Chaînes de conversion / Tolérance aux défauts / Pilotage
Applications Energies Marines Renouvelables (EMR)
Banc d’essais à base de machine lente DSPMG
Ce banc, développé dans le cadre du projet interrégional Hydrol 44 piloté par le laboratoire, met en œuvre une machine basse vitesse de rotation à couplage dentaire excitée au stator par des aimants permanents, principalement pour des applications hydroliennes. Il permet de valider le principe de fonctionnement et d’implémenter les algorithmes de commande ad hoc.
Ce banc d’essais de 3 kW est constitué d’une machine à aimants permanents de 5-phases couplée à une machine à courant continu. Ce banc permet d’évaluer les apports de l’utilisation des machines multi-phasées pour différentes applications contraignantes telles que les EMR (éolien, hydrolienne) ainsi que les transports. Cela consiste en l’exploitation des phases redondantes pour assurer la continuité de service suite à un défaut. Actuellement, des travaux axés sur la tolérance aux défauts de cette chaîne de conversion sont menés. L’objectif visé est la détection, la localisation ainsi que la reconfiguration des stratégies de commandes en cas de défauts types (interrupteurs ouverts ou en court-circuit, phase ouverte…). 
Machine 5 phases, son convertisseur et son interface de pilotage.
Ce banc expérimental permet de tester la réponse électro thermique d’un câble d’export de 20kV comme installé sur le site d’essai en mer du SEM-REV (ECN). Ce câble, élément clé de l’architecture des systèmes EMR et de leur raccordement au réseau est souvent coûteux et complexe à dimensionner. Basé sur une approche multi physique, ce banc permet la validation/calibration des modèles COMSOL. Un couplage électrothermique, émulateur de puissance large bande passante permet de générer les profils de courant à échelle réelle (jusqu’à 600 Arms).
Un banc d’essais (30 000 tr/min, 20 kW) dimensionné sur la base des travaux de modélisation et d’optimisation du laboratoire IREENA a été réalisé. Les deux machines, identiques, sont des machines synchrones à aimants permanents montées en surface avec frettage en fibre de carbone. Les tests effectués permettent de valider les modèles de dimensionnement sur lesquels s’appuient nos démarches d’optimisation, notamment l’optimisation des machines travaillant sur cycles.
Ce banc comporte un system Opal-RT 4510 couplé à un système Dspace-1007. Dans cette configuration les lois de commandes implémentées sous Dspace permettent de piloter le système de puissance implémenté sous la cible Opal RT. En parallèle des bancs existants au laboratoire, ce banc permet entre autres la mise à échelle 1 des systèmes étudiés. 
Banc HIL Opal-RT et DSpace pour le réglage et la validation d’algorithmes de commande.
Le banc de test permet le contrôle avec absorption sinusoïdale d'un convertisseur AC/DC Vienna monophasé ou triphasé. La carte numérique, permettant le contrôle par MRC numérique, est construite autour d'un FPGA Cyclone 10LP présentant une fréquence de fonctionnement de 50MHz. L'architecture environnante permet une conversion analogique-numérique sur 12 et/ou 16bits. La synchronisation sur le réseau est réalisée de manière analogique par l'intermédiaire d'une PLL basée sur un MC14046BCP. Un convertisseur DC/DC peut-être couplé en aval du convertisseur AC/DC pour reproduire l'architecture complète d'un poste à souder à l'arc électrique. Les puissances maximales permises par le dimensionnement des convertisseurs Vienna sont d'approximativement 6kW en monophasé et 18kW en triphasé.
Banc de test de PFC à redresseur Vienna
Un prototype de convertisseur MMC à 6 modules a été développé au laboratoire dans le but de valider des lois de gestion d’énergie et de commande de ces nouvelles structures, en particulier pour l’intégration aux réseaux HVDC de dispositifs de stockage répartis. Actuellement, un nouveau prototype est en cours de réalisation, développé à base de composants SiC et intégrant de nouvelles technologies de drivers intelligents (travail développé en partenariat avec l’IETR). Il devra permettre cette fois de tester et valider des algorithmes de communication chainé, permettant de limiter le nombre d’informations échangées nécessaire entre les modules.
Prototype de convertisseur MMC conçu et réalisé au laboratoire IREENA.
