PRINCIPE DE FONCTIONNENT DES ONDULEURS

PRINCIPE DE FONCTIONNENT DES ONDULEURS :

Etude et simulation d’un onduleur en pont

Introduction 

Les onduleurs photovoltaïques sont des structures en pont constituées, le plus souvent, d’interrupteurs électroniques réalisés à l’aide des transistors de puissance. Par un jeu de commutation commandée, le plus souvent par MLI (Modulation à largeur d’impulsion), le signal électrique continu fourni est modulé afin d’obtenir un signal alternatif à la fréquence du réseau de distribution (pour notre pays 50 Hz).
Puisque les interrupteurs électroniques travaillent en commutation, la tension de sortie est toujours constituée de « morceaux » de tension continue et donc la tension en sortie du convertisseur (DC/AC) n’est pas parfaitement sinusoïdale.
Cette tension non sinusoïdale peut être décomposée en la somme d’une fondamentale désirable et d’harmoniques (tensions de fréquences multiples de celle de la fréquence fondamentale) indésirables. Le choix de la commande devra, donc, permettre d’obtenir uniquement la sinusoïde fondamentale autant que possible.
Dans le présent chapitre, on présentera l’étude de deux commandes : la commande pleine onde (commande symétrique) et la commande par modulation de largeur d’impulsion (MLI).

Etude du fonctionnement d’un onduleur PV en pont monophasé 

L’onduleur PV en pont monophasé (figure 2.1) est un montage constitué de 4 interrupteurs électroniques schématisés par les 4 interrupteurs H1, H2, H3 et H4, avec leurs diodes de roue libre. La charge est de type inductif (assimilable à un moteur à courant alternatif), afin de visualiser la tension et le courant aux bornes de la charge [7].
Figure 2.1 : Schéma du principe de l’onduleur en Pont.

Commande pleine onde 

Pourcette commande, H1-H2 et H3-H4sont commandés deux à deux simultanément. Pendant la première demi-période, H1 et H3 sont saturés alors que H2 et H4 sont bloqués, et pendant la deuxième demi-période, c’est les premiers qui sont bloqués et les seconds sont saturés. La forme de la commande est donnée sur les figures 2.2 et 2.3 :
La charge est constituée par une résistance R en série avec une inductance L. On a alors à tout instant :

Etude du régime transitoire 

On considère que le système est initialement au repos, i(0)=0. Pour :
Les interrupteurs H1 et H3 sont commandés à la fermeture et ils conduisent.
H2 et H4 sont ouverts.
Figure 2.4 : interrupteurs H1 et H3 en conduction.
Donc, en appliquant la loi de maille, on aura :
Remarque : Ici l’indice 1 correspond à la première demi-période.
La solution de cette équation est composée d’une solution sans second membre (SSM) et d’une solution particulière:
Solution SSM :
On a:  
En intégrant cette dernière équation on trouve :
La solution SSM peut alors s’écrire :
Solution particulière (ip):
Une solution particulière de l’équation (2.2) peut s’écrire :
Donc :
En remplaçant ip par son expression on trouve :
Par identification des termes on aura :
Donc : A = 0 et B = E/R, d’où :
La solution de l’équation (2.2) est donc la somme , d’où :
À t=0, on a
Or les conditions initiales sont nulles ( ), donc :
Ce qui donne :
On remarque que le courant i1(t) tend vers la valeur asymptotique finale de façon exponentielle. A t= T/2 :
Les interrupteurs H2 et H4 sont commandés à la fermeture, mais ils ne peuvent pas conduire car le courant est positif à t=T/2. Ce sont donc les diodes D2 et D4 qui conduisent.
Le courant i2(t) (le courant dans la deuxième demi-période) tend vers la valeur asymptotique finale de façon exponentielle, ce courant s’annulera pour un temps : t1< T.
Pour t1< t <T :
Le courant devient négatif, les interrupteurs H2 et H4 entrent en conduction et les diodes D2 et D4 se bloquent.

