Electronique de puissance

L'électronique de puissance est l'application de l'électronique au contrôle et à la conversion de l'énergie électrique .

Les premiers appareils électroniques de grande puissance ont été fabriqués à l'aide de lampes à arc de mercure . Dans les systèmes modernes, la conversion est effectuée avec des dispositifs de commutation à semi-conducteurs tels que des diodes , des thyristors et des transistors de puissance tels que les MOSFET de puissance et les IGBT . Contrairement aux systèmes électroniques concernés par la transmission et le traitement de signaux et de données, des quantités importantes d'énergie électrique sont traitées dans l'électronique de puissance. Un convertisseur CA/CC ( redresseur ) est le dispositif électronique de puissance le plus courant que l'on trouve dans de nombreux appareils électroniques grand public, par exemple les téléviseurs , les ordinateurs personnels , les chargeurs de batterie , etc. La plage de puissance s'étend généralement de quelques dizaines de watts à plusieurs centaines de watts. Dans l'industrie, une application courante est le variateur de vitesse (VSD) qui est utilisé pour contrôler un moteur à induction . La plage de puissance des VSD commence à quelques centaines de watts et se termine à des dizaines de mégawatts .

Les systèmes de conversion de puissance peuvent être classés selon le type de puissance d'entrée et de sortie :

• AC vers DC ( redresseur )
• DC vers AC ( onduleur )
• DC à DC ( convertisseur DC à DC )
• Convertisseur CA vers CA ( CA vers CA )

L'électronique de puissance a commencé avec le développement du redresseur à arc de mercure. Inventé par Peter Cooper Hewitt en 1902, il était utilisé pour convertir le courant alternatif (CA) en courant continu (CC). À partir des années 1920, les recherches se sont poursuivies sur l'application des thyratrons et des valves à arc de mercure contrôlées par grille à la transmission d'énergie. Uno Lamm a développé une valve à mercure avec des électrodes de calibrage les rendant adaptées à la transmission d'énergie en courant continu haute tension . En 1933, les redresseurs au sélénium ont été inventés.

Julius Edgar Lilienfeld a proposé le concept de transistor à effet de champ en 1926, mais il n'était pas possible de construire un dispositif fonctionnel à cette époque. En 1947, le transistor bipolaire à point de contact a été inventé par Walter H. Brattain et John Bardeen sous la direction de William Shockley aux Bell Labs . En 1948, l'invention par Shockley du transistor à jonction bipolaire (BJT) a amélioré la stabilité et les performances des transistors et réduit les coûts. Dans les années 1950, des diodes semi-conductrices de plus grande puissance sont devenues disponibles et ont commencé à remplacer les tubes à vide . En 1956, le redresseur contrôlé au silicium (SCR) a été introduit par General Electric , augmentant considérablement la gamme d'applications de l'électronique de puissance. Dans les années 1960, la vitesse de commutation améliorée des transistors à jonction bipolaire a permis la création de convertisseurs CC/CC haute fréquence.

RD Middlebrook a apporté d'importantes contributions à l'électronique de puissance. En 1970, il a fondé le Power Electronics Group à Caltech . Il a développé la méthode d'analyse de la moyenne de l'espace d'état et d'autres outils essentiels à la conception de l'électronique de puissance moderne.

En 1957, Frosch et Derick ont ​​pu fabriquer les premiers transistors à effet de champ en dioxyde de silicium aux Bell Labs, les premiers transistors dans lesquels le drain et la source étaient adjacents à la surface. Par la suite, Dawon Kahng a dirigé un article démontrant un MOSFET fonctionnel avec leur équipe des Bell Labs en 1960. Leur équipe comprenait EE LaBate et EI Povilonis qui ont fabriqué le dispositif ; MO Thurston, LA D'Asaro et JR Ligenza qui ont développé les processus de diffusion, et HK Gummel et R. Lindner qui ont caractérisé le dispositif.

En 1969, Hitachi a présenté le premier MOSFET de puissance vertical, qui sera plus tard connu sous le nom de VMOS (V-groove MOSFET). À partir de 1974, Yamaha , JVC , Pioneer Corporation , Sony et Toshiba ont commencé à fabriquer des amplificateurs audio avec des MOSFET de puissance. International Rectifier a présenté un MOSFET de puissance de 25 A, 400 V en 1978. Ce dispositif permet un fonctionnement à des fréquences plus élevées qu'un transistor bipolaire, mais est limité aux applications basse tension.

