FR3112039A1 - Système de transfert de puissance entre un réseau à courant alternatif et une turbine hydraulique réversible - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un système de transfert de puissance (1), comprenant une première branche (4) comportant un interrupteur commandé (41) et une deuxième branche (8) comportant un convertisseur de fréquence variable (5), en parallèle entre un réseau courant alternatif (2) et une pompe-turbine réversible (3), le convertisseur de fréquence variable (5) comportant :- un premier convertisseur courant alternatif/courant continu (11) ayant une première interface courant continu, et- un deuxième convertisseur courant alternatif/courant continu (12) ayant une deuxième interface courant continu, les première et deuxième interfaces courant continu étant reliées par une liaison courant continu (13),- un circuit de commande (7) ayant un premier mode dans lequel il ouvre simultanément l'interrupteur (4) et il transfère l'énergie électrique jusqu'à ce qu'elle atteigne la même fréquence sur deux interfaces courant alternatif (61, 62), et ayant un deuxième mode dans lequel il ferme l'interrupteur (4) de la première branche (41) ;- un système de stockage d'énergie (14) ;- un système de commutation (15) pour connecter sélectivement le système de stockage d'énergie (14) à la liaison courant continu (13) Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1
Description
L'invention concerne le transfert de puissance entre un réseau à courant alternatif et une turbine hydraulique réversible. L'invention porte notamment sur l'utilisation d'un système permettant le démarrage de la turbine en mode pompe.
De nombreux barrages hydroélectriques comprennent une pompe-turbine réversible utilisée soit en mode pompe pour faire passer l'eau au-dessus du barrage, soit en mode turbine pour générer de l'énergie électrique transférée à un réseau de courant alternatif. Un système de transfert de puissance connu comprend une première branche et une deuxième branche connectées en parallèle pour former une liaison électrique entre le réseau courant alternatif et la pompe-turbine réversible. La première branche comprend un interrupteur commandé. Lorsque l'interrupteur commandé est fermé, une puissance électrique nominale peut être échangée entre le réseau courant alternatif et la pompe-turbine, afin de réduire les pertes électriques dans la liaison électrique. Pour démarrer la pompe-turbine en mode pompe, cette pompe-turbine a initialement une vitesse nulle et doit être accélérée jusqu'à ce qu'elle atteigne la vitesse de synchronisation du réseau courant alternatif. Par conséquent, la deuxième branche comprend un convertisseur de fréquence variable comprenant un premier et un deuxième convertisseur courant alternatif/courant continu. Les interfaces courant alternatif de ces convertisseurs courant alternatif/courant continu sont connectées respectivement au réseau courant alternatif et à la pompe-turbine. L'interrupteur commandé est initialement ouvert. Le convertisseur à fréquence variable transfère l'énergie à la pompe-turbine jusqu'à ce qu'elle atteigne la vitesse de synchronisation du réseau courant alternatif. L'interrupteur commandé est alors fermé une fois que cette vitesse de synchronisation est atteinte.
En outre, ce système de transfert de puissance peut également inclure un système d'hybridation qui comprend un convertisseur courant alternatif/courant continu connecté à la liaison électrique et un système de stockage d'énergie connecté à l'interface courant continu du convertisseur courant alternatif/courant continu. Ce système de stockage d'énergie est une source de courant continu réversible qui est capable de stocker l'énergie électrique du réseau de courant alternatif et de la renvoyer au réseau de courant alternatif via le convertisseur. Ce système d'hybridation apporte plus de flexibilité au système de transfert de puissance, par exemple en stockant l'énergie produite par la pompe-turbine si le réseau courant alternatif demande transitoirement moins de puissance. Un tel système d'hybridation permet une meilleure adaptation dynamique aux besoins en énergie.
Cependant, l'utilisation d'un système d'hybridation est coûteuse, ce qui limite son développement commercial. L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L'invention concerne donc un système de transfert de puissance, comprenant une première branche et une deuxième branche connectées en parallèle entre une première interface de connexion à connecter à un réseau à courant alternatif et une deuxième interface à connecter à une pompe-turbine réversible, la première branche comprenant un commutateur commandé, la deuxième branche comprenant un convertisseur de fréquence variable, le convertisseur de fréquence variable comprenant :
- un premier convertisseur courant alternatif/courant continu ayant une première interface courant alternatif connectée à la première interface de connexion et une première interface courant continu, et
- un deuxième convertisseur courant alternatif/courant continu ayant une deuxième interface courant alternatif connectée à la deuxième interface de connexion et une deuxième interface courant continu, les première et deuxième interfaces courant continu étant connectées par une liaison courant continu,
- un circuit de commande ayant un premier mode dans lequel il ouvre simultanément l'interrupteur de la première branche et transfère l'énergie électrique de la première interface courant alternatif à la deuxième interface courant alternatif avec une fréquence croissante sur la deuxième interface courant alternatif jusqu'à ce qu'elle atteigne la fréquence de la première interface, et ayant un deuxième mode dans lequel il ferme l'interrupteur de la première branche ;
- le système comprend en outre un système de stockage d'énergie connecté à la liaison courant continu ;
- un système de commutation commandé par le circuit de commande pour connecter sélectivement le système de stockage d'énergie à la liaison courant continu.
