Commande d'un étage DC/AC monophasé inclus dans un système de génération distribuée monophasée

Avec la grande consommation d"énergie électrique et les effets polluants qui lui sont associés, principalement causés par l'utilisation de ressources fossiles telles que le pétrole, le gaz ou le charbon, la problématique de trouver des solutions alternatives est devenue un sérieux problème à résoudre. D'un autre côté, les ressources fossiles diminuent tandis que la demande mondiale en énergie électrique ne cesse d'augmenter à cause du grand développement industriel. Cela a conduit à une hausse de prix des ressources fossiles, notamment du pétrole sur le marché international. Ainsi, la pénurie de ressources fossiles, le coût et la pollution atmosphérique ont constitué les limitations et contraintes majeures pour répondre à la consommation croissante d'énergie électrique. Pour ce faire, les énergies renouvelables (telles que le rayonnement solaire, le vent, etc.), après avoir connu un intérêt accru durant ces dernières années, se sont naturellement imposées, et ce en raison du fait qu'elles ne nuisent pas à l'environnement, de leur efficacité croissante et de la baisse des coûts qu'elles entraînent.

Auparavant, le renforcement de la production d'énergie électrique se faisait par l'intégration au réseau de nouvelles unités de production centralisées à grandes puissances. Actuellement, la tendance favorise l'utilisation de nombreux producteurs d'énergie électrique, proches du lieu de consommation, ayant un niveau de puissance inférieure et reposant sur les énergies renouvelables . Cette nouvelle tendance de production d"énergie électrique est connue sous différents noms tels que génération d'énergie distribuée, génération d'énergie dispersée, production décentralisée ou encore production distribuée.

Les recherches récentes montrent la difficulté technique à contrôler les générations d'énergies distribuées, puisque plusieurs éléments interagissent entre eux pour ce type d'applications tels que les sources d'énergie, les convertisseurs de puissance, les systèmes de stockage d'énergie, les charges et le réseau. Du fait que la majorité des sources d"énergies renouvelables génèrent des tensions non sinusoïdales, il est nécessaire d"utiliser un étage de conversion d'énergie électrique (DC/DC ou AC/DC) pour obtenir par la suite une tension continue et un convertisseur DC/AC pour la convertir en une tension sinusoïdale avec amplitude et fréquence contrôlées. La tension générée peut être connectée directement au réseau ou bien utilisée pour un fonctionnement en mode isolé. Dans cet article, on s'intéressera particulièrement à l'élaboration d'un contrôle de l'étage DC/AC inclus dans un système de génération distribuée monophasée fonctionnant en mode isolé. Le but principal étant de corriger les pertes et les perturbations du système de manière à ce que la tension de sortie délivrée soit une tension sinusoïdale d'amplitude et fréquence fixes quelle que soit la variation de la charge qu'elle alimente. Pour cela, la structure de l'étage DC/AC d'une génération distribuée monophasée fonctionnant en mode isolé ainsi que sa modélisation sont présentées en premier lieu. Le dimensionnement d'un filtre LC utilisé pour extraire le fondamental et éliminer les hautes fréquences de la tension de sortie du convertisseur DC/AC est étudié. Ensuite, les différentes techniques de commandes considérées sont détaillées. La première commande est celle basée sur l'utilisation de correcteurs proportionnel (P) et proportionnel intégral (PI). La présence d'erreur de traînage en régime permanent entre la tension régulée et sa référence est l'inconvénient majeur de cette commande. Pour y remédier, deux autres commandes à base de correcteurs résonnants (CR) sont étudiées. Ces correcteurs permettent d'avoir une erreur statique nulle entre la tension régulée et sa référence. L'intérêt de ces correcteurs pour l'application considérée ainsi que différentes méthodes de synthèse de leurs gains sont présentés. La vérification de la fonctionnalité de ces commandes sur l'environnement logiciel Matlab- Simulink a permis d'illustrer les performances et les limites de chacune. En outre, la commande à base de correcteurs résonnants a été testée expérimentalement en utilisant un banc d'essais expérimental à base DSP TMS320F2808 de la firme Texas Instruments. Les résultats expérimentaux obtenus dans ce cas prouvent l'intérêt et l'efficacité de ce type de correcteurs pour l'application considérée.