Le MOSFET de puissance est le dispositif de puissance le plus courant au monde, en raison de sa faible puissance de commande de grille, de sa vitesse de commutation rapide, de sa capacité de mise en parallèle avancée facile, de sa large bande passante , de sa robustesse, de sa commande facile, de sa polarisation simple, de sa facilité d'application et de sa facilité de réparation. Il possède une large gamme d'applications électroniques de puissance, telles que les appareils d'information portables , les circuits intégrés de puissance, les téléphones portables , les ordinateurs portables et l' infrastructure de communication qui permet l' Internet .

En 1982, le transistor bipolaire à grille isolée (IGBT) a été introduit. Il est devenu largement disponible dans les années 1990. Ce composant possède la capacité de gestion de puissance du transistor bipolaire et les avantages de la commande de grille isolée du MOSFET de puissance.

Les capacités et l'économie d'un système électronique de puissance sont déterminées par les dispositifs actifs disponibles. Leurs caractéristiques et leurs limites sont un élément clé dans la conception des systèmes électroniques de puissance. Autrefois, la valve à arc au mercure , les redresseurs thermo-ioniques à vide poussé et à diodes remplies de gaz et les dispositifs déclenchés tels que le thyratron et l'ignitron étaient largement utilisés dans l'électronique de puissance. À mesure que les caractéristiques nominales des dispositifs à semi-conducteurs se sont améliorées en termes de capacité de traitement de la tension et du courant, les dispositifs à vide ont été presque entièrement remplacés par des dispositifs à semi-conducteurs.

Les dispositifs électroniques de puissance peuvent être utilisés comme commutateurs ou comme amplificateurs. Un commutateur idéal est soit ouvert, soit fermé et ne dissipe donc aucune puissance ; il résiste à une tension appliquée et ne laisse passer aucun courant ou laisse passer une quantité quelconque de courant sans chute de tension. Les dispositifs semi-conducteurs utilisés comme commutateurs peuvent se rapprocher de cette propriété idéale et donc la plupart des applications électroniques de puissance reposent sur la mise sous et hors tension des dispositifs, ce qui rend les systèmes très efficaces car très peu d'énergie est gaspillée dans le commutateur. En revanche, dans le cas de l'amplificateur, le courant traversant le dispositif varie en continu en fonction d'une entrée contrôlée. La tension et le courant aux bornes du dispositif suivent une ligne de charge et la dissipation de puissance à l'intérieur du dispositif est importante par rapport à la puissance délivrée à la charge.

Plusieurs attributs déterminent la manière dont les dispositifs sont utilisés. Les dispositifs tels que les diodes conduisent lorsqu'une tension directe est appliquée et n'ont aucun contrôle externe du début de la conduction. Les dispositifs de puissance tels que les redresseurs et les thyristors contrôlés au silicium (ainsi que la valve à mercure et le thyratron ) permettent de contrôler le début de la conduction mais s'appuient sur une inversion périodique du flux de courant pour les désactiver. Des dispositifs tels que les thyristors à coupure de grille, les transistors BJT et MOSFET offrent un contrôle de commutation complet et peuvent être activés ou désactivés sans tenir compte du flux de courant qui les traverse. Les dispositifs à transistors permettent également une amplification proportionnelle, mais elle est rarement utilisée pour les systèmes évalués à plus de quelques centaines de watts. Les caractéristiques d'entrée de commande d'un dispositif affectent également de manière significative la conception ; parfois, l'entrée de commande est à une tension très élevée par rapport à la terre et doit être pilotée par une source isolée.

L'efficacité étant primordiale dans un convertisseur électronique de puissance, les pertes générées par un dispositif électronique de puissance doivent être aussi faibles que possible.

Les appareils varient en termes de vitesse de commutation. Certaines diodes et thyristors sont adaptés à une vitesse relativement lente et sont utiles pour la commutation et le contrôle à fréquence industrielle ; certains thyristors sont utiles à quelques kilohertz. Des appareils tels que les MOSFET et les BJT peuvent commuter à des dizaines de kilohertz jusqu'à quelques mégahertz dans les applications de puissance, mais avec des niveaux de puissance décroissants. Les appareils à tube à vide dominent les applications à haute puissance (des centaines de kilowatts) à très haute fréquence (des centaines ou des milliers de mégahertz). Les appareils à commutation plus rapides minimisent l'énergie perdue dans les transitions de marche à arrêt et inversement, mais peuvent créer des problèmes d'interférence électromagnétique rayonnée. Les circuits de commande de grille (ou équivalents) doivent être conçus pour fournir un courant de commande suffisant pour atteindre la vitesse de commutation maximale possible avec un appareil. Un appareil sans entraînement suffisant pour commuter rapidement peut être détruit par une chaleur excessive.

Les appareils pratiques ont une chute de tension non nulle et dissipent de l'énergie lorsqu'ils sont allumés, et mettent un certain temps à traverser une région active jusqu'à ce qu'ils atteignent l'état « allumé » ou « éteint ». Ces pertes représentent une part importante de la puissance totale perdue dans un convertisseur.