- un premier convertisseur courant alternatif/courant continu ayant une première interface courant alternatif connectée à la première interface de connexion et une première interface courant continu, et
- un deuxième convertisseur courant alternatif/courant continu ayant une deuxième interface courant alternatif connectée à la deuxième interface de connexion et une deuxième interface courant continu, les première et deuxième interfaces courant continu étant connectées par une liaison courant continu,
- un circuit de commande ayant un premier mode dans lequel il ouvre simultanément l'interrupteur de la première branche et transfère l'énergie électrique de la première interface courant alternatif à la deuxième interface courant alternatif avec une fréquence croissante sur la deuxième interface courant alternatif jusqu'à ce qu'elle atteigne la fréquence de la première interface, et ayant un deuxième mode dans lequel il ferme l'interrupteur de la première branche ;
- le système comprend en outre un système de stockage d'énergie connecté à la liaison courant continu ;
- un système de commutation commandé par le circuit de commande pour connecter sélectivement le système de stockage d'énergie à la liaison courant continu.
L'invention concerne également les variantes suivantes. L'homme du métier comprendra que chacune des caractéristiques des variantes suivantes peut être combinée indépendamment avec les caractéristiques ci-dessus, mais sans constituer une généralisation intermédiaire.
Selon une variante, le système de stockage d'énergie comprend un transducteur électrique à courant continu et un convertisseur courant continu/courant continu configuré pour modifier le niveau de tension entre le transducteur électrique à courant continu et la liaison courant continu.
Selon une autre variante, le transducteur électrique à courant continu est choisi dans le groupe comprenant un supercondensateur, une pile à combustible, une batterie électrochimique, un moteur électrique entraînant un volant d'inertie, un compresseur d'air et un stockage électromagnétique.
Selon une autre variante, le premier convertisseur courant alternatif/courant continu et le deuxième convertisseur courant alternatif/courant continu sont réversibles en courant.
Selon une variante, le premier et le deuxième convertisseur courant alternatif/courant continu sont des inverseurs à deux sources de tension et le convertisseur courant continu/courant continu est réversible en puissance.
Selon une autre variante, les premier et deuxième convertisseurs courant alternatif/courant continu sont des inverseurs de source de courant, et le convertisseur courant continu/courant continu est un convertisseur courant continu/courant continu à quatre quadrants.
Selon une variante, la liaison courant continu comprend un premier enroulement connecté entre la première interface courant continu et le système de commutation et un deuxième enroulement connecté entre la deuxième interface courant continu et le système de commutation.
Selon une autre variante, les puissances nominales du premier convertisseur courant alternatif/courant continu et du deuxième convertisseur courant alternatif/courant continu sont inférieures à 20% de la puissance nominale du premier commutateur.
Selon une autre variante, le système de stockage d'énergie est configuré pour fournir une puissance maximale supérieure à la puissance maximale du premier convertisseur courant alternatif/courant continu et supérieure à la puissance maximale du deuxième convertisseur courant alternatif/courant continu, et inférieure à la somme des puissances des premier et deuxième convertisseurs courant alternatif/courant continu.
L'invention porte également sur un système hydraulique, comprenant :
- un système de transfert de puissance selon l'une des revendications ci-dessus,
- un réseau courant alternatif connecté à la première interface de connexion du système de transfert de puissance,
- une pompe-turbine réversible connectée à la deuxième interface de connexion du système de transfert de puissance.
