FR3145552A1 - Partage de puissance dans un aeronef utilisant une regulation distribuee - Google Patents

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Florent Jean-Arnaud ROUGIER
Geoffrey BEGGIORA
Guillaume François Daniel BIDAN
Anne Marie LIENHARDT
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Safran Electrical and Power SAS
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Abstract

L’invention concerne une installation (100) d’échange de puissance dans un aéronef, comportant : - un bus de tension (160) ; - un convertisseur électromécanique basse pression (150BP) ; - un convertisseur électromécanique haute pression (150HP) ; et - pour chaque convertisseur électromécanique (150BP, 150HP), un module de régulation de tension (125BP, 125HP). L’installation (100) comporte en outre : - un calculateur (106) conçu pour fournir une consigne de partage (S) entre les puissances échangées (PHP, PBP), cette consigne de partage (S) variant au cours du temps ; et - pour au moins l’un des convertisseurs électromécaniques (150BP, 150HP) : un module (120BP, 120HP) de respect de la consigne de partage (S), conçu pour ajuster la puissance échangée (PHP, PBP) par le convertisseur électromécanique (150BP, 150HP) considéré afin de respecter la consigne de partage (S) reçue, en tenant compte d’une évaluation (PBP°, PHP°) reçue de la puissance échangée (PBP, PHP) par l’autre des convertisseurs électromécaniques (150BP, 150HP). Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

PARTAGE DE PUISSANCE DANS UN AERONEF UTILISANT UNE REGULATION DISTRIBUEE Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne une installation d’échange de puissance dans un aéronef, un système propulsif d’un aéronef comportant une telle installation, un aéronef comportant un tel système propulsif, ainsi qu’un procédé correspondant.
 Arrière-plan technologique
Dans un contexte de réduction de l’empreinte écologique des aéronefs, l’hybridation électrique apparaît comme une solution technologique permettant d’améliorer de manière très significative les performances environnementales des aéronefs en réduisant notamment leur consommation de carburant.
Ainsi, il est connu dans l’art antérieur, des installations d’échange de puissance dans un aéronef, comportant :
  • un bus de tension conçu pour présenter une tension de bus ;
  • un convertisseur électromécanique dit basse pression (BP) conçu pour échanger de la puissance entre le bus de tension et un corps basse pression d’une turbomachine de l’aéronef ;
  • un convertisseur électromécanique dit haute pression (HP) conçu pour échanger de la puissance entre le bus de tension et un corps haute pression de la turbomachine de l’aéronef ; et
  • pour chaque convertisseur électromécanique, un module de régulation de tension, conçu pour réguler la tension de bus en commandant le convertisseur électromécanique considéré afin d’ajuster la puissance échangée.
Le bus de tension fait généralement partie d’un réseau électrique de l’aéronef, ce réseau électrique pouvant en outre comporter des sources et/ou des charges connectées au bus de tension.
De cette manière, les convertisseurs électromécaniques forment une interface entre les corps HP et BP de la turbomachine et le réseau électrique de l’aéronef.
Pour assurer le bon fonctionnement notamment des charges, la tension de bus doit rester dans un gabarit prédéfini, ce que permet les modules de régulation de la tension de bus respectivement associés aux convertisseurs électromécaniques.
Ces modules de régulation peuvent présenter une erreur statique nulle de tension de bus, ce qui présente l’avantage que la tension de bus reste très proche de sa consigne. Néanmoins, ces deux régulations de la tension de bus sont indépendantes l’une de l’autre et peuvent entrer en concurrence, de manière à aboutir à une dérive du partage de puissance, avec un convertisseur électromécanique échangeant toute la puissance et l’autre aucune.
Une des solutions proposées dans l’art antérieur à ce problème, est une installation dite « décentralisée » mettant en œuvre une régulation de statisme (de l’anglais « droop control ») permettant, en définissant des coefficients de statisme appropriés, de définir le partage de puissance entre la puissance échangée par le corps basse pression et la puissance échangée par le corps haute pression. Cependant, les modules de régulation de tension de bus présentent alors une erreur statique non nulle, de sorte que la tension de bus reste éloignée de sa consigne, ce qui peut la conduire à sortir du gabarit lors d’un appel de puissance par une charge du réseau électrique ou bien lors d’un apport de puissance par une source.
Par ailleurs, la maîtrise du partage en puissance dépend fortement de la précision de la mesure de tension de bus et nécessite une chaine d’acquisition très précise (<1% d’erreur).
Une alternative est que l’un des deux systèmes électromécaniques doit contrôler la tension de bus et l’autre système doit appliquer une consigne de prélèvement ou d’apport de puissance venant du calculateur central.
Néanmoins, cette solution présente l’inconvénient de ne pas être robuste à la perte du système électromécanique contrôlant la tension de bus. En effet, l’autre système peut se reconfigurer mais il y aura une perte du réseau sur un temps long électriquement. Par ailleurs, le calculateur central doit envoyer en permanence une consigne au système n’effectuant pas le contrôle en tension.
Une autre solution de l’art antérieur est de proposer une installation dite « centralisée », où un calculateur extérieur effectue la régulation de la tension de bus et applique ou non une consigne de prélèvement ou d’apport de puissance venant du calculateur central et réparti les consignes de puissance ou couple aux deux convertisseurs électromécaniques. Le brevet US 11,355,929, par exemple, décrit une telle installation.
Ce système présente l’avantage d’être robuste à la perte d’un des deux convertisseurs électromécaniques. Les deux convertisseurs électromécaniques peuvent alors contrôler la tension et se partager la puissance à prélever.
Toutefois, la dépendance entre le calculateur centralisé et les deux convertisseurs électromécaniques requiert l'ajout d’une communication rapide (supérieur à 10kHz).
Il peut ainsi être souhaité de prévoir une installation d’échange de puissance qui permette de s’affranchir d’au moins une partie des problèmes et contraintes précités.
