FR3163221A1 - Dispositif de gestion d'alimentation d’un réseau local - Google Patents

Dispositif de gestion d'alimentation d’un réseau local

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Jean-Christophe KERDELHUÉ
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Abstract

L’invention concerne un dispositif de gestion d'alimentation (1) intégrant une entrée de réseau (3) ; une interface d'alimentation (5) d’un réseau local ; un interrupteur d’îlotage (7) ; une alimentation sans interruption (9) ; un contrôleur central (10) ; au moins une batterie industrielle (11) ; au moins une borne de recharge (12) bidirectionnelle pour véhicule électrique (13) connectée à la batterie industrielle (11) de sorte que la batterie industrielle (11) puisse être utilisée pour recharger le véhicule électrique (13) et, lorsqu’un véhicule électrique (13) est branché avec suffisamment de charge, qu’une batterie du véhicule électrique puisse être utilisée pour recharger la batterie industrielle (11) ; un onduleur de formation de réseau (14) de sorte que le dispositif de gestion d’alimentation puisse fonctionner dans un mode îlotage dans lequel la batterie industrielle (11) et/ou la batterie du véhicule électrique (13) alimentent l’interface d'alimentation (5). Figure pour l’abrégé : Fig 1

Description

Dispositif de gestion d'alimentation d’un réseau local
La présente invention concerne la gestion de l’alimentation d’un réseau électrique local, notamment pour une installation industrielle.
L’invention trouve une application particulièrement avantageuse pour optimiser l’usage d’une batterie industrielle et d’une batterie de véhicule électrique, aussi bien lorsque le réseau local est alimenté par le réseau de distribution (mode « off-grid »), que lorsque le réseau local est alimenté par une ou les deux batteries précitées (mode « on-grid »).
Avec l'augmentation des coûts énergétiques et les préoccupations croissantes liées à l'impact environnemental des sources d'énergie traditionnelles, il devient impératif de développer des solutions efficaces et durables pour la gestion de l'alimentation du réseau électrique local des consommateurs.
Ces solutions sont avantageusement compatibles avec des moyens de production d’énergie locaux, tel que des panneaux photovoltaïques, et permettent exploiter au mieux les capacités de stockage disponibles telles que les batteries industrielles, et les batteries des véhicules électriques branchés au réseau local par l’intermédiaire d’une borne de recharge.
Ces solutions comprennent parfois un mode « off-grid », ou d’îlotage, permettant une alimentation du réseau local sans recourir au réseau de distribution extérieur.
Le document US11011913 propose un tel système, permettant un mode d’îlotage lors duquel le réseau local est alimenté par la batterie d’un véhicule électrique et/ou une batterie domestique. Ce système présente l’inconvénient d’être complexe, de nécessiter une grande quantité de composants et de provoquer une interruption temporaire de l’alimentation électrique sur le réseau local, lors du déclenchement de l’îlotage.
Le problème technique de l’invention est donc de proposer un système de gestion d'alimentation d’un réseau local permettant d’exploiter de manière optimisée et efficace économiquement, en mode « on-grid » et « off-grid », l’énergie stockée dans une batterie industrielle et dans un véhicule électrique, le système étant agencé de façon originale afin de réduire le nombre de composants nécessaires et de permettre l’alimentation sans interruption du réseau local.
La présente invention vise à répondre à ce problème technique en proposant un dispositif de gestion d'alimentation d’un réseau local intégrant :
- une entrée de réseau, configurée pour être connectée à un réseau public d’électricité;
- une interface d'alimentation de charges critiques du réseau local;
- un interrupteur d’îlotage dont une première borne est connectée à l’entrée de réseau ;
- un premier capteur de tension, disposé entre l’entrée de réseau et l’interrupteur d’îlotage ;
- une alimentation sans interruption disposée entre une seconde borne dudit interrupteur d’îlotage et la première interface d'alimentation du réseau local, ladite alimentation sans interruption étant configurée pour maintenir l’alimentation des charges critiques du réseau local sans coupure pendant une première durée prédéterminée ;
- un contrôleur central, configuré pour recevoir les mesures dudit premier capteur de tension et ouvrir l’interrupteur d’îlotage lorsque la tension mesurée est inférieure à un seuil d’îlotage pendant une deuxième durée prédéterminée inférieure à la première durée prédéterminée ;
- au moins une batterie industrielle, présentant une puissance supérieure ou égale à 50 kW,apte à alimenter le réseau local pendant une troisième durée prédéterminée, et à réinjecter de l’électricité sur l’entrée de réseau ;
- au moins une borne de recharge bidirectionnelle pour véhicule électrique connectée à la batterie industrielle de sorte que la batterie industrielle puisse être utilisée pour recharger le véhicule électrique et, lorsqu’un véhicule électrique est branché avec suffisamment de charge, qu’une batterie du véhicule électrique puisse être utilisée pour recharger la batterie industrielle ;
- un onduleur de formation de réseau, comprenant une borne de courant alternatif connectée à la seconde borne dudit interrupteur d’îlotage, et une borne de courant continu connecté à la batterie industrielle et à la borne de recharge bidirectionnelle, de sorte que le dispositif de gestion d’alimentation puisse fonctionner dans un mode îlotage dans lequel la batterie industrielle et/ou la batterie du véhicule électrique alimentent l’interface d'alimentation.
