CH719421A2 - DC to AC conversion circuit. - Google Patents
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Abstract
Circuit (1) de conversion de courant continu en courant alternatif, comprenant : au moins un convertisseur continu-continu (10) afin de convertir une ou plusieurs tensions d'entrée produits par une ou plusieurs sources (2) en une tension continue différente sur une ligne intermédiaire (19); au moins un convertisseur continu-alternatif (12) afin de convertir la tension continue sur la ligne intermédiaire (19) en une tension de sortie alternative ; un contrôleur centralisé (100) contrôlant en temps réel les puissances délivrées par lesdits convertisseurs; un premier bus de communication rapide (16) reliant lesdits convertisseurs et ledit contrôleur afin de transmettre des consignes de fonctionnement depuis le contrôleur vers les convertisseurs et des paramètres de mesure depuis les convertisseurs vers le contrôleur; un deuxième bus de communication lent (17) reliant lesdits convertisseurs (10, 12, 14) et ledit contrôleur afin de transmettre des paramètres des convertisseurs au contrôleur centralisé.Circuit (1) for converting direct current into alternating current, comprising: at least one direct-direct current converter (10) in order to convert one or more input voltages produced by one or more sources (2) into a different direct voltage on an intermediate line (19); at least one DC-AC converter (12) for converting the DC voltage on the intermediate line (19) into an AC output voltage; a centralized controller (100) controlling in real time the powers delivered by said converters; a first fast communication bus (16) connecting said converters and said controller in order to transmit operating instructions from the controller to the converters and measurement parameters from the converters to the controller; a second slow communication bus (17) connecting said converters (10, 12, 14) and said controller in order to transmit parameters from the converters to the centralized controller.
Description
Domaine techniqueTechnical area
[0001] La présente invention concerne un circuit, notamment un circuit de conversion de courant continu en courant alternatif. The present invention relates to a circuit, in particular a circuit for converting direct current into alternating current.
Etat de la techniqueState of the art
[0002] On connaît dans l'état de la technique des convertisseurs de courant continu en courant alternatifs. Ces convertisseurs sont le plus souvent réalisés à l'aide de composants électroniques numériques de haute puissance contrôlés de manière à délivrer en chaque instant le courant souhaité, de manière à reconstituer la forme du signal alternatif désiré. [0002] Direct current to alternating current converters are known in the state of the art. These converters are most often made using high-power digital electronic components controlled so as to deliver the desired current at all times, so as to reconstitute the shape of the desired alternating signal.
[0003] Certains circuits complexes comportent un premier convertisseur continu-continu afin de convertir une tension d'entrée en une tension continue intermédiaire de valeur différente, par exemple une tension de valeur plus élevée , qui est ensuite utilisée à l'entrée d'un convertisseur continu-alternatif. [0003] Certain complex circuits include a first DC-DC converter in order to convert an input voltage into an intermediate DC voltage of a different value, for example a voltage of a higher value, which is then used at the input of a direct-alternating converter.
[0004] Il est parfois nécessaire de brancher plusieurs convertisseurs à l'entrée du circuit, par exemple afin de connecter plusieurs sources de puissance à l'entrée du circuit. Des tels circuits sont par exemple utilisés pour alimenter un immeuble ou une exploitation à partir de différentes sources d'énergie, par exemple plusieurs panneaux solaires, une micro génératrice, ou un réseau d'alimentation. [0004] It is sometimes necessary to connect several converters to the input of the circuit, for example in order to connect several power sources to the input of the circuit. Such circuits are for example used to power a building or an operation from different energy sources, for example several solar panels, a micro generator, or a power supply network.
[0005] En outre, il est aussi parfois souhaitable de convertir la tension intermédiaire en plusieurs tensions continues ou alternatives, par exemple afin d'alimenter différents consommateurs ou appareils avec des tension de valeur et/ou de types différents. Ce différentes conversions peuvent être effectuées avec différents convertisseurs distincts. [0005] Furthermore, it is also sometimes desirable to convert the intermediate voltage into several direct or alternating voltages, for example in order to supply different consumers or devices with voltages of different values and/or types. This different conversions can be done with different separate converters.
[0006] Le contrôle des différents convertisseurs et des autres modules dans un tel circuit est complexe. Il est en effet nécessaire de les synchroniser entre eux afin de générer des signaux propres, d'améliorer l'efficience énergétique et d'éviter des problèmes de surtensions, de surcourants ou de perturbations des dispositifs connectés. En outre, il serait souhaitable de pouvoir paramétrer le fonctionnement des différents convertisseurs en fonction des désirs des utilisateurs ou d'autres paramètres. [0006] Controlling the different converters and other modules in such a circuit is complex. It is in fact necessary to synchronize them with each other in order to generate clean signals, improve energy efficiency and avoid problems with overvoltages, overcurrents or disturbances to connected devices. In addition, it would be desirable to be able to configure the operation of the different converters according to the desires of the users or other parameters.
[0007] Un but de la présente invention est de proposer un circuit de conversion permettant d'améliorer la synchronisation des différents convertisseurs. [0007] An aim of the present invention is to propose a conversion circuit making it possible to improve the synchronization of the different converters.
[0008] Il est aussi souhaitable de proposer un circuit qui peut être réalisé de manière modulaire, en ajoutant ou remplaçant des convertisseurs selon les besoins. [0008] It is also desirable to propose a circuit which can be produced in a modular manner, by adding or replacing converters according to needs.