Il est donc proposé une installation d’échange de puissance dans un aéronef, comportant :
  • un bus de tension conçu pour présenter une tension de bus ;
  • un convertisseur électromécanique dit basse pression conçu pour échanger de la puissance entre le bus de tension et un corps basse pression d’une turbomachine de l’aéronef ;
  • un convertisseur électromécanique dit haute pression conçu pour échanger de la puissance entre le bus de tension et un corps haute pression de la turbomachine de l’aéronef ; et
  • pour chaque convertisseur électromécanique, un module de régulation de tension, conçu pour réguler la tension de bus en commandant le convertisseur électromécanique considéré afin d’ajuster la puissance échangée par le convertisseur électromécanique considéré ;
caractérisée en ce qu’elle comporte en outre :
  • un calculateur conçu pour fournir une consigne de partage entre les puissances échangées, cette consigne de partage variant au cours du temps ; et
  • pour au moins l’un des convertisseurs électromécaniques :
    • un module de communication conçu pour recevoir la consigne de partage fournie par le calculateur et une évaluation de la puissance échangée par l’autre des convertisseurs électromécaniques, et
    • un module de respect de la consigne de partage, conçu pour ajuster la puissance échangée par le convertisseur électromécanique considéré afin de respecter la consigne de partage reçue, en tenant compte de l’évaluation reçue de la puissance échangée par l’autre des convertisseurs électromécaniques.
Ainsi, grâce à l’invention, il est possible de mettre en œuvre une régulation en tension décentralisée c’est-à-dire indépendante d’un convertisseur électromécanique à l’autre, et une régulation en puissance distribuée, c’est-à-dire avec un partage des puissances échangées par les convertisseurs électromécaniques. Ce partage peut être défini et modifié au cours du temps avec la consigne de partage. Le respect de cette consigne de partage permet ainsi d’éviter une dérive du partage de puissance.
L’invention est en particulier compatible avec des régulations de tension à erreur statique nulle de chaque côté, assurant une robustesse en cas de perte ou de défaillance de la régulation d’un côté.
Une installation d’échange de puissance selon l’invention peut en outre comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, selon toute combinaison techniquement possible.
De façon optionnelle, le module de respect de la consigne de partage est conçu pour ajuster la puissance échangée par le convertisseur électromécanique considéré en modifiant une consigne de tension afin que le module de régulation de tension du convertisseur électromécanique considéré régule la tension de bus à la tension de bus modifiée.
De façon optionnelle également, le module de respect de la consigne de partage est conçu pour appliquer, dans le module de régulation de tension, une correction de tension à la consigne de tension.
De façon optionnelle également, chaque module de régulation de tension comporte :
  • un module de détermination de consigne conçu pour déterminer une consigne d’échange pour le convertisseur électromécanique considéré ; et
  • un module de commande conçu pour commander le convertisseur électromécanique considéré, afin que le convertisseur électromécanique considéré respecte la consigne d’échange.
De façon optionnelle également, la consigne d’échange est une consigne de puissance à échanger entre le convertisseur électromécanique considéré et le bus de tension.
De façon optionnelle également, la consigne d’échange est une consigne de courant à échanger entre le convertisseur électromécanique considéré et le bus de tension ou bien, les convertisseurs électromécanique comportant chacun une machine électrique couplée au corps associé, la consigne d’échange est une consigne de couple de la machine électrique.
De façon optionnelle également, le module de respect de la consigne de partage est conçu pour :
  • déterminer une consigne souhaitée d’échange afin de respecter la consigne de partage reçue en tenant compte de l’évaluation reçue de la puissance échangée par l’autre des convertisseurs électromécaniques ; et
  • réguler la consigne d’échange du convertisseur électromécanique considéré à la consigne souhaitée d’échange.
De façon optionnelle également, le module de respect de la consigne de partage comporte :
  • un comparateur conçu pour calculer une différence entre la consigne souhaitée d’échange et la consigne d’échange ; et
  • un correcteur conçu pour calculer la correction de tension à partir de la différence.
De façon optionnelle également, le correcteur est à erreur statique nulle.
De façon optionnelle également, le module de communication est en outre conçu pour recevoir une indication de mode de partage parmi plusieurs modes de partage prédéfinis, et le module de respect de la consigne de partage est en outre conçu pour déterminer la consigne souhaitée d’échange à partir de l’indication de mode de partage reçue.
De façon optionnelle également, les modes de partage prédéfinis comportent au moins un parmi :
  • un mode de partage proportionnel, dans lequel la consigne de partage de puissance reçue est un ratio entre les puissance échangées et dans lequel le module de respect de la consigne de partage est conçu pour déterminer la consigne souhaitée d’échange en multipliant ou bien divisant l’évaluation reçue par la consigne de partage ; et
  • un mode de partage différentiel, dans lequel la consigne de partage de puissance reçue est une différence entre les puissances échangées, et dans lequel le module de respect de la consigne de partage est conçu pour déterminer la consigne souhaitée d’échange en ajoutant l’évaluation reçue à la consigne de partage ou bien en soustrayant l’évaluation reçue de la consigne de partage.
De façon optionnelle également, l’installation comporte en outre un module de sélection conçu pour fournir, sur commande, une consigne d’échange, dite directe, au module de commande du convertisseur électromécanique considéré, à la place de la consigne d’échange, afin que la puissance échangée par le convertisseur électromécanique considéré soit régulée à la consigne directe d’échange.
De façon optionnelle également, les consignes d’échange sont des consignes de puissance à échanger.
De façon optionnelle également, l’évaluation de la puissance échangée par l’autre des convertisseurs électromécaniques est la consigne de puissance à échanger de l’autre des convertisseurs électromécaniques.
De façon optionnelle également, l’évaluation de la puissance échangée par l’autre des convertisseurs électromécaniques est une mesure de la puissance échangée par l’autre des convertisseurs électromécaniques.
Il est également proposé un système propulsif d’un aéronef comportant une turbomachine et une installation selon l’invention.
Il est également proposé un aéronef comportant un système propulsif selon l’invention.