L’invention permet ainsi d’optimiser l’utilisation des batteries puisque, dans le mode de fonctionnement normal, la batterie industrielle peut être utilisée en complément de la puissance fournie sur l’entrée de réseau pour alimenter la borne de recharge et permettre une recharge rapide du véhicule électrique. De plus, les charges critiques bénéficient d’une alimentation sans interruption indépendamment d’éventuelles perturbations sur le réseau public d’électricité.
En outre, dans le mode îlotage, la batterie industrielle peut être complétée par la batterie du véhicule électrique pour garantir une alimentation du réseau local la plus longue possible. Dans ce mode îlotage, le véhicule électrique peut être débranché et seul la batterie industrielle alimente donc le réseau local. En outre, en rechargeant régulièrement le véhicule électrique sur des bornes de recharge rapides, il est même possible de recharger la batterie industrielle et d’alimenter le réseau local par la batterie du véhicule électrique de sorte à garantir une alimentation du réseau local théoriquement sur une durée illimitée, pour peu que la capacité de la batterie du véhicule électrique soit suffisante au regard de la consommation du réseau local.
Entre le mode de fonctionnement normal et le mode îlotage, l’alimentation sans interruption assure l’alimentation sans interruption des charges critiques du réseau local. Cette alimentation sans interruption est préférentiellement également utilisée pour alimenter certains composants du dispositif de gestion d'alimentation de l’invention, notamment le contrôleur central, les organes auxiliaires de la batterie industrielle et de l’onduleur et l’interrupteur d’îlotage.
La qualité du signal électrique sur un réseau îloté, notamment son taux de distorsion harmonique, est généralement plus faible que sur un réseau non-îloté, et peut nécessiter selon la sensibilité des composants électriques sur le réseau îloté, d‘avoir recours à de coûteux systèmes de filtrage. L’alimentation sans interruption, telle que positionnée en aval de l’onduleur de formation de réseau, peut permettre de filtrer le signal électrique en entrée du réseau local et de garantir sa qualité même en cas d’îlotage.
Outre le mode normal et le mode îlotage, il est également possible, dans un mode de réalisation préféré de l’invention, d’utiliser les batteries pour mettre en œuvre un mode d’équilibrage. Dans ce mode de réalisation, la façon dont le contrôleur central commande le dispositif de gestion dépend de la manière dont sont utilisées la batterie industrielle et/ou la batterie du véhicule électrique. Plus précisément, dans ce mode, le contrôleur central est configuré pour pouvoir commander le dispositif de gestion d’alimentation d’un réseau local dans un mode d’équilibrage dans lequel l’interrupteur d’îlotage est fermé et la batterie industrielle et/ou la batterie du véhicule électrique sont utilisées pour réaliser de l’injection ou du soutirage sur l’entrée de réseau. Dans un premier mode de fonctionnement correspondant à un premier type d’équilibrage, le contrôleur central est connecté à un organe de mesure des caractéristiques du signal électrique provenant du réseau, notamment de sa tension et de sa fréquence. Dans un second mode de fonctionnement correspondant à un second type d’équilibrage, le contrôleur central est en communication avec le gestionnaire de réseau par l’intermédiaire d’un réseau de communication. Il commande alors le mode d’équilibrage en fonction d’instructions envoyées par le gestionnaire de réseau.
Un autre mode de fonctionnement utilise les batteries industrielle et/ou du véhicule électrique pour optimiser la fourniture d’électricité du réseau local, lorsque l’interrupteur d’îlotage est fermé. Dans ce mode de réalisation, le contrôleur central est typiquement connecté à un réseau de communication et/ou au compteur de l’installation, afin de commander le dispositif de gestion d’alimentation du réseau local pour remplir et vider les batteries au moment opportun. Par exemple, le dispositif de gestion d’alimentation du réseau peut être commandé pour :
- remplir les batteries lorsque l’électricité soutirée sur le réseau est peu chère, sans toutefois dépasser la puissance souscrite maximale admissible sur le réseau local ; et
- utiliser les batteries pour alimenter le réseau local lorsque l’électricité soutirée sur le réseau est chère.
Dans le cas d’une installation industrielle, les besoins du réseau local peuvent par moment être supérieurs à la puissance pouvant être délivrée par le réseau, provoquant des coupures ou des limitations d’énergie. Cela peut se produire notamment si la puissance électrique souscrite par le consommateur et mesurée au compteur de l’installation est inférieure temporairement à la puissance soutirée, ou plus généralement si les caractéristiques du raccordement du réseau local ne permettent pas, temporairement, au réseau local de soutirer toute la puissance dont il a besoin.
