injecter plus ou moins de puissance active - de comparer la valeur de l'amplitude de la tension à une valeur de référence et, en fonction de la différence, d'injecter plus ou moins de puissance réactive.

Avec ajout d'une correction intégrale, les schémas de régulation sont ceux illustrés sur la figure 1 annexée sur laquelle :

- Mf désigne une mesure de la fréquence,

- Fr désigne une fréquence de référence,

- Cpa désigne une consigne de puissance active,

- Mt désigne une mesure de la tension,

- Tr désigne une tension de référence,

- Cpr désigne une consigne de puissance réactive.

De la même manière, sur les réseaux électriques dont la dimension le permet, comme les réseaux publics, le réglage de l'amplitude de la tension est effectué localement en contrôlant les transites puissance réactive car les lignes sont essentiellement inductives et les transits de puissance réactive créent des hausses et des chutes de tension le long de ces dernières.

Plus généralement, concernant toutes les méthodes connues de régulation de l'amplitude de la tension et de la fréquence, on parle des couples :

- fréquence / puissance : production de puissance active en fonction des écarts de fréquence dans le réseau ;

- amplitude de tension / réactif : production de puissance réactive fonction des écarts d'amplitudes de tension dans le réseau.

Il convient de remarquer que sur les réseaux électriques, un déséquilibre entre les puissances actives produites et consommées engendre une variation de la fréquence, notamment si le réseau dispose de machines tournantes, mais aussi de l'amplitude de la tension globale, c'est-à-dire à l'échelle de la totalité du réseau. En outre, comme précédemment exposé, les transites de puissance réactives génèrent des variations locales d'amplitude de tension.

Dès lors, le principe de régulation fréquence / puissance et amplitude de tension / réactif fonctionne sur la plupart des réseaux actuels.

Sur un réseau étendu, la fréquence, grandeur globale, est régulée en modulant les productions des centrales, et l'amplitude de la tension est régulée localement. Si l'on considère par exemple une augmentation de la charge, on assiste à une baisse de la fréquence et de l'amplitude de la tension globale. Les deux régulations sont alors sollicitées :

- les régulations de puissance active augmentent les productions de puissance, modifiant la fréquence et l'amplitude de la tension les régulations de l'amplitude de la tension contribuent dans le même temps à corriger les valeurs de l'amplitude de la tension

L'action combinée des régulations va ainsi faire converger le système vers un nouvel état d'équilibre dans lequel l'amplitude de la tension et la fréquence sont de nouveau aux valeurs souhaitées.

On constate que, bien que le déséquilibre initial ne concerne qu'un déséquilibre en puissances actives, les régulations agissant sur la puissance réactive ont également été sollicitées.

Ce principe de régulation peut ne pas fonctionner sur certains types de réseaux, caractérisés par leurs tailles et par les types de moyens de production qu'ils contiennent.

Si par exemple, un déséquilibre en puissance active engendre une variation de la fréquence dans le sens inverse du sens constaté avec des générateurs synchrones, même en inversant les coefficients du réglage fréquence / puissance, il se peut que le système ne converge pas vers un nouvel état d'équilibre.

Par exemple, on considère un générateur asynchrone entraîné en rotation par un moteur thermique dont la puissance mécanique produite est constante, ou dite « en ruban ». Le générateur alimente une charge résistive et est auto-excité par un banc de condensateurs. La figure 2 représente un tel dispositif.

Sur cette figure 2 :

- Mth désigne un moteur thermique,

- Am désigne un arbre mécanique,

- Gr désigne une génératrice asynchrone, - Bc désigne un banc de condensateurs,

- Re désigne le réseau électrique, et

- Cr désigne une charge résistive.

On peut représenter la partie électrique par le schéma monophasé équivalent représenté sur la figure 3..

E et φ représentent le force électromotrice de la génératrice, Lm est l'inductance magnétisante de la génératrice asynchrone, Lcc est son impédance de court-circuit. R représente la charge de consommation, et C le banc de condensateurs.

On augmente subitement la valeur de la charge, ce qui correspond à une diminution de la valeur de la résistance. Les premiers instants après l'ajout de la charge, la fréquence tendra à diminuer, à cause de l'augmentation du couple résistant lié à l'augmentation du courant. De la même manière l'amplitude de la tension chute.

