Énergie électrique pour le renouvelable

Libellé du cours :	Énergie électrique pour le renouvelable
Département d'enseignement :	EEA / Electronique Electrotechnique Automatique
Responsable d'enseignement :	Monsieur PHILIPPE LE MOIGNE
Langue d'enseignement :	Français
Ects potentiels :	4
Grille des résultats :	Grade de A+ à R
Code et libellé (hp) :	G1G2_ED_EEA_EER - En. élec. pour le renouvelable

Equipe pédagogique

Enseignants : Monsieur PHILIPPE LE MOIGNE / Monsieur ARNAUD VIDET / Monsieur FERREOL BINOT / Monsieur NICOLAS BOTTER / Monsieur STEPHANE BRISSET / Monsieur XAVIER GUILLAUD / Monsieur XAVIER MARGUERON
Intervenants extérieurs (entreprise, recherche, enseignement secondaire) : divers enseignants vacataires

Résumé

Cet électif disciplinaire montre comment on peut raccorder « proprement » une source renouvelable continue (ex : panneaux photovoltaïques) au réseau classique sinusoïdal par utilisation de convertisseurs d’électronique de puissance appropriés. Dans l'électif, on met en évidence comment la puissance électrique est transmise des générateurs aux récepteurs dans le cadre de sources sinusoïdales classiques ou de sources renouvelables non sinusoïdales vers des charges linéaires, mais aussi non linéaires. Il décrit donc les bases (principes, modèles, simulation, caractérisation, mesures...) de la conversion d’énergie électrique dans les systèmes alternatifs en régime établi, les modèles continus des panneaux photovoltaïques et des batteries et les bases des convertisseurs de puissance. L’électif se termine par l’étude de cas d’une installation photovoltaïque. La première partie de l’électif est consacrée aux circuits sinusoïdaux monophasés et triphasés équilibrés qui constituent les bases pour l’alimentation des appareils électriques domestiques et industriels. La suite de cette partie est liée à la conversion électromagnétique (transformateur/inductance) et des notions sur la conversion électromécanique (alternateur). En effet, la nécessité de limiter les pertes Joule dans les circuits électriques nécessite le transport électrique en haute tension. Il est donc nécessaire d’insérer des transformateurs dans les réseaux de transport pour élever la tension produite par les alternateurs triphasés des centrales électriques et l’abaisser au voisinage de la consommation, ainsi que pour adapter la tension de nombreux appareils très basse tension connectés au réseau 230V. De même, les alternateurs restent encore pour longtemps des actionneurs quasi indispensables pour la production d’électricité (renouvelable ou non). A l’issue de cette partie, les schémas monophasés équivalents en régime sinusoïdal ont été établis, utilisés et caractérisés par le biais de TP sur les circuits linéaires monophasé, triphasé et sur les transformateurs, et leurs pertes associées. La seconde partie de l’électif est orientée vers les dispositifs non sinusoïdaux qui vont être connectés au réseau sinusoïdal. Ainsi, des charges continues (appareils électroniques) reliées au réseau par le biais de redresseur à diodes polluent les tensions distribuées. De même des générateurs électriques non conventionnels (tels que des panneaux photovoltaïques) peuvent produire également de la puissance électrique et fonctionner soit en mode isolé (sur batterie), soit être connectés au réseau via des convertisseurs statiques d’électronique de puissance. On montre alors l’intérêt de ces convertisseurs statiques entièrement commandés qui permettent d’adapter les grandeurs électriques (AC/DC, DC/DC, DC/AC) en prélevant des courants quasi-sinusoïdaux sur les sources sinusoïdales et des courants quasi-continus sur les sources continues, tout ceci à haut rendement énergétique. A cours de cette partie, les modèles continus des panneaux photovoltaïques ont été définis et les principes de conversion établis afin de pouvoir connecter ces panneaux soit à une batterie, soit au réseau alternatif. Enfin, une étude de cas simplifiée de la résidence Vinci dans laquelle on veut installer et connecter une production photovoltaïque avec stockage permet d’utiliser l’ensemble des notions vues précédemment.