La gestion de la puissance et la dissipation des composants sont également des facteurs critiques dans la conception. Les composants électroniques de puissance peuvent devoir dissiper des dizaines ou des centaines de watts de chaleur perdue, même en commutant aussi efficacement que possible entre les états conducteur et non conducteur. En mode commutation, la puissance contrôlée est bien supérieure à la puissance dissipée dans le commutateur. La chute de tension directe dans l'état conducteur se traduit par de la chaleur qui doit être dissipée. Les semi-conducteurs de haute puissance nécessitent des dissipateurs thermiques spécialisés ou des systèmes de refroidissement actifs pour gérer leur température de jonction ; les semi-conducteurs exotiques tels que le carbure de silicium ont un avantage sur le silicium pur à cet égard, et le germanium, autrefois le pilier de l'électronique à semi-conducteurs, est désormais peu utilisé en raison de ses propriétés défavorables à haute température.

Il existe des dispositifs semi-conducteurs dont la tension nominale peut atteindre quelques kilovolts dans un seul appareil. Lorsqu'une tension très élevée doit être contrôlée, plusieurs dispositifs doivent être utilisés en série, avec des réseaux pour égaliser la tension entre tous les dispositifs. Là encore, la vitesse de commutation est un facteur critique, car le dispositif à commutation la plus lente devra supporter une part disproportionnée de la tension globale. Les valves à mercure étaient autrefois disponibles avec des valeurs nominales allant jusqu'à 100 kV dans une seule unité, ce qui simplifiait leur application dans les systèmes HVDC .

Le courant nominal d'un dispositif semi-conducteur est limité par la chaleur générée dans les matrices et la chaleur développée dans la résistance des fils d'interconnexion. Les dispositifs semi-conducteurs doivent être conçus de manière à ce que le courant soit réparti uniformément dans le dispositif à travers ses jonctions internes (ou canaux) ; une fois qu'un « point chaud » se développe, les effets de claquage peuvent rapidement détruire le dispositif. Certains SCR sont disponibles avec des courants nominaux allant jusqu'à 3 000 ampères dans une seule unité.

Les convertisseurs CC en CA produisent une forme d'onde de sortie CA à partir d'une source CC. Les applications incluent les variateurs de vitesse (ASD), les alimentations sans interruption (UPS), les systèmes de transmission CA flexibles (FACTS), les compensateurs de tension et les onduleurs photovoltaïques . Les topologies de ces convertisseurs peuvent être séparées en deux catégories distinctes : les onduleurs à source de tension et les onduleurs à source de courant. Les onduleurs à source de tension (VSI) sont nommés ainsi parce que la sortie contrôlée indépendamment est une forme d'onde de tension. De même, les onduleurs à source de courant (CSI) se distinguent par le fait que la sortie CA contrôlée est une forme d'onde de courant.

La conversion de courant continu en courant alternatif est le résultat de dispositifs de commutation de puissance, qui sont généralement des commutateurs de puissance à semi-conducteurs entièrement contrôlables. Les formes d'onde de sortie sont donc constituées de valeurs discrètes, produisant des transitions rapides plutôt que douces. Pour certaines applications, même une approximation grossière de la forme d'onde sinusoïdale du courant alternatif est adéquate. Lorsqu'une forme d'onde presque sinusoïdale est requise, les dispositifs de commutation fonctionnent beaucoup plus rapidement que la fréquence de sortie souhaitée, et le temps qu'ils passent dans l'un ou l'autre état est contrôlé de sorte que la sortie moyenne soit presque sinusoïdale. Les techniques de modulation courantes comprennent la technique basée sur la porteuse, ou modulation de largeur d'impulsion , la technique du vecteur spatial et la technique des harmoniques sélectives.

Les onduleurs à source de tension ont des utilisations pratiques dans les applications monophasées et triphasées. Les onduleurs monophasés utilisent des configurations en demi-pont et en pont complet et sont largement utilisés pour les alimentations électriques, les onduleurs monophasés et les topologies élaborées à haute puissance lorsqu'ils sont utilisés dans des configurations multicellulaires. Les onduleurs triphasés sont utilisés dans les applications qui nécessitent des formes d'onde de tension sinusoïdales, telles que les ASD, les onduleurs et certains types d'appareils FACTS tels que le STATCOM . Ils sont également utilisés dans les applications où des tensions arbitraires sont requises, comme dans le cas des filtres de puissance actifs et des compensateurs de tension.

Les onduleurs à source de courant sont utilisés pour produire un courant de sortie alternatif à partir d'une alimentation en courant continu. Ce type d'onduleur est pratique pour les applications triphasées dans lesquelles des formes d'onde de tension de haute qualité sont requises.