Lm, l'inductance magnétisante, est non linéaire, c'est-à-dire que sa réactance est fonction de l'amplitude de la tension. Dès lors, les variations de la l'amplitude de la tension et de la fréquence engendrent une évolution non linéaire de la consommation de puissance réactive. Suite à l'ajout de la charge, la fréquence et l'amplitude de la tension du système évoluent vers des valeurs d'équilibre. La fréquence d'équilibre dépend de la valeur de Lm à la tension d'équilibre.

Dès lors, selon la caractéristique de l'inductance magnétisante, la fréquence à l'équilibre peut être supérieure ou inférieure à la valeur initiale.

Sur la figure 4 on a représenté les variations de la fréquence à gauche et de l'amplitude de la tension à droite, pour deux caractéristiques de l'inductance magnétisante.

Dans le cas où la fréquence augmente après ajout de la charge, le principe de régulation exposé précédemment ne fonctionne pas.

En outre, dans cette configuration, ou plus généralement sur les réseaux de petite taille où la tension sur le réseau est davantage une grandeur globale que locale, l'amplitude de la tension ne varie pas selon l'équilibre des puissances réactives. Ce principe de régulation ne fonctionne donc pas.

Plus généralement, sur les réseaux de petite taille où l'amplitude de la tension sur le réseau est davantage une grandeur globale que locale, ce principe de régulation n'est pas optimal car la dépendance tension / puissance est très prononcée.

Alors, les documents cités ne résolvent pas la problématique de l'amorçage du réseau isolé, et de plus ils requièrent pour certains de doubler la génératrice d'électricité par un moteur dont la vitesse est contrôlée pour réguler la fréquence.

Aussi, les régulations de l'art antérieur ne fonctionnent pas sur certains types de réseau ou ne sont pas optimales.

PRESENTATION DE L'INVENTION

L'invention a pour but de pallier les inconvénients de l'art antérieur décrits ci- avant.

En particulier, un but de l'invention est de proposer un système de régulation de l'amplitude et de la fréquence d'une tension délivrée sur un réseau autonome, qui permette à la fois l'amorçage du réseau ainsi que sa régulation en régime stabilisé, et ceci quelles que soient les lois liant les grandeurs amplitude de tension et fréquence au transites de puissance active et réactive.

Un autre but de l'invention est de permettre de réguler la fréquence de la tension sans nécessiter de moteur pour entraîner le dispositif de production d'électricité.

A cet égard, l'invention a pour objet un système de régulation d'une amplitude et d'une fréquence d'une tension électrique délivrée sur un réseau comprenant un dispositif de production d'électricité non régulée et au moins une charge de consommation d'électricité, ledit réseau étant susceptible d'être isolé d'un réseau principal, le système étant caractérisé en ce qu'il comprend :

- une première charge de régulation, adaptée pour consommer ou produire une puissance active variable en fonction d'une valeur de consigne de puissance active,

une deuxième charge de régulation, adaptée pour consommer ou produire une puissance réactive variable en fonction d'une valeur de consigne de puissance réactive, et

une unité de commande, comprenant :

o au moins un capteur adapté pour mesurer :

^■ l'amplitude de la tension délivrée à la charge de consommation, ^■ la fréquence de la tension délivrée à la charge de consommation,

o un processeur adapté pour, à partir des mesures des capteurs, délivrer aux charges de régulation des valeurs de consigne de puissance active et de puissance réactive, et dans lequel les lois de commandes comprennent au moins une loi de commande déterminant les valeurs de consigne de puissance active à partir des mesures de l'amplitude de la tension mesurée, et les valeurs de consigne de la puissance réactive à partir des mesures de la fréquence de la tension mesurée.

Avantageusement, mais facultativement, le système selon l'invention peut en outre comprendre au moins l'une des caractéristiques suivantes :

la première charge de régulation comprend au moins une résistance variable, et la deuxième charge de régulation comprend au moins un condensateur de capacité variable.

Le système de régulation comprend en outre une charge adaptée pour consommer ou produire une puissance réactive fixe.

Le processeur est en outre adapté pour mettre en œuvre une pluralité de lois de commandes des valeurs de consigne de puissance active et de puissance réactive, et pour sélectionner une loi de commande à mettre en œuvre en fonction d'un état initial du réseau parmi le groupe suivant :

o le réseau est hors tension et isolé du réseau amont,

o le réseau est sous tension et isolé du réseau amont, et

o le réseau est sous tension et connecté au réseau amont. Le système comprend en outre une charge adaptée pour consommer ou produire une puissance réactive fixe, dans lequel les lois de commande comprennent au moins une loi de commande déterminant les valeurs de consigne de puissance active et de puissance réactive à partir d'une mesure de déphasage entre la tension et le courant et à partir d'une mesure d'amplitude de tension ou de fréquence de tension délivrée à la charge de consommation.