Objectifs pédagogiques

À l’issue du cours, l’élève sera capable de : - Réaliser un montage monophasé, triphasé, ou continu avec des mesures de puissance, de courant et de tension et en déterminer le schéma équivalent. - Maîtriser les différentes méthodes appliquées à la théorie des réseaux alternatifs, ainsi que les familles de convertisseurs statiques - Comprendre le principe de fonctionnement d’une chaîne de transmission de puissance électrique - Savoir interconnecter de façon pertinente les différents dispositifs électriques pour pouvoir transmettre et échanger la puissance dans un système - Savoir utiliser un logiciel de simulation circuit (PSIM) pour la conversion d’énergie électrique - Savoir dimensionner une installation photovoltaïque C’est à dire : - Savoir définir et identifier la puissance active selon le contexte (continu, alternatif sinusoïdal ou non) - Identifier les différents types de puissance mis en jeu dans les circuits monophasé et triphasé équilibré et leur signification physique - Appliquer la méthode du bilan de puissance ainsi que la méthode du diagramme vectoriel pour calculer le facteur de puissance, les courants et tensions dans un circuit monophasé ou triphasé équilibré - Construire un schéma équivalent à un montage triphasé équilibré en précisant les impédances des éléments, les tensions, les courants et les puissances de ce dernier - Utiliser des appareils de mesure (voltmètre, ampèremètre, wattmètre), concevoir et réaliser des montages, confronter les mesures aux calculs théoriques et expliquer les différences. - Identifier les principales lois d’électromagnétisme utiles aux machines électriques et composants magnétiques (transformateurs, inductances…) - Savoir identifier et caractériser le schéma monophasé du transformateur et de l’inductance - Savoir déterminer les pertes du transformateur et de l’inductance - Savoir construire un diagramme de Fresnel du transformateur - Savoir identifier la chute de tension des transformateurs ou des lignes - Avoir des notions sur la création du champ tournant dans un alternateur - Avoir des notions sur le schéma monophasé équivalent de l’alternateur - Identifier les différentes familles de convertisseurs statiques - Identifier les différents types d’interrupteurs réalisés à partir de semi-conducteurs - Expliquer et appliquer le principe d’alternance des sources pour les convertisseurs entièrement commandés - Enoncer et calculer les différents types de pertes dans les interrupteurs et leur origine, et calculer le rendement d’un convertisseur - Expliquer les différentes phases de fonctionnement d’un hacheur, d’un onduleur en pont monophasé et d’un pont redresseur à diode monophasé selon la nature de la charge - Analyser le fonctionnement des hacheurs directs (série, parallèle, réversible, pont) et des montages redresseurs à diode sur source de courant ou source de tension - Savoir dimensionner la valeur de l’inductance de filtrage nécessaire aux hacheurs et onduleurs - Savoir simuler sous PSIM ces différents montages (hacheurs, onduleurs, redresseurs) - Savoir gérer la conversion DC/DC d’un panneau photovoltaïque selon l’ensoleillement pour le relier à un onduleur - Savoir choisir la tension de référence à appliquer sur l’onduleur MLI avec un courant quasi sinusoïdal sur le réseau monophasé en réglant les puissances active et réactive …… Contribution du cours au référentiel de compétences ; à l’issue du cours, l’étudiant aura progressé dans : - Capacité à analyser de l'information avec logique et méthode - Capacité à reconnaître les éléments spécifiques d'un problème - Capacité à comprendre et formuler le problème - Capacité à développer des méthodes de travail - Capacité à convaincre pour mobiliser - Capacité à stimuler son imagination - Capacité à susciter l'adhésion

Objectifs de développement durable

Modalités de contrôle de connaissance

Contrôle Continu
Commentaires: - QCM auto formatifs et QCM auto-évaluatif - Evaluation des TEA - Participation active aux activités en présentiel et au travail d'équipe - Contrôles bloqués répartis temporellement sur la durée de l'électif disciplinaire - Remarque: absence non justifiée en Séminaire de Travaux Pratiques = évaluation électif limitée à D ou NV ( mentions C à A+ non accessibles)

Ressources en ligne

Mise en ligne sur Moodle : - Ressources et liens pour les travaux des plages de TEA - QCM auto formatifs et QCM auto-évaluatifs - Logiciel PSIM version student - ….

