Name: Étude expérimentale du contrôle hiérarchique dans les micro-réseaux à courant continu à l’aide d’un simulateur en temps réel (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-02-14T14:20:00.000+00:00
Duration: 6 min 4 s
Description: Découvrez la validation expérimentale du contrôle hiérarchique des micro-réseaux DC avec OPAL RT-Lab. Cette méthode permet de déployer des stratégies de contrôle sur plateforme réelle pour une meilleure fiabilité.

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Dans cette section, nous décrivons les méthodes utilisées pour développer et expérimenter un micro-réseau à courant continu qui intègre le contrôle hiérarchique illustré à la figure 1, mis en œuvre dans OPAL RT-Lab (ci-après dénommé « simulateur »). Le protocole est divisé en trois sections principales : Configuration physique et modélisation de circuit, Mise en œuvre de la stratégie de contrôle et Configuration expérimentale du simulateur. Il est à noter que ce protocole ne couvre pas la stratégie de contrôle tertiaire, qui implique une optimisation et une interaction de haut niveau avec le réseau électrique principal, dépasse le cadre de notre dispositif expérimental actuel et est laissée pour des travaux futurs.
1. Configuration physique et modélisation de circuits
<ol>
	<li>Topologie électrique du système REMARQUE : Compte tenu de l’architecture du circuit du système de microréseau à courant continu, nous procédons à la construction de la plate-forme expérimentale matérielle en suivant les étapes suivantes.<ol>
		<li>Construction d’un DER individuel<ol>
			<li>Connectez le pôle positif du courant continu à travers un fil au pôle positif d’entrée du circuit abaisseur, tout en connectant simultanément les pôles négatifs correspondants ; le convertisseur spécifique est illustré à la figure 2A. Construire un modèle mathématique pour le convertisseur abaisseur afin de faciliter la conception des paramètres de contrôle pour les simulations et les configurations expérimentales ultérieures. Pour un convertisseur abaisseur typique, comme illustré à la figure 3, construisez ses équations d’espace d’état à l’aide de la méthode de calcul de la moyenne de l’espace d’état comme suit5 : 
			<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/67464/67464eq1.jpg">     (1) où IL, VC sont respectivement le courant d’inductance et la tension de sortie ; R, L, C sont les paramètres des composants dans le circuit du convertisseur ; Vin représente la tension continue d’entrée ; et d représente le rapport cyclique du convertisseur DC-DC. Transformez l’équation ( 1) sous la forme de fonction de transfert suivante, ce qui est plus pratique pour la conception d’un contrôleur PI. 
			<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/67464/67464eq2.jpg"> 
			<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/67464/67464eq3.jpg">     (2) où s représente l’opérateur de Laplace ; GId(s) est la fonction de transfert du rapport entre le service et le courant ; et GVI(s) est la fonction de transfert du courant à la tension.</li>
			<li>Construction de microréseaux à l’aide de plusieurs DER<ol>
				<li>Répétez le processus de construction des RED individuels comme décrit ci-dessus. Avec plusieurs DER en place, connectez les bornes de sortie positives et négatives correspondantes de chaque circuit abaisseur.</li>
				<li>Pour simuler l’impédance de ligne, insérez de petites résistances en série entre les pôles positifs de chaque DER.</li>
			</ol>
			</li>
			<li>Intégration de la charge<ol>
				<li>Utilisez des résistances pour simuler des charges courantes dans les microréseaux CC. Pour les charges globales, connectez directement les bornes de la résistance aux points de confluence des pôles positif et négatif de tous les DER. Lorsque l’impédance de ligne est présente, connectez les résistances à la sortie de chaque circuit abaisseur pour simuler les charges locales, comme illustré à la figure 2D. REMARQUE : Dans cette expérience, les connexions de circuit sont mises en œuvre à l’aide de connecteurs enfichables, comme illustré à la Figure 2C.</li>
			</ol>
			</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Conception et configuration de circuits matériels REMARQUE : La configuration matérielle de la plate-forme expérimentale de microréseau CC, correspondant à la topologie de la Figure 1, comprend principalement les étapes suivantes :<ol>
		<li>Configuration de l’alimentation CC<ol>
			<li>Activez l’alimentation électrique en appuyant sur le bouton d’alimentation.</li>
			<li>Réglez la tension à la valeur spécifiée à l’aide du bouton. Cette alimentation est une source DC à tension constante avec une plage de sortie de [0 - 300 V] et une puissance maximale de 600 W. Lancez l’alimentation électrique au début de l’expérience en appuyant sur l’interrupteur. L’alimentation électrique utilisée dans cette expérience est illustrée à la figure 2B.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Configuration du convertisseur abaisseur DC-DC<ol>
			<li>Acheminez les signaux d’entrée et de sortie du convertisseur vers une carte de conversion de signal et connectez-les au contrôleur matériel du simulateur via des câbles de signal. REMARQUE : Cette configuration permet la sortie de signaux de courant et de tension sous forme analogique et la transmission de signaux PWM à partir du contrôleur pour piloter le convertisseur au niveau du circuit.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Vérification des connexions de bus et de charge<ol>
			<li>Assurez-vous que cette étape est conforme à l’étape 1.1.3. Inspectez toutes les connexions pour en vérifier l’exactitude et la sécurité.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Mise en œuvre de la stratégie de contrôle
<ol>
	<li>2.1.Configuration du contrôle de l’affaissement<ol>
		<li>Construisez le module de commande d’affaissement dans le module de commande du simulateur en glissant et en déposant des composants tels que des blocs de gains et de différences, comme illustré à la figure 4.</li>