Pour faire face à ce type de situation, le contrôleur central peut être configuré pour recevoir une mesure de la puissance du signal électrique mesurée au niveau de l’entrée de réseau, et pour pouvoir commander le dispositif de gestion dans un mode d’absorption de surcharge dans lequel, lorsque la puissance délivrée par le réseau est inférieure aux besoins du réseau local, la batterie industrielle et/ou la batterie du véhicule électrique sont utilisées pour alimenter le réseau local en complément du réseau public. Lorsque le contrôleur central détecte une situation de surcharge, c’est-à-dire une situation où la consommation du réseau local est trop forte par rapport à un seuil fixé ou mesuré, ledit contrôleur pilote l’onduleur de formation de réseau afin qu’il injecte dans le réseau local la puissance nécessaire à la résorption de cette surcharge. L’énergie correspondante est soutirée depuis la batterie industrielle et/ou la batterie de véhicule électrique.
Grâce à ces dispositions, le dispositif selon l’invention permet une utilisation optimale des ressources en énergie électrique en provenance du réseau, stockées dans la batterie industrielle et dans la batterie du véhicule électrique, en mode « on-grid » aussi bien qu’en mode « off-grid ».
Le réseau connecté sur l’entrée de réseau peut correspondre à un réseau basse tension, mais l’entrée de réseau peut intégrer des organes de protection et de transformation pour connecter un réseau haute tension ou moyenne tension en fonction du réseau local à protéger. Dans le cas d’un réseau haute tension, le réseau local correspond préférentiellement à un réseau industriel.
Au moins une des charges permettant le la réalimentation du réseau local en cas de coupure, parmi le contrôleur central, un circuit de secours de l’onduleur de formation de réseau, et des auxiliaires de la batterie industrielle et/ou de la borne de recharge, peut être connectée en aval de l’alimentation sans interruption, de manière à ne pas recourir à une alimentation sans interruption pour au moins un de ces composants.
Le contrôleur central peut être configuré pour fermer au moins un interrupteur terre-neutre permettant de relier à la terre le neutre de la seconde borne de l’interrupteur d’îlotage lorsque l’interrupteur d’îlotage est ouvert, ce qui permet d’effectuer automatiquement cette mise à la terre, et ainsi d’assurer la sécurité du réseau local. Dans un mode particulier de réalisation de l’invention, cet interrupteur terre-neutre peut-être directement intégré au dispositif.
La deuxième durée prédéterminée peut être inférieure à 10 secondes, ce qui est une durée suffisante pour démarrer le mode « off-grid », et plus concrètement l’alimentation du réseau local par l’intermédiaire de la batterie industrielle et/ou de la batterie du véhicule électrique.
La troisième durée prédéterminée peut être comprise entre 24 et 48 heures, ce qui suffit généralement à rétablir le réseau public suite à une coupure de ce réseau.
La puissance de la batterie industrielle est supérieure ou égale à 50 kW, par exemple comprise entre 50 et 500 kW, ce qui est une puissance particulièrement adaptée à un réseau industriel classique.
Ledit dispositif de gestion peut comporter une interface à une installation photovoltaïque, ladite interface étant connectée à l’onduleur de formation de réseau, ce qui permet d’utiliser de façon optimale l’énergie produite par l’installation photovoltaïque en combinaison avec l’énergie stockée dans la batterie industrielle, dans la batterie du véhicule électrique, et avec l’énergie en provenance du réseau public.
Le dispositif de gestion peut comporter une deuxième interface d'alimentation de charges non critiques du réseau local, connectée à la deuxième borne de l’interrupteur d’îlotage, et en ce que le contrôleur central est configuré pour qu’en cas d’ouverture de l’interrupteur d’ilotage, le contrôleur central commande à l’onduleur de formation de réseau d’alimenter les charges non critiques du réseau local par l’intermédiaire de la borne de courant alternatif de l’onduleur de formation de réseau. Ainsi toutes les charges sont alimentées en mode « off-grid », mais seules les charges critiques bénéficient d’une alimentation sans interruption. Ceci permet de dimensionner l’alimentation sans interruption de façon optimale, l’interruption de l’alimentation de certaines charges pour une durée de par exemple 1 seconde n’étant pas préjudiciable, tout en permettant l’alimentation du réseau local en entier lorsque le mode îlotage est bien activé.