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| Vue éclatée de la génératrice DSPMG | Banc de pilotage de machine lente avec génératrice DSPMG avec son moteur d’entraînement |
Banc machine 5-phases/tolérance aux défauts
Ce banc d’essais de 3 kW est constitué d’une machine à aimants permanents de 5-phases couplée à une machine à courant continu. Ce banc permet d’évaluer les apports de l’utilisation des machines multi-phasées pour différentes applications contraignantes telles que les EMR (éolien, hydrolienne) ainsi que les transports. Cela consiste en l’exploitation des phases redondantes pour assurer la continuité de service suite à un défaut. Actuellement, des travaux axés sur la tolérance aux défauts de cette chaîne de conversion sont menés. L’objectif visé est la détection, la localisation ainsi que la reconfiguration des stratégies de commandes en cas de défauts types (interrupteurs ouverts ou en court-circuit, phase ouverte…).
Machine 5 phases, son convertisseur et son interface de pilotage.
Banc de caractérisation électro-thermique de câbles
Ce banc expérimental permet de tester la réponse électro thermique d’un câble d’export de 20kV comme installé sur le site d’essai en mer du SEM-REV (ECN). Ce câble, élément clé de l’architecture des systèmes EMR et de leur raccordement au réseau est souvent coûteux et complexe à dimensionner. Basé sur une approche multi physique, ce banc permet la validation/calibration des modèles COMSOL. Un couplage électrothermique, émulateur de puissance large bande passante permet de générer les profils de courant à échelle réelle (jusqu’à 600 Arms).
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| Banc expérimental de caractérisation, intégrant le câble sous test et l’émulateur de réseau |
Résultats de mesure et calage du modèle |
Machines spéciales
Banc d’essai 30 000 tr/min – 20 kW : Machines rapides à fortes puissances volumiques
Un banc d’essais (30 000 tr/min, 20 kW) dimensionné sur la base des travaux de modélisation et d’optimisation du laboratoire IREENA a été réalisé. Les deux machines, identiques, sont des machines synchrones à aimants permanents montées en surface avec frettage en fibre de carbone. Les tests effectués permettent de valider les modèles de dimensionnement sur lesquels s’appuient nos démarches d’optimisation, notamment l’optimisation des machines travaillant sur cycles.
| Evolution des puissances volumiques optimales pour différentes vitesses et différents matériaux | Banc d’essais à machines synchrones à aimants permanents (30 000 tr/min – 20 kW) |
Pilotage et diagnostique
Banc simulation Hardware In the Loop (HIL)
Ce banc comporte un system Opal-RT 4510 couplé à un système Dspace-1007. Dans cette configuration les lois de commandes implémentées sous Dspace permettent de piloter le système de puissance implémenté sous la cible Opal RT. En parallèle des bancs existants au laboratoire, ce banc permet entre autres la mise à échelle 1 des systèmes étudiés.
Banc HIL Opal-RT et DSpace pour le réglage et la validation d’algorithmes de commande.
Electronique de puissance
Banc dédié à la régulation à absorption sinus d’un convertisseur Vienna par MRC numérique
Le banc de test permet le contrôle avec absorption sinusoïdale d'un convertisseur AC/DC Vienna monophasé ou triphasé. La carte numérique, permettant le contrôle par MRC numérique, est construite autour d'un FPGA Cyclone 10LP présentant une fréquence de fonctionnement de 50MHz. L'architecture environnante permet une conversion analogique-numérique sur 12 et/ou 16bits. La synchronisation sur le réseau est réalisée de manière analogique par l'intermédiaire d'une PLL basée sur un MC14046BCP. Un convertisseur DC/DC peut-être couplé en aval du convertisseur AC/DC pour reproduire l'architecture complète d'un poste à souder à l'arc électrique. Les puissances maximales permises par le dimensionnement des convertisseurs Vienna sont d'approximativement 6kW en monophasé et 18kW en triphasé.
Banc de test de PFC à redresseur Vienna
Prototype de convertisseur MMC
Un prototype de convertisseur MMC à 6 modules a été développé au laboratoire dans le but de valider des lois de gestion d’énergie et de commande de ces nouvelles structures, en particulier pour l’intégration aux réseaux HVDC de dispositifs de stockage répartis. Actuellement, un nouveau prototype est en cours de réalisation, développé à base de composants SiC et intégrant de nouvelles technologies de drivers intelligents (travail développé en partenariat avec l’IETR). Il devra permettre cette fois de tester et valider des algorithmes de communication chainé, permettant de limiter le nombre d’informations échangées nécessaire entre les modules.
Prototype de convertisseur MMC conçu et réalisé au laboratoire IREENA.
Les équipements et plateformes de l'IREENA ont été, en partie, cofinancés par le Fonds Européen de Développement Régional (FEDER).
Cofinancement
Les équipements et plateformes de l'IREENA ont été, en partie, cofinancés par le Fonds Européen de Développement Régional (FEDER).
Directeur d'Unité
Responsable de l'UTR 1
Responsable de l'UTR 2
Responsable de l'UTR 3
Mis à jour le 17 novembre 2022.