		<li>Double-cliquez sur le module 'gain' et réglez le coefficient d’affaissement selon vos besoins.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Configuration du contrôle PI à double boucle<ol>
		<li>Construisez le schéma fonctionnel de contrôle en glissant et en déposant des composants dans le simulateur (voir Figure 5).</li>
		<li>Lors de la sélection des gains de contrôle PI, utilisez le modèle de fonction de transfert du convertisseur abaisseur dans l’équation ( 2), en suivant la séquence de conception de la boucle interne (boucle de courant) d’abord, puis de la boucle externe (boucle de tension). REMARQUE : Il existe un compromis entre la réponse dynamique rapide et la précision du partage de puissance dans le schéma de contrôle à double boucle, car les ajustements rapides de la tension peuvent compromettre la précision de la distribution de l’énergie entre les DER.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Construction de la topologie de la communication distribuée<ol>
		<li>Fournir des signaux d’entrée différents aux contrôleurs de chaque DER pour mettre en œuvre un contrôle distribué au sein du contrôleur de simulateur centralisé. Par exemple, pour le DER 1, faites glisser les signaux du DER 2 et du DER 4 dans son module de commande pour activer la communication distribuée, comme illustré dans la partie gauche de la figure 6 et dans la figure 7C.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Mise en œuvre d’une stratégie de contrôle secondaire distribué<ol>
		<li>Construisez le schéma fonctionnel de la commande secondaire dans le simulateur en vous basant sur la commande secondaire basée sur le consensus, comme illustré à la figure 6. Ajustez la réponse de la commande secondaire en modifiant les gains de la commande.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Configuration expérimentale du simulateur en temps réel
NOTA : La configuration spécifique de l’expérience du simulateur comprend quatre étapes, comme illustré à la figure 8.
<ol>
	<li>Initialisation du modèle<ol>
		<li>Cliquez sur le bouton Modifier pour modifier le programme en cours d’exécution sur le simulateur. Ensuite, activez le bouton SET pour terminer les paramètres de la propriété de développement.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Compilation de modèles<ol>
		<li>Une fois la modification du modèle terminée, cliquez sur le bouton Générer pour compiler le modèle en code exécutable.</li>
		<li>Surveillez la fenêtre de compilation du logiciel jusqu’à ce que le message « Compilation réussie » s’affiche. Si une erreur se produit, localisez-la en fonction de l’invite et apportez les corrections nécessaires</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Configuration du contrôle en temps réel du simulateur<ol>
		<li>Une fois le processus de compilation terminé, configurez les paramètres du code de programme tels que le mode de simulation, le type de liaison de communication en temps réel et d’autres paramètres pertinents.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Téléchargement et exécution du programme<ol>
		<li>Téléchargez le programme exécutable compilé dans le matériel du contrôleur et lancez l’expérience.</li>
		<li>Connectez les sondes de tension de l’oscilloscope aux bornes positive et négative de chaque sortie DER, et fixez les sondes de courant aux ports de sortie. Utilisez la fenêtre de l’oscilloscope pour observer la sortie de chaque DER dans le micro-réseau.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Bolsen, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Framing+renewable+energy%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Energy%22%5BJournal%5D)">Framing renewable energy.</a> Nat Energy. 7 (11), 1003-1004 (2022).</li>
<li>Dai, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Distributed+secondary+control+for+DC+microgrids+with+time-varying+communication+delays%3A+A+networked+predictive+control+scheme%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Power+Syst%22%5BJournal%5D)">Distributed secondary control for DC microgrids with time-varying communication delays: A networked predictive control scheme.</a> IEEE Trans Power Syst. 39 (2), 4459-4472 (2024).</li>
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<li>Wang, J., Jin, C., Wang, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+uniform+control+strategy+for+the+interlinking+converter+in+hierarchical+controlled+hybrid+AC%2FDC+microgrids%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Ind+Electron%22%5BJournal%5D)">A uniform control strategy for the interlinking converter in hierarchical controlled hybrid AC/DC microgrids.</a> IEEE Trans Ind Electron. 65 (8), 6188-6197 (2018).</li>
<li>Zeng, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hierarchical+cooperative+control+strategy+for+battery+storage+system+in+islanded+DC+microgrid%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Power+Syst%22%5BJournal%5D)">Hierarchical cooperative control strategy for battery storage system in islanded DC microgrid.</a> IEEE Trans Power Syst. 37 (5), 4028-4039 (2022).</li>
<li>Guo, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Distributed+voltage+restoration+and+current+sharing+control+in+islanded+DC+microgrid+systems+without+continuous+communication%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Ind+Electron%22%5BJournal%5D)">Distributed voltage restoration and current sharing control in islanded DC microgrid systems without continuous communication.</a> IEEE Trans Ind Electron. 67 (4), 3043-3053 (2020).</li>
</ol>

<table><tbody><tr><td>Alimentation DC&nbsp ; programmable</td><td>ITECH</td><td>IT-M7700</td><td>Alimentation DC</td></tr><tr><td>Simulateur temps réel</td><td>OPAL RT-Lab</td><td>OP5707XG-16&nbsp ;</td><td>Contrôleur temps réel</td></tr><tr><td>Oscilloscope</td><td>Tektronix</td><td>MSO58 5-BW-500&nbsp ;</td><td>oscilloscope</td></tr><tr><td colspan="4">Composants électriques tels que les câbles et les résistances</td></tr></tbody></table>

Étude expérimentale du contrôle hiérarchique dans les micro-réseaux à courant continu à l’aide d’un simulateur en temps réel

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