Il est également proposé un procédé d’échange de puissance dans un aéronef, caractérisé en ce qu’il comporte :
  • pour chacun d’un convertisseur électromécanique dit basse pression et d’un convertisseur électromécanique dit haute pression, le convertisseur électromécanique basse pression étant conçu pour échanger de la puissance entre un bus de tension conçu pour présenter une tension de bus et un corps basse pression d’une turbomachine de l’aéronef, le convertisseur électromécanique haute pression étant conçu pour échanger de la puissance entre le bus de tension et un corps haute pression de la turbomachine de l’aéronef, une régulation de la tension de bus en commandant le convertisseur électromécanique considéré afin d’ajuster la puissance échangée ;
  • une fourniture par un calculateur d’une consigne de partage entre les puissances échangées, cette consigne de partage variant au cours du temps ; et
  • pour au moins l’un des convertisseurs électromécaniques :
    • une réception de la consigne de partage fournie par le calculateur et d’une évaluation de la puissance échangée par l’autre des convertisseurs électromécaniques, et
    • un ajustement de la puissance échangée par le convertisseur électromécanique considéré afin de respecter la consigne de partage reçue, en tenant compte de l’évaluation reçue de la puissance échangée par l’autre des convertisseurs électromécaniques.
Il est également proposé un programme d’ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support lisible par ordinateur, caractérisé en ce qu’il comprend des instructions pour l’exécution des étapes d’un procédé selon l’invention, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur
Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
  • la est une vue simplifiée d’une installation selon l’invention d’échange de puissance dans un aéronef,
  • la est une vue similaire à celle de la , dans un cas particulier de réalisation,
  • la est une vue fonctionnelle d’un module de respect de partage de puissance de l’installation de la , pour un convertisseur électromécanique dit haute pression couplé à un corps haute pression d’une turbomachine,
  • la est une vue fonctionnelle d’un module de respect de partage de puissance de l’installation de la , pour un convertisseur électromécanique dit basse pression couplé à un corps basse pression de la turbomachine,
  • la est une vue fonctionnelle d’un module de régulation de tension de bus de l’installation de la , pour le convertisseur électromécanique haute pression,
  • la est une vue fonctionnelle d’un module de régulation de tension de bus de l’installation de la , pour le convertisseur électromécanique basse pression,
  • la est une vue fonctionnelle d’un module de commande du convertisseur électromécanique haute pression, présent dans l’installation de la ,
  • la est une vue fonctionnelle d’un module de commande du convertisseur électromécanique basse pression, présent dans l’installation de la ,
  • la est une vue similaire à celle de la , avec des modules de sélection pour application directe de consignes,
  • la est une vue similaire à celle de la , dans le cas particulier de la ,
  • la est une vue fonctionnelle d’un module de respect de partage de puissance de l’installation de la , pour le convertisseur électromécanique haute pression, et
  • la est une vue fonctionnelle d’un module de respect de partage de puissance de l’installation de la , pour le convertisseur électromécanique haute pression.
Description détaillée de l’invention
En référence à la , un exemple d’un système propulsif 98 d’un aéronef, dans lequel l’invention est mise en œuvre, va à présent être décrit.
Le système propulsif 98 comprend tout d’abord une turbomachine 102 comprenant un corps basse pression 104 et un corps haute pression 103. La turbomachine 102 est par exemple une turbomachine propulsive de l’aéronef.
Le système propulsif 98 comporte en outre une installation 100 d’échange de puissance.
L’installation 100 comprend un bus de tension 160, ainsi que par exemple au moins une charge électrique 14, 15 connectée au bus de tension 160. Chaque charge 14, 15 correspond par exemple, et de manière non limitative, à un ou plusieurs équipements de l’aéronef.
L’installation 100 comporte en outre un convertisseur électromécanique 150BP, qualifié de basse pression, conçu pour échanger de la puissance PBPentre le bus de tension 160 et le corps basse pression 104. Ainsi, le convertisseur électromécanique basse pression 150BPest par exemple conçu, dans un premier sens de transfert de puissance, pour prélever de la puissance mécanique du corps basse pression 104, afin de fournir de la puissance électrique au bus de tension 160. Le convertisseur électromécanique basse pression 150BPest en outre par exemple conçu, dans un deuxième sens de transfert de puissance, pour prélever de la puissance électrique au bus de tension 160 afin de fournir de la puissance mécanique au corps basse pression 104. Pour échanger la puissance PBP, un courant IBPest ainsi échangé entre le bus de tension 160 et le convertisseur électromécanique basse pression 150BP.
De manière similaire, pour le corps haute pression 103, l’installation 100 comporte en outre un convertisseur électromécanique 150H P, qualifié de haute pression, conçu pour échanger de la puissance PHPentre le bus de tension 160 et le corps haute pression 103. Ainsi, le convertisseur électromécanique haute pression 150H Pest par exemple conçu, dans un premier sens de transfert de puissance, pour prélever de la puissance mécanique du corps haute pression 103, afin de fournir de la puissance électrique au bus de tension 160. Le convertisseur électromécanique haute pression 150H Pest en outre par exemple conçu, dans un deuxième sens de transfert de puissance, pour prélever de la puissance électrique au bus de tension 160 afin de fournir de la puissance mécanique au corps haute pression 103. Pour échanger la puissance PH P, un courant IH Pest ainsi échangé entre le bus de tension 160 et le convertisseur électromécanique haute pression 150H P.
Par exemple, chaque convertisseur électromécanique 150BP, 150HP comporte une machine électrique couplée au corps basse pression 104 ou bien haute pression 103, respectivement, ainsi qu’un convertisseur alternatif-continu conçu pour transférer de la puissance électrique entre le bus de tension 160 et la machine électrique. Ainsi, la machine électrique peut recevoir un couple mécanique pour générer un courant alternatif qui est redressé par le convertisseur alternatif-continu pour fournir la tension de bus continue VDC. Le convertisseur alternatif-continu peut en outre convertir la tension continue VDCpour alimenter en courant alternatif la machine électrique afin que cette dernière fournisse un couple mécanique pour injecter de la puissance dans la turbomachine 102.
L’installation 100 comprend en outre, pour chaque convertisseur électromécanique 150BP, 150HP, un module de régulation de tension 125BP, 125HPconçu pour réguler la tension de bus VDCà une consigne de tension VDC* en commandant le convertisseur électromécanique 150BP, 150HPconsidéré afin d’ajuster sa puissance échangée PHP, PBP.