L'invention a également pour objet un procédé de régulation d'une amplitude et d'une fréquence d'une tension électrique délivrée sur un réseau comprenant un dispositif de production d'électricité non régulée et au moins une charge de consommation d'électricité, ledit réseau étant susceptible d'être isolé d'un réseau principal, le procédé étant caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre par un système de régulation selon la description qui précède, et en ce qu'il comprend :

la détection d'un état initial du réseau,

- à partir de l'état initial du réseau détecté, la sélection d'au moins une loi de commande de valeurs de consigne de puissance réactive et de puissance active à appliquer aux charges de régulation pour réguler l'amplitude et la fréquence de la tension électrique sur le réseau, et dans lequel les lois de commandes comprennent au moins une loi de commande déterminant les valeurs de consigne de puissance active à partir des mesures de l'amplitude de la tension mesurée, et les valeurs de consigne de la puissance réactive à partir des mesures de la fréquence de la tension mesurée.

Avantageusement, mais facultativement, le procédé de régulation selon l'invention peut en outre comprendre au moins l'une des caractéristiques suivantes : le procédé est mis en œuvre dans un système de régulation comprenant en outre un groupe électrogène, et, si l'état initial du réseau est hors tension et isolé du réseau principal, le procédé comprend :

o la mise sous tension du réseau par le groupe électrogène, o la commande des charges de puissance actives et réactives à des valeurs de consigne fixe,

o le raccordement du dispositif de production d'électricité non régulée, et

o la déconnexion du groupe électrogène et la commande des charges de puissance actives et réactives selon une loi de commande de régulation en régime stabilisé.

Le procédé est mis en œuvre dans un système de régulation comprenant un contacteur d'ilotage adapté pour sélectivement raccorder ou déconnecter le réseau au réseau principal, et dans lequel, si l'état initial du réseau est sous- tension et connecté au réseau amont, le procédé comprend :

o la commande des charges de puissance actives et réactives à des valeurs de consignes fonction respectivement de la puissance active et de la puissance réactive traversant le contacteur d'ilotage,

o l'ouverture du contacteur d'ilotage, et o la commande des charges de puissance actives et réactives selon une loi de régulation en régime stabilisé.

Si l'état initial du réseau est sous-tension et déconnecté du réseau amont, le procédé comprend la commande des charges de puissance actives et réactives selon une loi de régulation en régime stabilisé.

L'invention a également pour objet un procédé de régulation mis en œuvre par un tel système.

Le système de régulation proposé comprend une charge de régulation pouvant consommer ou produire une puissance active variable, une charge de régulation pouvant consommer ou produire une puissance réactive variable, et une unité de commande qui peut piloter ces charges de régulation pour réguler à la fois l'amplitude de la tension et la fréquence de la tension délivrée sur le réseau autonome.

Ce système peut réguler l'amplitude et la fréquence de la tension dans différents états dans lesquels peut se trouver le réseau. Notamment, il permet d'amorcer la mise sous tension du réseau lorsque celui-ci est initialement déconnecté d'un réseau principal et hors tension, ou il permet également d'isoler le réseau isolable du réseau principal, sans générer de coupure d'électricité.

Ce système permet également d'assurer une régulation en régime stabilisé, lors duquel le réseau est isolé du réseau principal et néanmoins sous tension, pour satisfaire aux exigences de consommation des charges telles que des équipements électriques domestiques.

En outre, l'unité de commande peut, lorsque le réseau se trouve isolé du réseau principal et sous tension, mettre en œuvre différentes lois de commandes des valeurs de consigne à donner aux charges de régulation, selon des scénarios pré-enregistrés. Ceci permet de choisir la loi de commande optimale, en fonction par exemple des technologies retenues pour les charges de régulation et des exigences de la charge de consommation sur la tension et la fréquence en termes de précision et de rapidité de régulation.

DESCRIPTION DES FIGURES

D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, au regard des figures annexées, données à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquelles : - La figure 1 représente schématiquement un schéma de régulation classique connu de l'état de la technique,

- La figure 2 représente une installation connue comprenant une génératrice asynchrone entraînée par un moteur thermique, alimentant une charge résistive et auto-excitée par un banc de condensateurs,

- La figure 3 représente un schéma monophasé équivalent de l'installation illustrée sur la figure 2,

- La figure 4 représente les variations de fréquence et d'amplitude de tension pour deux caractéristiques d'inductance magnétisante illustrée sur la figure 3,

- la figure 5 représente schématiquement un schéma de régulation conforme à la présente invention,

Les figures 6a et 6b représentent un système de régulation selon deux modes de réalisation de l'invention,

Les figures 7a et 7b représentent des schémas électriques équivalents d'un système de régulation selon deux variantes de réalisation de l'invention, La figure 8 représente schématiquement les principales étapes d'un procédé de régulation mis en œuvre par le système,

La figure 9 représente un schéma général de régulation mis en œuvre dans le cadre de l'invention.