- un système de transfert de puissance selon l'une des revendications ci-dessus,
- un réseau courant alternatif connecté à la première interface de connexion du système de transfert de puissance,
- une pompe-turbine réversible connectée à la deuxième interface de connexion du système de transfert de puissance.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront plus clairs à partir de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et de manière non limitative, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
La est une représentation schématique d'un système de transfert de puissance selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
La est une représentation schématique d'un système de transfert de puissance selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;
La illustre un mode de fonctionnement d'un système de transfert de puissance selon le premier mode de réalisation, pendant une phase de démarrage de la pompe-turbine réversible ;
La illustre un autre mode de fonctionnement d'un système de transfert de puissance selon le premier mode de réalisation, dans lequel l'énergie électrique fournie par la pompe-turbine réversible contourne un interrupteur principal ;
La illustre un autre mode de fonctionnement d'un système de transfert de puissance selon la premier mode de réalisation, dans lequel le système de stockage d'énergie restitue l'énergie à la fois au réseau courant alternatif et à la pompe-turbine réversible dans un mode de démarrage différent ;
La illustre un autre mode de fonctionnement d'un système de transfert de puissance selon le premier mode de réalisation, pendant une phase où la pompe-turbine réversible et le système de stockage d'énergie envoient tous deux du courant au réseau courant alternatif ;
La est une représentation schématique d'un système de transfert de puissance selon un aspect indépendant de l'invention.
La Fig. 1 est une représentation schématique d'un système de transfert de puissance 1 selon un premier mode de réalisation de l'invention ; Le système de transfert de puissance 1 comprend un interrupteur commandé 41, un convertisseur de fréquence variable 5, une interface de connexion 61 et une autre interface de connexion 62. Une liaison électrique comprend une branche d'alimentation principale 4 et une branche d'alimentation secondaire 8. Les branches d'alimentation 4 et 8 sont connectées en parallèle entre les interfaces de connexion 61 et 62. La branche 4 comprend l'interrupteur commandé 41. L'interrupteur 41 peut être un disjoncteur CVC. La branche 8 comprend le convertisseur de fréquence variable 5. L'interface de connexion 61 est connectée à un réseau courant alternatif 2, généralement un réseau courant alternatif triphasé. L'interface de connexion 62 est reliée à une pompe-turbine 3, comprenant généralement un moteur/générateur synchrone. La pompe-turbine 3 comprend généralement une unité hydraulique ayant une roue hydraulique couplée à un rotor du générateur par un arbre.
Le convertisseur de fréquence variable 5 comprend un convertisseur courant alternatif/courant continu 11, une liaison courant continu 13, un interrupteur commandé 15, un système de stockage d'énergie (communément désigné par l'acronyme ESS) 14 et un autre convertisseur courant alternatif/courant continu 12.
L'interface courant alternatif du convertisseur courant alternatif/courant continu 11 est connectée à l'interface de connexion 61 et l'interface courant alternatif du convertisseur courant alternatif/courant continu 12 est connectée à l'interface de connexion 62. Les convertisseurs courant alternatif/courant continu 11 et 12 sont réversibles en courant. La liaison courant continu 13 relie électriquement les interfaces courant continu respectives des convertisseurs courant alternatif/courant continu 11 et 12, pour permettre un transfert de puissance entre ces interfaces courant continu.
Le système de transfert de puissance 1 comprend un circuit de commande 7 configuré pour commander le commutateur 41 et le commutateur 15 du convertisseur de fréquence variable 5. Le circuit de commande 7 commande donc le transfert de puissance par la branche principale 4, et le transfert de puissance de/vers le système de stockage d'énergie 14. L'interrupteur principal 41 permet de connecter/déconnecter sélectivement les interfaces courant alternatif 61 et 62 des convertisseurs courant alternatif/courant continu 11 et 12, ou l'interface de puissance du moteur de la pompe-turbine 3 et le réseau courant alternatif 2.
Le circuit de commande 7 a notamment un mode de commande dans lequel il ouvre simultanément l'interrupteur 41 de la branche principale 4 et il transfère l'énergie électrique de l'interface de connexion 61 à l'interface de connexion 62 par la branche secondaire 8, avec une fréquence croissante sur l'interface de connexion 62, jusqu'à ce qu'elle atteigne la fréquence sur l'interface 61. Le circuit de commande 7 possède également un autre mode de commande dans lequel il ferme le commutateur 41 de la branche principale 4 pour permettre un transfert de puissance entre le réseau courant alternatif 2 et la pompe-turbine 3.