La présente invention concerne également un procédé d’utilisation d’un dispositif de gestion selon l’invention, comportant les étapes suivantes :
- alimentation des charges critiques du réseau local par le réseau public d’électricité ;
- mesure par le premier capteur de tension d’une tension inférieure audit seuil d’îlotage, signe de perturbations sur le réseau public d’électricité, entraînant l’activation de l’alimentation sans interruption, afin d’éviter une interruption de l’alimentation des charges critiques
- mesure par le premier capteur de tension d’une tension inférieure audit seuil d’îlotage pendant une deuxième durée prédéterminée ;
- ouverture de l’interrupteur d’îlotage, et passage de l’onduleur de formation de réseau d’un mode de suivi de réseau à un mode de formation de réseau ;
- régulation de la tension sur le réseau local par l’onduleur de formation de réseau, en utilisant les mesures d’un deuxième capteur de tension situé au niveau de la deuxième borne de l’interrupteur d’îlotage,
- mesure par le premier capteur de tension d’une tension supérieure à un seuil de raccordement pendant une quatrième durée prédéterminée, entraînant la fermeture de l’interrupteur d’îlotage,
- alimentation des charges critiques du réseau local par le réseau public d’électricité.
Ce procédé peut comporter en outre, juste avant l’étape de fermeture de l’interrupteur d’îlotage, une étape de synchronisation de la tension et/ou de la fréquence de l’onduleur de réseau à la tension et/ou la fréquence du réseau public d’électricité.
Ce procédé peut comporter, après l’étape d’ouverture de l’interrupteur d’îlotage, une étape d’alimentation des charges non critiques du réseau local par la batterie industrielle, en passant par l’onduleur de formation de réseau.
La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante de plusieurs modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
FIG. 1LaFIG. 1est une vue schématique d’un dispositif de gestion selon un mode de réalisation préféré de l’invention.
En référence à laFIG. 1, le dispositif de gestion d’alimentation d’un réseau local 1 selon l’invention est connecté à un réseau public 2 par l’intermédiaire d’une entrée 3, située de préférence en aval du branchement d’un compteur électrique 4. Le réseau public 2 peut être un réseau basse tension, et délivre par exemple au dispositif 1 une tension alternative monophasée ou triphasée de 230 ou 400 V, à une puissance par exemple d’environ 12 kVA. Le réseau public 2 peut également être un réseau moyenne ou haute tension.
Le dispositif 1 comporte une première interface 5a d’alimentation de charges critiques du réseau local, qui est configurée pour être connectée au tableau électrique 6 du réseau local. Le dispositif 1 peut également comporter une deuxième interface 5b d’alimentation de charges non critiques du réseau local, qui est configurée pour être connectée au tableau électrique 6 du réseau local. La première interface 5a, avec le cas échéant la deuxième interface 5b, est de préférence configurée pour être la source exclusive d’alimentation en courant électrique du tableau électrique 6. Le tableau électrique 6 est de préférence un tableau de type « TGBT », pour « Tableau Général Basse Tension ». Il peut également s’agir, dans un autre mode de réalisation de l’invention, d’un tableau divisionnaire basse tension, positionné en aval d’un « TGBT ».
Le dispositif 1 comporte encore un interrupteur d’îlotage 7, de préférence mécanisé, dont une première borne 7a est connectée à l’entrée 3, et un premier capteur de tension 8, disposé entre l’interrupteur d’îlotage 7 et l’entrée 3.
Le dispositif 1 comporte encore une alimentation sans interruption 9, c’est-à-dire un onduleur de type « UPS » (pour l’expression anglaise « uninterruptible power supply »), disposé entre une seconde borne 7b de l’interrupteur d’îlotage 7, et l’interface 5 d’alimentation du réseau local. L’alimentation sans interruption 9, qui comporte un côté amont, du côté de la seconde borne 7b, et un côté aval, du côté de l’interface 5, et assure une fonction de continuité de service vers son côté aval lors d’une coupure d’alimentation en provenance de son côté amont. Cette fonction est bien sûr limitée dans le temps, et dépend de la capacité de l’alimentation sans interruption 9, et de la consommation du réseau local. Ainsi, si l’alimentation du réseau local est défaillante, l’alimentation sans interruption permet de maintenir l’alimentation du réseau local sans coupure pendant une première durée déterminée. La première durée déterminée est de préférence inférieure à 30 minutes, par exemple de l’ordre de quelques minutes, par exemple 5 min.
Le dispositif 1 comporte encore un contrôleur central 10. Le contrôleur central 10 est configuré pour recevoir les mesures du premier capteur de tension 8, par l’intermédiaire de moyens de communication filaires ou sans-fil connus, et pour commander l’ouverture et la fermeture de l’interrupteur d’îlotage 7. Lorsqu’une défaillance du réseau public 2 est détectée, par exemple par l’intermédiaire d’une valeur de tension inférieure à un seuil d’îlotage pendant une deuxième durée prédéterminée, le contrôleur central 10 commande l’ouverture de l’interrupteur d’îlotage 7, afin de passer le dispositif 1 en mode « off-grid ».