SCHEMA GENERAL DE REGULATION CONFORME A LA PRESENTE INVENTION

Comme on l'a illustré sur la figure 5 annexée, selon l'invention une valeur de référence de fréquence Fr est comparée à une valeur de mesure de fréquence Mf pour déterminer, avec ajout d'une correction intégrale, une valeur de consigne de puissance réactive, Cpr, et une valeur d'amplitude de tension, Tr, est comparée à une valeur de mesure d'amplitude de tension Mt pour définir, également avec ajout d'une correction intégrale, une valeur de consigne de puissance active Cpa.

DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION

Système de régulation

En référence aux figures 6a et 6b, on a représenté schématiquement un système de régulation 3 d'un réseau isolable 1 , également appelé micro réseau ou microgrid, doté de moyens de production d'électricité non régulée. Le réseau isolable 1 comporte au moins un générateur 10 d'électricité non régulée, pouvant être du type panneau photovoltaïque, éolienne, gazogène, etc. Aucun générateur 10 n'est doté de moyens de régulation dédiés au contrôle de l'amplitude ou de la fréquence de la tension à ses bornes. Les générateurs 10 sont donc prévus normalement pour fournir de l'électricité à un réseau principal 2 ou réseau amont, qui quant à lui dispose de moyens de régulation et de moyens de production d'électricité régulée.

Le réseau isolable peut également comporter des charges électriques 1 1 auxiliaires, qui sont typiquement les auxiliaires des générateurs 10, comme des pompes appartenant à un gazogène, ou encore les matériels du contrôle commande nécessaires à son fonctionnement. Pour démarrer les générateurs 10 il est donc nécessaire de donner à ces charges 1 1 les puissances actives et réactives qu'elles requièrent.

Enfin, le réseau 1 peut également comprendre un générateur électrique 12 adapté pour mettre sous tension le réseau lorsque celui-ci est initialement hors tension, et maintenir la fréquence et l'amplitude de la tension dans des plages de valeurs acceptables. Typiquement ce générateur est un groupe électrogène 12.

Les générateurs 10,12 et les charges auxiliaires 1 1 sont de préférence regroupés dans une zone dite centrale Z.

Le réseau isolable 1 comporte d'autre part des charges de consommation 13 disposées dans une zone dite de consommation Z', typiquement des clients particuliers disposant d'équipements domestiques. Ces charges sont adaptées pour consommer de la puissance active et pour consommer ou produire de la puissance réactive.

La zone centrale Z est raccordée électriquement à la zone de consommation

Z' par un lien électrique interzone 14. Dans certains cas, comme représenté sur la figure 6b, la zone de consommation Z' peut également comprendre un générateur 10 d'électricité non régulée. Ceci n'empêche pas la régulation décrite ci-après.

En outre, quand le réseau isolable 1 peut être sélectivement raccordé au réseau amont 2 (représenté sur la figure 6a) ou déconnecté de celui-ci, cette connexion sélective est réalisée par un contacteur d'ilotage 15 (représenté sur la figure 6a).

Le système de régulation 3 permet de réguler l'amplitude et la fréquence de la tension délivrée par le ou les générateurs 10 du réseau 1 . A cet effet, il comprend une première charge de régulation 30, adaptée pour consommer ou produire une puissance active variable.

Cette charge de régulation 30 peut comprendre par exemple une ou plusieurs résistances, les résistances pouvant être variables et/ou raccordées au réseau 1 par le biais d'une électronique de puissance ou d'un transformateur avec changeur de prise en charge. La charge de régulation 30 peut également être un système batterie onduleur.

La puissance active consommée ou produite par cette première charge de régulation peut être commandée avec une consigne ΔΡ.

Le système de régulation 3 comporte une deuxième charge de régulation 31 , adaptée pour consommer ou produire une puissance réactive variable. Cette charge 31 peut comprendre par exemple un ou plusieurs condensateurs de capacité variable, des composants d'électronique de puissance comme des onduleurs, ou un compensateur synchrone.