Bref résumé de l'inventionBrief summary of the invention
[0009] Selon l'invention, ces buts sont atteints notamment au moyen d'un circuit comprenant : au moins un convertisseur continu-continu afin de convertir une ou plusieurs tensions d'entrée produits par une ou plusieurs sources en une tension continue intermédiaire de valeur différente ; au moins un convertisseur continu-alternatif afin de convertir la tension continue intermédiaire en une tension de sortie alternative ; un contrôleur centralisé contrôlant en temps réel les puissances délivrées par lesdits convertisseurs ; un premier bus de communication rapide reliant lesdits convertisseurs et ledit contrôleur afin de transmettre des consignes de fonctionnement depuis le contrôleur vers les convertisseurs et des paramètres de mesure depuis les convertisseurs vers le contrôleur; un deuxième bus de communication lent reliant lesdits convertisseurs et ledit contrôleur afin de transmettre des paramètres des convertisseurs.[0009] According to the invention, these goals are achieved in particular by means of a circuit comprising: at least one DC-DC converter in order to convert one or more input voltages produced by one or more sources into an intermediate DC voltage of different value; at least one direct-alternating converter to convert the intermediate direct voltage into an alternating output voltage; a centralized controller controlling in real time the powers delivered by said converters; a first fast communication bus connecting said converters and said controller in order to transmit operating instructions from the controller to the converters and measurement parameters from the converters to the controller; a second slow communication bus connecting said converters and said controller in order to transmit parameters of the converters.
[0010] Ce circuit présente notamment l'avantage de permettre une synchronisation des différents convertisseurs grâce aux consignes de fonctionnement et aux paramètres de meure échangés vis le bus de communication rapide. [0010] This circuit has the particular advantage of allowing synchronization of the different converters thanks to the operating instructions and the measurement parameters exchanged with the fast communication bus.
[0011] Le deuxième bus de communication lent permet une modularité du circuit, qui peut être modifié ou complété en remplaçant, supprimant ou ajoutant des convertisseurs ou d'autres modules, dont les paramètres sont transmis au contrôleur central via le bus lent. The second slow communication bus allows modularity of the circuit, which can be modified or supplemented by replacing, removing or adding converters or other modules, the parameters of which are transmitted to the central controller via the slow bus.
[0012] Ce deuxième bus peut être utilisé en cas de modification des conditions de fonctionnement d'un ou plusieurs convertisseurs, par exemple selon les instructions d'un utilisateur, en cas de modification des conditions de production et/ou de consommation d'énergie [0012] This second bus can be used in the event of a change in the operating conditions of one or more converters, for example according to the instructions of a user, in the event of a change in the conditions of production and/or energy consumption.
[0013] Le contrôleur centralisé contrôle en chaque instant les puissances délivrées par chaque convertisseur, et/ou par d'autres modules, afin d'optimiser le fonctionnement du circuit. [0013] The centralized controller monitors at all times the powers delivered by each converter, and/or by other modules, in order to optimize the operation of the circuit.
[0014] Le contrôle de puissance des convertisseurs peut être effectué en envoyant des consignes de puissance aux différents convertisseurs et/ou aux autres modules du circuit. Ces consignes de relativement haut niveau sont interprétées et exécutées par les convertisseurs ou modules, y compris des sources, des batteries, et(ou des connexions au réseau public, de manière à convertir ou fournir la puissance active et/ou passive requise avec la bonne combinaison de tension ou de courant. L'utilisation de consignes de puissance, plutôt que de consignes de tension et de courant, permet de réduire le nombre de consignes de fonctionnement à transmettre. [0014] The power control of the converters can be carried out by sending power instructions to the different converters and/or to the other modules of the circuit. These relatively high-level instructions are interpreted and executed by converters or modules, including sources, batteries, and/or connections to the public grid, so as to convert or provide the required active and/or passive power with the correct combination of voltage or current. The use of power instructions, rather than voltage and current instructions, makes it possible to reduce the number of operating instructions to be transmitted.
[0015] Les consignes de puissance peuvent comprendre des consignes de puissance active. Les consignes de puissance peuvent comprendre de consignes de puissance réactive. Les consignes de puissance peuvent comprendre des consignes de puissance active et réactive. [0015] The power instructions may include active power instructions. The power instructions may include reactive power instructions. The power setpoints may include active and reactive power setpoints.
[0016] Les consignes de fonctionnement peuvent comprendre des consignes de phase afin d'assurer un fonctionnement synchronisé des différents convertisseurs et autres modules du circuit. [0016] The operating instructions may include phase instructions in order to ensure synchronized operation of the different converters and other modules of the circuit.
[0017] Les consignes de fonctionnement sont de préférence transmises au moins toutes les 10 ms, de préférence au moins toutes les 5 ms, par exemple toutes les millisecondes. The operating instructions are preferably transmitted at least every 10 ms, preferably at least every 5 ms, for example every millisecond.
[0018] Les paramètres de mesure peuvent comprendre la puissance disponible des sources en chaque instant (puissance instantanée). [0018] The measurement parameters can include the power available from the sources at each moment (instantaneous power).
[0019] Les paramètres de mesure peuvent comprendre la puissance active ou réactive instantanée des convertisseurs. [0019] The measurement parameters may include the instantaneous active or reactive power of the converters.
[0020] L'utilisation de paramètres de puissance, plutôt que de paramètres de tension et de courant, permet de réduire le nombre de paramètres à transmettre. [0020] The use of power parameters, rather than voltage and current parameters, makes it possible to reduce the number of parameters to be transmitted.
[0021] Les paramètres de mesure peuvent comprendre la puissance active instantanée des sources et/ou des convertisseurs. Les paramètres de mesure peuvent comprendre la puissance réactive instantanée des sources et/ou des convertisseurs. [0021] The measurement parameters may include the instantaneous active power of the sources and/or converters. The measurement parameters may include the instantaneous reactive power of the sources and/or converters.
[0022] Les paramètres des convertisseurs peuvent comprendre des paramètres statiques des convertisseurs et/ou des autres modules. [0022] The parameters of the converters may include static parameters of the converters and/or other modules.
[0023] Les paramètres des modules peuvent comprendre des paramètres semi-statiques des convertisseurs et/ou des autres modules, c'est-à-dire des paramètres qui changent habituellement moins d'une fois par minute. [0023] The module parameters may include semi-static parameters of the converters and/or other modules, that is to say parameters which usually change less than once per minute.
