Abhatoo - Centre Nationale de Documentation

Cette thèse traite la problématique de l'injection de l'énergie électrique, produite par des modules photovoltaïque (PV), au réseau public de distribution monophasé (en mode interconnecté). L'objectif principal est l'amélioration de la qualité de la tension délivrée par les panneaux PV. Nous considérons dans ce travail le phénomène des harmoniques générés par le système PV. Le taux de distorsion d'harmoniques (THD%) est utilisé comme indicateur principal de la qualité de l'onde électrique.
Le rapport de thèse est organisé en trois parties : La première concerne le choix de la structure du système PV mono-étage (un seul convertisseur DC/AC entre les PV et le réseau monophasé). Notre recherche se focalise sur les onduleurs multiniveaux (MLI) vu la qualité de la tension délivrée par ce type de convertisseurs par rapport aux onduleurs classiques. Trois topologies de base des MLI sont étudiées et comparés ; à savoir, l'onduleur à potentiel distribué (NPCMLI), l'onduleur à cellules imbriquées (FCMLI) et l'onduleur à base des cellules H-pont en cascade (H-bridge- MLI). Ce dernier se révèle plus avantageux par rapport aux autres pour les systèmes PV. Un filtre LCL à double fonction est utilisé pour l'interconnexion du système PV au réseau : l'atténuation des harmoniques engendrés par les interrupteurs de puissance d'une part et la conversion de la tension délivrée par l'onduleur en courant injecté au réseau d'autre part.
Le second volet qui traite le contrôle/commande du système PV est développé en trois sections. Dans la première section, nous avons mené une étude comparative entre six types de modulations de largeur d'impulsions sinusoïdales multi-porteuses (MCSPWM), à savoir PDPWM, PODPWM, APODPWM, COPWM, PSCPWM et VFPWM. Ces stratégies sont appliquées à un onduleur en cascade H-pont monophasé à 5 niveaux, dans l'intention de juger par la suite la meilleure entre elles en termes de linéarité de commande et de réduction de THD de la tension produite. Dans une seconde section, dans un premier temps, nous traitons, au niveau des PV, l'extraction de la puissance maximale en améliorant l'algorithme P&O dans le cas des variations rapides de l'éclairement ; dans un deuxième temps, au niveau du réseau, la génération des signaux de références pour les boucles de contrôle nécessite la surveillance des paramètres suivants : l'amplitude, la fréquence et la phase de la tension du réseau par le biais d'une boucle à verrouillage de phase (PLL). Dans le cas des variations de la fréquence, nous avons proposé une amélioration du générateur des signaux orthogonaux à retard fixe par la transformation de Park. La troisième section est réservée au schéma global de contrôle du système, traitant en particulier une boucle externe de régulation de la tension continue du bus DC selon la variation d'une tension de référence générée par le bloc MPPT et une boucle, interne rapide, de contrôle du courant injecté par le correcteur proportionnel résonnant PR dans le repère stationnaire αβ associé à une compensation d'harmoniques. Les harmoniques impairs 3, 5, 7 et 9 sont amortis respectivement de 98.22%, 98.86%, 99.35%, et 99.57%. La puissance active produite par les PV, à l'exception des pertes dans les interrupteurs de puissance, est totalement injectée au réseau validant aussi l'efficacité du correcteur PR par rapport à celle du PI. La puissance réactive produite par le système PV est réglable dans la boucle du courant donnant un autre degré de liberté de notre système proposé.
La troisième partie regroupe la simulation, dans l'environnement Matlab/Simulink, d'un système PV de 6 kW, mono-étage à base d'un onduleur cinq niveaux de topologie H-pont connecté au réseau via un filtre LCL pour vérifier nos contributions. Les résultats obtenus sont ensuite validés par la co-simulation à partir d'une carte de prototypage STM32F4-Discovery.