Régime permanent 

En régime permanent, le courant oscille entre représente la tension et le courant en régime permanent :
.La figure 2.5
Figure 2.5 : tension et courant en régime permanent [8].
On remarque ici que i(t) est forcément périodique de période T. Aussi, en régime permanent, le courant i(t) passe d’une valeur négative à une valeur positive à t=t1, et puisque le montage fonctionne de façon symétrique, le courant passera une autre fois d’une valeur positive à une valeur négative à : .
D’après la figure 2.5, au cours d’une période, on distingue quatre séquences : pour :
H1 et H3 sont commandés à la fermeture, or le courant est négatif à t=0, égale à . Les transistors ne peuvent pas conduire, ce sont donc les diodes D1 et D3 qui conduisent, ici on parle d’une « phase de récupération » (la charge fournie de la puissance à l’alimentation).
Figure 2.6 : première phase de récupération
On a donc :
D’où :
À t = t1, i(t) s’annule.
Pour :
H1 et H3 se mettent à conduire (courant i(t) positif), tandis que D1 et D3 se bloquent et toujours H2 et H4 sont ouverts.
Donc les équations i(t) et u(t) restent les mêmes que précédemment (2.5 et 2.6) (on n’a pas changé de maille).C’est une phase d’alimentation (la charge reçoit de l’énergie).
Figure 2.7 : première phase d’alimentation. pour :
Ici H1 et H3 sont commandés à l’ouverture et se bloquent, H2 et H4 sont commandés à la fermeture.
Le courant i(t) étant positif à t=T/2, égale à , H2 et H4 ne peuvent pas conduire. Ce sont donc D2 et D4 qui conduisent le courant.
Figure 2.8 : deuxième phase de récupération.
Donc :
D’où :
A : i(t) s’annule.
Pour :
Le courant devient négatif, donc H2 et H4 conduisent, D2 et D4 sont bloquées.
Les équations restent les mêmes que (2.7) et (2.8).
Figure 2.9 : deuxième phase d’alimentation.
D’après cette étude théorique, on déduit la forme de u(t) et i(t) comme suit :
Figure 2.10 : formes de u(t) et i(t) à la sortie du pont.

Problématique 

D’après la figure 2.10, on remarque clairement que la sortie du convertisseur DC/AC n’est pas parfaitement sinusoïdale. Cela est dû au faite que les interrupteurs électroniques travaillent en commutation. La tension de sortie sera donc toujours constituée de « morceaux » de tension continue, ce qui provoque des tensions harmoniques.
Donc c’est le choix de la commande qui permet d’obtenir une sinusoïde avec de faibles harmoniques.

Etude harmonique de la commande pleine onde :

Généralement, la décomposition en séries de Fourier (DSF) d’une fonction périodique u(t) peut s’écrire sous la forme suivant : [9]

Table des matières

CHAPITRE I : LES ONDULEURS PHOTOVOLTAÏQUES.
I- GENERALITES ET PRINCIPE DE FONCTIONNENT DES ONDULEURS :
I-1- Définition :
I-2- Onduleur photovoltaïque :
I-3- Classification des onduleurs photovoltaïques :
I-3-1- Onduleurs munis d’un transformateur basse fréquence :
I-3-2- Onduleurs muni d’un transformateur, haute fréquence :
I-3-3- Onduleurs sans transformateur :
I-4- Caractéristiques d’un onduleur photovoltaïque :
I-4-1- Côté continu de l’onduleur :
I-4-1-1- Tension d’entrée maximale :
I-4-1-2- Courant d’entrée maximale :
I-4-1-3- Puissance d’entrée maximale :
I-4-2- Côté alternatif de l’onduleur :
I-4-2-1- Puissance AC nominale :
I-4-2-2- Puissance AC maximale :
I-4-2-3- Courant de sortie minimale :
I-4-2-4- Courant de sortie maximale :
I-4-2-5- Facteur de puissance :
I-4-3- Le rendement de l’onduleur :
I-4-3-1- Méthode de calcul du rendement européen :
II- TOPOLOGIES DES ONDULEURS :
II-1- L’onduleur central :
II-2- Les onduleurs strings :
II-3- Les onduleurs intégrés aux panneaux :
II-4- La conversion multi-string :
II-5- Conclusion :
chapitre II :
I- INTRODUCTION :
II- ETUDE DU FONCTIONNEMENT D’UN ONDULEUR PV EN PONT MONOPHASE :
II-1- Commande pleine onde :
II-1-1- Etude du régime transitoire :
II-1-2- Régime permanent :
II-1-3- Problématique :
II-1-4- Etude harmonique de la commande pleine onde :
II-1-5- Conclusion
II-2- Commande MLI :
II-2-1- Etude de la commande des interrupteurs :
II-2-1-1- Stratégie de commande :
II-2-1-2- Réalisation de la commande :
II-2-2- Etude du fonctionnement :
II-2-2-1- Commande MLI :
II-2-2-2- Simulation :
II-2-2-3- Etude spectrale :
II-2-3-1- Influence de la fréquence de découpage :
II-2-3-2- Influence de l’amplitude de modulation :
II-3- Filtrage :
II-3-1- Etude du filtre passe-bas RC :
II-3-2- Influence d’une charge sur le filtre RC :
II-4- Conclusion :
CHAPITRE III : ETUDE ET SIMULATION D’UN SYSTEME PV CONNECTE AU RESEAU 
I- INTRODUCTION :
II- CONVERTISSEUR DC-DC TYPE HACHEUR SURVOLTEUR (BOOST) :
II-1- principe de fonctionnement :
II-2- équation d’entrée/ sortie d’un convertisseur survolteur :
III- SUIVEUR DU POINT MAXIMUM DE PUISSANCE(MPPT) :
III-1- Principe de l’algorithme de recherche de PPM :
III-2- Code C de l’algorithme de recherche :
IV- SIMULATIONS ET RESULTATS :
IV-1- Première simulation :
IV-2- Effet de l’ensoleillement et de la température:
IV-3- Simulation du système PV entier:
IV-4- Conclusion :
Conclusion générale
Bibliographie

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