Chaque module de régulation de tension 125BP, 125HPcomporte en particulier un module de détermination de consigne 130HP, 130BPconçu pour déterminer une consigne d’échange, notée GB P*, GH P*, d’une grandeur physique du convertisseur électromécanique 150BP, 150HPconsidéré, afin de réguler la tension de bus VDC, cette grandeur physique étant liée à la puissance échangée PB P, PH P. En effet, l’injection de puissance électrique dans le bus de tension 160 tend à augmenter la tension de bus VDC, tandis que le prélèvement de puissance électrique du bus de tension 160 tend à diminuer la tension de bus VDC. Ainsi, en jouant sur la consigne d’échange GB P*, GH P*, il est possible de modifier la puissance échangée PB P, PH Ppour faire en sorte que le convertisseur électromécanique 150BP, 150HPconsidéré injecte ou bien prélève plus ou moins de puissance électrique et donc modifie la tension de bus VDC.
La consigne d’échange GB P*, GH P* est, par exemple, une consigne de puissance à échanger PBP*, PH P* par le convertisseur électromécanique 150BP, 150HPconsidéré. C’est ce cas qui sera développé par la suite.
Alternativement, la consigne d’échange GB P*, GH P* peut être une consigne du courant IBP, IHPentre le convertisseur électromécanique 150BP, 150HPconsidéré et le bus de tension 160. En effet, lorsque la consigne VDC* est constante, la tension de bus VDCqui est régulée à cette consigne reste elle-aussi sensiblement constante, de sorte que le courant IBP, IHPreprésente directement la puissance échangée PB P, PH P,.
Encore alternativement, la consigne d’échange GBP*, GHP* peut être une consigne du couple de la machine électrique.
Chacun des modules de régulation de tension 125B P, 125H Pcomprend en outre un module de commande 140BP, 140H Pconçu pour commander le convertisseur électromécanique basse pression 150BP, respectivement haute pression 150HP, afin de réguler la grandeur physique à sa consigne d’échange GBP*, GH P*.
L’installation 100 comporte en outre, pour au moins l’un des convertisseurs électromécaniques 150BP, 150HP, un module de communication 110BP, 110HPet un module 120BP, 120HPde respect de consigne de partage . Dans l’exemple illustré, ces deux modules 110BP, 110HPet 120BP, 120HPsont prévus pour chacun des deux convertisseurs électromécaniques 150BP, 150HP.
Le module de communication 110BP, 110HPest conçu pour recevoir une consigne de partage S entre les puissances échangées PHP, PBP, ainsi qu’une évaluation PB P°, PH P° de la puissance échangée PB P, PH Ppar l’autre convertisseur électromécanique 150BP, 150HP.
Cette évaluation PB P°, PH P° de la puissance échangée PB P, PH Ppar l’autre convertisseur électromécanique 150BP, 150HPpeut être, par exemple, la consigne de puissance à échanger PBP*, PH P* de l’autre des convertisseurs électromécaniques 150B P, 150H P.
Alternativement, cette évaluation PB P°, PH P° peut être, par exemple, une mesure de la puissance échangée PBP, PHPpar l’autre des convertisseurs électromécaniques 150B P, 150H P.
À partir des données reçues par le module de communication 110BP, 110HP, le module 120BP, 120HPest conçu pour ajuster la puissance échangée PB P, PH Ppar le convertisseur électromécanique 150B P, 150H Pconsidéré afin de respecter la consigne de partage S reçue, en tenant compte de l’évaluation reçue PBP°, PHP° de la puissance échangée PBP, PHPpar l’autre des convertisseurs électromécaniques 150B P, 150H P. Par exemple, le module 120BP, 120HPest conçu pour réguler la consigne d’échange GB P*, GH P* du convertisseur électromécanique 150BP, 150HP considéré, afin de respecter la consigne de partage S. Pour cela, le module 120BP, 120HPest par exemple conçu pour appliquer, dans le module de régulation de tension 130BP, 130HP, une correction de tension δVBP, δVHP à la consigne de tension VDC*. Ainsi, la consigne d’échange GBP*, GHP* est déterminée par le module de régulation de tension 130BP, 130HPsur la base de la consigne de tension VDC* corrigée par la correction de tension δVBP, δVHP. Ainsi, cette correction de tension δVBP, δVHPpermet de modifier la consigne d’échange GBP*, GHP*, et donc la puissance échangée PBP, PHP.
Ainsi, les régulations de la tension de bus VDCmises en œuvre par la commande des convertisseurs électromécaniques 150BP, 150HPpeuvent être réalisées indépendamment l’une de l’autre, tout en s’assurant que le partage de puissance suit la consigne S.
Toujours en référence à la , l’installation 100 peut comporter des calculateurs locaux CLBP, CLHPindépendants, respectivement associés au convertisseur électromécanique basse pression 150BPet au convertisseur électromécanique haute pression 150HP.
Chaque calculateur local CLBP, CLHPimplémente ainsi au moins le module de régulation de tension 130BP, 130HPet le module de commande 140BP, 140HPdu convertisseur électromécanique 150BP, 150HPassocié. Chaque calculateur local CLBP, CLHPpeut en outre implémenter le module de communication 110BP, 110HPet le module 120BP, 120HPdu convertisseur électromécanique 150BP, 150HPassocié.
L’installation 100 comporte en outre par exemple un calculateur central 106 conçu pour fournir la consigne de partage S à chaque module de communication 110HP, 110BP.
Le calculateur central 106 est par exemple conçu pour déterminer la consigne de partage S en fonction d’un point de fonctionnement (mesurée et/ou estimée, par exemple à partir d’autres mesures) de la turbomachine 102. Par exemple, et de manière non limitative, le point de fonctionnement peut comprendre un ou plusieurs parmi : le débit d’entrée de carburant et/ou le débit d’entrée d’air, une vitesse de rotation du corps BP 104, une vitesse de rotation du corps HP 103, une température d’entrée d’air et/ou d’entrée de carburant et/ou de gaz d’échappement sortant de la chambre de combustion.
Alternativement, les modules 110B P, 120B P, 110H P, 120H Ppeuvent être mis en œuvre dans le calculateur central 106 et non dans les calculateurs locaux CLHP, CLBP.
