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L'une des technologies d'énergie renouvelable connaissant la croissance la plus rapide est l'énergie éolienne ; toutefois, elle présente un problème fondamental : elle n'est pas prévisible. La tension de sortie d'une éolienne varie constamment en réponse directe aux changements de vitesse du vent, aux rafales et à la turbulence. Ceci n'est pas acceptable pour les systèmes raccordés au réseau électrique, où les tensions doivent être maintenues dans des tolérances très étroites, ni pour les charges industrielles autonomes, qui pourraient être endommagées par des événements de surtension ou de sous-tension. Les régulateurs de tension triphasés convertissent l'alimentation alternative irrégulière provenant d'une éolienne en une puissance stable et utilisable en effectuant les opérations suivantes.
Compensation des variations rapides de la vitesse du vent
La vitesse du vent peut varier de plusieurs mètres par seconde en quelques secondes : des rafales peuvent accélérer le rotor, augmentant ainsi la tension générée, ou une diminution soudaine du vent peut provoquer une chute de tension. Cette tension à variation rapide — comprise entre ±15 et 30 % de la valeur nominale — dépasse les capacités de la plupart des équipements ; les pompes, moteurs et circuits de commande peuvent déclencher une coupure ou tomber en panne, entraînant un événement indésirable. Un régulateur de tension triphasé conçu pour les applications éoliennes utilise une technologie à réponse rapide fondée sur des SCR (thyristors) ou sur un moteur servo-actionné modifiant les prises, permettant de surveiller en continu la tension de sortie et d’ajuster la prise du régulateur ou l’angle de commande en 20 à 40 millisecondes — bien plus rapidement que la réponse mécanique de l’éolienne. Lorsque la vitesse du vent varie fortement, le régulateur maintient la tension à ±3 à 5 % de la consigne et protège les charges sensibles contre des déclenchements intempestifs, ce qui le rend adapté aux systèmes hybrides éolien-diesel ou aux petites éoliennes connectées au réseau.
Gestion de l’entrée déséquilibrée due à l’asymétrie de l’éolienne
Les générateurs d’éoliennes triphasés (en particulier ceux à aimants permanents) ne produisent généralement pas une tension parfaitement équilibrée ; un déséquilibre, pouvant atteindre 5 à 15 % entre les phases, causé par une asymétrie des pales, un mauvais alignement du capteur de direction (yaw) ou un rotor partiellement ombragé, entraîne une surchauffe des moteurs triphasés, une réduction du rendement des redresseurs et la génération de courants harmoniques. Un régulateur de tension triphasé offre un contrôle indépendant par phase : le système régule individuellement les trois phases afin de compenser le déséquilibre, soit en augmentant, soit en diminuant chaque ligne séparément. Un déséquilibre de 5 à 15 % peut ainsi être réduit à 1–2 % en sortie du régulateur. Pour les éoliennes alimentant des charges triphasées, telles que des pompes à eau, des compresseurs ou des chargeurs de batteries, il est inadmissible que ce déséquilibre atteigne la charge et endommage ou dégrade les équipements. Le facteur de qualité de l’alimentation électrique s’en trouve amélioré, une caractéristique de plus en plus exigée par les codes réseau.
Protection contre les événements de survitesse et de surtension
Pendant les conditions orageuses, lorsque la vitesse du vent dépasse la valeur nominale, la tension du générateur peut connaître une forte augmentation, dépassant largement la valeur nominale — souvent atteignant 130 à 150 % de la tension nominale. Si cette surtension persiste, elle endommage l’isolation électrique, provoque une sur-excitation des transformateurs et détruit les charges électroniques sensibles, telles que les variateurs de fréquence ou les onduleurs. Un régulateur de tension triphasé contrôle les situations de surtension liées à la sur-vitesse en limitant la tension de sortie. Lors d’un tel événement, la tension d’entrée est surveillée ; dès qu’elle dépasse les seuils prédéfinis (généralement 110 à 115 % de la valeur nominale), la sortie est réduite à une valeur de prise inférieure, ou, dans les cas extrêmes, déconnectée de la charge à l’aide d’un contacteur de contournement interne. Certains appareils émettent un signal vers le contrôleur de l’éolienne afin d’activer le freinage ou le réglage du pas des pales, garantissant ainsi la prévention d’une défaillance catastrophique de l’équipement en cas d’orage ou, par exemple, en cas de défaillance du réseau empêchant l’éolienne de restituer sa puissance.
Lissage de la sortie pour la charge de la batterie et l'entrée de l'onduleur
Pour les applications hors réseau, un parc de batteries est souvent chargé à partir de l'éolienne ou l'alimentation est dirigée vers un onduleur fournissant des charges alternatives ; les deux entrées, celle du chargeur de batterie et celle de l'onduleur, nécessitent des niveaux de tension stables. Aux tensions élevées observées pendant la charge, des courants de charge excessifs circulent à de tels niveaux, provoquant le dégagement de gaz par les batteries et réduisant leur durée de vie. Les entrées des onduleurs sont très sensibles aux ondulations de tension, ce qui génère des courants harmoniques réduisant le rendement énergétique. En plaçant un régulateur de tension triphasé entre l'éolienne et le chargeur de batterie ou l'onduleur, la sortie de l'éolienne est conditionnée. Pour les charges pilotées par onduleur, cela signifie des ondes sinusoïdales beaucoup plus propres et des harmoniques réduits. Les ondulations en sortie sont réduites d’un facteur compris entre 5 et 10. Cela signifie qu’à faible vitesse de vent, la batterie reçoit la tension de charge requise, prolongeant ainsi sa durée de vie de 20 à 30 % par rapport à une éolienne connectée directement. Une protection contre la coupure à basse tension est également intégrée afin d’éviter la surdécharge de la batterie pendant les périodes de calme.
Nous fournissons des régulateurs de tension triphasés qui compensent les variations rapides de la vitesse du vent, gèrent les entrées déséquilibrées dues à l’asymétrie des turbines, protègent contre les surtensions causées par une vitesse de rotation excessive et lissent la tension de sortie des batteries et des entrées d’onduleurs. Forts de plus de 20 ans d’expérience et disposant de plus de 50 000 mètres carrés d’espaces de fabrication, nous concevons nos propres composants, détenons des droits de propriété intellectuelle et jouons le rôle de rédacteur de normes nationales pour le secteur ; nous fournissons des régulateurs de tension triphasés afin de garantir que l’énergie éolienne soit utilisable et fiable.