Simulateur de réseau triphasé : pourquoi tester hors du réseau réel

En bref. Un simulateur de réseau triphasé est une source AC programmable à quatre quadrants qui reproduit sur le banc ce que le réseau réel ne permet ni de provoquer ni de répéter : tension de 0 à 350 V, fréquence de 30 à 100 Hz, harmoniques de rang 2 à 50, creux et surtensions programmés au pas de 1 ms. L’énergie renvoyée par l’équipement testé repart au réseau (réinjection 100 %, rendement ≥ 92 %).

Onduleurs photovoltaïques, bornes de recharge, systèmes de stockage, alimentations, moteurs : tout équipement raccordé au réseau doit prouver qu’il supporte un réseau qui n’est jamais parfait. Le réseau du laboratoire, lui, est stable la plupart du temps — et c’est précisément le problème : on ne peut pas lui commander un creux de tension à 9 h 15. Cet article explique ce qu’apporte un simulateur de réseau matériel, quelles conditions il reproduit et comment le dimensionner, chiffres à l’appui.

Simulation logicielle et simulateur matériel : deux outils, deux besoins

Le mot « simulation de réseau » recouvre deux réalités. La simulation logicielle modélise mathématiquement un réseau entier — flux de puissance, courts-circuits, stabilité de tension et de fréquence — pour planifier une infrastructure ou étudier l’intégration des renouvelables. Elle ne fait circuler aucun ampère. Le simulateur de réseau triphasé, lui, est un appareil de puissance : une source AC programmable qui alimente réellement l’équipement sous test avec la tension, la fréquence, la forme d’onde et les perturbations que l’on a choisies. C’est de ce second outil qu’il est question ici, celui qui remplace la prise murale sur le banc d’essai.

Les deux se rejoignent dans les essais power hardware-in-the-loop : un modèle temps réel calcule le comportement du réseau et le simulateur l’amplifie vers l’équipement réel. C’est le sujet de notre article sur le simulateur de réseau AC et le PHIL pour les microgrids.

Pourquoi ne pas tester directement sur le réseau réel

• Il ne se commande pas. Un creux de tension, un saut de fréquence ou un déséquilibre entre phases arrivent quand ils arrivent. Pour valider un comportement, il faut déclencher la perturbation à la demande, puis la rejouer à l’identique après chaque modification du firmware.
• Il ne se dérègle pas sans risque. Personne ne provoque un court-circuit ou une surtension sur le réseau du bâtiment pour observer la réaction d’un onduleur.
• Il est local. Un produit vendu à l’export sera raccordé à 50 Hz ou à 60 Hz, sous des tensions et des tolérances différentes ; le réseau du laboratoire n’en représente qu’une seule.
• Sa distorsion n’est pas la vôtre. Les essais d’immunité aux harmoniques, aux fluctuations de tension et aux variations de fréquence supposent une source dont la distorsion propre est connue et faible ; le réseau réel a la sienne, qui change au fil de la journée.
• Il ne récupère rien. Tester un onduleur ou une charge de forte puissance sur une source classique dissipe l’énergie dans une charge résistive et chauffe le laboratoire.

Les conditions réseau qu’un simulateur doit reproduire

Les valeurs ci-dessous sont celles du simulateur de réseau CA régénératif ANRGS(F), lues dans sa fiche technique.

Tension et fréquence hors nominal

Plage de sortie de 0 à 350 V par phase (résolution 0,01 V, précision 0,1 % de la pleine échelle) et de 30 à 100 Hz (résolution 0,001 Hz, précision 0,01 %). De quoi couvrir le 230/400 V à 50 Hz européen, les réseaux à 60 Hz et les tolérances larges des essais de sous-tension et de surtension. La régulation en source comme en charge est de ±0,02 % : la tension programmée est celle qui arrive aux bornes, quelle que soit la charge, et les bornes de mesure « sense » compensent la chute dans les câbles.

Creux, coupures et surtensions

Le mode séquence enchaîne jusqu’à 200 pas, répétés jusqu’à 9 999 fois, avec un pas minimal de 1 ms. Chaque pas fixe, phase par phase, la tension AC, la composante DC, la fréquence, la phase, la forme d’onde et la durée. C’est ce qui permet de programmer un creux à 0 % pendant quelques périodes puis un retour brutal, un franchissement haut ou bas de tension, ou une variation brusque sur une seule phase. L’angle de mise sous tension et de coupure se règle de 0 à 359,9°, ce qui compte pour les essais de courant d’appel, où le pire cas dépend de l’instant de fermeture. Pour la tenue aux creux des moyens de production et la façon de la mesurer, voir notre article sur les tests HVRT et LVRT.

Harmoniques et interharmoniques

Synthèse harmonique du rang 2 au rang 50 dans une bande de 3 000 Hz, réglée en pourcentage ou en amplitude, avec l’angle de chaque rang ; un rang seul peut atteindre 30 %, sans limite sur le contenu total. Les interharmoniques s’ajoutent de 16 à 3 000 Hz, avec fréquences de début et de fin et balayage. La distorsion propre de la source reste à 0,3 % à 50/60 Hz (1 % entre 30 et 100 Hz) : ce que l’équipement voit, c’est la distorsion que vous avez programmée.