La description qui suit va développer un exemple d’implémentation dans le cas particulier où les consignes d’échanges GBP*, GHP* sont des consignes de puissance à échanger PBP*, PHP* et où les évaluations PBP°, PHP° des puissances échangées PBP, PHPsont également les consignes de puissance à échanger PBP*, PHP*.
Ainsi, la reprend l’illustration du système propulsif 98 de la dans ce cas particulier.
En référence à la , le module 120HPcomprend un bloc 200HPde calcul d’une consigne souhaitée de puissance à échanger PHP**, à partir de la consigne de partage S et de la consigne de puissance à échanger PBP* (prise comme évaluation PBP° de la puissance échangée PBP), afin de respecter la consigne de partage S.
Par exemple, dans un mode de partage dit proportionnel, la consigne de partage S peut être sous la forme d’un ratio, par exemple exprimé en pourcentage, entre les puissances échangées PBP, PHP. Dans ce cas, le bloc 200HPest conçu pour déterminer la consigne souhaitée de puissance à échanger PHP** en multipliant ou divisant la consigne de puissance à échanger PBP* par la consigne de partage S : PHP**= PBP* x S (lorsque S = PHP/ PBP) ou bien PH P** = PB P* / S (lorsque S = PB P/ PH P).
Alternativement, le ratio peut être entre l’une des puissances échangées PBP, PHPet la sommes des puissances échangées PBP, PHP. Le ratio S est ainsi dans l’intervalle [0,1]. Dans ce cas, la consigne souhaitée de puissance à échanger PHP** peut être calculée par le bloc 200HPen multipliant la somme des consignes d’échange PBP* et PHP* (prises comme évaluations PBP°, PBP° des puissances échangées PBP, PHP) par la consigne de partage S : PHP** = S x ( PBP* + PHP*).
Dans un mode de partage dit différentiel, la consigne de partage S peut être sous la forme d’une différence entre les puissances échangées PBP, PHP. Dans ce cas, le bloc 200HPest conçu pour déterminer la consigne souhaitée de puissance à échanger PHP** en ajoutant ou bien soustrayant la consigne de partage S à la consigne de puissance à échangée PB P* (prise comme évaluation PBP° de la puissance échangée PBP) : PHP** = PBP* + S (lorsque S = PHP- PBP) ou bien PH P** = PB P* - S (lorsque S = PB P- PH P).
Il peut être intéressant que le mode de partage change dans le temps. Ainsi, pour connaître ce mode de partage et donc la signification de la consigne de partage S reçue, chaque module de communication 110BP, 110HPpeut en outre être conçu pour recevoir une indication du mode de partage identifiant le mode de partage parmi plusieurs modes de partage prédéfinis qui incluent par exemple au moins un parmi le mode proportionnel et le mode différentiel présentés ci-dessus.
Ainsi, le bloc 200HPest conçu pour prendre en compte l’indication du mode de partage dans la détermination de la consigne souhaitée de puissance à échanger PHP**. Par exemple, le module 120BP, 120HPest conçu pour sélectionner la formule associée au mode de partage indiqué, cette formule donnant la consigne souhaitée de puissance à échanger PHP** à partir de la consigne de partage S et de la consigne de puissance à échanger PBP* de l’autre côté (prise comme évaluation de la puissance échangée PBPde l’autre côté). Par exemple, le mode de partage proportionnel est associé à la formule PHP** = PBP* x S (lorsque S = PHP/ PBP) ou bien PH P** = PB P/ S (lorsque S = PB P/ PH P) ou bien PHP** = S x (PBP* + PHP* ) (lorsque S = PHP/ (PBP+ PHP)), et le mode différentiel est associé à la formule PHP** = PBP* + S (lorsque S = PHP- PBP) ou bien PH P** = PB P* - S (lorsque S = PB P- PH P).
Le module 120HPcomprend en outre un comparateur 201HPconçu pour calculer une différence entre la consigne souhaitée de puissance à échanger PHP** et la consigne de puissance à échanger PHP*, et un correcteur 202HPconçu pour calculer la correction de tension δVHPà partir de la différence. De préférence, le correcteur 202HPest à erreur statique nulle. Par exemple, le correcteur 202HPest de type PI (proportionnel-intégral) ou PID (proportionnel-intégral-dérivée).
De manière similaire, en référence à la , le module 120B Pcomprend un bloc 200B Pde calcul de la consigne souhaitée de puissance à échanger PB P** à partir de la consigne de partage S et de la consigne de puissance à échanger PHP* (prise comme évaluation PHP° de la puissance échangée PHPde l’autre côté, un comparateur 201B Pconçu pour calculer une différence entre la consigne souhaitée de puissance à échanger PB P** et la consigne de puissance à échanger PB P*, et un correcteur 202B Pconçu pour calculer la correction de tension δVB Pà partir de la différence.
En référence à la , le module de détermination de consigne 130HPcomporte un comparateur 300HP, conçu pour calculer une différence ΔVDC , HPentre la consigne de tension VDC* corrigée de la correction de tension δVHP ,et la tension de bus VDC: ΔVDC , HP= VDC* - δVHP- VDC.
Le comparateur 300HPpeut en outre être configuré pour calculer une différence ΔV2 DC , HPentre le carré de la consigne de tension VDC* corrigée de la correction de tension δVHP ,et le carré de la tension de bus VDC: ΔV2 DC , HP= (VDC* - δVHP)2– V2 DC.
Le module de détermination de consigne 130HPcomporte en outre un correcteur 301HPconçu pour déterminer la consigne de puissance à échanger PHP* à partir de la différence ΔVDC , HPou ΔV2 DC , HP. De préférence, le correcteur 301HPest à erreur statique nulle. Par exemple, le correcteur 301HPest de type PI (proportionnel-intégral) ou PID (proportionnel-intégral-dérivée).
De manière similaire, en référence à la , le module de détermination de consigne 130B Pcomporte un comparateur 300B Pet un correcteur 301B P.