Une classe relativement nouvelle d'onduleurs, appelés onduleurs multiniveaux, a suscité un intérêt généralisé. Le fonctionnement normal des CSI et des VSI peut être classé comme des onduleurs à deux niveaux, en raison du fait que les commutateurs de puissance se connectent soit au bus CC positif, soit au bus CC négatif. Si plus de deux niveaux de tension étaient disponibles aux bornes de sortie de l'onduleur, la sortie CA pourrait mieux se rapprocher d'une onde sinusoïdale. C'est pour cette raison que les onduleurs multiniveaux, bien que plus complexes et plus coûteux, offrent des performances plus élevées.

Chaque type d'onduleur diffère selon les liaisons CC utilisées et selon qu'il nécessite ou non des diodes de roue libre . L'un ou l'autre peut fonctionner en mode onde carrée ou en mode modulation de largeur d'impulsion (PWM), selon l'utilisation prévue. Le mode onde carrée offre une simplicité, tandis que le PWM peut être mis en œuvre de plusieurs manières différentes et produit des formes d'onde de meilleure qualité.

Les onduleurs à source de tension (VSI) alimentent la section de sortie de l'onduleur à partir d'une source de tension approximativement constante.

La qualité souhaitée de la forme d'onde de sortie du courant détermine la technique de modulation à sélectionner pour une application donnée. La sortie d'un VSI est composée de valeurs discrètes. Afin d'obtenir une forme d'onde de courant régulière, les charges doivent être inductives aux fréquences harmoniques sélectionnées. Sans une sorte de filtrage inductif entre la source et la charge, une charge capacitive entraînera la réception par la charge d'une forme d'onde de courant saccadée, avec des pics de courant importants et fréquents.

Il existe trois principaux types de VSI :

1. Onduleur monophasé en demi-pont
2. Onduleur monophasé à pont complet
3. Onduleur de source de tension triphasé

Les onduleurs demi-pont à source de tension monophasée sont destinés aux applications à basse tension et sont couramment utilisés dans les alimentations électriques. La ​​figure 9 montre le schéma de circuit de cet onduleur.

Les harmoniques de courant d'ordre faible sont réinjectées dans la tension source par le fonctionnement de l'onduleur. Cela signifie que deux gros condensateurs sont nécessaires à des fins de filtrage dans cette conception. Comme l'illustre la figure 9, un seul interrupteur peut être activé à la fois dans chaque branche de l'onduleur. Si les deux interrupteurs d'une branche étaient activés en même temps, la source CC serait court-circuitée.

Français Les onduleurs peuvent utiliser plusieurs techniques de modulation pour contrôler leurs schémas de commutation. La technique PWM basée sur la porteuse compare la forme d'onde de sortie CA, v _c , à un signal de tension porteuse, v _Δ . Lorsque v _c est supérieur à v _Δ , S+ est activé, et lorsque v _c est inférieur à v _Δ , S− est activé. Lorsque la sortie CA est à la fréquence fc avec son amplitude à v _c , et que le signal porteur triangulaire est à la fréquence f _Δ avec son amplitude à v _Δ , la PWM devient un cas sinusoïdal spécial de la PWM basée sur la porteuse. Ce cas est appelé modulation de largeur d'impulsion sinusoïdale (SPWM). Pour cela, l'indice de modulation, ou le rapport amplitude-modulation, est défini comme m _a = v _c /v _∆ .

La fréquence porteuse normalisée, ou rapport fréquence-modulation, est calculée à l'aide de l'équation m _f = f _∆ /f _c .

Si la zone de surmodulation, ma, dépasse un, une tension de sortie CA fondamentale plus élevée sera observée, mais au prix d'une saturation. Pour SPWM, les harmoniques de la forme d'onde de sortie sont à des fréquences et des amplitudes bien définies. Cela simplifie la conception des composants de filtrage nécessaires à l'injection d'harmoniques de courant d'ordre faible à partir du fonctionnement de l'onduleur. L'amplitude de sortie maximale dans ce mode de fonctionnement est la moitié de la tension source. Si l'amplitude de sortie maximale, m _a , dépasse 3,24, la forme d'onde de sortie de l'onduleur devient une onde carrée.

Comme c'était le cas pour la modulation de largeur d'impulsion (PWM), les deux commutateurs d'une branche pour la modulation d'onde carrée ne peuvent pas être activés en même temps, car cela provoquerait un court-circuit sur la source de tension. Le schéma de commutation nécessite que S+ et S− soient tous deux activés pendant un demi-cycle de la période de sortie CA. L'amplitude fondamentale de sortie CA est égale à v _o1 = v _aN = 2v _i /π .