[0024] Les paramètres des modules peuvent comprendre la topologie du circuit. [0024] The parameters of the modules can include the topology of the circuit.
[0025] Le circuit peut comprendre des sorties destinées à la connexion de batteries, ledit contrôleur contrôlant la charge et la décharge des batteries de manière à optimiser leur durée de vie et/ou à les équilibrer. The circuit may include outputs intended for the connection of batteries, said controller controlling the charging and discharging of the batteries so as to optimize their lifespan and/or to balance them.
[0026] Chaque batterie peut comporter un circuit de gestion de batterie (BMS, battery management system). Le contrôleur centralisé peut envoyer des consignes de fonctionnement exécutés par un ou plusieurs circuits de gestion de batterie. Le contrôleur centralisé peut recevoir des paramètres de mesure de batterie mesurés ou déterminés par un ou plusieurs circuits de gestion de batterie. [0026] Each battery may include a battery management circuit (BMS, battery management system). The centralized controller can send operating instructions executed by one or more battery management circuits. The centralized controller may receive battery measurement parameters measured or determined by one or more battery management circuits.
[0027] Le circuit de conversion peut comprendre un troisième bus d'interconnexion entre batteries permettant aux batteries d'échanger des paramètres entre les batteries. Différents circuits de gestion de batterie peuvent communiquer au travers de ce troisième bus, par exemple afin d'équilibrer la charge entre batteries, contrôler leur charge et leur décharge. The conversion circuit may include a third interconnection bus between batteries allowing the batteries to exchange parameters between the batteries. Different battery management circuits can communicate through this third bus, for example in order to balance the charge between batteries and control their charging and discharging.
[0028] Le circuit de conversion peut comprendre une interface utilisateur permettant l'introduction de paramètres de modules et/ou de consignes. The conversion circuit may include a user interface allowing the introduction of module parameters and/or instructions.
[0029] Le premier bus est par exemple un bus numérique, par exemple un bus sériel numérique, par exemple un bus RS-485. The first bus is for example a digital bus, for example a digital serial bus, for example an RS-485 bus.
[0030] Le deuxième bus est par exemple un bus numérique, par exemple un bus CAN. The second bus is for example a digital bus, for example a CAN bus.
[0031] Le troisième bus est par exemple un bus numérique, par exemple un bus CAN. The third bus is for example a digital bus, for example a CAN bus.
[0032] Le contrôleur centralisé peut par exemple exécuter un algorithme d'optimisation afin de déterminer des dites consignes de fonctionnements. [0032] The centralized controller can for example execute an optimization algorithm in order to determine said operating instructions.
[0033] Les convertisseurs peuvent être montés de manière modulaire. Un montage est considéré comme modulaire si un convertisseur peut être ajouté et/ou supprimé et/ou remplacé par l'utilisateur, sans retourner le circuit complet en usine. [0033] The converters can be mounted in a modular manner. An assembly is considered modular if a converter can be added and/or removed and/or replaced by the user, without returning the complete circuit to the factory.
[0034] A cet effet, le circuit peut comprendre des bornes des connexion électriques pour connecter des convertisseurs de manière amovible, et des moyens de fixation mécanique, par exemple des trous de vissage, pour monter ou démonter des convertisseurs. [0034] For this purpose, the circuit may include electrical connection terminals for connecting converters in a removable manner, and mechanical fixing means, for example screw holes, for mounting or dismounting converters.
[0035] Chaque convertisseur peut comporter un boîtier distinct et des bornes de connexion aux autres modules du circuit. Each converter may include a separate housing and connection terminals to the other modules of the circuit.
[0036] Le contrôleur centralisé ne constitue pas nécessairement un module distinct; un des convertisseurs peut prendre le rôle de ce contrôleur centralisé, en étant configuré ou paramétré à cet effet, sans modifications matérielles. [0036] The centralized controller does not necessarily constitute a separate module; one of the converters can take the role of this centralized controller, by being configured or parameterized for this purpose, without hardware modifications.
[0037] A cet effet, plusieurs convertisseurs peuvent comprendre un processeur numérique notamment mis en oeuvre pour interpréter et exécuter les consignes de fonctionnement. Le processeur numérique d'un convertisseur, ou d'un autre module, peut être paramétré pour prendre le rôle de contrôleur centralisé. Les autres processeurs peuvent être paramétrés pour recevoir et exécuter les consignes de fonctionnement de ce contrôleur centralisé, et pour lui transmettre les paramètres de mesure. [0037] For this purpose, several converters may include a digital processor used in particular to interpret and execute the operating instructions. The digital processor of a converter, or other module, can be configured to take the role of centralized controller. The other processors can be configured to receive and execute the operating instructions from this centralized controller, and to transmit the measurement parameters to it.
Brève description des figuresBrief description of the figures
[0038] Des exemples de mise en oeuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles : • La figure 1 illustre un exemple de circuit selon l'invention • La figure 2 illustre un autre exemple de circuit selon l'invention, en montrant notamment une possibilité d'interconnexion des modules au moyen de différents bus numériques; • La figure 3 illustre un autre exemple de circuit selon l'invention, en montrant notamment une possibilité de connexion du contrôleur centralisé avec un système de contrôle de de reporting externe. • Les figures 4a à 4d illustre un autre exemple de circuit selon l'invention, en montrant notamment différentes simplifications du circuit qui peuvent être mises en oeuvre dans le cadre de l'optimisation effectuée par le contrôleur centralisé.[0038] Examples of implementation of the invention are indicated in the description illustrated by the appended figures in which: • Figure 1 illustrates an example of a circuit according to the invention • Figure 2 illustrates another example of a circuit according to the invention, by showing in particular a possibility of interconnecting the modules by means of different digital buses; • Figure 3 illustrates another example of a circuit according to the invention, notably showing a possibility of connecting the centralized controller with an external reporting control system. • Figures 4a to 4d illustrate another example of a circuit according to the invention, notably showing different simplifications of the circuit which can be implemented as part of the optimization carried out by the centralized controller.