La puissance réactive consommée ou produite par cette deuxième charge de régulation 31 peut être commandée avec une consigne ΔΟ.

Avantageusement, mais facultativement, le système de régulation peut en outre comprendre une charge réactive fixe 32, consommant ou fournissant une puissance réactive fixe Q _f .

Le système de régulation comporte en outre une unité de commande 33, adaptée pour délivrer aux charges de régulation 30, 31 les valeurs de consignes appropriées sur la puissance active et la puissance réactive afin de réguler l'amplitude et la fréquence de la tension sur le réseau.

A cet égard, l'unité de commande 33 comporte au moins un capteur 34, adapté pour mesurer :

l'amplitude U de la tension délivrée par le générateur 10 à la charge de consommation 13, et

la fréquence f de la tension délivrée par le générateur 10 à la charge de consommation 13.

Comme on peut le constater sur les figures 6a et 6b, ces mesures peuvent être réalisées au niveau du lien électrique interzone 14.

Avantageusement, le ou les capteurs 34 de l'unité de commande 33 sont également adaptés pour mesurer la puissance active Pi et la puissance réactive Qi traversant le contacteur d'ilotage 15. Avantageusement, dans le cas où le réseau 1 comporte un groupe électrogène 12, les capteurs 34 de l'unité de commande sont également adaptés pour mesurer la puissance active P _G E et la puissance réactive Q _G E produites par le groupe 12.

En outre, l'unité de commande 33 comporte des moyens de traitement, typiquement un processeur 35, ainsi qu'une mémoire 36, représentés uniquement sur la figure 6a. Le processeur 35 est adapté pour recevoir les mesures des capteurs 34 et pour, à partir de ces mesures, envoyer aux charges de régulation 30, 31 , des valeurs de consigne ΔΡ, ΔΟ. sur la puissance active et la puissance réactive afin de réguler l'amplitude et la fréquence de la tension sur le réseau.

Pour ce faire, le processeur 35 est adapté pour exécuter sélectivement une pluralité de lois de commandes A, B, C, D, E ou F, qui sont mémorisées dans la mémoire 36. Chaque loi de commande détermine une valeur de consigne respectivement pour la puissance active ΔΡ, et pour la puissance réactive ΔΟ. en fonction de paramètres d'entrées respectifs a et b distincts.

On a AP=f(a) et AQ=f(b).

Les lois de commandes A à F présentent des paramètres d'entrées différents qui seront décrits plus en détails ci-après.

La loi de commande exécutée parmi les différentes lois disponibles est choisie par le processeur en fonction de l'état initial du réseau 1 ainsi que des circonstances de la régulation.

Le réseau 1 peut se trouver dans l'un des états initiaux suivants :

il se trouve hors-tension et déconnecté du réseau principal ; le contacteur d'ilotage 15 est ouvert. C'est le cas typiquement lors d'une coupure accidentelle du raccordement du réseau 1 au réseau principal 2.

Le réseau 1 se trouve sous-tension et connecté au réseau principal 2 ; le connecteur d'ilotage 15 est fermé. C'est le cas lorsque le réseau 1 est toujours alimenté par le réseau principal et qu'on souhaite le déconnecter de ce réseau sans engendrer de coupure d'électricité.

- Le réseau 1 se trouve sous-tension et déconnecté du réseau principal ; le contacteur d'ilotage 15 est ouvert. C'est le cas lorsque la production d'électricité a été amorcée par le groupe électrogène 12 pour rétablir la tension après une coupure du raccordement du réseau 1 au réseau principal 2. Concernant les deux premiers états initiaux décrits ci-avant, le système de régulation permet de passer le réseau 1 de l'un de ces états initiaux à un état stabilisé dans lequel le réseau 1 est sous-tension t déconnecté du réseau principal, ce qui correspond au troisième état décrit ci-avant. Puis le système de régulation 3 est adapté pour maintenir le réseau dans cet état en régulant la fréquence et l'amplitude de la tension pour satisfaire aux exigences des charges électriques.

A cet égard, les lois de commandes comprennent quatre lois de commandes A, B, C, D en régime stabilisé, permettant au système de réguler l'amplitude et la fréquence de la tension sur le réseau une fois que celui-ci est sous tension, et deux lois de commande E et F en régime transitoire, permettant au système d'amener le réseau d'un état initial à un état dans lequel il est sous tension et déconnecté du réseau principal. Le détail des lois de commande est décrit plus en détails ci-après.