Pédagogie

La pédagogie mise en œuvre a pour objectif de rendre l’étudiant acteur de sa formation en le responsabilisant dans l’acquisition des connaissances et en favorisant le travail et l’apprentissage collaboratif. Dans cette optique, la partie découverte des connaissances et notions est faite essentiellement pendant les TEA, ce qui supprime les séances de cours traditionnels. Les séances sont donc orientées vers l’utilisation de ces notions. On est dans un schéma de type « classe inversée » : - Les TEA (4h/semaine, en moyenne) : Ils sont principalement consacrés à la découverte de nouvelles connaissances par le biais de lectures et questions simples (je vais chercher l’information pour répondre à une question, une problématique…), à la mise en place de simulations sous le logiciel PSIM. Des QCM auto formatif et/ou auto-évaluatif seront également proposés. - Les TEP (6h/semaine, en moyenne) : Ils sont principalement consacrés aux retour des TEA et à la consolidation des connaissances. Pour ces séances (retour TEA et travaux en situation), les étudiants travaillent en équipe par groupe hétérogènes (provenance mixée) de 5 étudiants, afin de favoriser le travail en groupe et le partage des connaissances. La pédagogie envisagée est donc axée sur la mise en situation de l’étudiant, l’enseignant étant alors plus dans une posture de formateur. Il doit guider les groupes d’étudiants pour avancer dans la mise en situation et dans l’acquisition des connaissances. Seuls des points particuliers sont revus en individuel ou en groupe selon le besoin. Ces mises en situation se feront au travers de problèmes, dimensionnements, simulations (logiciel PSIM) adaptés au contexte d’apprentissage. Des travaux Pratiques obligatoires sont également proposés avec une évaluation de type formative. La préparation du TEA est obligatoire pour l’accès aux tables de TP. Les TP se font en binôme.

Séquencement / modalités d'apprentissage

Nombre d'heures en CM (Cours Magistraux) :	0
Nombre d'heures en TD (Travaux Dirigés) :	0
Nombre d'heures en TP (Travaux Pratiques) :	0
Nombre d'heures en Séminaire :	8
Nombre d'heures en Demi-séminaire :	0
Nombre d'heures élèves en TEA (Travail En Autonomie) :	34
Nombre d'heures élèves en TNE (Travail Non Encadré) :	0
Nombre d'heures en CB (Contrôle Bloqué) :	0
Nombre d'heures élèves en PER (Travail PERsonnel) :	0
Nombre d'heures en Heures Projets :	0

Pré-requis

Connaissances de base en électricité et circuits électriques: chapitre 1 ( Rappels et grandeurs sinusoidales ) du E-book accessible via Liliad - Energie Electrique - Luc Lasne - DUNOD -2018 Lien: http://univ.scholarvox.com.ressources-electroniques.univ-lille.fr/catalog/book/88864776 Pour les étudiants EDHEC, je conseille fortement de faire EHD en G1 et EER en G2 pour assimiler plus progressivement les connaissances en électricité.

Nombre maximum d'inscrits

64

Remarques

En dehors des séances TP, aucun support papier n’est distribué. Il est donc nécessaire d’amener son ordinateur en séance afin d’avoir accès aux supports en ligne et de pouvoir faire les simulations sous PSIM. L’installation du logiciel PSIM nécessite d’avoir installé un émulateur windows sur son ordinateur personnel (mac).