Exemple(s) de mode de réalisation de l'inventionExample(s) of embodiment of the invention
[0039] La figure 1 illustre un exemple de circuit 1 de courant continu en courant alternatif selon l'invention. Il comprend dans cet exemple non limitatif un ou plusieurs convertisseurs continu-continu 10 afin de convertir les signaux fournis aux bornes 13 du circuit par des sources externes 2, par exemple des panneaux photovoltaïques, en un signal intermédiaire, sur une ligne intermédiaire 19 avec une tension continue de valeur différente, par exemple une tension intermédiaire de valeur plus élevée, que la tension des signaux d'entrée. Les convertisseurs 10 peuvent inclure par exemple des circuits de suivi de point maximal de puissance, plus connu sous leur acronyme MPPT (Maximum Power Point Tracking) afin de fournir en sortie la puissance maximale possible en fonction de l'ensoleillement et en tenant compte des consignes de puissance reçues. [0039] Figure 1 illustrates an example of circuit 1 from direct current to alternating current according to the invention. In this non-limiting example, it comprises one or more DC-DC converters 10 in order to convert the signals supplied to the terminals 13 of the circuit by external sources 2, for example photovoltaic panels, into an intermediate signal, on an intermediate line 19 with a direct voltage of a different value, for example an intermediate voltage of a higher value, than the voltage of the input signals. The converters 10 can include, for example, maximum power point tracking circuits, better known by their acronym MPPT (Maximum Power Point Tracking) in order to provide at the output the maximum possible power depending on the sunshine and taking into account the instructions of power received.
[0040] Dans un mode de réalisation, plusieurs convertisseurs 10 peuvent être connectés à une même source, ou à différentes sources 2, afin d'augmenter la puissance fournie au consommateur. [0040] In one embodiment, several converters 10 can be connected to the same source, or to different sources 2, in order to increase the power supplied to the consumer.
[0041] Le circuit 1 comprend en outre au moins un convertisseur continu alternatif 12 afin de convertir le signal avec une tension continue sur la ligne intermédiaire 19 en un signal avec une tension alternative disponible sur la borne de sortie 18, afin d'alimenter un consommateur externe 5, par exemple une habitation, une entreprise, un atelier, etc. Le convertisseur 12 peut être par exemple un onduleur. [0041] Circuit 1 further comprises at least one direct alternating converter 12 in order to convert the signal with a direct voltage on the intermediate line 19 into a signal with an alternating voltage available on the output terminal 18, in order to power a external consumer 5, for example a home, a business, a workshop, etc. The converter 12 can for example be an inverter.
[0042] Le circuit comporte en outre un convertisseur continu-continu 14, afin de convertir le signal continu sur la ligne intermédiaire 19 en un signal de sortie continu disponible sur une borne de sortie 11 pour alimenter un consommateur continu externe, par exemple une borne de recharge de véhicule. La sortie de ce convertisseur peut alimenter les composants du circuit. Un tel convertisseur continu-continu 14 peut aussi être un chargeur/déchargeur de batterie afin de stocker l'énergie excédentaire disponible sur la ligne intermédiaire 19 dans une ou plusieurs batteries 7 (figure 4), ou de récupérer l'énergie disponible dans ces batteries. [0042] The circuit further comprises a DC-DC converter 14, in order to convert the DC signal on the intermediate line 19 into a DC output signal available on an output terminal 11 to supply an external DC consumer, for example a terminal vehicle charging. The output of this converter can power the circuit components. Such a DC-DC converter 14 can also be a battery charger/discharger in order to store the excess energy available on the intermediate line 19 in one or more batteries 7 (FIG. 4), or to recover the energy available in these batteries .
[0043] Les batteries peuvent être des batteries au plomb, au lithium-ion, au lithium-polymère, ou de n'importe quel type. Un circuit peut être connecté à plusieurs batteries de différents types. The batteries can be lead acid, lithium-ion, lithium-polymer batteries, or any type. A circuit can be connected to several batteries of different types.
[0044] Le système comporte aussi une ligne permettant d'alimenter le consommateur 5 directement depuis le réseau 6; cette ligne peut être connectée ou déconnectée vis l'interrupteur de puissance 60 commandable par le circuit 1. The system also includes a line making it possible to supply the consumer 5 directly from the network 6; this line can be connected or disconnected via the power switch 60 controllable by circuit 1.
[0045] Les différents convertisseurs 10, 12, 14 du circuit sont désignés par la suite par le terme générique de module. Le circuit peut comporter d'autres types de modules que ceux décrits dans cet exemple, par exemple d'autres types d'inverseurs, de chargeurs, etc. La topologie et l'arrangement des modules peut être différente de cet exemple. The different converters 10, 12, 14 of the circuit are hereinafter designated by the generic term module. The circuit may include other types of modules than those described in this example, for example other types of inverters, chargers, etc. The topology and arrangement of modules may differ from this example.
[0046] Chaque module comporte avantageusement un boîtier avec des moyens de fixation mécaniques et électriques pour le monter dans le circuit et le connecter avec d'autres modules. Les modules sont de préférence être connectés de façon amovible, en ce sens qu'un utilisateur peut ajouter, retirer ou remplacer des modules dans le circuit de manière non destructive et sans devoir ramener le circuit en usine. L'ajout d'un module implique par exemple sa connexion mécanique au circuit à l'aide de moyens de fixations amovibles, par exemple de vis, et électriques, par exemple d'un bornier, et éventuellement la reprogrammation ou le paramétrage du contrôleur centralisé. [0046] Each module advantageously comprises a housing with mechanical and electrical fixing means for mounting it in the circuit and connecting it with other modules. The modules are preferably connected removably, in the sense that a user can add, remove or replace modules in the circuit non-destructively and without having to return the circuit to the factory. The addition of a module involves for example its mechanical connection to the circuit using removable fixing means, for example screws, and electrical, for example a terminal block, and possibly the reprogramming or parameterization of the centralized controller .