L'invention permet une intégration du système de stockage d'énergie 14 à un coût réduit, afin de bénéficier d'un transfert de puissance efficace avec la liaison électrique. En effet, le système de stockage d'énergie 14 connecté à la liaison courant continu 13 partage les convertisseurs courant alternatif/courant continu 11 et 12 avec le convertisseur à fréquence variable 5, au lieu d'avoir un convertisseur courant alternatif/courant continu dédié connecté à la liaison électrique. Ainsi, le convertisseur à fréquence variable 5 peut être utilisé pour transférer de l'énergie à la liaison électrique même en dehors des périodes de démarrage des pompes. Ainsi, le système de transfert de puissance 1 peut offrir des caractéristiques améliorées sans augmenter sensiblement ses coûts.
L'invention est particulièrement avantageuse avec un convertisseur de fréquence variable de démarrage 5 pour lequel les convertisseurs courant alternatif/courant continu 11 et 12 ont des puissances nominales typiquement inférieures à 20% de la puissance nominale du commutateur 41, de préférence inférieures à 15% de cette puissance nominale, et plus préférentiellement inférieures à 10% de cette puissance nominale. Un tel convertisseur de fréquence variable 5 peut ainsi rester rentable et conserver une taille réduite. La puissance nominale de l'interrupteur 41 est généralement déterminée sur la base de la puissance nominale actuelle de cet interrupteur.
La liaison courant continu 13 peut inclure un circuit de filtrage. Le circuit de filtrage peut comprendre des condensateurs de petite taille, non représentés dans les figures, capables de stocker de l'énergie pour le besoin de stabilisation du courant ou de la tension de la liaison courant continu 13. L'interrupteur commandé 15 relie de manière sélective le système de stockage d'énergie 14 et la liaison courant continu 13. Le convertisseur de fréquence variable 5 comprend également un circuit de commande 16 et un circuit de commande 17. Le circuit de commande 16 est configuré pour commander le convertisseur courant alternatif/courant continu 11, en particulier lorsque ce dernier comprend des composants actifs tels que des thyristors appartenant à un redresseur. Le circuit de commande 17 est également configuré pour commander le convertisseur courant alternatif/courant continu 12. Les circuits de commande 16 et 17 peuvent être utilisés pour contrôler les flux de puissance entre le système de stockage d'énergie 14, le réseau courant alternatif 2 et la pompe-turbine réversible 3. Les circuits de commande 7, 16 et 17 peuvent être basés sur des circuits qui contiennent des composants intelligents (microcontrôleur, DSP, ASIC, ...). Ces circuits de commande peuvent récupérer les informations sur le mode de production de l'unité hydraulique, ou les états qui y sont liés comme la hauteur de charge hydraulique, la puissance de sortie ou l'ouverture des aubes directrices. Ces circuits de commande peuvent utiliser des modèles numériques de l'unité hydraulique.
Le système de stockage d'énergie 14 de ce mode de réalisation est avantageusement une source de tension courant continu réversible. Le système de stockage d'énergie 14 de ce mode de réalisation peut comprendre un dispositif de stockage d'énergie sélectionné dans le groupe comprenant un supercondensateur, une pile à combustible, une batterie électrochimique, un moteur électrique entraînant un volant d'inertie, un compresseur d'air et un stockage électromagnétique. Les convertisseurs courant alternatif/courant continu 11 et 12 peuvent inclure un redresseur pour la conversion entre une tension alternative d'un réseau triphasé et une tension continue.
Le convertisseur courant alternatif/courant continu 11 et le convertisseur courant alternatif/courant continu 12 sont configurés pour être réversibles en courant. Les convertisseurs 11 et 12 peuvent être des inverseurs de source de tension (VSI). Pour un mode du circuit de commande 16, la puissance est transférée de l'interface courant alternatif du convertisseur courant alternatif/courant continu 11 à l'interface courant continu du convertisseur courant alternatif/courant continu 11 et dans un autre mode du circuit de commande 16, la puissance est transférée de l'interface courant continu du convertisseur courant alternatif/courant continu 11 à l'interface courant alternatif du convertisseur courant alternatif/courant continu 11. Pour un mode du circuit de commande 17, la puissance est transférée de l'interface courant continu du convertisseur courant alternatif/courant continu 12 à l'interface courant alternatif du convertisseur courant alternatif/courant continu 12 et dans un autre mode du circuit de commande 17, la puissance est transférée de l'interface courant alternatif du convertisseur courant alternatif/courant continu 12 à l'interface courant continu du convertisseur courant alternatif/courant continu 12.