Enfin le processeur 35 est avantageusement adapté pour commander des actionneurs (non représentés) pour ouvrir et fermer le contacteur d'ilotage et ouvrir et fermer des contacteurs permettant de raccorder les générateurs 10, le groupe électrogène 12, et les charges de régulation 30, 31 au réseau 1 .

Procédé de régulation

En référence à la figure 8, on a schématiquement représenté les principales étapes du procédé de régulation mis en œuvre par le système 3 ci-avant.

Le procédé comprend une première étape 100 de détection d'un état initial du réseau par l'unité de commande 33. Cette étape est mise en œuvre par exemple en mesurant l'amplitude de la tension sur le réseau 1 et en mesurant les valeurs de puissance active et réactive Pi et Qi traversant le contacteur d'ilotage 15.

Si la tension dans le réseau est nulle, alors l'état initial est l'état 1 10 hors tension, déconnecté du réseau principal 2.

Si la tension dans le réseau est non nulle, et qu'une puissance active et/ou réactive non nulle traverse le contacteur d'ilotage, alors l'état initial est l'état 120 sous tension et connecté au réseau principal 2.

Si la tension dans le réseau est non nulle, mais que la puissance active et réactive traversant le contacteur d'ilotage est nulle, alors l'état initial est l'état 130 sous tension et déconnecté du réseau principal.

Le procédé comprend ensuite une étape 200 de régulation en fonction de l'état initial du réseau 1 détecté à l'étape précédente. Lorsque l'état initial est l'état 1 10 hors tension et déconnecté du réseau principal 2, le réseau 1 doit être remis sous-tension avant d'être stabilisé. Par conséquent l'étape de régulation 200 comprend une première étape 210 de raccordement du groupe électrogène 12 au réseau et de démarrage du groupe électrogène pour que celui-ci puisse mettre sous tension le réseau 1.

Ceci amène l'amplitude et la fréquence de la tension délivrée par le groupe électrogène à des valeurs déterminées. De ce fait le groupe électrogène 12 produit de la puissance active P _G E et de la puissance réactive Q _G E-

Pour ensuite raccorder les sources de production d'électricité non régulée 10 au réseau, l'unité de commande 33 raccorde 21 1 les charges de régulation active 30 et réactive 31 au réseau, et le processeur met en œuvre 212 une loi de commande E, dans laquelle les valeurs de consigne de puissance active et réactive ΔΡ, ΔΟ sont fixes et indépendantes des autres grandeurs du réseau. En d'autres termes, cette loi de commande n'a pas de paramètres d'entrées a et b.

L'unité de commande 33 raccorde 213 ensuite le ou les générateurs 10 d'électricité non régulée au réseau, et les met en fonctionnement. De la sorte, les générateurs produisent une puissance active croissante.

Pour maintenir l'équilibre des puissances actives produites et consommées sur le réseau 1 , le groupe électrogène diminuera la puissance active qu'il produit. Une fois que la puissance active produite par le groupe électrogène passe en- dessous d'un seuil prédéterminé mémorisé dans la mémoire 36, l'unité de commande déconnecte 214 le groupe électrogène.

Le réseau se trouve dans l'état sous-tension et déconnecté du réseau principal 2, qui correspond à l'état initial 130 introduit ci-avant.

L'amplitude et la fréquence de la tension sont ensuite régulées par la mise en œuvre de l'une des lois de commandes A, B, C, ou D décrites plus en détails ci- après.

Lorsque l'état initial du réseau 1 est l'état 120 sous tension et connecté au réseau principal 2, le réseau 1 doit être déconnecté du réseau principal 2 sans générer de coupure.

L'étape de régulation 200 comprend une première étape 220 de raccordement des charges de régulation active 30 et réactive 31 au réseau par la commande de leurs contacteurs respectifs. Le processeur 35 de l'unité de commande met ensuite en œuvre 221 une loi de commande F. Cette loi de commande délivre les consignes de puissance active et réactive ΔΡ, ΔΟ. en fonction des valeurs de puissance active Pi et réactive Qi traversant le contacteur d'ilotage 15 et mesurées par les capteurs 34. La loi de commande ajuste les valeurs des consignes pour faire converger la puissance active Pi et réactive Qi traversant le contacteur d'ilotage vers 0.

Pour cette loi F on a ΔΡ=ί(Ρ,) et AQ=f(Q,)

Par exemple, la loi de commande peut faire augmenter la puissance active consommée par la charge de régulation 30 pour réduire ou augmenter la puissance active traversant le contacteur d'ilotage 15, selon le sens dans lequel la puissance active traverse le contacteur d'ilotage.