Ses harmoniques ont une amplitude de v _oh = v _o1 /h .

Par conséquent, la tension de sortie CA n'est pas contrôlée par l'onduleur, mais plutôt par l'amplitude de la tension d'entrée CC de l'onduleur.

L'utilisation de l'élimination sélective des harmoniques (SHE) comme technique de modulation permet de commuter l'onduleur pour éliminer sélectivement les harmoniques intrinsèques. La composante fondamentale de la tension de sortie CA peut également être ajustée dans une plage souhaitable. Étant donné que la tension de sortie CA obtenue à partir de cette technique de modulation présente une symétrie de demi-onde impaire et de quart d'onde impaire, les harmoniques paires n'existent pas. Toutes les harmoniques intrinsèques impaires (N-1) indésirables de la forme d'onde de sortie peuvent être éliminées.

L'onduleur à pont complet est similaire à l'onduleur à demi-pont, mais il possède une branche supplémentaire pour connecter le point neutre à la charge. La ​​figure 3 montre le schéma de circuit de l'onduleur à pont complet à source de tension monophasée.

Pour éviter de court-circuiter la source de tension, S1+ et S1− ne peuvent pas être activés en même temps, et S2+ et S2− ne peuvent pas non plus être activés en même temps. Toute technique de modulation utilisée pour la configuration en pont complet doit avoir le commutateur supérieur ou inférieur de chaque branche activé à tout moment. En raison de la branche supplémentaire, l'amplitude maximale de la forme d'onde de sortie est Vi, et est deux fois plus grande que l'amplitude de sortie maximale réalisable pour la configuration en demi-pont.

Français Les états 1 et 2 du tableau 2 sont utilisés pour générer la tension de sortie CA avec SPWM bipolaire. La tension de sortie CA ne peut prendre que deux valeurs, soit Vi soit −Vi. Pour générer ces mêmes états en utilisant une configuration en demi-pont, une technique basée sur la porteuse peut être utilisée. S+ étant activé pour le demi-pont correspond à S1+ et S2− étant activés pour le pont complet. De même, S− étant activé pour le demi-pont correspond à S1− et S2+ étant activés pour le pont complet. La tension de sortie pour cette technique de modulation est plus ou moins sinusoïdale, avec une composante fondamentale qui a une amplitude dans la région linéaire inférieure ou égale à un v _o1 =v _ab1 = v _i • m _a .

Contrairement à la technique PWM bipolaire, l'approche unipolaire utilise les états 1, 2, 3 et 4 du tableau 2 pour générer sa tension de sortie CA. Par conséquent, la tension de sortie CA peut prendre les valeurs Vi, 0 ou −V [1]i. Pour générer ces états, deux signaux de modulation sinusoïdaux, Vc et −Vc, sont nécessaires, comme le montre la figure 4.

Vc est utilisé pour générer VaN, tandis que –Vc est utilisé pour générer VbN. La relation suivante est appelée SPWM unipolaire basée sur une porteuse v _o1 =2 • v _aN1 = v _i • m _a .

Les tensions de phase VaN et VbN sont identiques, mais déphasées de 180 degrés l'une par rapport à l'autre. La tension de sortie est égale à la différence des tensions biphasées et ne contient aucune harmonique paire. Par conséquent, si l'on prend mf, même les harmoniques de tension de sortie CA apparaîtront à des fréquences impaires normalisées, fh. Ces fréquences sont centrées sur le double de la valeur de la fréquence porteuse normalisée. Cette caractéristique particulière permet d'utiliser des composants de filtrage plus petits pour obtenir une forme d'onde de sortie de meilleure qualité.

Comme c'était le cas pour le SHE en demi-pont, la tension de sortie CA ne contient pas d'harmoniques paires en raison de sa symétrie d'onde impaire et d'onde quart impaire.

Les VSI monophasés sont principalement utilisés pour les applications de faible puissance, tandis que les VSI triphasés couvrent à la fois les applications de moyenne et haute puissance. La ​​figure 5 montre le schéma de circuit d'un VSI triphasé.

Les commutateurs de l'une des trois branches de l'onduleur ne peuvent pas être désactivés simultanément, car cela entraîne une dépendance des tensions en fonction de la polarité du courant de ligne respectif. Les états 7 et 8 produisent des tensions de ligne CA nulles, ce qui entraîne des courants de ligne CA circulant librement à travers les composants supérieurs ou inférieurs. Cependant, les tensions de ligne des états 1 à 6 produisent une tension de ligne CA composée des valeurs discrètes de Vi, 0 ou −Vi.