La Figure 2 est une représentation schématique d'un système de transfert de puissance 1 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Ce mode de réalisation ne diffère de celle de la figure 1 que par la structure du système de stockage de l'énergie 14. Dans ce mode de réalisation, les convertisseurs 11 et 12 peuvent être des inverseurs de source de tension. Le système de stockage d'énergie 14 comprend un convertisseur courant continu/courant continu 141 et un dispositif de stockage d'énergie 142 utilisé comme transducteur électrique vers une autre forme d'énergie. Le convertisseur courant continu/courant continu 141 relie électriquement le dispositif de stockage 142 et l'interrupteur commandé 15. Le convertisseur courant continu/courant continu 141 est configuré pour adapter le niveau de tension entre le dispositif de stockage 142 et la liaison courant continu 13. Le système de stockage d'énergie 14 comprend un circuit de commande 143 configuré pour commander le convertisseur courant continu/courant continu 141. Le circuit de commande 143 peut par exemple commander les interrupteurs appartenant au convertisseur courant continu/courant continu 141, en particulier lorsque ce dernier est un convertisseur buck/boost par exemple. Le circuit de commande 143 peut recevoir des informations relatives à la liaison courant continu 13, telles que le courant et la tension. Le circuit de commande 143 peut également recevoir des informations relatives au dispositif de stockage 142, telles que sa tension de sortie ou son état de charge. Le dispositif de stockage d'énergie 142 de ce mode de réalisation peut être sélectionné parmi le groupe comprenant un supercondensateur, une pile à combustible, une batterie électrochimique, un moteur électrique entraînant un volant d'inertie, un compresseur d'air et un stockage électromagnétique.
Les circuits de commande 16 et 17 peuvent avantageusement recevoir des informations relatives à l'état de l'unité hydraulique et du système de stockage d'énergie 14, telles que le mode de production, l'état de charge et la santé du système de stockage d'énergie 14, la hauteur d'eau dans les réservoirs ou l'ouverture des portillons de l'unité hydraulique. Ils peuvent également recevoir des informations relatives à la liaison courant continu 13, telles que le courant ou la tension. Les circuits de commande 16 et 17 peuvent avantageusement envoyer ou recevoir des informations entre eux. Ils peuvent être basés sur une approche de contrôle prédictif du modèle.
Dans l'exemple de la figure 2, les convertisseurs 11 et 12 peuvent également être des inverseurs de source de courant (CSI). La tension de la liaison courant continu 13 peut alors fluctuer. Dans cette version, le convertisseur courant continu/courant continu 141 est configuré pour convertir une source de tension en une source de courant. Le convertisseur courant continu/courant continu 141 est réversible. Avantageusement, le convertisseur courant continu/courant continu (141) est un convertisseur à quatre quadrants. La liaison courant continu 13 peut comprendre deux enroulements, le premier étant situé entre le convertisseur 11 et le commutateur 15, le deuxième étant situé entre le convertisseur 12 et le commutateur 15.
La Figure 3 illustre un mode de fonctionnement du système de transfert de puissance 1 selon le premier mode de réalisation, pendant une phase de démarrage de la pompe-turbine réversible 3 en mode de pompage. Dans ce mode de fonctionnement, le circuit de commande 7 ouvre simultanément l'interrupteur 41 de la branche principale 4 afin de transférer l'énergie électrique de l'interface courant alternatif 61 à l'interface courant alternatif 62 avec une fréquence croissante sur l'interface courant alternatif 62, jusqu'à ce qu'elle atteigne la fréquence sur l'interface 61. Le circuit de commande 7 ouvre également le commutateur 15 de la branche secondaire 8, de sorte que le système de stockage d'énergie 14 n'est pas utilisé pendant pour le transfert de puissance.
La figure 4 illustre un autre mode de fonctionnement du système de transfert de puissance 1 selon le premier mode de réalisation. La pompe-turbine 3 est utilisée en mode turbine pour transférer l'énergie au réseau courant alternatif 2. La pompe-turbine 3 est ici entraînée à une vitesse de rotation qui diffère de la fréquence du réseau courant alternatif 2. Dans ce mode de fonctionnement, le circuit de commande 7 ouvre simultanément l'interrupteur 41 de la branche principale 4 afin de transférer l'énergie électrique générée par la pompe-turbine réversible 3 de l'interface courant alternatif 62 à l'interface courant alternatif 61 lorsque les fréquences de l'interface courant alternatif 62 et de l'interface courant alternatif 61 sont différentes. Le circuit de commande 7 ouvre également le commutateur 15 de la branche secondaire 8, de sorte que le système de stockage d'énergie 14 n'est pas utilisé pendant pour le transfert de puissance.