La présence de correcteurs à erreur statique nulle dans les calculateurs locaux CLBP, CLHP, pourrait entraîner une divergence du partage de puissance, l’un des convertisseurs électromécaniques BP ou HP prenant toute la puissance. Afin de maîtriser le partage de puissance entre les convertisseurs électromécaniques BP et HP, le calculateur central 106 envoie des consignes de partage aux calculateurs locaux CLBP, CLHPdes convertisseurs électromécaniques 150BP, 150HP. Chaque convertisseur électromécanique 150BP, 150HPconnaissant sa puissance et celle de l’autre peut alors réaliser un équilibrage des puissances.
Afin de stabiliser les échanges de puissances de l’installation 100, chaque module de communication 110BP, 110HPest en outre conçu pour implémenter des communication lentes, par exemple et de manière non limitative à des fréquences inférieures à 1kHz et de préférence de l’ordre d’1kHz, de manière à ce que la boucle d’équilibrage, formée par les calculateurs locaux CLBP, CLHPcommuniquant entre eux, ait une bande passante plus lente que la boucle de régulation de tension, formée par chaque calculateur local CLBP, CLHPet le convertisseur électromécanique correspondant.
Le module de communication 110BP, 110HPest en outre conçu pour implémenter des communications lentes, par exemple et de manière non limitative à des fréquences inférieures à 1kHz et de préférence de l’ordre d’1kHz, entre le calculateur central 106 et les calculateurs locaux CLBP, CLHP.
L’installation 100 est ainsi conçue pour pouvoir fonctionner avec une seule loi d’équilibrage active sur les deux (équilibrage de la puissance et de la tension) ce qui permet d’assurer une redondance en cas de perte de communication entre le calculateur central 106 et les calculateurs locaux CLBP, CLHPet/ou une perte de communication entre les calculateurs locaux CLBP, CLHP.
En référence à la , le module de commande 140HPcomporte par exemple un bloc 400HPconçu pour déterminer une consigne d’au moins un courant du convertisseur électromécanique 150HP, ce ou ces courants définissant la puissance échangée PHP. Par exemple, il s’agit de courants de phase IA,HP, IB,HP, IC,HPpar exemple pour trois phases A, B, et C de la machine électrique, exprimé dans un repère tournant muni d’un axe direct et d’un axe en quadrature par des courants direct et de quadrature. Ainsi, le bloc 400HPest par exemple conçu pour déterminer une consigne de courant direct ID , H P* et une consigne de courant de quadrature IQ , HP*. Cette détermination est par exemple réalisée à partir d’une position angulaire θHPet d’une vitesse de rotation ωHPd’un rotor de la machine électrique et de la tension de bus VDC.
La position angulaire θHPet la vitesse de rotation ωHPdu rotor de la machine électrique permettent en particulier d’exprimer les grandeurs électriques, comme les courants de phase IA,H P, IB,H P, IC,H P, dans le repère tournant. Quant à la tension de bus VDC, elle permet de réaliser la modulation des courants de phases IA,HP, IB,HP, IC,HPou bien la détermination de la consigne de courant direct ID ,H P* via une méthode de défluxage.
Le module de commande 140HPcomporte en outre par exemple un bloc de régulation de courant 401HPconçu pour fournir des commandes au convertisseur électromécanique haute pression 150H Pà partir de la ou des consignes de courant ID , H P*, IQ , HP* et d’une mesure de ce ou ces courants, par exemple des courants de phase IA,H P, IB,H P, IC,H P. Les commandes sont par exemple des commandes à modulation de largeur d’impulsions PWMHP.
De manière similaire, en référence à la , le module de commande 140B Pcomporte par exemple un bloc 400B Pconçu pour déterminer une consigne d’au moins un courant du convertisseur électromécanique basse pression 150B P, ce ou ces courants définissant la puissance échangée PBP. Par exemple, il s’agit de courants de phase IA,B P, IB,B P, IC,B Ppour trois phases A, B, et C de la machine électrique, exprimé par des courants direct et de quadrature. Ainsi, le bloc 400B Pest conçu pour déterminer une consigne de courant direct ID ,B P* et une consigne de contrant de quadrature IQ ,B P*. Cette détermination est par exemple réalisée à partir d’une position angulaire θBP et d’une vitesse de rotation ωB Pd’un rotor de la machine électrique et de la tension de bus VDC.
Le module de commande 140B Pcomporte en outre par exemple un bloc de régulation de courant 401B Pconçu pour fournir des commandes au convertisseur électromécanique basse pression 150B Pà partir de la ou des consignes de courant ID ,B P*, IQ ,B P* et d’une mesure de ce ou ces courants, par exemple des courants de phase IA, B P, IB, B P, IC, B P. Les commandes sont par exemple des commandes à modulation de largeur d’impulsions PWMBP.
En référence à la , l’installation 100 peut en outre comporter, de manière optionnelle, pour le côté basse pression et/ou le côté haute pression, un module de sélection 170B P, 170HPconçu pour directement recevoir une consigne d’échange G’B P, G’HP, dite directe, par exemple en provenance du calculateur central 106, et pour la fournir de manière sélective au module de commande 140B P, 140HP, à la place de la consigne d’échange GB P*, GH P* fournie par le module 120B P, 120HP. Ainsi, la puissance échangée par le convertisseur électromécanique 150B P, 150H Pconsidéré est directement régulée par la consigne directe d’échange G’B P, G’HP.
Dans l’exemple illustré sur la , seul le module de sélection 170HPest activé.
Du côté où le module de sélection 170HP, 170BPest activé, la régulation de la tension de bus ne s’effectue donc plus. Dans cette situation, la régulation de tension de la tension de bus VDCest alors réalisée de l’autre côté.
La reprend la dans le cas particulier où les consignes d’échanges GBP*, GHP* sont des consignes de puissance à échanger PBP*, PHP* et où les évaluations PBP°, PHP° des puissances échangées PBP, PHPsont également les consignes de puissance à échanger PBP*, PHP*.
Dans ce cas, les modules 170BP, 170HP reçoivent des consignes de puissance à échanger P’BPou bien P’HP.