[0047] Chaque module comporte avantageusement une interface d'entrée-sortie et un processeur non représentés afin de contrôler son fonctionnement en fonction de consignes reçues d'un contrôleur centralisé 100, et de fournir des paramètres de fonctionnement à ce contrôleur centralisé. [0047] Each module advantageously comprises an input-output interface and a processor not shown in order to control its operation according to instructions received from a centralized controller 100, and to provide operating parameters to this centralized controller.
[0048] Un des modules 10, 12 ou 14 est programmé ou paramétré afin de jouer le rôle de contrôleur centralisé 100. Dans une variante préférentielle, chaque module peut occuper ce rôle de contrôleur centralisé par simple paramétrage ou reprogrammation et sans modifier ses composants physiques. [0048] One of the modules 10, 12 or 14 is programmed or parameterized in order to play the role of centralized controller 100. In a preferred variant, each module can occupy this role of centralized controller by simple parameterization or reprogramming and without modifying its physical components .
[0049] Les modules 10, 12, 14 communiquent entre eux et avec le module 100 occupant le rôle de contrôle centralisé au travers de deux bus numériques d'échange d'information : -un premier bus de communication rapide 16 pour échanger des données relatives aux différentes conversions, par exemple et sans limitation de consignes de fonctionnement envoyées depuis le contrôleur centralisé 100 vers les différents convertisseurs et des paramètres de mesure envoyés depuis ces convertisseurs vers le contrôleur centralisé 100. Au moins certaines données sont transmises en temps réel, c'est-à-dire avec l'objectif d'être utilisées immédiatement, pour contrôler la conversion et la synchronisation des différents modules, et sans stockage permanent ou même sans stockage au-delà de la durée correspondant à un cycle de conversion. Par exemple, ces données peuvent inclure des consignes de puissance, des consignes de phase, et/ou des paramètres de mesure tels que la puissance active ou réactive instantanée des convertisseurs, la puissance instantanée des sources 2, la phase instantanée des signaux générés, etc. Le premier bus peut être un bus sériel de type RS-485 par exemple. -un deuxième bus de communication lent 17 reliant les convertisseurs et ledit contrôleur afin de transmettre des paramètres des convertisseurs au contrôleur centralisé. Ces paramètres incluent des paramètres qui changent peu souvent et qui n'ont pas besoin d'être transmis en temps réel pour usage immédiat lors d'une conversion. Par exemple, ces paramètres peuvent inclure la puissance disponible des sources 6, la puissance nominale des convertisseurs 10,12 ou 14, le courant maximum des sources 2 et/ou d'autres modules ou composants, le courant maximum de charge et/ou de décharge des batteries 7, la topologie du circuit, etc. Les paramètres transmis par le bus de communication rapide sont typiquement destinés à être mémorisés par le module qui les reçoit pour être utilisé pendant une durée correspondant à de nombreux cycles d'échantillonnage d'un convertisseur; ils sont de préférence stockés dans une mémoire semi-permanente, par exemple une mémoire flash, pour être disponible même après un arrêt et un redémarrage d'un module ou composant. Le deuxième bus peut aussi être utilisé pour transmettre des informations à l'utilisateur, par exemple des informations concernant la production solaire, qui peuvent être affichées sur un afficheur. Le deuxième bus peut être un bus numérique sériel, par exemple un bus CAN par exemple.[0049] The modules 10, 12, 14 communicate with each other and with the module 100 occupying the role of centralized control through two digital information exchange buses: -a first fast communication bus 16 for exchanging relative data to the different conversions, for example and without limitation of operating instructions sent from the centralized controller 100 to the different converters and measurement parameters sent from these converters to the centralized controller 100. At least certain data are transmitted in real time, this that is to say with the objective of being used immediately, to control the conversion and synchronization of the different modules, and without permanent storage or even without storage beyond the duration corresponding to a conversion cycle. For example, this data may include power setpoints, phase setpoints, and/or measurement parameters such as the instantaneous active or reactive power of the converters, the instantaneous power of the sources 2, the instantaneous phase of the signals generated, etc. . The first bus can be a serial bus of the RS-485 type for example. -a second slow communication bus 17 connecting the converters and said controller in order to transmit parameters from the converters to the centralized controller. These settings include settings that change infrequently and do not need to be transmitted in real time for immediate use during a conversion. For example, these parameters may include the available power of sources 6, the nominal power of converters 10, 12 or 14, the maximum current of sources 2 and/or other modules or components, the maximum charging current and/or discharge of batteries 7, circuit topology, etc. The parameters transmitted by the fast communication bus are typically intended to be memorized by the module which receives them to be used for a duration corresponding to numerous sampling cycles of a converter; they are preferably stored in a semi-permanent memory, for example a flash memory, to be available even after stopping and restarting a module or component. The second bus can also be used to transmit information to the user, for example information concerning solar production, which can be displayed on a display. The second bus can be a serial digital bus, for example a CAN bus for example.
[0050] Les bus de communication sont qualifiés de lents ou de rapides relativement l'un à l'autre, et pas dans l'absolu. Ainsi, un bus de communication plus rapide que l'autre bus de communication sera qualifié de bus rapide même si sa vitesse de communication est relativement lente par rapport à celle d'autre bus disponibles dans l'état de la technique. A l'inverse, même un bus de communication rapide par rapport aux bus de communication courants pourra être qualifié de bus de communication lent s'il est plus lent que l'autre bus de communication. The communication buses are described as slow or fast relative to each other, and not in absolute terms. Thus, a communication bus faster than the other communication bus will be qualified as a fast bus even if its communication speed is relatively slow compared to that of other buses available in the state of the art. Conversely, even a fast communication bus compared to common communication buses could be qualified as a slow communication bus if it is slower than the other communication bus.
[0051] A titre d'exemple, le bus de communication rapide 16 peut être amené à échanger des consignes de fonctionnement et/ou des paramètres de mesure au moins toutes les 10 ms, de préférence au moins toutes les 5 ms, par exemple plus d'une fois par milliseconde. [0051] For example, the fast communication bus 16 may be required to exchange operating instructions and/or measurement parameters at least every 10 ms, preferably at least every 5 ms, for example more once per millisecond.
