Source :ise.fraunhofer.de
Au fur et à mesure que la transition énergétique progresse, l'expansion des réseaux électriques devient de plus en plus importante. De plus en plus de centrales de production d'énergie renouvelable ainsi que des systèmes de stockage électrique sont connectés au réseau. Cela donne à l'électronique de puissance un rôle décisif, car il est essentiel de connecter ces systèmes au réseau. Cependant, en plus de la simple alimentation ou du retour d'énergie électrique, l'électronique de puissance doit également effectuer d'autres tâches de support du réseau. Dans le"SiC-MSBat" projet, les chercheurs de l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire ISE, en collaboration avec des partenaires, ont maintenant développé et mis en service avec succès un onduleur très compact pour l'alimentation directe dans le réseau moyenne tension.
Actuellement, les onduleurs alimentent principalement le réseau basse tension. Ils sont ensuite couplés au réseau moyenne tension via de gros transformateurs 50 Hz. L'utilisation de nouveaux types de transistors au carbure de silicium (SiC) à très hautes tensions de blocage permet désormais également de raccorder directement les onduleurs au réseau moyenne tension. Grâce à la dynamique de régulation élevée des onduleurs SiC, ils peuvent assumer des tâches de stabilisation du réseau et, par exemple, agir comme des filtres de puissance actifs pour compenser les harmoniques dans le réseau moyenne tension. De plus, les onduleurs SiC peuvent atteindre des densités de puissance beaucoup plus élevées que les onduleurs conventionnels. Il en résulte une conception compacte, ce qui constitue un avantage particulier lorsque des installations doivent être construites dans des zones urbaines ou que d'anciennes installations existantes doivent être modernisées. En plus des simples coûts de système, les coûts de construction et d'infrastructure jouent également un rôle très important, en particulier dans les zones urbaines. Dans le cadre du projet&'SiC-MSBat - Onduleurs moyenne tension avec modules de puissance SiC haute tension pour le stockage à grande échelle et les réseaux de distribution desservant le système&', une pile d'onduleurs de 250 kW a été développée pour alimenter les réseaux 3 kV AC. Ici, de nouveaux transistors SiC de 3,3 kV sont utilisés. Ceux-ci ont des pertes de puissance nettement inférieures à celles des transistors au silicium comparables. Cela permet de faire fonctionner la pile d'onduleurs avec une fréquence de découpage de 16 kHz. Avec des transistors au silicium de pointe, seules des fréquences de commutation environ 10 fois inférieures sont possibles dans cette classe de tension. La fréquence de commutation élevée permet d'économiser sur les composants passifs, car ceux-ci peuvent être dimensionnés dans un format plus petit. Une autre particularité de l'onduleur est son refroidissement liquide actif avec un ester synthétique comme fluide de refroidissement. Ce milieu est pompé à travers l'onduleur et refroidit à la fois les transistors via un dissipateur de chaleur liquide et les selfs de filtrage, qui sont logés dans un réservoir fermé. En même temps, le fluide de refroidissement pour les bobines de filtre sert de moyen d'isolation électrique, ce qui permet de rendre les bobines de filtre encore plus compactes. L'onduleur a été construit et testé dans les laboratoires de Fraunhofer ISE's, atteignant un taux d'efficacité très élevé de 98,4 % à la puissance nominale. La conception de l'appareil permet l'interconnexion modulaire de plusieurs piles d'onduleurs pour obtenir des sorties système de plusieurs mégawatts. En tenant compte de l'espace d'installation supplémentaire pour l'appareillage de commutation et l'unité de refroidissement, une économie de volume du système d'onduleur jusqu'à 40 % peut être réalisée par rapport aux systèmes d'onduleur commerciaux de cette classe de tension. Le projet a été financé par le ministère fédéral allemand des Affaires économiques et de l'Énergie (BMWi) dans le cadre du 6e programme de recherche énergétique dans le cadre du sous-domaine&« Intégration des énergies renouvelables et des systèmes d'approvisionnement en énergie régénérative & ». Les partenaires du projet étaient Semikron Elektronik GmbH& Co. KG et STS Spezial-Transformatoren Stockach GmbH. Semikron était responsable du développement des modules SiC de 3,3 kV dans le projet, STS était principalement responsable des composants inductifs. Fraunhofer ISE voit de nombreuses applications potentielles pour l'utilisation de dispositifs SiC à blocage élevé dans la plage de moyenne tension."Surtout pour les grandes centrales photovoltaïques, la tendance est à des tensions de plus en plus élevées," déclare Andreas Hensel, chef de l'équipe d'électronique de puissance moyenne tension chez Fraunhofer ISE."Avec la technologie PV 1500 V disponible depuis quelques années, la directive basse tension est déjà pleinement exploitée. La prochaine étape ici sera la transition vers l'injection au niveau de la moyenne tension, ce qui apportera un potentiel supplémentaire d'économies et d'améliorations dans le concept de système des centrales photovoltaïques." Outre les centrales électriques à récupération et les grands systèmes de stockage de batteries, d'autres domaines d'application pour l'électronique de puissance moyenne tension comprennent les systèmes d'entraînement et la technologie ferroviaire. Pour tester de tels systèmes, Fraunhofer ISE dispose du laboratoire de plusieurs mégawatts, inauguré mi-2019. Cela permet le fonctionnement de systèmes moyenne tension d'une puissance allant jusqu'à 20 MVA.Conception compacte grâce à une fréquence de commutation élevée
Electronique de puissance du futur au niveau moyenne tension