La fourniture directe de la consigne de puissance à échanger P’BPou bien P’HP, sans passer par le calcul d’une correction de tension, permet de définir les échanges de puissance dans des phases de fonctionnement où la définition de la consigne de partage de puissance S n’est pas adaptée, par exemple lorsque l’on souhaite que l’échange de puissance d’un côté soit fixe et l’échange de l’autre côté quelconque. En outre, la fourniture directe de la consigne de puissance à échanger P’BPou bien P’HPpermet d’appliquer plus rapidement cette consigne, ce qui est utile par exemple en cas d’assistance.
La et la illustrent une implémentation possible des modules 120HP, 120BPdans le cas général illustré sur la . Ainsi, dans cet exemple, les modules 200BP, 200HPsont conçus pour calculer la consigne souhaitée de puissance à échanger PB P**, PHP** à partir de la consigne de partage S, de l’évaluation PB P°, PHP° de la puissance échangée PB P, PHPde l’autre côté, et si besoin de l’évaluation PB P°, PHP° de la puissance échangée PB P, PHPdu côté considéré. Les modules 120HP, 120BPcomportent alors en outre un module 1100BP, 1100HPconçu pour calculer une consigne souhaitée d’échange GBP**, GHP** à partir la consigne souhaitée de puissance à échanger PB P**, PHP**. Les comparateurs 201BP, 201HPsont alors conçus pour calculer une différence entre la consigne souhaitée d’échange GB P**, GHP** et la consigne d’échange GB P*, GHP*, et les correcteurs 202B P, 202HP(toujours de préférence à erreur statique nulle) sont conçus pour calculer la correction de tension δVB P, δVHPà partir de la différence.
En conclusion, on notera que l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.
Dans la présentation détaillée de l’invention qui est faite précédemment, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant l’invention aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en œuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.

Claims (19)

  1. Installation (100) d’échange de puissance dans un aéronef, comportant :
    • un bus de tension (160) conçu pour présenter une tension de bus (VDC) ;
    • un convertisseur électromécanique (150B P) dit basse pression (BP) conçu pour échanger de la puissance (PBP) entre le bus de tension (160) et un corps basse pression (104) d’une turbomachine (102) de l’aéronef ;
    • un convertisseur électromécanique (150H P) dit haute pression (HP) conçu pour échanger de la puissance (PHP) entre le bus de tension (160) et un corps haute pression (103) de la turbomachine (102) de l’aéronef ; et
    • pour chaque convertisseur électromécanique (150B P, 150H P), un module de régulation de tension (125B P, 125H P), conçu pour réguler la tension de bus (VDC) en commandant le convertisseur électromécanique (150BP, 150HP) considéré afin d’ajuster la puissance échangée (PHP, PBP) par le convertisseur électromécanique (150BP, 150HP) considéré ;
    caractérisée en ce qu’elle comporte en outre :
    • un calculateur (106) conçu pour fournir une consigne de partage (S) entre les puissances échangées (PHP, PBP), cette consigne de partage (S) variant au cours du temps ; et
    • pour au moins l’un des convertisseurs électromécaniques (150B P, 150H P) :
      • un module de communication (110B P, 110H P) conçu pour recevoir la consigne de partage (S) fournie par le calculateur (106) et une évaluation (PBP°, PHP°) de la puissance échangée (PB P, PH P) par l’autre des convertisseurs électromécaniques (150B P, 150H P), et
      • un module (120B P, 120H P) de respect de la consigne de partage (S), conçu pour ajuster la puissance échangée (PHP, PBP) par le convertisseur électromécanique (150B P, 150H P) considéré afin de respecter la consigne de partage (S) reçue, en tenant compte de l’évaluation (PBP°, PHP°) reçue de la puissance échangée (PBP, PHP) par l’autre des convertisseurs électromécaniques (150B P, 150H P).
  2. Installation (100) d’échange de puissance selon la revendication 1, dans laquelle le module (120B P, 120H P) de respect de la consigne de partage (S) est conçu pour ajuster la puissance échangée (PBP, PHP) par le convertisseur électromécanique (150B P, 150H P) considéré en modifiant une consigne de tension (VDC*) afin que le module de régulation de tension (125B P, 125H P) du convertisseur électromécanique (150B P, 150H P) considéré régule la tension de bus (VDC) à la tension de bus modifiée.
  3. Installation (100) d’échange de puissance selon la revendication 2, dans laquelle le module (120B P, 120H P) de respect de la consigne de partage (S) est conçu pour appliquer, dans le module de régulation de tension (125BP, 125HP), une correction de tension (δVBP, δVHP) à la consigne de tension (VDC*).
  4. Installation (100) d’échange de puissance selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle chaque module de régulation de tension (125HP, 125BP) comporte :
    • un module de détermination de consigne (130HP, 130BP) conçu pour déterminer une consigne d’échange (GBP*, GHP*) pour le convertisseur électromécanique (150BP, 150HP) considéré ; et
    • un module de commande (140BP, 140HP) conçu pour commander le convertisseur électromécanique (150BP, 150HP) considéré, afin que le convertisseur électromécanique (150BP, 150HP) considéré respecte la consigne d’échange (GBP*, GHP*).
  5. Installation (100) d’échange de puissance selon la revendication 4, dans laquelle la consigne d’échange (GBP*, GHP*) est une consigne de puissance à échanger (PBP*, PHP*) entre le convertisseur électromécanique (150BP, 150HP) considéré et le bus de tension (160).
  6. Installation (100) d’échange de puissance selon la revendication 4, dans laquelle la consigne d’échange (GBP*, GHP*) est une consigne de courant à échanger entre le convertisseur électromécanique (150BP, 150HP) considéré et le bus de tension (160) ou bien, les convertisseurs électromécanique (150BP, 150HP) comportant chacun une machine électrique couplée au corps (103, 104) associé, la consigne d’échange (GBP*, GHP*) est une consigne de couple de la machine électrique.
  7. Installation (100) d’échange de puissance selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, dans laquelle le module (120B P, 120H P) de respect de la consigne de partage (S) est conçu pour :
    • déterminer une consigne souhaitée d’échange (GBP**, GH P**) afin de respecter la consigne de partage (S) reçue en tenant compte de l’évaluation (PBP°, PHP°) reçue de la puissance échangée (PBP, PHP) par l’autre des convertisseurs électromécaniques (150B P, 150H P) ; et
    • réguler la consigne d’échange (GBP*, GH P*) du convertisseur électromécanique (150B P, 150H P) considéré à la consigne souhaitée d’échange (GBP**, GH P**).