Pour le SPWM triphasé, trois signaux de modulation déphasés de 120 degrés les uns par rapport aux autres sont utilisés afin de produire des tensions de charge déphasées. Afin de préserver les caractéristiques PWM avec un seul signal porteur, la fréquence porteuse normalisée, mf, doit être un multiple de trois. Cela permet de conserver l'amplitude des tensions de phase identiques, mais déphasées les unes par rapport aux autres de 120 degrés. L'amplitude maximale de tension de phase réalisable dans la région linéaire, ma inférieure ou égale à un, est v _phase = v _i / 2 . L'amplitude maximale de tension de ligne réalisable est V _ab1 = v _ab • √ 3 / 2

La seule façon de contrôler la tension de charge est de modifier la tension continue d'entrée.

Les onduleurs à source de courant convertissent le courant continu en une forme d'onde de courant alternatif. Dans les applications nécessitant des formes d'onde CA sinusoïdales, l'amplitude, la fréquence et la phase doivent toutes être contrôlées. Les CSI ont des variations de courant élevées au fil du temps, de sorte que les condensateurs sont généralement utilisés du côté CA, tandis que les inducteurs sont généralement utilisés du côté CC. En raison de l'absence de diodes de roue libre, le circuit d'alimentation est réduit en taille et en poids et a tendance à être plus fiable que les VSI. Bien que des topologies monophasées soient possibles, les CSI triphasés sont plus pratiques.

Dans sa forme la plus généralisée, un CSI triphasé utilise la même séquence de conduction qu'un redresseur à six impulsions. À tout moment, un seul commutateur à cathode commune et un seul commutateur à anode commune sont activés.

En conséquence, les courants de ligne prennent des valeurs discrètes de –ii, 0 et ii. Les états sont choisis de telle sorte qu'une forme d'onde souhaitée soit émise et que seuls les états valides soient utilisés. Cette sélection est basée sur des techniques de modulation, qui incluent la modulation de largeur d'impulsions basée sur la porteuse, l'élimination sélective des harmoniques et les techniques de vecteur spatial.

Les techniques basées sur les porteuses utilisées pour les VSI peuvent également être mises en œuvre pour les CSI, ce qui produit des courants de ligne CSI qui se comportent de la même manière que les tensions de ligne VSI. Le circuit numérique utilisé pour moduler les signaux contient un générateur d'impulsions de commutation, un générateur d'impulsions de court-circuit, un distributeur d'impulsions de court-circuit et un combinateur d'impulsions de commutation et de court-circuit. Un signal de déclenchement est produit sur la base d'un courant porteur et de trois signaux de modulation.

Une impulsion de court-circuit est ajoutée à ce signal lorsqu'aucun commutateur supérieur et aucun commutateur inférieur ne sont activés, ce qui entraîne l'égalité des courants RMS dans toutes les branches. Les mêmes méthodes sont utilisées pour chaque phase, cependant, les variables de commutation sont déphasées de 120 degrés les unes par rapport aux autres et les impulsions de courant sont décalées d'un demi-cycle par rapport aux courants de sortie. Si une porteuse triangulaire est utilisée avec des signaux de modulation sinusoïdaux, on dit que le CSI utilise une modulation de largeur d'impulsion synchronisée (SPWM). Si une surmodulation complète est utilisée en conjonction avec SPWM, l'onduleur est dit en fonctionnement à onde carrée.

La deuxième catégorie de modulation CSI, SHE, est également similaire à son homologue VSI. L'utilisation des signaux de déclenchement développés pour un VSI et d'un ensemble de signaux de courant sinusoïdaux de synchronisation produit des impulsions de court-circuit distribuées symétriquement et, par conséquent, des modèles de déclenchement symétriques. Cela permet d'éliminer n'importe quel nombre arbitraire d'harmoniques. Cela permet également de contrôler le courant de ligne fondamental grâce à la sélection appropriée des angles de commutation primaires. Les modèles de commutation optimaux doivent avoir une symétrie quart d'onde et demi-onde, ainsi qu'une symétrie d'environ 30 degrés et 150 degrés. Les modèles de commutation ne sont jamais autorisés entre 60 degrés et 120 degrés. L'ondulation du courant peut être encore réduite en utilisant des condensateurs de sortie plus grands ou en augmentant le nombre d'impulsions de commutation.

La troisième catégorie, la modulation basée sur le vecteur spatial, génère des courants de ligne de charge PWM qui sont égaux aux courants de ligne de charge, en moyenne. Les états de commutation valides et les sélections de temps sont effectués numériquement sur la base de la transformation du vecteur spatial. Les signaux modulants sont représentés sous forme de vecteur complexe à l'aide d'une équation de transformation. Pour les signaux sinusoïdaux triphasés équilibrés, ce vecteur devient un module fixe, qui tourne à une fréquence, ω. Ces vecteurs spatiaux sont ensuite utilisés pour approximer le signal modulant. Si le signal se trouve entre des vecteurs arbitraires, les vecteurs sont combinés avec les vecteurs nuls I7, I8 ou I9. Les équations suivantes sont utilisées pour garantir que les courants générés et les vecteurs de courant sont en moyenne équivalents.