La figure 5 illustre un autre mode de fonctionnement d’un système de transfert de puissance 1 selon le premier mode de réalisation. Dans ce mode de fonctionnement, le circuit de commande 7 ouvre simultanément l'interrupteur 41 de la branche principale 4 et ferme l'interrupteur 15 de la branche secondaire 8. Le circuit de commande 7 entraîne un transfert de puissance du système de stockage d'énergie 14 vers le réseau courant alternatif 2 par l'intermédiaire du convertisseur 11 afin de fournir une puissance transitoire à ce réseau courant alternatif 2. Le circuit de commande 7 entraîne également un transfert de puissance du système de stockage d'énergie 14 vers la pompe-turbine 3, avec une fréquence variable (ici croissante). Une fois que les fréquences sur les interfaces courant alternatif 61 et 62 sont égales, le circuit de commande 7 peut fermer le commutateur 41 pour optimiser le transfert de puissance entre le réseau courant alternatif 2 et la pompe-turbine 3.
Pour réduire la durée de la phase de démarrage, le circuit de commande 7 peut également commander un transfert de puissance du réseau courant alternatif 2 vers la pompe-turbine 3 par l'intermédiaire des convertisseurs 11 et 12 et un transfert de puissance du système de stockage d'énergie 14 vers la pompe-turbine 3 par l'intermédiaire du convertisseur 12, avec une fréquence croissante, afin de démarrer la pompe-turbine 3 en mode pompe.
La figure 6 illustre un autre mode de fonctionnement d’un système de transfert de puissance 1 selon le premier mode de réalisation. Dans ce mode de fonctionnement, le circuit de commande 7 ferme simultanément l'interrupteur 41 de la branche principale 4 et ferme l'interrupteur 15 de la branche secondaire 8. Le système de stockage d'énergie 14 transfère l'énergie au réseau courant alternatif 2 par l'intermédiaire de l'interface courant alternatif 61. Le système de stockage d'énergie 14 peut également transférer l'énergie au réseau courant alternatif 2 par l'intermédiaire de l'interface courant alternatif 62. La pompe-turbine réversible 3 transfère l'énergie au réseau courant alternatif 2 par l'intermédiaire du commutateur 41 de la branche principale 4. Le système de stockage d'énergie 14 peut ainsi fournir de manière transitoire de l'énergie au réseau courant alternatif 2 en plus de l'énergie produite par la pompe-turbine 3, afin de répondre à une augmentation transitoire de la production d'énergie sur le réseau courant alternatif 2. Le système de stockage d'énergie 14 permet une adaptation de puissance plus dynamique sur le réseau courant alternatif 2 que ne le permettrait la pompe-turbine 3.
Si la consommation d'énergie sur le réseau courant alternatif 2 est réduite de façon transitoire, les flux d'énergie peuvent être inversés dans ce mode de fonctionnement où les commutateurs 41 et 15 sont tous deux fermés. Le système de stockage d'énergie 14 transfère l'énergie depuis la pompe-turbine 3 par l'intermédiaire de l'interface courant alternatif 62. Le système de stockage d'énergie 14 peut également recevoir l'énergie depuis la pompe-turbine 3 par l'intermédiaire de l'interface courant alternatif 61. La pompe-turbine réversible 3 transfère également l'énergie au réseau courant alternatif 2 par l'intermédiaire du commutateur 41 de la branche principale 4.
Dans un mode de réalisation, le système de stockage d'énergie 14 a une puissance maximale comprise entre la puissance maximale du convertisseur 11 ou du convertisseur 12 et la somme des puissances des convertisseurs 11 et 12. Le transfert de puissance du système de stockage d'énergie 14 vers le réseau 2 est supérieur au transfert de puissance autorisé par le convertisseur 11 ou le convertisseur 12. Avec cette architecture, le système de transfert de puissance 1 peut permettre un système de stockage d'énergie 14 plus puissant qu'avec l'utilisation d'un seul convertisseur courant alternatif/courant continu connecté entre l'interface de connexion 61 ou 62 et le système de stockage d'énergie 14.
La Figure 7 est une représentation schématique d'un système de transfert de puissance selon un aspect indépendant de l'invention. Le système de transfert de puissance 1 comprend un interrupteur commandé 41, un convertisseur de fréquence variable 5, une interface de connexion 61 et une autre interface de connexion 62. Une liaison électrique comprend une branche d'alimentation principale 4 et une branche d'alimentation secondaire 8. Les branches d'alimentation 4 et 8 sont connectées en parallèle entre les interfaces de connexion 61 et 62. La branche 4 comprend l'interrupteur commandé 41. L'interrupteur 41 peut être un disjoncteur CVC. La branche 8 comprend le convertisseur de fréquence variable 5. L'interface de connexion 61 est ici connectée à un réseau courant alternatif 2, généralement un réseau courant alternatif triphasé. L'interface de connexion 62 est reliée à une pompe-turbine 3, comprenant généralement un moteur/générateur synchrone.
