Nous avons développé un convertisseur pour interfacer une batterie stationnaire avec le réseau de distribution européen. Compte-tenu de l’application, ce convertisseur est réversible et synchronisé au réseau. Il peut charger la batterie depuis le réseau ou injecter du courant sur le réseau depuis cette batterie. Ce système sert à la fois à effacer la consommation du client lors des pointes dans le cadre d’une tarification dynamique, et à vendre des capacités de production au gestionnaire de réseau par agrégation de nombreuses unités. La tension nominale de la batterie impose une architecture à deux étages, un boost et un pont en H, réversibles en courant. Le contrôle-commande permet de réguler le bus DC intermédiaire, tout en pilotant les puissances active et réactives échangées avec le réseau. Le développement de ce convertisseur a suivi les spécifications du client et respectent les normes de connexion au réseau.
Figure 1 : Architecture générale du convertisseur
Le cahier des charges :
Le cahier des charges du convertisseur présentait les points principaux suivants :
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Nominal
Tension en entrée
70 < 110 Vdc
Tension de sortie
195 < 253 Vac
Puissance active maximale
1 kVA
Facteur de puissance minimal
0,9
Fréquence du réseau
50 Hz
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Intégrabilité : ce dispositif s’intègre dans un environnement contraint en volume et facteur de forme pour s’adapter à la batterie dans un boîtier défini.
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Réparabilité : ces prototypes doivent pouvoir être facilement réparables → Montage/démontage simple.
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Robustesse : le convertisseur doit être fiable et robuste.
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Température de fonctionnnement : 0°C/+40°C
Conception
La conception (semi-conducteurs, passifs et gestion thermique), la réalisation et la qualification ont été réalisées par les équipes de SIREPE en lien étroit avec les équipes de notre client dans le but d’assurer une bonne intégration dans le produit. La conception mécanique a été réalisée en partenariat avec le client.
Les composants semi-conducteurs sont des MOSFET SiC 650V, qui permettent de fonctionner efficacement à une fréquence élevée, réduisant ainsi la taille des composants magnétiques. Ils sont montés sur un SMI (noyau Alu) pour favoriser la dissipation de chaleur et réduire le volume du refroidisseur en convection naturelle. Les composants magnétiques utilisent des noyaux planar en ferrite pour favoriser le facteur de forme plat. Le contrôle/commande est intégré sur notre carte de commande utilisant un microcontrôleur DSP.
Figure 2 : Onduleur de stockage réversible synchronisé au réseau
Le produit
Les performances atteintes remplissent complètement les exigences du client. Le démonstrateur est fonctionnel, en accord avec le cahier des charges. Voici les points clés de ce produit :
Topologie : Convertisseur DC/AC
Puissance : 1 kVA
Courant maximal DC : 16 A
Courant maximal AC : 6 A
Fréquence de commutation : 48 kHz
Refroidissement : Convection naturelle
Rendement : 96 %
Volume : i280 x 180 x 50 (mm)
Technologies : Mosfets SiC 650V, inductances ferrite planar
Fonctionnalités :
– Connexion au réseau
– Mesures des tensions et courants
– Driver protégé (verrouillage complémentaire, désaturation, miller clamp, UVLO)
Application : stockage stationnaire résidentiel