[0052] Les paramètres transmis par le bus de communication lent 17 incluent par exemple des paramètres qui changent moins d'une fois par seconde, ainsi que de préférence des paramètres qui changent moins d'une fois par minute, y compris par exemple des paramètres des modules et composants définis lors de la configuration initiale du circuit chez un utilisateur et non susceptibles de changer jusqu'à la reconfiguration du circuit. [0052] The parameters transmitted by the slow communication bus 17 include for example parameters which change less than once per second, as well as preferably parameters which change less than once per minute, including for example parameters modules and components defined during the initial configuration of the circuit for a user and not subject to change until the circuit is reconfigured.
[0053] La figure 2 illustre de manière schématique un autre exemple de circuit 1 selon l'invention. Dans cet exemple, le circuit 1 comporte un ou plusieurs convertisseurs continu-alternatifs 10, par exemple des modules MPPT, pour convertir la tension et le courant fournis par une ou plusieurs sources non représentées en un signal de puissance sur une ligne intermédiaire 19, ainsi qu'un ou plusieurs convertisseurs continu-alternatifs 12 pour convertir le signal continu sur la ligne intermédiaire 19 en un signal de puissance alternatif fourni à un ou plusieurs consommateurs non représentés. Le circuit peut comporter d'autres modules, par exemple un ou plusieurs modules 15 qui fonctionnent en temps réel, par exemple des batteries, et un ou plusieurs autres modules 18 qui ne fonctionnent pas en temps réel. La synchronisation des modules est assurée par un contrôleur centralisé 100, qui peut être par exemple un des modules programmé ou paramétré à cet effet ou élu par le circuit pour remplir cette fonction. Les modules communiquent entre eux et avec le contrôleur centralisé 100 au travers d'un bus rapide 16 et d'un ou plusieurs bus lents 17. [0053] Figure 2 schematically illustrates another example of circuit 1 according to the invention. In this example, circuit 1 comprises one or more DC-AC converters 10, for example MPPT modules, to convert the voltage and current supplied by one or more sources not shown into a power signal on an intermediate line 19, as well as that one or more direct-alternating converters 12 for converting the direct signal on the intermediate line 19 into an alternating power signal supplied to one or more consumers not shown. The circuit may include other modules, for example one or more modules 15 which operate in real time, for example batteries, and one or more other modules 18 which do not operate in real time. Synchronization of the modules is ensured by a centralized controller 100, which can for example be one of the modules programmed or parameterized for this purpose or elected by the circuit to perform this function. The modules communicate with each other and with the centralized controller 100 through a fast bus 16 and one or more slow buses 17.
[0054] La figure 3 illustre de manière schématique un autre exemple de circuit 1 selon l'invention. Dans cet exemple, le circuit 1 comporte une ou plusieurs sources 2 et un ou plusieurs modules, par exemple des convertisseurs 10, 12, 14 possédant les caractéristiques des sources respectivement des convertisseurs décrits précédemment. Le transfert d'énergie entre ces modules 10, 12, 14 se fait comme précédemment au travers d'une ou plusieurs lignes intermédiaires non représentées, de préférence une ligne avec une tension continue. Le fonctionnement des différents modules est contrôlé par un contrôleur centralisé 100, par exemple l'un des modules 10,12,14, programmé ou paramétré à cet effet et qui communique au travers d'un bus de communication rapide 16 et d'un bus de communication lent 17. [0054] Figure 3 schematically illustrates another example of circuit 1 according to the invention. In this example, circuit 1 comprises one or more sources 2 and one or more modules, for example converters 10, 12, 14 having the characteristics of the sources respectively of the converters described previously. The transfer of energy between these modules 10, 12, 14 is done as before through one or more intermediate lines not shown, preferably a line with a direct voltage. The operation of the different modules is controlled by a centralized controller 100, for example one of the modules 10,12,14, programmed or parameterized for this purpose and which communicates via a fast communication bus 16 and a bus slow communication 17.
[0055] Le contrôleur 100 peut en outre communiquer avec des modules externes 20, 21, 22 à l'intérieur et/ou à l'extérieur du circuit 1. Dans cet exemple, le module 100 peut communiquer au travers du bus de communication rapide 16 avec un module 20 à l'intérieur ou à l'extérieur du circuit 1, et qui contrôle l'interaction avec le réseau électrique public, la communication entre batteries, les cycles de charges de batterie, etc. Le module 21 gère la politique énergétique à un plus haut niveau, par exemple en permettant d'introduire des tarifs pour l'achat et/ou la vente d'électricité au réseau public, des objectifs d'utilisation de chacune des sources énergétiques 2 (par exemple pour donner la priorité à l'approvisionnement en énergie solaire), des contrôle de la puissance fournie, par exemple pour effectuer de la limitation de puissance de pic (peak-shaving), des prévisions d'ensoleillement pour déterminer la production énergétique des sources photovoltaïques 2, etc. Le module 22 est un module d'interface utilisateur permettant à un utilisateur de paramétrer les modules 100, 20, 21, par exemple au travers d'un écran et d'une interface d'introduction de données, et/ou d'un système de contrôle et d'acquisition de données (SCADA) pouvant aussi communiquer avec des modules externes, par exemple des serveurs sur Internet. [0055] The controller 100 can also communicate with external modules 20, 21, 22 inside and/or outside the circuit 1. In this example, the module 100 can communicate through the fast communication bus 16 with a module 20 inside or outside circuit 1, and which controls the interaction with the public electricity network, the communication between batteries, the battery charge cycles, etc. Module 21 manages energy policy at a higher level, for example by making it possible to introduce tariffs for the purchase and/or sale of electricity to the public network, objectives for the use of each of the energy sources 2 ( for example to give priority to the supply of solar energy), control of the power supplied, for example to carry out peak power limitation (peak-shaving), sunshine forecasts to determine the energy production of photovoltaic sources 2, etc. The module 22 is a user interface module allowing a user to configure the modules 100, 20, 21, for example through a screen and a data entry interface, and/or a system control and data acquisition (SCADA) system that can also communicate with external modules, for example servers on the Internet.
