Etude de l’association d’un filtre actif parallèle à des sources d’énergie renouvelables

Abstract

لقد ثبت أن الطلب المتزايد على الأحمال غير الخطية وموارد الطاقة المتجددة يؤثر على أداء شبكات الطاقة من منظور جودة الطاقة. إن دمج النظام الكهروضوئي المتصل بالشبكة في أنظمة التوزيع التي تغذي الأحمال غير الخطية ليس فقط غير قادر على تخفيف تلوث الطاقة، ولكنه قد يجعل الوضع أسوأ إعتمادًا على طبيعة محول الطاقة. للتعامل مع هذه المشكلة، يتم إدماج عوامل تصفية نشطة وغير نشطة كأجهزة فعالة. ومع ذلك ، فإن المكونات الكبيرة لمرشحات غير النشطة والتكلفة العالية لمرشح الطاقة النشط الإضافي هي أوجه القصور الرئيسية في هذا الحل. للتغلب على هذه العيوب ، نقترح في هذه الأطروحة نظام كهروضوئي متصل بالشبكة الكهربائية ويعمل في نفس الوقت كمرشح طاقة نشط. في الواقع ، يستخرج النظام المقدم الطاقة القصوى من مجموعة الألواح الشمسية ، ويحولها إلى طاقة التيار المتردد عبر عاكس ، ويزودها بالشبكة والأحمال المتصلة. وبالتالي ، عن طريق حقن التيار التعويضي المناسب في الشبكة ، فإن وظيفة التصفية لنظام الكهروضوئي المتصل بالشبكة يمكن أن يحسن بشكل كبير من الموثوقية وكفاءة تحويل الطاقة والتشوه التوافقي الحالي. من أجل تحسين أداء وظيفة المرشح لنظام الكهروضوئي المتصل بالشبكة ، عدة تقنيات التحكم الغير خطي كالتي تعتمد على وضع الانزلاق ، خطوة إلى الوراء ، والمنطق الضبابي ، قد تم دمجها مع تقنية التحكم الموجَه في الشعاع، التحكم المباشر في الطاقة والتحكم المباشر في الطاقة التنبؤي. أخيرًا ، للتحقق من صحة التحكم المزدوج المقترح ، يتم إجراء اختبارات المعالج في الحلقة لمعرفة الحالة المستقرة والأنظمة الديناميكية في ظل ظروف التغير في الحمولات الغير الخطية وتغيير الإشعاعات الشمسية. الكلمات المفتاحية : النظام الكهروضوئي المتصل بالشبكة ؛ تحويلة مرشح الطاقة النشط ؛ النمط الانزلاقي؛ خطوة إلى الوراء؛ المنطق الضبابي؛ التحكم الموجَه في الشعاع ؛ التحكم المباشر في الطاقة ؛ التحكم المباشر في الطاقة التنبؤي ؛ المعالج في الحلقة . --------------------------------Il est bien établi que la demande accrue de charges non linéaires et de ressources énergétiques renouvelables influence la performance des réseaux électriques du point de vue de la qualité de l'énergie. L'intégration d'un système photovoltaïque raccordé au réseau dans des systèmes de distribution alimentant des charges non linéaires n'est pas seulement incapable d'atténuer la pollution de l'énergie, mais elle peut aussi aggraver la situation en fonction de la technologie du convertisseur de puissance. Pour résoudre ce problème, des filtres passifs et actifs supplémentaires sont reconnus comme étant des dispositifs de filtrage efficaces. Cependant, les composants grand volume des filtres passifs et le coût élevé d'un filtre de puissance active supplémentaire sont les principaux inconvénients de cette solution, entre autres. Pour surmonter ces inconvénients, le système photovoltaïque (PV) lui-même agissant comme un filtre active de puissance shunt (PV-FAP) est proposé dans cette thèse. En effet, le système présenté extrait essentiellement la puissance maximale de l'installation solaire photovoltaïque, la convertit en courant alternatif par l'intermédiaire d'un onduleur et la fournit au réseau et aux charges connectées. Par conséquent, en injectant le courant de compensation approprié dans le réseau, la fonction de filtrage du système PV peut améliorer considérablement la fiabilité, l'efficacité de conversion de puissance et la distorsion harmonique du courant. Afin d'améliorer les performances du PV-SAPF, des contrôleurs non linéaires basés sur le mode glissant, le backstepping, et la logique floue sont associés au commande par orientation de la tension VOC, contrôle direct de puissance (DPC) et au contrôle prédictif direct de puissance (PDPC). Enfin, pour valider le système à double fonction proposé, des essais PIL (Processor-in-the-Loop) sont effectués pour les régimes dynamiques et permanents sous le changement brusque de la charge non linéaire et d'irradiation solaire.

Les mots clés : Système photovoltaïque (PV) connecté au réseau ; Filtre de puissance active parallèle ; Mode glissant ; Backstepping ; Logique floue ; Commande de puissance directe (DPC) ; Commande de puissance directe prédictive (PDPC) ; Processeur en boucle (PIL).

------------------------------------It is well established that, the increased demand for nonlinear loads and renewable energy resources influence the power networks performance from the perspective of power quality. The integration of grid-connected photovoltaic (PV) system in distribution systems supplying nonlinear loads is not only unable to mitigate the power pollution, but it may make the situation worse depending on the PV converter technology. To deal with this problem, extra passive and active filters are recognized as effective filtering devices. However, bulk components of passive filters and the high cost of an additional active power filter are the main shortcomings among others of this solution. To overcome these drawbacks, the PV system itself acting as a shunt active power filter (PV-SAPF) is proposed in this thesis. Indeed, the presented system basically extracts maximum power from solar photovoltaic array, converts it into AC power via a voltage source converter, and supplies it to the grid and connected loads. Hence, by injecting the appropriate compensating current into the grid, the filtering function of the PV system can improve significantly the reliability, power conversion efficiency, and current harmonic distortion. In order to improve the performances of the PV-SAPF, nonlinear controllers based on the sliding mode, backstepping, and fuzzy logic are associated with vector oriented control (VOC), direct power control (DPC), and predictive direct power control (PDPC). Finally, to validate the proposed double function system, processor-in-the-loop (PIL) tests are carried out for steady state and dynamic regimes under a nonlinear load and solar irradiation changes operating conditions.

Keywords : Grid-connected photovoltaic (PV) system; Shunt active power filter; Sliding mode; backstepping; Fuzzy logic; Vector oriented control (VOC); Direct power control (DPC); Predictive direct power control (PDPC); Processor-in-the-loop (PIL).