Afin d’analyser plus finement l’état du courant en provenance du réseau public 2, le premier capteur de tension 8 peut être un capteur combiné de tension et de courant et/ou de fréquence, ce qui permet au contrôleur central 10 de piloter le dispositif 1 dans un mode de fonctionnement d’équilibrage du réseau, en mode « on-grid », ainsi que de prendre des décisions plus pertinentes en ce qui concerne la mise en mode « off-grid » ou non du dispositif. La supervision du réseau public 2 peut être réalisée tel que décrit dans le brevet FR 3128167.
En mode « off-grid », le réseau local est alimenté par les moyens locaux de stockage d’énergie, et éventuellement par des moyens locaux de production d’énergie.
Pour ce faire, le dispositif 1 comporte au moins une batterie industrielle 11, et au moins une borne de recharge 12 bidirectionnelle de courant continu pour un véhicule électrique 13.
La batterie industrielle 11 est dimensionnée de façon à pouvoir alimenter le réseau local pendant une troisième durée prédéterminée. La troisième durée prédéterminée est par exemple comprise entre 24 et 48 heures.
La batterie industrielle 11 présente par exemple une puissance comprise entre 5 et 20 kW, et une capacité comprise entre 5 et 50 kWh.
Le contrôleur central 10 est de préférence connecté électriquement à la sortie de l’alimentation sans interruption 9. Ainsi, l’alimentation sans interruption 9 peut être configurée pour fournir une alimentation sans interruption au contrôleur central 10 pendant une certaine durée prédéterminée. Ceci permet qu’en cas de défaillance du réseau, l’alimentation du contrôleur central 10 ne soit pas interrompue, et qu’ainsi l’onduleur de formation de réseau 14 puisse bien piloter l’alimentation du réseau local lors du passage du dispositif 1 en mode « off-grid ».
En plus du contrôleur central 10, les auxiliaires de la batterie industrielle 11, tels que les systèmes de ventilation, de refroidissement ou autre, peuvent être connectés de la même façon à l’alimentation sans interruption 9, ce qui permet à la batterie industrielle 11 d’être opérationnelle lors du passage du dispositif 1 en mode « off-grid ».
De la même façon, le contrôleur de la borne de recharge 12 et éventuellement les autres auxiliaires de la borne de recharge 12 peuvent être connectés de la même façon à l’alimentation sans interruption 9, ce qui permet à la batterie du véhicule électrique 13 d’être opérationnelle pour alimenter le réseau local par l’intermédiaire de la borne de recharge 12 lors du passage du dispositif 1 en mode « off-grid ».
Les auxiliaires de la batterie industrielle 11 et de la borne de recharge 12 sont représentés par le signe de référence « 18 » sur laFIG. 1.
Le dispositif 1 comporte encore un onduleur de formation de réseau 14. L’onduleur de formation de réseau 14 est un onduleur AC/DC bidirectionnel, qui comprend une entrée de courant alternatif, branchée à la seconde borne 7b de l’interrupteur d’îlotage 7, et une sortie de courant continu connecté à la batterie industrielle 11 et à la borne de recharge bidirectionnelle 12. L’onduleur de formation de réseau 14 peut synchroniser sa fréquence et tension à celle du réseau public d’électricité, dans un mode de « suivi de réseau », et délivrer une tension et une fréquence pour un réseau local dans un mode de « formation de réseau ». L’onduleur de formation de réseau 14 peut donc être utilisé pour rétablir un réseau lors d’une coupure totale du courant du réseau public 2, dans une configuration dite de « black start ».
Ainsi, en cas de coupure partielle ou totale du réseau public 2, l’onduleur de formation de réseau 14 est capable de rétablir un réseau électrique, dans lequel la batterie industrielle 11 et/ou la batterie du véhicule électrique 13 sont utilisés pour alimenter le réseau local.
Si l’onduleur de formation de réseau comporte une alimentation auxiliaire, ce qui n’est pas le cas dans tous les modes de réalisation, celle-ci peut être également connectée en aval de l’alimentation sans interruption 9, c’est-à-dire du même côté que le réseau local, afin que l’alimentation sans interruption 9 puisse maintenir l’alimentation de l’alimentation auxiliaire pendant une certaine durée. Ainsi, en cas de coupure partielle ou totale du réseau public 2, les auxiliaires de l’onduleur de formation de réseau 14, et notamment son contrôleur dédié, et éventuellement sa ventilation, son système de refroidissement, etc., peuvent être alimentés pendant une période de transition par l’alimentation sans interruption 9.
Le dispositif comporte de préférence un deuxième capteur de tension 20, pouvant être un capteur combiné de tension et de courant et/ou de fréquence, situé au niveau de la deuxième borne 7b de l’interrupteur d’îlotage 7. Le deuxième capteur de tension 20 est en communication avec le contrôleur central 10, qui transmet des informations en provenance du deuxième capteur 20 vers l’onduleur de formation de réseau 14, afin que l’onduleur de formation de réseau 14 puisse réguler la tension et la fréquence du réseau local en mode « off-grid ».
Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, le contrôleur central 10 est configuré pour commander un interrupteur terre-neutre 19, de préférence mécanisé, situé au niveau de la seconde borne 7b de l’interrupteur d’îlotage 7. Lors de la mise en mode « off-grid » du dispositif 1, notamment par l’ouverture de l’interrupteur d’îlotage 7, le neutre du tableau électrique 6, selon le schéma de liaison à la terre du réseau local 1, peut ne plus être relié à la terre. Le contrôleur central 10 peut alors commander la fermeture de l’interrupteur de terre neutre 19, afin de mettre à la terre le neutre du tableau électrique 6.
L’invention permet d’optimiser l’usage de l’énergie disponible dans la batterie industrielle 11 et la batterie du véhicule électrique 13. Le contrôleur central 10 peut être relié par des moyens de communication filaires ou sans fil, d’une part au contrôleur de la batterie (ou « EMS » de la batterie, pour l’anglais « energy management system »), et d’autre part à la borne de recharge 12, pour effectuer cette optimisation. Ainsi, en mode « off-grid », le contrôleur central 10 peut prendre en compte le niveau de charge de ces batteries, et leur capacité de soutirage respective, afin d’utiliser de façon intelligente la quantité d’énergie qu’elles contiennent.
Des configurations particulières peuvent être imposées au contrôleur central 10, et par exemple il peut lui être demandé de faire en sorte que la batterie du véhicule électrique 13 soit totalement chargée, chaque jour à une certaine heure, ou encore qu’elle reste toujours chargée, à toute heure, pour permettre un départ inopiné à n’importe quel moment. En mode « off-grid », il peut être préférable de maintenir la batterie du véhicule électrique 13 complètement ou partiellement chargée, afin de permettre au véhicule électrique 13 de se déplacer pour aller recharger sa batterie en-dehors du dispositif 1, afin de ramener de l’énergie dans le dispositif 1. Cela permet de continuer à alimenter le réseau local en cas de coupure longue, sans être limité par l’énergie présente dans la batterie industrielle 11 et la batterie de véhicule électrique au moment de la coupure.
Le contrôleur central 10 peut être en communication avec un troisième capteur de tension et/ou de courant disposé au niveau du tableau électrique 6, afin de prendre en compte la consommation instantanée du réseau local dans la gestion du dispositif 1.
Le dispositif 1 peut comporter une interface 15 à une installation photovoltaïque 16, connectée à l’onduleur de formation de réseau 14. Ainsi, l’installation photovoltaïque 16 peut être utilisée pour charger la batterie industrielle 11, la batterie du véhicule électrique 13, ou pour alimenter le réseau local. Un ou plusieurs de ces services peut être assuré par l’installation simultanément. Le contrôleur central 10, qui est alors en communication avec l’installation photovoltaïque 16, est configuré pour prendre en compte la quantité d’énergie produite à chaque instant par l’installation photovoltaïque 16, pour décider de la façon optimale de l’utiliser.
Dans un autre mode de réalisation de l’invention, l’installation photovoltaïque 16 peut être directement intégrée au dispositif. Elle peut être reliée à l’onduleur de formation de réseau 14 par l’intermédiaire d’un convertisseur continu-continu, permettant d’ajuster le courant et la tension en aval de l’onduleur de formation de réseau.
Le contrôleur central 10 peut être relié à un réseau de communication 17, afin de permettre une gestion et/ou une surveillance à distance du dispositif 1. La gestion à distance permet notamment de synchroniser les gestions d’une pluralité de dispositifs 1, ou de prendre en compte dans la gestion du dispositif 1 l’état d’autres éléments branchés sur le réseau public 2. En outre, la communication à distance permet de prédire la production en récupérant par exemple les prévisions météorologiques.