Lorsque l'unité de commande 33 détecte, au moyen des capteurs 34, le moment où la puissance active Pi et réactive Qi traversant le contacteur d'ilotage passe sous une valeur prédéterminée, elle commande 222 le contacteur d'ilotage 15 pour isoler le réseau 1 du réseau principal 2.

Le réseau se trouve alors dans l'état sous tension et isolé du réseau principal 2 qui correspond à l'état initial 130 introduit ci-avant.

Enfin, lorsque l'état du réseau 1 correspond à l'état sous tension et isolé du réseau principal 2 - que ceci soit un état initial ou un état atteint après la mise en œuvre des lois de commande E ou F, le processeur 35 de l'unité de commande 33 est adapté pour mettre en œuvre 230 une loi de commande parmi les lois A, B, C, et D. Chacune de ces lois a pour objectif de réguler l'amplitude et la fréquence de la tension délivrée par le générateur 10 d'électricité non régulée, c'est-à-dire de faire converger l'amplitude de la tension U vers une valeur prédéterminée U ₀ et de faire converger la fréquence f vers une valeur prédéterminée f ₀ .

Pour réaliser ces convergences, chaque loi de commande modifie les consignes ΔΡ et ΔΟ, la modification de chaque consigne entraînant des variations des paramètres U, f et a, avec a le déphasage entre la tension et le courant.

A un instant donné, une seule loi de commande est mise en œuvre par le processeur 35.

On a représenté dans le tableau 1 un récapitulatif des lois de commandes A à F, et des paramètres à partir desquels ces lois génèrent des valeurs de consigne sur la puissance active et la puissance réactive.

Tableau 1

La loi A représente une loi conforme à la présente invention assurant la régulation de la fréquence et de la tension sur les réseaux électriques sur lesquels la loi B conforme à l'art antérieur ne fonctionne pas ou n'est pas optimale.

On a représenté sur la figure 9 des schémas de régulation typiques permettant de mettre en œuvre ces lois de commande en déterminant les consignes active ΔΡ à partir du paramètre de mesure a et réactive AQ à partir du paramètre de mesure b.

Ainsi, pour la loi A, le processeur 35 calcule la consigne ΔΡ en fonction de U et la consigne ΔΟ. en fonction de f.

Pour la loi B, le processeur 35 calcule la consigne ΔΡ en fonction de f et la consigne ΔΟ. en fonction de U.

Pour la loi C, le processeur 35 calcule la consigne ΔΡ en fonction de U et la consigne ΔΟ. en fonction de a.

Pour la loi D, le processeur 35 calcule la consigne ΔΡ en fonction de f et la consigne ΔΟ. en fonction de a.

Avantageusement, le processeur 35 sélectionne une loi parmi les lois A à D de régime stabilisé en fonction de scénarios préenregistrés dans la mémoire 36, tenant compte de paramètres tels que :

Structure et fonctionnement des charges de régulation active 30 et réactive

31 , et

Exigences des charges de consommation 13 sur la précision de la régulation, en amplitude de tension ou en fréquence. Par exemple, si la charge de régulation réactive 31 est formée par un gradin de condensateurs, elle ne permet pas d'ajuster de façon fine la capacité et donc la puissance réactive qu'elle fournit ou consomme, et dispose aussi de contraintes sur le temps de ré-enclenchement des condensateurs.

Si la charge de régulation active 30 est basée sur de l'électronique de puissance, elle permet d'ajuster de façon fine la résistance et donc la puissance active qu'elle consomme, et de manière très rapide.

Par conséquent, si la charge de consommation 13 est très exigeante sur l'amplitude de la tension et moins sur la fréquence, la loi A conforme à la présente invention est plus appropriée que la loi B car elle permet de répondre rapidement à des variations de tension et donc démontrer une plus grande précision.

En référence aux figures 7a et 7b, on va maintenant détailler le principe de mise en œuvre des lois A et B d'une part, et des lois C et D d'autre part, dans le cas où le générateur 10 est une génératrice asynchrone.

Sur la figure 7a, on a représenté un schéma électrique équivalent du réseau 2 isolé, où E, φ L1 et Lcc représentent le ou les génératrices 10 :

E et φ représentent le force électromotrice des génératrices,

L1 est une bobine, elle représente la consommation de puissance réactive des génératrices - dans le cas de génératrices asynchrones il s'agit de l'inductance magnétisante,

Lcc est l'impédance de court-circuit des génératrices.