Déséquilibre, sauts de phase et formes d’onde

Réglage indépendant de chaque phase en amplitude, en angle et en forme d’onde : sinus, triangle, carré, sinus écrêté, 30 formes intégrées et 6 formes utilisateur importées depuis le logiciel PC fourni. Le mode impulsion fait alterner alimentation normale et tension impulsionnelle ; le mode pas monte ou descend la tension ou la fréquence par incréments, jusqu’à 9 999 boucles, pour balayer toute la plage de fonctionnement de l’équipement testé.

Composante continue et courant de crête

Sortie AC, DC ou AC+DC, la composante continue allant de −495 à +495 V. Le courant de crête admis vaut trois fois le courant efficace : 35 A efficaces pour 105 A crête sur un modèle de 3 à 6 kVA, 240 A efficaces pour 720 A crête sur un modèle triphasé de 100 à 120 kVA. C’est le ratio que nous justifions dans pourquoi une source AC programmable a besoin d’un courant nominal trois fois supérieur.

Régénératif : l’énergie repart au réseau

Quand l’équipement sous test est lui-même une source — onduleur, borne bidirectionnelle, système de stockage en décharge —, le simulateur doit absorber la puissance. L’ANRGS(F) fonctionne dans les quatre quadrants et renvoie au réseau du bâtiment 100 % de sa puissance nominale, avec un rendement global d’au moins 92 %. Il se raccorde en triphasé 342-480 V, 47-63 Hz, avec un facteur de puissance d’entrée d’au moins 0,98. Le principe et ses gains — énergie, climatisation — sont ceux que nous décrivons pour les charges CC régénératives. Pour les essais où la fonction charge est la principale, la source et charge CA régénérative ANRGL(F) réunit les deux fonctions dans un même châssis 4U, de 2 à 180 kVA, avec la même réinjection.

Provoquer, puis mesurer

Le simulateur mesure ce qu’il délivre : tension à 0,1 %, courant efficace à 0,2 %, puissance à 0,3 % de la pleine échelle. C’est suffisant pour piloter l’essai et vérifier le point de fonctionnement. Un résultat opposable — rendement, conformité à une norme, rapport client — demande une chaîne de mesure indépendante et plus fine : un analyseur de puissance DEWE3-PA8 mesure la puissance à ±0,04 % de 0,5 Hz à 1 000 Hz, et un analyseur de qualité réseau PQA8000H, classe A+ selon IEC 61000-4-30, qualifie les grandeurs côté réseau à 0,05 %. La répartition des rôles entre la source de perturbation et l’analyseur est détaillée dans l’article sur les tests HVRT et LVRT cité plus haut.

Dimensionner le simulateur de réseau triphasé

La série ANRGS(F) va de 3 à 120 kVA en 21 modèles, tous à 0-350 V, 30-100 Hz et ±495 V en continu. Trois formats :

• modèles S, monophasés, 3 à 20 kVA, châssis rack 4U de 432 × 175 × 700 ou 735 mm, 25 à 38 kg ;
• modèles A, triphasés ou monophasés, 6 à 30 kVA, même châssis 4U ; la puissance par phase va de 2 à 10 kVA et, en monophasé, la sortie atteint la capacité totale de l’unité ;
• modèles B, triphasés ou monophasés, 50 à 120 kVA, en armoire de 600 × 1 230 × 1 000 mm (330 à 440 kg), avec 16,66 à 40 kVA par phase.

Cinq points à vérifier avant de choisir :

1. la puissance apparente par phase, pas seulement le total ;
2. le courant de crête, pour les charges à fort appel ;
3. la mise en parallèle : les modèles S et A se mettent en parallèle entre unités, les modèles B non ;
4. les interfaces : RS485, Ethernet et signal de synchronisation en standard, RS232 et GPIB en option, plus le logiciel PC pour importer et exporter les formes d’onde ;
5. les protections : anomalie d’entrée, surtension du bus, sur- et sous-tension de sortie, surintensité, surcharge et surchauffe des modules.

Où un simulateur de réseau s’impose

• Validation des onduleurs photovoltaïques avec une source AC programmable triphasée.
• Bornes de recharge et V2G : reproduire les réseaux du monde entier et les scénarios bidirectionnels.
• Microgrids et PHIL : boucler un modèle temps réel sur du matériel réel.
• Tests HVRT et LVRT : tenue au code réseau des moyens de production et de stockage.
• Moteurs et électroménager : essais sous tension, fréquence et déséquilibre réels.

Ce qu’il faut retenir

Le réseau réel ne se commande pas, ne se répète pas et ne pardonne pas. Un simulateur de réseau triphasé remplace la prise murale par une source dont chaque paramètre — tension, fréquence, forme d’onde, harmoniques, phase, durée — est programmé au pas de 1 ms et rejoué à l’identique, et qui renvoie au réseau l’énergie de l’équipement testé. C’est la condition d’un essai reproductible, d’une qualification à l’export et d’une conformité démontrable.

Ces solutions chez Dewetron Services

• ANRGS(F) – Simulateur de réseau CA régénératif : 3 à 120 kVA, 0-350 V, 30-100 Hz, harmoniques de rang 2 à 50, réinjection à 100 %.
• ANRGL(F) – Source et charge CA régénérative : 2 à 180 kVA, source et charge dans le même châssis 4U.
• DEWE3-PA8 – Analyseur de puissance avancé : ±0,04 % de 0,5 Hz à 1 000 Hz, pour la mesure opposable.

Pour dimensionner un simulateur de réseau triphasé sur votre cahier des charges, contactez Dewetron Services.