Power One Aurora onduleur de chaine HF-isolé: Contrôle de l isolation et procédure de mise à la terre fonctionnelle d une polarité

Transcription

1 Power One Aurora onduleur de chaine HF-isolé: Contrôle de l isolation et procédure de mise à la terre fonctionnelle d une polarité Auteur: Rossi Antonio Approuvé par: Trova Marco Date: 04/01/2012 BUT DU DOCUMENT Fournir la méthode de contrôle de l isolation de la partie DC (générateur PV) ainsi que la procédure de mise à la terre fonctionnelle d une des polarités sur les onduleurs de chaînes Power-One Aurora haute fréquence à isolation galvanique (que l on nommera HF-iso dans la suite de ce document). CHAMP D APPLICATION Le tableau suivant contient les onduleurs concernés par ce document : Type d onduleur Modèle d onduleur Puissance nom. AC UNO-2.0-I-OUTD UNO-2.0-I-OUTD-S 2.0kW UNO-2.5-I-OUTD Onduleur HF avec 2.5kW UNO-2.5-I-OUTD-S isolation galvanique PVI-3.8-I-OUTD monophasé 3.8kW PVI-3.8-I-OUTD-S PVI-4.6-I-OUTD PVI-4.6-I-OUTD-S 4.6kW 1

2 Onduleur HF avec isolation galvanique triphasé PVI-10.0-I-OUTD-400 PVI-10.0-I-OUTD-400-S PVI-12.0-I-OUTD-400 PVI-12.0-I-OUTD-400-S Tableau 1: Références des onduleurs concernés 10.0kW 12.0kW Inv_Str-HF_Iso Ctrl and GND Method_FR_rev SYNOPTIQUE DE L ONDULEUR ET METHODE DE MISE A LA TERRE D UNE POLARITE La figure suivante présente le synoptique d onduleurs HF-iso monophasés à deux MPPT (PVI-3.8/4.6-I-OUTD). Dans le cas des onduleurs triphasés (PVI- 10.0/12.0-I-OUTD), le schéma est identique à l exception du convertisseur DC/AC qui est un convertisseur à 3 branches. En ce qui concerne l onduleur monophasé à MPPT unique (UNO-2.0/2.5-I-OUTD), le schéma de bloc est le même avec un convertisseur DC//DC en moins 2

3 Figure 1: Synoptique d un onduleur Power-One Aurora HF-iso monophasé. 3

4 L onduleur HF-iso peut travailler avec un champ PV à potentiel flottant ou un champ qui aurait l une des deux polarités mise à la terre, le pôle positif ou le pôle négatif. A l intérieur de l onduleur, il est possible de sélectionner une mise à la terre du + ou du -, ou d aucune des deux polarités. Pour ce faire il faut utiliser un câble dédié comme décrit dans la figure 2 ci-dessous : (E) (D) (A) (B) (C) Figure 2: Possibilités des connexions à l intérieur de l onduleur. (A): Câble de mise à la terre (sur cette image, la configuration est exsangue de mise à la terre) (B): Connecteur négatif à la terre: le câble de mise à la terre (A) doit être dans ce cas connecté en B, correspondant à une mise à la terre du -. (C): Connecteur positif à la terre: le câble de mise à la terre (A) doit être dans ce cas connecté en C, correspondant à une mise à la terre du +. (D): Résistance PTC effectuant la mise à la terre (E): Commutateur rotatif pour la sélection du code pays (paramètre réseau). En fonction de la configuration de mise à la terre, la configuration des canaux en entrée est limitée comme suit : Mise à la terre Positive (+ ) Négative (- ) Aucune Configuration des canaux d entrée autorisés Mode PAR (Parallèle) seulement Mode IND (Indépendant) ou PAR (Parallèle) Parallèle Seulement Tableau no.2: Possibilités des configurations de mise à la terre sur les canaux Vs en entrée. Remarque: La configuration indépendante des canaux en entrée est autorisée SEULEMENT dans le cas de mise à la terre négative. Dans le cas de mise à la terre positive ou d absence de terre, la SEULE possibilité 4

5 pour la configuration de canaux en entrée est une configuration en parallèle. La configuration par défaut (usine) de l onduleur est la mise à la terre négative. Lorsque l une des deux possibilités de mise à la terre est sélectionnée, la connexion à la terre se fait à travers une Résistance PTC (Positive Thermal Coefficient). Ce composant montre une proportionnalité directe de sa propre résistivité en fonction de sa température. La courbe B59758B0110A070 sur les figures suivantes (provenant de la documentation technique du composant) montre la relation entre sa résistivité et la température, ainsi que le courant en fonction de la tension le traversant. Figure 3: Courbes caractéristiques de résistance PTC utilisées pour la mise à la terre d onduleurs Power-One Aurora HF-iso. Le mécanisme de contrôle de l isolation est variant, il dépend du statut de mise à la terre du champ de panneau (avec ou sans masse). CHAMP PV A POTENTIEL FLOTTANT Dans le cas où aucune polarité n est mise à la terre, l onduleur vérifie continuellement l impédance d isolement de la partie DC. La mesure d impédance d isolation est comparée avec un seuil ajustable (par défaut la valeur est de 200kOhm) pour détecter du coté de la partie DC une condition éventuelle de faute. En particulier: Avant chaque connexion au réseau, l onduleur effectue la mesure d impédance d isolement. Au cas où la valeur mesurée est plus basse que le seuil défini (200kOhm), l onduleur ne se connecte pas au réseau. Ce seuil est ajustable dans la configuration de l onduleur. La mesure d impédance d isolement (R-iso) est disponible sur l affichage après la connexion au réseau. 5