[0056] Le contrôleur centralisé 100 réalise la synchronisation entre modules du circuit, en contrôlant notamment les flux de puissance électrique échangés entre chaque module, ainsi que la phase des signaux générés. Des consignes de fonctionnement sont envoyées aux modules 10, 12, 14 contrôlés, qui les exécutent. Ces consignes de fonctionnement sont déterminées à l'aide d'un algorithme d'optimisation de la solution, qui détermine périodiquement, par exemple chaque milliseconde, les consignes assurant un fonctionnement optimal. [0056] The centralized controller 100 achieves synchronization between modules of the circuit, in particular by controlling the flows of electrical power exchanged between each module, as well as the phase of the signals generated. Operating instructions are sent to the controlled modules 10, 12, 14, which execute them. These operating instructions are determined using a solution optimization algorithm, which periodically determines, for example every millisecond, the instructions ensuring optimal operation.
[0057] D'autres topologies de circuit peuvent être mises en oeuvre dans le cadre de l'invention. Des caractéristiques et modules des différents circuits décrits ci-dessus peuvent être mêlés entre eux. Other circuit topologies can be implemented within the framework of the invention. Characteristics and modules of the different circuits described above can be mixed together.
[0058] L'optimisation est ainsi réalisée par une heuristique, par exemple à l'aide de l'algorithme Nelder-Mead connu en soi mais pas pour le contrôle de la répartition des flux de puissance entre modules d'électronique de puissance. [0058] The optimization is thus carried out by a heuristic, for example using the Nelder-Mead algorithm known per se but not for controlling the distribution of power flows between power electronics modules.
[0059] La détermination de la solution permettant de prévoir un jeu de consignes de fonctionnement optimal en chaque instant peut nécessiter une puissance de calcul importante ; dans certain cas, l'algorithme d'optimisation risque de ne pas converger rapidement, ou pas du tout, vers une solution optimale. Une stratégie de modélisation du circuit peut être mise en oeuvre par le processeur numérique du contrôleur centralisé afin d'améliorer l'efficacité de l'algorithme, de réduire le temps de calcul et les ressources nécessaires pour ce calcul, et d'éviter un nombre de degrés de liberté excessif. Les figures 4a à 4d illustrent comment une topologie de circuit 1 relativement complexe sur la figure 4a, comportant plusieurs sources, et plusieurs convertisseurs de différents types sur une ou plusieurs phases, peut être simplifié et/ou décomposé successivement selon les schémas des figures 4b à 4d en circuits équivalents mais comportant moins de modules et d'autres composants. La simplification d'un modèle de circuit peut impliquer par exemple le remplacement de plusieurs modules de même type en série ou en parallèle par un seul module équivalent. La décomposition du modèle de circuit peut impliquer par exemple une décomposition selon les différentes phases comme on le voit entre la figure 4b et les figures 4c et 4d. [0059] Determining the solution making it possible to provide a set of optimal operating instructions at each moment may require significant computing power; in certain cases, the optimization algorithm may not converge quickly, or at all, towards an optimal solution. A circuit modeling strategy can be implemented by the digital processor of the centralized controller in order to improve the efficiency of the algorithm, reduce the calculation time and the resources required for this calculation, and to avoid a number excessive degrees of freedom. Figures 4a to 4d illustrate how a relatively complex circuit topology 1 in Figure 4a, comprising several sources, and several converters of different types on one or more phases, can be simplified and/or broken down successively according to the diagrams of Figures 4b to 4d in equivalent circuits but with fewer modules and other components. The simplification of a circuit model may involve, for example, the replacement of several modules of the same type in series or in parallel with a single equivalent module. The decomposition of the circuit model can involve, for example, a decomposition according to the different phases as seen between Figure 4b and Figures 4c and 4d.
[0060] La détermination de cette représentation simplifiée du circuit peut être effectuée par le processeur numérique du contrôleur centralisé. Cette détermination peut être effectuée à chaque modification de la topologie du circuit, par exemple lorsqu'un module est ajouté, retiré, remplacé, et éventuellement reprogrammé- The determination of this simplified representation of the circuit can be carried out by the digital processor of the centralized controller. This determination can be made each time the circuit topology is modified, for example when a module is added, removed, replaced, and possibly reprogrammed.
[0061] Le calcul des contraintes de fonctionnements optimaux peut être effectué par le processeur numérique du contrôleur centralisé 100 sur un de ces modèles simplifiés du réseau, et servir de base pour établir des paramètres tels que la puissance à prélever ou à fournir du réseau 6 ou d'une génératrice 60, la puissance de charge ou de décharge de chaque batterie ou de l'ensemble des batteries, etc. Les consignes de fonctionnement envoyés à chaque module sont déterminées dans une deuxième étape, sur la base de l'optimisation effectuée sur le schéma simplifié, par exemple en répartissant les puissances ainsi calculées entre modules équivalents en parallèle. The calculation of optimal operating constraints can be carried out by the digital processor of the centralized controller 100 on one of these simplified models of the network, and serve as a basis for establishing parameters such as the power to be taken from or supplied from the network 6 or a generator 60, the charging or discharging power of each battery or of all the batteries, etc. The operating instructions sent to each module are determined in a second step, on the basis of the optimization carried out on the simplified diagram, for example by distributing the powers thus calculated between equivalent modules in parallel.
