Comparaison Matlab-Simulink / EMTP

Détection d’îlotage d’onduleurs photovoltaïquesJournée des utilisateurs EMTP-RV Clamart - 25 septembre 2008Bertrand RAISON

1

Détection d’îlotage pour onduleurs photovoltaïques

Comparaison Matlab-Simulink / EMTP

R. Marguet, B. Raison, C. Duvauchelle

Journée utilisateurs EMTP-RV, Clamart


2

Plan de la présentation :

I – Qu’est-ce que l’îlotage ?

II – Présentation des structures simulées

III – Comparaisons des résultats obtenus

IV – Conclusions


3I – Qu’est-ce-que l’îlotage ?

Mesure de tension aux bornes de l’installation

Analyse de la fréquence seuils [47.5Hz – 50.2Hz]Analyse de l’amplitude seuils [0.8Un – 1.1Un]

Principe

Pourquoi détecter l’îlotage ?

DCAC

Réseauprincipal

P, Q

Pch, Qch

dP, dQ

ChargeR, RL, RLC

Risque d’îlotage


4I – Qu’est-ce-que l’îlotage ?

Fréquence (Hz)Tension (V)

Seuils de la protection principale

Besoin en protection additionnelle

Essais réalisés sur un banc expérimental sous tension de sécurité


5

MetersOutPOutNInN

InP

Mesure_onduleur

+

Réseau

?v ip

.230kVRMS /_-90

+

1k

R1

+R

LCR

ésis

tanc

e

?vi

10,0

,0

+ RLC

Inductance

0,1mH,0

+

cSW1

scopescp1

Interrupteur_"Perte_du_réseau"

step

+ R4

?vi10

0000

000

+ R5

?vi

1000

0000

0

+R

LC Cha

rge

?vip

20,0

.063

6553

,0.0

0015

9138

neutrephase

onduleur

I – Qu’est-ce-que l’îlotage ?Structure simulée (EMTP-RV)


6

Pont complet à IGBT

Reseau BT

Commande MLI des interrupteurs MLI 20kHz

+ +-

?s

sum1

ramp

v(t)

v(t)

+

12mH phase

neutre

++

-

+

12mH

Compare21?s

1

?s 0

1

lim1

0.95

?s

0.05

1

lim2

380

scopeVondu

VonduIpilotage

Pilotage_Onduleur_PLUS_RoCoF

?s

NOTf(u) 1 ?s

Recentrage

i(t)

?s

S1S4

S1S4

S1S4

S2S3

S2S3

S2S3

I – Qu’est-ce-que l’îlotage ?Schéma de principe

Contrôle et protection


7

Il existe deux types de protection additionnelle anti îlotageactive (avec injection d’un signal supplémentaire et traitement)

passive (avec un ‘simple’ traitement des variables mesurées)

Etude d’une méthode passive particulière : le ROCOFRate 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 existantefiltres et compteurs

test sur un réseau très simple



8





IV – Conclusions


9

Deux simulateurs ont été utilisésMatlab/Simulink (avec la librairie PLECS)

EMTP-RV

Méthologie employéeUtilisation 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



10

Filtre Passe-bas 5 Hz

phaseU

ecart

PLL

VonduIpilotage

f(u)1

2_x_Cos

?s

PROD12

Produit_1

?s

PROD12Produit_2

?s VqVd

IqId

Générateur_Idq_ref

f(u)12

Calcul_module

?s

f(u)12

Calcul_phase

?s

++

+ sum

1

PROD12

Ipilotage

?s

scopeIndicateur

scopeIndicateur_temporisé

scopeDérivée_ecart

ecart indic

indic_temp

der_freq

RoCoF SIN1

Fm5

?s

d__1 d__1State-Spaceyu 11

SS2!h

f(u)1

Modulo_2_x_Pi

?s

State-Spaceyu 11

SS1!h

d__1 d__1f(u)1

2_x_Sin?s

scope Vq

scope Vd

module

phase

II – Présentation des structures simuléesContrôle de l’onduleur


11

Temporisateur 150 ms

Détection RoCoF

ecartindic

indic_temp

der_freq

f(s)