6 Lorsque l onduleur est en injection sur le réseau, il continue de mesurer l impédance d isolement. Si la valeur mesurée est plus basse que le seuil défini (200kOhm), l onduleur décroche du réseau. Ce seuil est ajustable dans la configuration de l onduleur. La figure suivante montre le synoptique de la mesure R-iso. Remarque: En cas de potentiel flottant, la seule configuration permise pour les canaux d entrée est le mode parallèle. Figure 4: Synoptique de la mesure R-iso dans le cas d un champ à potentiel flottant CHAMPS RELIES A LA TERRE En cas de mise à la terre fonctionnelle de l undes pôles, celui-ci est relié au terminal PE de l onduleur en utilisant une résistance PTC. Selon l'état de la connexion au réseau, l'onduleur contrôle l'isolement du côté DC de deux manières différentes ; ces contrôles sont effectués de la même manière pour la mise à la terre positive ou négative. Contrôles préliminaires : définition du facteur de qualité de l isolation (Iso QF) Avant chaque connexion au réseau, l'onduleur effectue la mesure de l'impédance d'isolement par la suppression de la connexion à la terre par l'ouverture du contacteur en série avec une résistance à la terre PTC. Ce contrôle permet à l'onduleur de vérifier l'état du générateur photovoltaïque par rapport au sol, en testant si d autres mises à la terre supplémentaires ou des fuites sur le côté DC de l'usine sont présentes. 6

7 Lors de la déconnexion à la terre (ouverture du contacteur), si aucune connexion à la terre supplémentaires ou fuites de courant n est détectée, le pôle mis à la terre doit augmenter (masse négative) ou diminuer (masse positive) sa tension à la terre. Le tableau suivant montre les différents scénarios possibles. Les onduleurs lisent la tension de la masse du pôle sélectionné en fonction de l'entrée négative pendant l ouverture du contacteur et comparent cette valeur à un seuil interne qui est dépendant de la tension d'entrée et du seuil R-iso pour la connexion. Le seuil de R-iso est réglable et est réglé par défaut à 200 KOhm. ETAT CONTACTEUR MISE A LA TERRE DU POLE POSITIF MISE A LA TERRE DU POLE NEGATIF FERME Vg=Vin Vg=0 OUVERT Vg=Vin/2 Vg=Vin/2 Remarque: Dans le cas d une mise à la terre du pôle positif, la seule configuration permise pour les canaux d entrée est le mode parallèle. Dans le cas d une masse négative, la configuration indépendante ou parallèle des entrées peut être sélectionnée. La comparaison entre la tension de lecture et le seuil interne permet de définir un facteur de qualité pour l'isolement côté DC: Iso QF. Ce paramètre représente une mesure de qualité de l'isolement, des valeurs 7

8 supérieures à Iso QF signifie une impédance d'isolement plus élevée. Le seuil pour le raccordement au réseau est Iso QF = 1. Dans ce cas, l'impédance d'isolement est égale au seuil de R-iso sélectionné. Protections lors de l injection La valeur nominale de la résistance PTC est de 7.5kOhms. Cette valeur augmente (et atteint des valeurs de quelques MOhms, conformément aux courbes de la figure n 3) quand un courant traverse le composant et provoque l'échauffement des composants. Du fait de la présence d une résistance de mise à la terre PTC, un courant de fuite pourrait circuler à travers celle-ci résistance. Ainsi, la tension aux bornes de la résistance de mise à la terre PTC est mesurée par les circuits logiques, qui déclenche au besoin le relais approprié déconnectant ainsi l'onduleur du réseau. Figure 5: Scénario de courant de fuite avec mise à la terre du pôle négatif. Deux valeurs de niveaux de protection relatifs à Vg (tension à travers la résistance PTC) existent: - 30V pendant plus de 2s - 60V pendant plus de 500ms Le dépassement du seuil entraînera la déconnection de l'onduleur du réseau. Le principal avantage de la solution PTC pour la mise à la terre est la possibilité de détecter une fuite de courant du côté DC du champ PV et de supprimer la condition de défaut grâce à une valeur importante de résistance que peut atteindre le composant. En outre, la résistance PTC permet une auto-restauration du fonctionnement de l'onduleur dès l arrêt de la circulation des courants de fuite. 8