Par : Hao Chang Electrical et Luigi Vanfretti, Computer and Systems Engineering - Rensselaer Polytechnic Institute Troy, NY
Cet article résume les résultats d'un projet que nous - Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) - avons mené en collaboration avec Smarter Grid Solutions pour tester les fonctionnalités des onduleurs intelligents, avec le soutien de la New York State Énergie and Research Development Authority (NYSERDA). Le projet a mis en place une installation expérimentale de Simulation HIL puissance Simulation HIL (PHIL) pour tester les onduleurs intelligents, dans le but de vérifier leur conformité avec la norme IEEE 1547.1- 2020, pour l'interconnexion des ressources Énergie distribuées (DER) avec les systèmes d'alimentation électrique (EPS). Cette installation a été utilisée avec succès pour tester la fonctionnalité de l'onduleur SMA dans différentes conditions de fonctionnement et modes de contrôle. Les six expériences documentées dans l'article original comprennent le test de l'onduleur dans les modes de contrôle : facteur de puissance constant, puissance réactive constante, tension-var, tension-watt, tension ride through et retour au service. Dans cet article, nous ne détaillerons que l'expérience "Mode facteur de puissance constant".
INSTALLATION EXPÉRIMENTALE DU LABORATOIRE PHIL
OPAL-RT Amplificateur de puissance OP1400
L'amplificateur de puissance OP1400 étiqueté 4 dans la figure 1 est un composant essentiel de la plateforme expérimentale, car il émule le réseau électrique auquel l'onduleur est connecté. Pour contrôler et surveiller l'amplificateur, une interface utilisateur (IU) a été mise en place (voir figure 2). L'interface utilisateur sert de panneau de commande pour l'amplificateur de puissance OP1400 et est exécutée à l'aide d'un simulateur en temps réel. Cette interface est essentielle pour garantir le bon fonctionnement de la plateforme expérimentale pendant les essais, car elle permet à l'utilisateur de régler les paramètres et d'observer le comportement du système en temps réel. Dans la figure 2, les différentes fonctions de contrôle et de surveillance de l'expérience utilisées pour réaliser les tests sont encadrées par des carrés rouges et numérotées :
- Réglage automatisé du point de consigne de la tension efficace
- Réglage du point de consigne de la tension
- Limiteur de vitesse d'oscillation de la tension
- Affichage du point de consigne de la tension
- Tension et courant efficaces pour chaque phase (surveillance)
Dans les expériences suivantes, la consigne de tension efficace triphasée est utilisée pour contrôler la tension d'entrée de l'onduleur afin de réaliser des tests de franchissement de tension haute/basse. Le réglage automatisé du point de consigne de la tension efficace est utilisé pour modifier automatiquement la tension d'entrée de l'onduleur afin d'obtenir les graphiques caractéristiques du fonctionnement en mode de commande Volt-Watt et Volt-Var. Le limiteur de vitesse de balayage est utilisé pour limiter l'impact du courant d'appel de l'autotransformateur. Cela était nécessaire car, lors du couplage de la plateforme expérimentale, il a été observé que, dans les expériences, lorsque la tension était modifiée trop rapidement, les protections de l'amplificateur de puissance se déclenchaient en raison du courant d'appel de l'autotransformateur. Le limiteur de saturation évite les erreurs d'entrée de l'utilisateur qui dépassent les limites de tension de l'amplificateur et de l'onduleur. La tension sature à 160 Vrms L-N. Par conséquent, la tension peut atteindre 692 VLL du côté haut de l'autotransformateur, ce qui est suffisant pour toutes les procédures d'essai dans le cadre de l'installation expérimentale.
Alimentation en courant continu
L'alimentation en courant continu portant le numéro 2 sur la figure 1 est utilisée pour émuler une cellule photovoltaïque (PV) fonctionnant dans différentes conditions. Le logiciel Photovoltaic Power Profile Emulation (PPPE) calcule automatiquement les profils de tension et de courant du panneau solaire en fonction des paramètres définis par l'utilisateur. Étant donné que les expériences ne nécessitent pas de changement du côté CC et que la puissance active maximale de sortie de l'onduleur est fixée à 3 kW, le profil de la boîte 1 est un profil de tension et de courant. Pendant ce temps, le profil de la boîte 1 est envoyé à l'alimentation CC pour avoir un maximum de 7,2 kW, ce qui permet à l'alimentation CC de fonctionner selon les caractéristiques du panneau PV émulé. Ce profil de puissance est utilisé dans toutes les expériences.
Onduleur SMA
L'onduleur SMA est l'EUT (équipement sous test) pour tous les tests effectués et documentés ci-après. L'onduleur est configuré par l'intermédiaire de l'interface utilisateur de son serveur intégré, illustrée à la figure 3. L'écran principal de l'interface utilisateur (c'est-à-dire la page d'accueil du serveur Web) affiche la puissance de sortie actuelle et l'état de l'appareil. L'onglet "Paramètres de l'appareil" est l'endroit où la configuration et les paramètres de l'onduleur sont affichés et peuvent être modifiés. Dans les expériences suivantes, les paramètres détaillés sont tous affichés et configurés via cet onglet.
Expérience - mode facteur de puissance constant
Comprendre comment un onduleur interagit avec le réseau dans des conditions de facteur de puissance constant est crucial pour l'intégration des sources d'Énergie renouvelables, car cela affecte la stabilité et l'efficacité du réseau. Dans le test suivant, le mode facteur de puissance constant (pf) de l'onduleur sera testé avec un facteur de puissance retardé de 0,95. Depuis l'interface utilisateur, le facteur de puissance est réglé pour être constant à 0,95. Les données de mesure ont été enregistrées après que l'onduleur a fini d'ajuster la puissance de sortie (c'est-à-dire lorsqu'il a atteint un "état stable"). Ces enregistrements sont utilisés pour vérifier si l'onduleur produit et maintient la puissance active et réactive souhaitée.
La figure 4 montre que l'onduleur produit 3 kW et que le facteur de puissance est de 0,95, comme prévu. Comme l'onduleur SMA est capable de produire 150 kW, l'erreur de 30,67 W est dans les limites de la tolérance. L'oscilloscope est utilisé pour vérifier l'angle de décalage. La mesure montre que le décalage est de 827 microsecondes. En termes d'angle, cela correspond à Φ = 17,8º. L'angle souhaité est Φ = 18,2º. L'angle de décalage mesuré est proche de l'angle souhaité. Les formes d'onde étant légèrement déformées, l'erreur d'angle peut être attribuée à des problèmes d'instrumentation. Cependant, l'erreur est faible et se situe dans les limites de la tolérance. L'expérience est répétée pour un facteur de puissance surexcité (Leading) de 0,95, et les résultats sont présentés dans le tableau I, avec des résultats similaires à ceux du test précédent.
Tableau 1 - Résultats de l'essai du facteur de puissance constante de 0,95 à la tête du réseau