Le dispositif selon l’invention peut être utilisé selon un procédé comportant les étapes suivantes :
- alimentation des charges critiques du réseau local par le réseau public d’électricité ;
- mesure par le premier capteur de tension 8 d’une tension inférieure audit seuil d’îlotage, signe de perturbations sur le réseau public d’électricité. Si le premier capteur de tension 8 est également un capteur de fréquence, la mesure d’une fréquence hors d’un intervalle prédéfini peut également déclencher la suite de cette étape. Dès la première occurrence d’une telle mesure, le contrôleur central 10 envoie une information à l’alimentation sans interruption 9 pour entraîner une activation de l’alimentation sans interruption 9, afin d’éviter une interruption de l’alimentation des charges critiques ;
- mesure par le premier capteur de tension 8 d’une tension inférieure audit seuil d’îlotage, ou éventuellement d’une fréquence hors d’un intervalle prédéfini, pendant une deuxième durée prédéterminée ;
- ouverture de l’interrupteur d’îlotage 7, commandée par le contrôleur central 10, et passage de l’onduleur de formation de réseau 14 du mode de « suivi de réseau » au mode de « formation de réseau ». A cette occasion, les charges critiques restent alimentées sans interruption, ou avec une interruption très faible, considérée comme négligeable dans le cadre de la présente invention, par exemple de l’ordre de 20 ms ;
- régulation de la tension, éventuellement de la fréquence, sur le réseau local par l’onduleur de formation de réseau 14, en utilisant les mesures d’un deuxième capteur de tension et éventuellement de fréquence 20 situé au niveau de la deuxième borne 7b de l’interrupteur d’îlotage 7,
- mesure par le premier capteur de tension 8 d’une tension supérieure à un seuil de raccordement pendant une quatrième durée prédéterminée, signe que les perturbations sur le réseau public d’électricité sont terminées. Cette mesure entraîne la fermeture de l’interrupteur d’îlotage 7 commandée par le contrôleur central 10. Préalablement à cette fermeture, l’onduleur de formation de réseau 14 peut opérer avec le réseau public d’électricité un « synchrocouplage », c’est-à-dire une synchronisation de la tension et/ou de la fréquence délivrées par l’onduleur de réseau 14 avec la tension et/ou la fréquence du réseau public d’électricité. Ceci est effectué en utilisant les mesures du premier capteur de tension et éventuellement de fréquence 8. L’avantage du « synchrocouplage » est que le passage d’une alimentation de l’onduleur de formation de réseau 14 au réseau public est transparent pour toutes les charges,
- alimentation des charges critiques du réseau local par le réseau public d’électricité, le dispositif 1 passant donc en mode « off-grid ».
Lorsque le réseau local 1 comporte également des charges non critiques, connectées à une deuxième interface d’alimentation 5b, le procédé ci-dessus peut comporter, après l’ouverture de l’interrupteur d’îlotage 7, une étape d’alimentation des charges non critiques par la batterie industrielle 11 et/ou la batterie du véhicule électrique 13.
L’invention permet, lorsque le dispositif 1 est en mode « on-grid », de gérer la consommation du site, par exemple en rechargeant la batterie industrielle 11 et/ou celle du véhicule électrique aux heures creuses, et de décharger ces batteries pour absorber des pics de consommation lors des heures de pointe.
Le dispositif 1 selon l’invention permet également d’effectuer des charges rapides du véhicule électrique 13, car l’énergie nécessaire à la recharge peut être directement soutirée sur la batterie industrielle 11, à une puissance instantanée plus élevée que celle délivrée par le réseau public 2 seul.
La présente invention n'est bien entendu pas limitée aux exemples de réalisation décrits mais s'étend à toute modification et variante évidentes pour un homme du métier dans la limite des revendications annexées. En outre, les caractéristiques techniques des différents modes de réalisation et variantes mentionnés ci-dessus peuvent être, en totalité ou pour certaines d’entre elles, combinées entre elles.

Claims (13)

  1. Dispositif de gestion d'alimentation d’un réseau local (1) intégrant :
    - une entrée de réseau (3), configurée pour être connectée à un réseau public d’électricité ;
    - une interface d'alimentation (5a) de charges critiques du réseau local (1);
    - un interrupteur d’îlotage (7) dont une première borne (7a) est connectée à l’entrée de réseau (3) ;
    - un premier capteur de tension (8), disposé entre l’entrée de réseau (3) et l’interrupteur d’îlotage (7) ;
    - une alimentation sans interruption (9) disposée entre une seconde borne (7b) dudit interrupteur d’îlotage (7) et la première interface d'alimentation (5) du réseau local (1), ladite alimentation sans interruption (9) étant configurée pour maintenir l’alimentation des charges critiques du réseau local sans coupure pendant une première durée prédéterminée ;
    - un contrôleur central (10), configuré pour recevoir les mesures dudit premier capteur de tension (8) et ouvrir l’interrupteur d’îlotage (7) lorsque la tension mesurée est inférieure à un seuil d’îlotage pendant une deuxième durée prédéterminée inférieure à la première durée prédéterminée ;
    - au moins une batterie industrielle (11), présentant une puissance supérieure ou égale à 50 kW, apte à alimenter le réseau local pendant une troisième durée prédéterminée, et à réinjecter de l’électricité sur l’entrée de réseau (3) ;
    - au moins une borne de recharge (12) bidirectionnelle pour véhicule électrique (13) connectée à la batterie industrielle (11) de sorte que la batterie industrielle (11) puisse être utilisée pour recharger le véhicule électrique (13) et, lorsqu’un véhicule électrique (13) est branché avec suffisamment de charge, qu’une batterie du véhicule électrique puisse être utilisée pour recharger la batterie industrielle (11) ;
    - un onduleur de formation de réseau (14), comprenant une borne de courant alternatif (AC) connectée à la seconde borne (7b) dudit interrupteur d’îlotage, et une borne de courant continu (DC) connectée à la batterie industrielle (11) et à la borne de recharge bidirectionnelle (12), de sorte que le dispositif de gestion d’alimentation puisse fonctionner dans un mode îlotage dans lequel la batterie industrielle (11) et/ou la batterie du véhicule électrique (13) alimentent l’interface d'alimentation (5).