  8. Installation (100) d’échange de puissance selon les revendications 3 et 7, dans laquelle le module (120B P, 120H P) de respect de la consigne de partage (S) comporte :
    • un comparateur (201BP, 201HP) conçu pour calculer une différence entre la consigne souhaitée d’échange (GBP**, GH P**) et la consigne d’échange (GBP*, GH P*) ; et
    • un correcteur (202BP, 202HP) conçu pour calculer la correction de tension (δVBP, δVHP) à partir de la différence.
  9. Installation (100) d’échange de puissance selon la revendication 8, dans laquelle le correcteur (202BP, 202HP) est à erreur statique nulle.
  10. Installation (100) d’échange de puissance selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, dans laquelle le module de communication (110B P, 110H P) est en outre conçu pour recevoir une indication de mode de partage parmi plusieurs modes de partage prédéfinis, et dans laquelle le module (120B P, 120H P) de respect de la consigne de partage (S) est en outre conçu pour déterminer la consigne souhaitée d’échange (GBP**, GH P**) à partir de l’indication de mode de partage reçue.
  11. Installation (100) d’échange de puissance selon la revendication 10, dans laquelle les modes de partage prédéfinis comportent au moins un parmi :
    • un mode de partage proportionnel, dans lequel la consigne de partage de puissance (S) reçue est un ratio entre les puissance échangées (PBP, PHP) et dans lequel le module (120B P, 120H P) de respect de la consigne de partage (S) est conçu pour déterminer la consigne souhaitée d’échange (GBP**, GHP**) en multipliant ou bien divisant l’évaluation (PBP°, PHP°) reçue par la consigne de partage (S) ; et
    • un mode de partage différentiel, dans lequel la consigne de partage de puissance (S) reçue est une différence entre les puissances échangées (PBP, PHP), et dans lequel le module (120B P, 120H P) de respect de la consigne de partage (S) est conçu pour déterminer la consigne souhaitée d’échange (GBP**, GHP**) en ajoutant l’évaluation (PBP°, PH P°) reçue à la consigne de partage (S) ou bien en soustrayant l’évaluation (PBP°, PH P°) reçue de la consigne de partage (S).
  12. Installation (100) d’échange de puissance selon l’une quelconque des revendications 4 à 11, comportant en outre un module de sélection (170BP, 170HP) conçu pour fournir, sur commande, une consigne d’échange (G’BP, G’HP), dite directe, au module de commande (140BP, 140HP) du convertisseur électromécanique (150B P, 150H P) considéré, à la place de la consigne d’échange (GBP*, GH P*), afin que la puissance échangée (PBP, PHP) par le convertisseur électromécanique (150B P, 150H P) considéré soit régulée à la consigne directe d’échange (G’BP, G’HP).
  13. Installation (100) d’échange de puissance selon l’une quelconque des revendications 4 à 12, dans laquelle les consignes d’échange (GBP*, GH P*) sont des consignes de puissance à échanger (PBP*, PH P*).
  14. Installation (100) d’échange de puissance selon la revendication 13, dans laquelle l’évaluation (PBP°, PH P°) de la puissance échangée (PBP, PHP) par l’autre des convertisseurs électromécaniques (150B P, 150H P) est la consigne de puissance à échanger (PBP*, PH P*) de l’autre des convertisseurs électromécaniques (150B P, 150H P).
  15. Installation (100) d’échange de puissance selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, dans laquelle l’évaluation (PBP°, PHP°) de la puissance échangée (PBP, PHP) par l’autre des convertisseurs électromécaniques (150B P, 150H P) est une mesure de la puissance échangée (PHP, PBP) par l’autre des convertisseurs électromécaniques (150B P, 150H P).
  16. Système propulsif (98) d’un aéronef comportant une turbomachine (102) et une installation (100) selon l’une quelconque des revendications 1 à 15.
  17. Aéronef comportant un système propulsif (98) selon la revendication 16.
  18. Procédé d’échange de puissance dans un aéronef, caractérisé en ce qu’il comporte :
    • pour chacun d’un convertisseur électromécanique (150B P) dit basse pression (BP) et d’un convertisseur électromécanique (150H P) dit haute pression (HP), le convertisseur électromécanique basse pression (150B P) étant conçu pour échanger de la puissance (PBP) entre un bus de tension (160) conçu pour présenter une tension de bus (VDC) et un corps basse pression (104) d’une turbomachine (102) de l’aéronef, le convertisseur électromécanique haute pression (150H P) étant conçu pour échanger de la puissance (PHP) entre le bus de tension (160) et un corps haute pression (103) de la turbomachine (102) de l’aéronef, une régulation de la tension de bus (VDC) en commandant le convertisseur électromécanique (150B P, 150H P) considéré afin d’ajuster la puissance échangée (PBP, PH P) ;
    • une fourniture par un calculateur (106) d’une consigne de partage (S) entre les puissances échangées (PHP, PBP), cette consigne de partage (S) variant au cours du temps ; et
    • pour au moins l’un des convertisseurs électromécaniques (150B P, 150H P) :
      • une réception de la consigne de partage (S) fournie par le calculateur (106) et d’une évaluation (PBP°, PHP°) de la puissance échangée (PB P, PH P) par l’autre des convertisseurs électromécaniques (150B P, 150H P), et
      • un ajustement de la puissance échangée (PHP, PBP) par le convertisseur électromécanique (150B P, 150H P) considéré afin de respecter la consigne de partage (S) reçue, en tenant compte de l’évaluation (PBP°, PHP°) reçue de la puissance échangée (PBP, PHP) par l’autre des convertisseurs électromécaniques (150B P, 150H P).
  19. Programme d’ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support lisible par ordinateur, caractérisé en ce qu’il comprend des instructions pour l’exécution des étapes d’un procédé d’échange de puissance dans un aéronef selon la revendication précédente, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
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