Le convertisseur de fréquence variable 5 comprend un convertisseur courant alternatif/courant continu 11, une liaison courant continu 13 et un autre convertisseur courant alternatif/courant continu 12. L'interface courant alternatif du convertisseur courant alternatif/courant continu 11 est reliée à l'interface de connexion 61 par un transformateur 81. L'interface courant alternatif du convertisseur courant alternatif/courant continu 12 est reliée à l'interface de connexion 62 par un transformateur 82. Les transformateurs 81 et 82 sont configurés pour adapter la tension sur les interfaces de connexion 61 et 62 aux interfaces courant alternatif des convertisseurs 11 et 12. Par exemple, les transformateurs 81 et 82 peuvent effectuer une conversion de tension de 15kV à 3kV.
Le système de transfert de puissance 1 comprend un système de stockage d'énergie 14 et un convertisseur courant alternatif/courant continu 18. Le système de stockage d'énergie 14 est connecté à l'interface courant continu du convertisseur 18. L'interface courant alternatif du convertisseur 18 est connectée entre le transformateur 81 et le convertisseur 11. L'interface courant alternatif du convertisseur 18 est également connectée entre le transformateur 82 et le convertisseur 12. Dans l'exemple illustré ici, un interrupteur commandé relie de manière sélective le convertisseur 18 et le système de stockage d'énergie 14.
Un circuit de commande 7 peut commander le transfert de puissance entre le système de stockage d'énergie 14 et les interfaces de connexion 61 et 62. Le circuit de commande 7 peut également commander la commutation de l'interrupteur 41.
Le circuit de commande 7 commande donc le transfert de puissance par la branche principale 4, et le transfert de puissance de/vers le système de stockage d'énergie 14. L'interrupteur principal 41 permet de connecter/déconnecter sélectivement les interfaces courant alternatif 61 et 62 des convertisseurs courant alternatif/courant continu 11 et 12, ou l'interface de puissance du moteur de la pompe-turbine 3 et le réseau courant alternatif 2.
Le circuit de commande 7 a notamment un mode de commande dans lequel il ouvre simultanément l'interrupteur 41 de la branche principale 4 et il transfère l'énergie électrique de l'interface courant alternatif 61 à l'interface courant alternatif 62 par la branche secondaire 8, avec une fréquence croissante sur l'interface courant alternatif 62, jusqu'à ce qu'elle atteigne la fréquence sur l'interface 61. Le circuit de commande 7 possède également un autre mode de commande dans lequel il ferme le commutateur 41 de la branche principale 4 pour permettre un transfert de puissance entre le réseau courant alternatif 2 et la pompe-turbine 3.
Avec cette architecture, le système de transfert de puissance 1 peut également permettre une réduction des coûts du système de stockage d'énergie 14. En effet, étant donné que le convertisseur 18 est connecté à une tension inférieure à celle des interfaces de connexion 61 et 62, son coût est réduit.
Le système de stockage d'énergie 14 de ce mode de réalisation est avantageusement une source de tension courant continu réversible. Le système de stockage d'énergie 14 de ce mode de réalisation peut comprendre un dispositif de stockage d'énergie sélectionné dans le groupe comprenant un supercondensateur, une pile à combustible, une batterie électrochimique, un moteur électrique entraînant un volant d'inertie, un compresseur d'air et un stockage électromagnétique. Les convertisseurs courant alternatif/courant continu 11 et 12 peuvent inclure un redresseur pour la conversion entre une tension alternative d'un réseau triphasé et une tension continue.
Les convertisseurs courant alternatif/courant continu 11 et 12 sont ici réversibles en courant. La liaison courant continu 13 relie électriquement les interfaces courant continu respectives des convertisseurs courant alternatif/courant continu 11 et 12, pour permettre un transfert de puissance entre ces interfaces courant continu.
Les convertisseurs courant alternatif/courant continu 11 et 12 sont réversibles en courant. La liaison courant continu 13 relie électriquement les interfaces courant continu respectives des convertisseurs courant alternatif/courant continu 11 et 12, pour permettre un transfert de puissance entre ces interfaces courant continu.