R2 et L2 représentent les charges de consommation 13 :

R2 est une résistance variable en fonction de la consommation en électricité d'un client,

L2 est une bobine dont la valeur de l'inductance varie en fonction de la consommation en électricité d'un client.

Enfin, R est une résistance qui représente la charge de régulation 30 de puissance active. La consigne ΔΡ consiste à changer la valeur de la résistance de R. C est un condensateur qui représente la charge de régulation 31 de puissance réactive. La consigne ΔΟ consiste à changer la valeur de la capacitance de C. U est l'amplitude de la tension délivrée à la charge de consommation 13. Dans un tel circuit, la tension Ueq à l'équilibre et la fréquence feq de résonance dépendent des valeurs de la résistance de R et de la capacitance de C.

Ainsi, les lois de commandes A et B pilotent les valeurs de consigne pour ajuster les valeurs de résistance de R et de capacitance de C afin de maintenir U _eq au Uo désiré, typiquement 400V, et f _eq au f ₀ désiré, typiquement 50Hz.

Les lois de commandes varient en fonction du réseau et de la nature des charges de régulation.

Pour pouvoir mettre en œuvre les lois de commande A et B, les positions des charges de régulation 30 et 31 sont quelconques. Le système de régulation peut comprendre, facultativement, une charge réactive fixe. En particulier, les modes de réalisation représentés sur les figures 6a et 6b permettent de mettre en œuvre ces lois de commande.

Ainsi selon un exemple non limitatif, comme sur la figure 6a, toutes ces charges peuvent être raccordées au réseau 1 dans la zone centrale. En variante, représentée sur la figure 6b :

au moins une charge peut être raccordée au réseau dans la zone centrale Z, par exemple la charge fixe 32,

au moins une charge peut être raccordée au réseau dans la zone de consommation Z', par exemple la charge de régulation réactive 31 , et - au moins une charge peut être raccordée au réseau au niveau du lien électrique interzone 12, par exemple la première charge de régulation 30.

En référence à la figure 7b, le schéma électrique équivalent du réseau isolé 2 est à nouveau représenté, dans le cas où le réseau comprend également une charge réactive fixe 32 représentée par un condensateur C1.

Le sous-ensemble constitué du condensateur C1 , de la bobine L1 et de la bobine Lcc, et délimité par des traits pointillés sur la figure 7b, est un sous- ensemble résonnant. La capacitance du condensateur, c'est-à-dire la puissance réactive fournie ou absorbée par la charge fixe 32, est fixée de sorte que la fréquence de résonance de sous-ensemble soit égale à une fréquence prédéterminée f ₀ .

a étant le déphasage entre la tension U et le courant I dans le réseau, a fournit, lorsqu'il est non nul, une information sur le niveau de production ou de consommation en puissance réactive de la zone de consommation Z'. Lorsqu'à est nul, les puissances réactives produites par la charge de régulation 31 (condensateur C) et consommées par la charge de consommation sont identiques.

Ainsi, les lois de commande C et D pilotent la valeur de consigne en puissance réactive ΔΟ en fonction de la valeur mesurée du déphasage a, pour maintenir a à 0.

Dans la loi de commande C, la consigne de puissance active ΔΡ est un changement de la valeur de la résistance de R en fonction de la valeur mesurée de l'amplitude de la tension pour ramener cette amplitude à un niveau prédéterminé U ₀ .

Dans la loi de commande D, la consigne de puissance active ΔΡ est un changement de la valeur de la résistance de R en fonction de la valeur mesurée de la fréquence f pour ramener cette fréquence à une valeur prédéterminée f ₀ .

Pour pouvoir mettre en œuvre les lois de commande C et D, la position des charges de régulation 30, 31 doit respecter les contraintes suivantes :

- la charge de régulation de puissance réactive 31 doit être raccordée au réseau dans la zone de consommation Z',

la charge fixe réactive 32 doit être raccordée au réseau dans la zone centrale Z,

Enfin il doit exister un transit de puissance active entre la zone centrale Z et la zone de consommation Z'.

Ces contraintes sont respectées dans l'illustration de la figure 1 b.

Le système de régulation proposé permet donc de faire fonctionner un réseau isolable en régime transitoire vers un régime stabilisé dans lequel le réseau est sous tension et déconnecté d'un réseau principal. En outre la régulation de la tension et de la fréquence en régime stabilisé peut être mise en œuvre selon différentes lois de commande, la loi de commande la plus pertinente pouvant être choisie en fonction de la structure du réseau, du type de charges de régulation et des exigences des charges.