  2. Dispositif de gestion (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contrôleur central (10) est configuré pour pouvoir commander le dispositif de gestion d’alimentation d’un réseau local (1) dans un mode d’équilibrage dans lequel l’interrupteur d’îlotage (7) est fermé et la batterie industrielle (11) et/ou la batterie du véhicule électrique (13) sont utilisées pour réaliser de l’injection ou du soutirage sur l’entrée de réseau (3).
  3. Dispositif de gestion (1) selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le contrôleur central (10) est configuré pour recevoir une mesure de la puissance du signal électrique mesurée au niveau de l’entrée de réseau (3), et pour pouvoir commander le dispositif de gestion (1) dans un mode d’absorption de surcharge dans lequel lorsque la puissance délivrée par le réseau est inférieure aux besoins du réseau local, la batterie industrielle (11) et/ou la batterie du véhicule électrique (13) sont utilisés pour alimenter le réseau local en complément du réseau public.
  4. Dispositif de gestion (1) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que au moins une des charges permettant le la réalimentation du réseau local en cas de coupure, parmi le contrôleur central (10), un circuit de secours de l’onduleur de formation de réseau (14), et des auxiliaires (18) de la batterie industrielle (11) et/ou de la borne de recharge (12), est connecté en aval de l’alimentation sans interruption (9), de manière à ne pas recourir à une alimentation sans interruption pour au moins un de ces composants.
  5. Dispositif de gestion (1) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le contrôleur central (10) est configuré pour fermer au moins un interrupteur terre-neutre (19) permettant de relier à la terre le neutre de la seconde borne (7b) de l’interrupteur d’îlotage (7) lorsque l’interrupteur d’îlotage (7) est ouvert.
  6. Dispositif de gestion (1) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la deuxième durée prédéterminée est inférieure à 10 secondes.
  7. Dispositif de gestion (1) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la troisième durée prédéterminée est comprise entre 24 et 48 heures.
  8. Dispositif de gestion (1) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la puissance de la batterie industrielle (11) est comprise entre 50 et 500 kW.
  9. Dispositif de gestion (1) selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu ’il comporte une interface (15) à une installation photovoltaïque (16), ladite interface (15) étant connectée à l’onduleur de formation de réseau (14).
  10. Dispositif de gestion (1) selon l’une des revendication 1 à 9, caractérisé en ce que il comporte une deuxième interface d'alimentation (5b) de charges non critiques du réseau local, connectée à la deuxième borne (7b) de l’interrupteur d’îlotage (7), et en ce que le contrôleur central (10) est configuré pour qu’en cas d’ouverture de l’interrupteur d’ilotage (7), le contrôleur central (10) commande à l’onduleur de formation de réseau (14) d’alimenter les charges non critiques du réseau local par l’intermédiaire de la borne de courant alternatif (AC) de l’onduleur de formation de réseau (14).
  11. Procédé d’utilisation d’un dispositif de gestion selon l’une des revendications 1 à 10, comportant les étapes suivantes :
    - alimentation des charges critiques du réseau local par le réseau public d’électricité ;
    - mesure par le premier capteur de tension (8) d’une tension inférieure audit seuil d’îlotage, signe de perturbations sur le réseau public d’électricité, entraînant l’activation de l’alimentation sans interruption (9), afin d’éviter une interruption de l’alimentation des charges critiques ;
    - mesure par le premier capteur de tension (8) d’une tension inférieure audit seuil d’îlotage pendant une deuxième durée prédéterminée ;
    - ouverture de l’interrupteur d’îlotage (7), et passage de l’onduleur de formation de réseau (14) d’un mode de suivi de réseau à un mode de formation de réseau ;
    - régulation de la tension sur le réseau local par l’onduleur de formation de réseau (14), en utilisant les mesures d’un deuxième capteur de tension (20) situé au niveau de la deuxième borne (7b) de l’interrupteur d’îlotage (7),
    - mesure par le premier capteur de tension (8) d’une tension supérieure à un seuil de raccordement pendant une quatrième durée prédéterminée, entraînant la fermeture de l’interrupteur d’îlotage (7),
    - alimentation des charges critiques du réseau local par le réseau public d’électricité.
  12. Procédé d’utilisation selon la revendication 11, comportant en outre, juste avant l’étape de fermeture de l’interrupteur d’îlotage (7), une étape de synchronisation de la tension et/ou de la fréquence de l’onduleur de formation de réseau (14) à la tension et/ou la fréquence du réseau public d’électricité.
  13. Procédé d’utilisation selon l’une des revendications 11 à 12 d’un dispositif de gestion selon la revendication 10, comportant après l’étape d’ouverture de l’interrupteur d’îlotage (7) une étape d’alimentation des charges non critiques du réseau local par la batterie industrielle (11), en passant par l’onduleur de formation de réseau (14).
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