Modélisation, simulation et commande prédictive d'un système PV connecté au réseau à base d'onduleurs parallèles

Modelling, simulation and predictive control of a grid connected PV system based on parallel inverters

• Auteur / Autrice : Saad Bella
• Direction : Mohamed Machmoum, Azeddine Houari, Aissa Chouder, Ali Djerioui
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 04/02/2021
• Etablissement(s) : Nantes en cotutelle avec Université Mohamed Boudiaf (M'Sila, Algérie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Énergie Électrique de Nantes-Atlantique
• Jury : Président / Présidente : Said Barkat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Babak Nahid-Mobarakeh

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes photovoltaïques

Commande prédictive

Onduleurs (électricité)

Mots clés libres

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Résumé

L'intégration de systèmes photovoltaïques de forte puissance dans le réseau électrique se heurte à de nombreux défis techniques, notamment l'exportation de manière fiable et efficace de l'énergie vers le réseau tout en garantissant les exigences de qualité de l'énergie. Cette thèse porte sur la modélisation et le contrôle d'un système photovoltaïque de forte puissance connecté au réseau de distribution BT. Dans ce but, cette étude examine les avantages de l'utilisation d'onduleurs connectés en parallèle avec des bus communs de type AC et DC au lieu d'un onduleur central. La structure choisie offre la possibilité segmenter la puissance entre les d'onduleurs et une modularité qui permet la continuité du service en cas de défaillance. Cependant, cette structure souffre de l’occurrence de courants de circulation qui détériorent la qualité de l'énergie et peuvent provoquer un vieillissement accéléré des composants de puissance. Pour y faire face, la topologie retenue est d’abord modélisée avec différentes structures de filtres passifs et les courants de circulation indésirables sont étudiés. Ensuite, une stratégie de commande robuste basée sur le contrôle prédictif dit MPC est proposée. La conception de cet algorithme est basée sur un modèle augmenté qui permet d’accroître les propriétés de robustesse et de rejet de perturbations. Une étude détaillée est ensuite réalisée pour évaluer les avantages et performances de cette nouvelle technique en comparaison avec un contrôle à base de régulateur de type proportionnel intégral ainsi que des stratégies MPC classiques. Le contrôle du système PV a été testé à l’aide de Matlab/Simulink sous des différentes conditions de fonctionnement. De plus, sa robustesse a été vérifiée suite à des variations paramétriques. Les résultats obtenus confirment la supériorité de l'algorithme MPC proposé. Enfin, la faisabilité en temps réel de l'algorithme proposé est vérifiée par une simulation HIL en temps réel basée sur l’environnement Opal-RT.

The integration of high-power photovoltaic systems into the power grid faces many technical challenges, including the reliable and efficient export of energy to the grid, while at the same time guaranteeing the requirements of power quality. This thesis deals with the modelling and control of a grid-connected high-power photovoltaic system. For this aim, the benefits of using paralleled inverters with common AC and DC buses instead of a central inverter is considered. The chosen structure offers the possibility of power sharing between the inverter units and a modularity that allows the continuity of service in case of failure. However, this structure suffers from circulating currents which are the main concern that deteriorate the power quality and may provoke an accelerated ageing of the power components. To deal with, the topology is modelled with various structures of passive filters and the undesired circulating currents are investigated. Then a robust strategy based on original MPC control is proposed. The design of this algorithm is based on an augmented model that allows increasing the robustness proprieties. To evaluate the benefits of this new technique, a detailed study is performed in comparison with conventional Proportional- Integral controller and classical MPC strategies such as Deadbeat Based Predictive Control and Finite-Control-Set Based Model Predictive. The control of the whole gridconnected PV system has been tested by using Matlab/Simulink software under widely varying operating conditions. Also, its robustness has been verified under large parameters variations. The obtained results confirm the superiority of the proposed MPC algorithm. Furthermore, the real time feasibility of the proposed algorithm is verified through a Real-time HIL simulation based on Opal-RT environment.