Synchronisation de générateurs
Interconnection de générateurs synchronisés
Genlock

Plusieurs générateurs qui doivent être synchronisés ont généralement une interconnection pour que chaque générateur puisse produire une puissance proportionelle à sa puissance nominale.
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Interconnection

La description qui suit à trait à une série particulière de générateurs, mais les explications données ici peuvent servir dans d'autres situations. Ce sont des générateurs typiques avec beaucoup de possibilités de réglages, mais pratiquement aucun automatisme.

Il y a quelques années (lors du plan de délestage précédent pour être précis), j'ai du installer plusieurs générateurs dans des entreprises agricoles. Une telle entreprise nécessite une puissance de 40 à plus de 100kW pour le fonctionnement des ventilateurs, de l'éclairage, des pompes,...


Le cable d'interconnection (mauve) ne sert pas à assurer la synchronisation, mais à stabiliser le fonctionnement en parallèle.

Les deux sources de courant produisent un courant identique par générateur selon la puissance fournie, 5mA à la charge nominale.

L'ampli opérationnel compare la puissance générale (moyenne: global power ou common power) à la puissance locale (local power) et adapte l'injection de carburant.

L'interconnection permet aux groupes de travailler en mode isochrone (à vitesse constante, donc fréquence constante), le statisme (droop) pouvant être nul.

Il y de nombreuses entreprises qui vendent des générateurs, mais ils sont généralement trop chers. Par contre on trouve régulièrement des générateurs de seconde main sur certains sites spécialisés (Troostwijk est le plus connu). Il s'agit principalement de générateurs en provenance de l'armée. La puissance va généralement de 40 à 85kW. Ces générateurs peuvent fonctionner individuellement ou en mode iloté-couplé (générateurs couplés mais isolés du réseau de distribution).

Si un seul générateur suffit normalement, il y a des moments où il faut brancher plusieurs générateurs en parallèle pour obtenir plus de puissance. Bien que les générateurs soient tous hétéroclites, ils ont tous une interconnection. Elle ne sert pas à effectuer la synchronisation (il faut l'effectuer manuellement), elle sert à équilibrer la puissance sur les différents groupes. Un générateur ne peut en effet pas déterminer la demande totale de puissance.

Le circuit utilisé est repris dans tous les générateurs (tous les générateurs sont indiqués en bleu clair sur le schéma). Il se compose de deux sources de courant (par générateur) qui produisent 5mA à puissance maximale. Un générateur de 50kW a deux sources de courant qui produisent 1mA par 10kW, tandis qu'un générateur de 85kW a deux sources de courant de 1mA par 17kW. Quand un générateur travaille à sa puissance nominale, le courant est donc de 5mA, indépendamment de sa puissance nominale.

Les deux sources de courant par générateur produisent une chute de tension dans une résistance de 1kΩ, cette chute de tension dépend évidemment de la puissance que le générateur fournit, elle est de 5V à puissance nominale.

Pour équilibrer la puissance, il y a une interconnection qui reprend la masse électronique (isolée de la masse électrique ou "neutre") et la tension sur une des résistances de 1kΩ. Toutes les sources de courant et les résistances (indiquées en rouge) des générateurs synchronisés sont donc interconnectées. La tension qui apparait ("common signal") indique le pourcentage de puissance fournie (par rapport à la puissance nominale additionnée de tous les générateurs).

Chaque groupe électrogène a deux broches où on peut brancher un cable d'interconnection, la première broche pour le groupe précédent et la seconde pour le suivant. Le cable relie tous les générateurs.

Supposons que tous les générateurs travaillent à 80% de leur puissance nominale. Notre générateur travaille également à 80% de sa capacité nominale, donc 40kW. La tension à la borne de la résistance individuelle est donc de 4V, tout comme celle à la borne de la résistance générale. L'ampli opérationnel ne reçoit alors aucune tension de différence et le gouverneur (qui commande l'injection de carburant) ne reçoit pas de signal + ou -.

Supposons que notre générateur travaille à 60% de sa puissance (tandis que les autres restent à 80%). La tension à la borne de la résistance locale est de 3V (résistance bleue), tandis que la tension générale (résistance rouge) est de 4V. L'ampli opérationnel reçoit ainsi une différence de tension common power - local power qui apparait à la sortie de l'ampli opérationnel. La différence de tension positive est envoyée au gouverneur pour augmenter l'injection de carburant. Cette situation continuera jusqu'à ce que la puissance est équilibrée.

S'il n'y a pas d'interconnection, l'ampli opérationnel reçoit une tension identique sur les deux entrées et ne produit aucune tension de commande. C'est le mode de fonctionnement quand le générateur travaille en mode isolé.

Le système est assez simple: il nécessite une synchronisation manuelle et ne permet pas de prioriser certains générateurs: chaque générateur fournit une quote-part identique (l'ensemble n'est parfaitement stable à toutes les charges que si c'est le cas). Par contre, le système est très fiable à cause de sa simplicité. Les générateurs couplés répondent rapidement aux changements de charge sans trop de deséquilibre. Le statisme (voir plus loin) peut être nul, puisque chaque générateur se corrige automatiquement.

Chaque générateur a un réglage de l'offset de l'ampli qui permet en fonctionnement individuel de régler la vitesse de rotation du moteur (et donc la fréquence du courant). Une fois que le couplage est effectué, on augmente le réglage pour que le générateur fournisse un un pourcentage de puissance équivalent aux autres générateurs. Avant un découplage, il faut à nouveau réduire sa puissance pour éviter une survitesse lors de la déconnection. Si on joue sur les réglages d'offset de tous les générateurs, on peut modifier la fréquence du réseau local.

Il est possible de se passer d'interconnection, l'équilibrage de la charge se faisant alors par le statisme (droop) qu'il faut augmenter au maximum. Quand la charge augmente, la vitesse de rotation diminue, ce qui permet d'équilibrer la charge sur les différents générateurs. L'inconvénient est une chute de la fréquence entre la marche à vide et la pleine charge de 2 à 3Hz.

Il doit également y avoir un équilibrage de la puissance réactive. La puissance réactive nécessaire peut être déterminée approximativement par un transfo d'intensité (différence de phase entre la tension et le courant). Le transfo d'intensité n'est nécessaire que pour la marche en parallèle. Les nouveaux modèles de ce type de générateur ont également une interconnection pour la puissance réactive. Le fonctionnement de l'équilibrage est identique. Grâce au cable, un réglage moins précis des paramètres du module d'excitation suffit: le système compense automatiquement les erreurs.

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