[0062] Les critères de choix pour déterminer la solution optimale incluent par exemple un ou plusieurs des paramètres suivants, qui peuvent être échangés via le bus de communication lent 17 et stockés de manière semi-permanente dans le contrôleur centralisé : • Topologie du circuit; • Courant maximum du réseau connecté, pour chaque phase ; • Courant et/ou puissance maximum de chaque module et convertisseur du circuit; • Courant maximum de charge et de décharge des batteries 7 ; • Puissance active maximale et puissance réactive maximale des sources de courant alternatif, par exemple du réseau ; • Tension des batteries ; • Stratégie énergétique de l'utilisateur; • etc[0062] The selection criteria for determining the optimal solution include for example one or more of the following parameters, which can be exchanged via the slow communication bus 17 and stored semi-permanently in the centralized controller: • Topology of the circuit; • Maximum current of the connected network, for each phase; • Maximum current and/or power of each module and converter in the circuit; • Maximum battery charge and discharge current 7; • Maximum active power and maximum reactive power of alternating current sources, for example from the network; • Battery voltage; • User energy strategy; • etc
[0063] A chaque instant, c'est-à-dire au moins cent fois par seconde, ou de préférence au moins 200 fois par seconde, l'algorithme d'optimisation exécuté dans le contrôleur centralisé 100 détermine, puis envoie aux modules via le bus de communication rapide 16, des consignes de fonctionnement visant à respecter ces paramètres, tout en tenant compte d'un ou plusieurs des paramètres de mesure suivants transmis en temps réel par les modules : • Phase de tension de chaque convertisseur ; • Puissance active/réactive requise par le ou les consommateurs 5 ; • Puissance instantanée active/réactive fournie par chaque source 2; • Etat de charge des batteries, et autres paramètres fournis par les circuits de gestion des batteries (BMS) ; • Courants/et ou tensions en différents points du circuit.[0063] At each instant, that is to say at least one hundred times per second, or preferably at least 200 times per second, the optimization algorithm executed in the centralized controller 100 determines, then sends to the modules via the fast communication bus 16, operating instructions aimed at respecting these parameters, while taking into account one or more of the following measurement parameters transmitted in real time by the modules: • Voltage phase of each converter; • Active/reactive power required by the consumer(s) 5; • Instantaneous active/reactive power supplied by each source 2; • State of charge of the batteries, and other parameters provided by the battery management circuits (BMS); • Currents/and or voltages at different points in the circuit.
[0064] L'algorithme d'optimisation vise en outre de préférence à maximiser la puissance électrique fournie notamment par les sources photovoltaïques, à répartir les courants entre les phases et/ou entre les modules, et à égaliser l'état de charge des batteries. [0064] The optimization algorithm also preferably aims to maximize the electrical power supplied in particular by the photovoltaic sources, to distribute the currents between the phases and/or between the modules, and to equalize the state of charge of the batteries. .
[0065] Le contrôleur centralisé 100 envoie des consignes de haut niveau au travers du bus de communication rapide au 16 aux modules du circuit, qui les interprètent et les décodent. Par exemple, le contrôleur centralisé peut envoyer des instructions de haut niveau à un module, par exemple au module 14, par exemple des consignes de puissance instantanée que la batterie doit fournir. Le module 14 exécute ensuite ces instructions de la manière appropriée, et envoie des paramètres de mesure au contrôleur. The centralized controller 100 sends high-level instructions through the fast communication bus 16 to the circuit modules, which interpret and decode them. For example, the centralized controller can send high-level instructions to a module, for example to module 14, for example instantaneous power instructions that the battery must provide. Module 14 then executes these instructions as appropriate, and sends measurement parameters to the controller.
[0066] Certains modules peuvent communiquer entre eux au travers d'un bus de communication additionnel non représenté. Par exemple, les circuits de gestion de batterie (BMS) de différentes batteries peuvent communiquer avec le module 20 au moyen d'un bus de communication additionnel, par exemple un bus CAN, afin d'échanger des paramètres, de garantir un équilibrage des batteries, de répartir les courants fournis, de garantir un vieillissement homogène des batteries, etc. [0066] Certain modules can communicate with each other through an additional communication bus not shown. For example, the battery management circuits (BMS) of different batteries can communicate with the module 20 by means of an additional communication bus, for example a CAN bus, in order to exchange parameters, to guarantee balancing of the batteries , to distribute the currents supplied, to guarantee uniform aging of the batteries, etc.
[0067] Le circuit 1 peut avantageusement être utilisé pour des puissances entre 5 et 50kW, par exemple pour l'alimentation d'un immeuble ou d'un atelier avec une ou plusieurs sources d'énergie renouvelables, par exemple des panneaux photovoltaïques. [0067] Circuit 1 can advantageously be used for powers between 5 and 50 kW, for example for powering a building or a workshop with one or more renewable energy sources, for example photovoltaic panels.
Numéros de référence employés sur les figuresReference numbers used in the figures
[0068] 1 Circuit de conversion de circuit continu en circuit alternatif 2 Source externe 4 Source ou consommateur continu 5 Consommateur 6 Réseau 7 Batteries 10 Convertisseur continu-continu 11 Borne d'entrée-sortie continu du circuit 12 Convertisseur continu alternatif 13 Bornes d'entrée du circuit 1 14 Convertisseur continu-continu 15 Module qui fonctionne en temps réel 16 Bus de communication rapide 17 Bus de communication lent 18 Module qui ne fonctionne pas en temps réel 18 Bornes de sortie du circuit 1 19 Ligne intermédiaire 20 Module de contrôle 21 Module de gestion de la politique énergétique 22 Module d'interface utilisateur 60 Interrupteur de puissance 61 Groupe électrogène [0068] 1 DC circuit to AC circuit conversion circuit 2 External source 4 DC source or consumer 5 Consumer 6 Network 7 Batteries 10 DC-DC converter 11 DC input-output terminal of the circuit 12 AC DC converter 13 Terminals circuit 1 input 14 DC-DC converter 15 Module that operates in real time 16 Fast communication bus 17 Slow communication bus 18 Module that does not operate in real time 18 Circuit 1 output terminals 19 Intermediate line 20 Control module 21 Energy policy management module 22 User interface module 60 Power switch 61 Generator
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