Intégration

Compare21

cmp1

Compare21

cmp2

c0.02

Seuil_Sup

c-0.02

Seuil_Inf

NOT

OR

Holdhcrcrv

?shld2

c0

C5

ramp?s

sg2Compare

21

?scmp3 c

0.150

C6

+ +-

sum1

Holdhcrcrv

?shld3

NO

T2

periodaverage

out inini

tr_120Hz

II – Présentation des structures simuléesROCOF

2

1

3


12





IV – Conclusions


13III – Comparaisons des résultats obtenus

0 100 200 300 400 500 600-30

-20

-10

0

10

20

30

t (ms)

Courants dans le réseau, l'onduleur et la cahrge

onduleur/p4/i_t@control@1DEV2/I_onduleur@control@1Charge@ib@1

Courant dans l'onduleur Courant dans le réseau Courant dans la charge

Fig 4.3 Courants dans le réseau, l’onduleur et la charge

Courants



0 100 200 300 400 500 60049.85

49.9

49.95

50

50.05

50.1

t (ms)

yFréquence de la tension de l'onduleur

Fig 4.4 Fréquence de la tension de l’onduleur

Fréquence



0 100 200 300 400 500 600-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

Seuil Sup

Seuil Inf

t (ms)

Dérivée de l'écart de fréquence

0 100 200 300 400 500 6000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

t (ms)

Indicateur RoCoF non temporisé

0 100 200 300 400 500 600-1

-0.5

0

0.5

1

t (ms)

Indicateur RoCoF temporisé

Fig 4.5 Détection de la variation de fréquence et Indicateurs RoCoF

Rocof

1

2

3


16

Simulations conduites sur les deux simulateurs séparémentstructures 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 problèmesSimulink/PLECS : pas variable – ETMP : pas fixe

Modélisation différente des éléments électriques sous les deux logiciels



17

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.649.9

9.92

9.94

9.96

9.98

50

0.02

0.04

0.06

0.08

50.1

temps (s)

Frequence

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

0.05

0

0.05

temps (s)


0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60

0.2

0.4

0.6

0.8

1

temps (s)


0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60

0.2

0.4

0.6

0.8

1

temps (s)

Indicateur RoCoF temporisé

Fig 4.6 Indicateurs RoCoF et fréquence de l’onduleur – Résultats Simulink

0 100 200 300 400 500 60049.9

49.92

49.94

49.96

49.98

50

50.02

50.04

50.06

50.08

50.1

t (ms)

y

PLOT

onduleur/Pilotage_Onduleur_PLUS_RoCoF/PLL/frequence@control@1

0 100 200 300 400 500 600

0.05

0

0.05

t (ms)


0 100 200 300 400 500 6000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

t (ms)


0 100 200 300 400 500 600-1

-0.5

0

0.5

1

t (ms)

Indicateur RoCoF temporisé (150 ms)

Fig 4.7 Indicateurs RoCoF et fréquence de l’onduleur – Résultats EMTP-RV

1

2

3

1

2

3

Empt

Matlab



0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.649.2

49.3

49.4

49.5

49.6

49.7

49.8

49.9

50

50.1

temps (s)

Fréq

uenc

e (H

z)Fréquence de la tension de l'onduleur

Fig 4.9 Fréquence de la tension de l’onduleur

Fréquence


19





IV – Conclusions


20

Pour le moment, erreur non encore résoluemodèle

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.

IV – Conclusions


21

Détection d’îlotage pour onduleurs photovoltaïques

Comparaison Matlab-Simulink / EMTP

Fin

R. Marguet, B. Raison, C. Duvauchelle

Documents

Comparaison Matlab-Simulink / EMTP