Une classe relativement nouvelle appelée onduleurs multiniveaux a suscité un intérêt généralisé. Le fonctionnement normal des CSI et des VSI peut être classé comme onduleurs à deux niveaux car les commutateurs de puissance se connectent soit au bus CC positif, soit au bus CC négatif. Si plus de deux niveaux de tension étaient disponibles aux bornes de sortie de l'onduleur, la sortie CA pourrait mieux se rapprocher d'une onde sinusoïdale. Pour cette raison, les onduleurs multiniveaux, bien que plus complexes et plus coûteux, offrent des performances plus élevées. Un onduleur à trois niveaux avec neutre fixé est illustré à la figure 10.

Les méthodes de contrôle d'un onduleur à trois niveaux permettent uniquement à deux commutateurs sur les quatre de chaque branche de changer simultanément d'état de conduction. Cela permet une commutation en douceur et évite les dépassements en sélectionnant uniquement les états valides. Il convient également de noter que, comme la tension du bus CC est partagée par au moins deux vannes de puissance, leurs tensions nominales peuvent être inférieures à celles d'un équivalent à deux niveaux.

Les techniques de modulation à vecteur spatial et à porteuse sont utilisées pour les topologies multiniveaux. Les méthodes de ces techniques suivent celles des onduleurs classiques, mais avec une complexité accrue. La modulation à vecteur spatial offre un plus grand nombre de vecteurs de tension fixes à utiliser pour approximer le signal de modulation, et permet donc de mettre en œuvre des stratégies PWM à vecteur spatial plus efficaces au prix d'algorithmes plus élaborés. En raison de la complexité accrue et du nombre de dispositifs semi-conducteurs, les onduleurs multiniveaux sont actuellement plus adaptés aux applications haute puissance et haute tension. Cette technologie réduit les harmoniques et améliore donc l'efficacité globale du schéma.

La conversion du courant alternatif en courant alternatif permet de contrôler la tension, la fréquence et la phase de la forme d'onde appliquée à une charge à partir d'un système CA fourni. Les deux principales catégories qui peuvent être utilisées pour séparer les types de convertisseurs sont de savoir si la fréquence de la forme d'onde est modifiée. Les convertisseurs CA/CA qui ne permettent pas à l'utilisateur de modifier les fréquences sont connus sous le nom de contrôleurs de tension CA ou de régulateurs CA. Les convertisseurs CA qui permettent à l'utilisateur de modifier la fréquence sont simplement appelés convertisseurs de fréquence pour la conversion CA en CA. Sous les convertisseurs de fréquence, il existe trois types différents de convertisseurs qui sont généralement utilisés : cycloconvertisseur, convertisseur matriciel, convertisseur de liaison CC (alias convertisseur CA/CC/CA).

Contrôleur de tension CA : Le but d'un contrôleur de tension CA, ou régulateur CA, est de faire varier la tension RMS à travers la charge à une fréquence constante. Trois méthodes de contrôle généralement acceptées sont le contrôle marche/arrêt, le contrôle d'angle de phase et le contrôle de hacheur CA à modulation de largeur d'impulsion (contrôle de hacheur CA PWM). Ces trois méthodes peuvent être mises en œuvre non seulement dans des circuits monophasés, mais également dans des circuits triphasés.

• Contrôle marche/arrêt : Généralement utilisé pour chauffer les charges ou contrôler la vitesse des moteurs, cette méthode de contrôle consiste à activer l'interrupteur pendant n cycles intégraux et à l'éteindre pendant m cycles intégraux. Étant donné que l'activation et la désactivation des interrupteurs entraînent la création d'harmoniques indésirables, les interrupteurs sont activés et désactivés pendant les conditions de tension et de courant nuls (passage par zéro), réduisant ainsi efficacement la distorsion.
• Contrôle de l'angle de phase : Il existe différents circuits permettant de mettre en œuvre un contrôle de l'angle de phase sur différentes formes d'onde, comme le contrôle de la tension demi-onde ou pleine onde. Les composants électroniques de puissance généralement utilisés sont les diodes, les SCR et les triacs. Grâce à l'utilisation de ces composants, l'utilisateur peut retarder l'angle de déclenchement d'une onde, ce qui ne fera qu'entraîner la sortie d'une partie de l'onde.
• Contrôle du hacheur PWM AC : les deux autres méthodes de contrôle ont souvent des harmoniques, une qualité de courant de sortie et un facteur de puissance d'entrée médiocres. Afin d'améliorer ces valeurs, le PWM peut être utilisé à la place des autres méthodes. Le hacheur PWM AC possède des commutateurs qui s'allument et s'éteignent plusieurs fois dans des demi-cycles alternés de tension d'entrée.

