Contribution to the design of the closed-loop control of a real-time power simulator

Résumé

Le contexte de la transition énergétique amène l’Institut de recherche d’Hydro-Québec (IREQ) à se doter d’un simulateur de puissance de 7.5 MVA afin d’y raccorder des équipements de puissance à divers réseaux électriques simulés en temps réel sur Hypersim. Ce genre de système, appelé « power hardware-in-the-loop (PHIL) », est une technologie émergente dans le domaine des réseaux électriques et représente encore aujourd’hui un défi de réalisation de taille. Ce défi se situe au niveau de la maîrise des signaux échangés au point d’interface entre le simulateur et l’amplificateur, ce qui constitue la principale problématique à solutionner. En effet, des délais apparaissent au point d’interface et ces derniers peuvent compromettre la stabilité de fonctionnement et/ou détériorer les performances dynamiques du système. Dans un premier temps, une nouvelle base est établie pour comprendre la stabilité des systèmes PHIL compte tenu de leur nature hybride (analogique / numérique). En effet, la méthode conventionnelle de détermination du critère de stabilité, qui considère le système PHIL comme un modèle continu, n'est pas appropriée. Une nouvelle méthode d'évaluation de la stabilité basée sur des réponses en fréquence de l'impédance discrète est ainsi présentée. Dans un deuxième temps, cette thèse présente une implémentation stable, robuste et précise d'une interface pour un simulateur PHIL basée sur le modèle de ligne de transmission Bergeron (BTLM). Deux limites de cette interface sont identifiées et des stratégies correctives sont formulées afin de garantir sa compatibilité avec l'application PHIL. Des analyses de stabilité, de passivité et de précision sont ensuite réalisées pour vérifier ses performances. L'interface proposée est par la suite implantée dans un banc d’essai PHIL expérimentale de 3 kVA, conçu et réalisé à l’IREQ. Plusieurs tests sont effectués afin de démontrer la stabilité et la précision du système en boucle fermée dans un large éventail de conditions de fonctionnement et avec divers équipements testés. Troisièmement, le banc d’essai PHIL est exploité pour caractériser des onduleurs photovoltaïques résidentiels connectés à un réseau de distribution typique. Une méthode d’agrégation est d’ailleurs développée pour obtenir des paramètres d’essais réalistes. Les essais en boucle fermée ont permis de révéler des anomalies de fonctionnement lorsque ces onduleurs sont connectés à des réseaux ayant certaines caractéristiques.

Date	15 déc. 2020
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Handy Fortin Blanchette (Directeur(-trice)) & Richard Gagnon (Codirecteur(-trice))