Claims (10)
- Système de transfert de puissance (1), comprenant une première branche (4) et une deuxième branche (8) connectées en parallèle entre une première interface de connexion (61) à connecter à un réseau de courant alternatif (2) et une deuxième interface (62) à connecter à une pompe-turbine réversible (3), la première branche (4) comprenant un interrupteur commandé (41), la deuxième branche (8) comprenant un convertisseur de fréquence variable (5), le convertisseur de fréquence variable (5) comprenant :
- un premier convertisseur courant alternatif/courant continu (11) ayant une première interface courant alternatif connectée à la première interface de connexion (61) et une première interface courant continu, et - un deuxième convertisseur courant alternatif/courant continu (12) ayant une deuxième interface courant alternatif connectée à la deuxième interface de connexion (62) et une deuxième interface courant continu, les première et deuxième interfaces courant continu étant connectées par une liaison courant continu (13), -un circuit de commande (7) ayant un premier mode dans lequel il ouvre simultanément l'interrupteur (4) de la première branche (41) et il transfère l'énergie électrique de la première interface courant alternatif (61) à la deuxième interface courant alternatif (62) avec une fréquence croissante sur la deuxième interface courant alternatif (62) jusqu'à ce qu'elle atteigne la fréquence sur la première interface (61), et ayant un deuxième mode dans lequel il ferme l'interrupteur (4) de la première branche (41) ; caractérisé en ce que :
- le système (1) comprend en outre un système de stockage d'énergie (14) connecté à la liaison courant continu (13) ;
- un système de commutation (15) commandé par le circuit de commande (7) pour connecter sélectivement le système de stockage d'énergie (14) à la liaison courant continu (13). - Système de transfert de puissance (1) selon la revendication 1, dans lequel le système de stockage d'énergie (14) comprend un transducteur électrique courant continu (142) et un convertisseur courant continu/courant continu (141) configuré pour changer le niveau de tension entre le transducteur électrique courant continu (142) et la liaison courant continu (14).
- Système de transfert de puissance (1) selon la revendication 2, dans lequel le transducteur électrique courant continu (142) est choisi dans le groupe comprenant un supercondensateur, une pile à combustible, une batterie électrochimique, un moteur électrique entraînant un volant d'inertie, un compresseur d'air et un stockage électromagnétique.
- Système de transfert de puissance (1) selon l'une des revendications ci-dessus, dans lequel le premier convertisseur courant alternatif/courant continu (11) et le deuxième convertisseur courant alternatif/courant continu (12) sont réversibles en courant.
- Système de transfert de puissance (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les premier et deuxième convertisseurs courant alternatif/courant continu (11, 12) sont deux inverseurs de source de tension et dans lequel le convertisseur courant continu/courant continu (141) est réversible en puissance.
- Système de transfert de puissance (1) selon les revendications 2 et 4, dans lequel les premier et deuxième convertisseurs courant alternatif/courant continu (11, 12) sont des inverseurs de source de courant, et dans lequel le convertisseur courant continu/courant continu (141) est un convertisseur courant continu/courant continu à quatre quadrants.
- Système de transfert de puissance (1) selon la revendication 6, dans lequel la liaison courant continu (13) comprend un premier enroulement connecté entre la première interface courant continu et le système de commutation (15) et un deuxième enroulement connecté entre la deuxième interface courant continu et le système de commutation (15).
- Système de transfert de puissance (1) selon l'une des revendications ci-dessus, dans lequel les puissances nominales du premier convertisseur courant alternatif/courant continu (11) et du deuxième convertisseur courant alternatif/courant continu (12) sont inférieures à 20 % de la puissance nominale du premier commutateur (41).
- Système de transfert de puissance (1) selon l'une des revendications ci-dessus, dans lequel le système de stockage d'énergie (14) est configuré pour fournir une puissance maximale supérieure à la puissance maximale du premier convertisseur courant alternatif/courant continu (11) et supérieure à la puissance maximale du deuxième convertisseur courant alternatif/courant continu (12), et inférieure à la somme des puissances des premier et deuxième convertisseurs courant alternatif/courant continu (11, 12).
- Système hydraulique, comprenant :
- un système de transfert de puissance (1) selon l'une des revendications ci-dessus,
- un réseau courant alternatif (2) connecté à la première interface de connexion (61) du système de transfert de puissance (1),
- une pompe-turbine réversible (3) connectée à la deuxième interface de connexion (62) du système de transfert de puissance (1).
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