Convertisseurs matriciels et cycloconvertisseurs : Les cycloconvertisseurs sont largement utilisés dans l'industrie pour la conversion de courant alternatif en courant alternatif, car ils peuvent être utilisés dans des applications à haute puissance. Ce sont des convertisseurs de fréquence directs commutés qui sont synchronisés par une ligne d'alimentation. Les formes d'onde de tension de sortie des cycloconvertisseurs ont des harmoniques complexes, les harmoniques d'ordre supérieur étant filtrées par l'inductance de la machine. Le courant de la machine a donc moins d'harmoniques, tandis que les harmoniques restantes provoquent des pertes et des pulsations de couple. Notez que dans un cycloconvertisseur, contrairement à d'autres convertisseurs, il n'y a pas d'inducteurs ou de condensateurs, c'est-à-dire pas de dispositifs de stockage. Pour cette raison, la puissance d'entrée instantanée et la puissance de sortie sont égales.

• Convertisseurs cycloniques monophasés vers monophasés : Les convertisseurs cycloniques monophasés vers monophasés ont commencé à susciter davantage d'intérêt récemment en raison de la diminution de la taille et du prix des commutateurs électroniques de puissance. La tension alternative monophasée haute fréquence peut être sinusoïdale ou trapézoïdale. Il peut s'agir d'intervalles de tension nulle à des fins de contrôle ou de commutation de tension nulle.
• Convertisseurs triphasés vers monophasés : Il existe deux types de convertisseurs triphasés vers monophasés : les convertisseurs demi-onde 3φ vers 1φ et les convertisseurs pont 3φ vers 1φ. Les convertisseurs positifs et négatifs peuvent générer une tension à l'une ou l'autre polarité, ce qui fait que le convertisseur positif ne fournit que du courant positif et le convertisseur négatif ne fournit que du courant négatif.

Avec les progrès récents des appareils, de nouvelles formes de cycloconvertisseurs sont en cours de développement, telles que les convertisseurs matriciels. Le premier changement qui se remarque en premier lieu est que les convertisseurs matriciels utilisent des commutateurs bidirectionnels et bipolaires. Un convertisseur matriciel monophasé vers monophasé se compose d'une matrice de 9 commutateurs reliant les trois phases d'entrée aux trois phases de sortie. N'importe quelle phase d'entrée et phase de sortie peut être connectée ensemble à tout moment sans connecter deux commutateurs de la même phase en même temps ; sinon, cela provoquera un court-circuit des phases d'entrée. Les convertisseurs matriciels sont plus légers, plus compacts et plus polyvalents que les autres solutions de conversion. En conséquence, ils sont capables d'atteindre des niveaux d'intégration plus élevés, un fonctionnement à température plus élevée, une fréquence de sortie large et un flux de puissance bidirectionnel naturel adapté à la régénération de l'énergie vers le réseau électrique.

Les convertisseurs matriciels sont subdivisés en deux types : les convertisseurs directs et indirects. Dans un convertisseur matriciel direct avec entrée triphasée et sortie triphasée, les commutateurs d'un convertisseur matriciel doivent être bidirectionnels, c'est-à-dire qu'ils doivent pouvoir bloquer les tensions de l'une ou l'autre polarité et conduire le courant dans les deux sens. Cette stratégie de commutation permet d'obtenir la tension de sortie la plus élevée possible et de réduire le courant réactif côté ligne. Par conséquent, le flux de puissance à travers le convertisseur est réversible. En raison de son problème de commutation et de son contrôle complexe, il n'est pas largement utilisé dans l'industrie.

Contrairement aux convertisseurs matriciels directs, les convertisseurs matriciels indirects ont la même fonctionnalité, mais utilisent des sections d'entrée et de sortie séparées qui sont connectées via une liaison CC sans éléments de stockage. La conception comprend un redresseur de source de courant à quatre quadrants et un inverseur de source de tension. La section d'entrée se compose de commutateurs bipolaires bidirectionnels. La stratégie de commutation peut être appliquée en changeant l'état de commutation de la section d'entrée pendant que la section de sortie est en mode roue libre. Cet algorithme de commutation est nettement moins complexe et présente une fiabilité supérieure par rapport à un convertisseur matriciel direct conventionnel.

Convertisseurs de liaison CC : les convertisseurs de liaison CC, également appelés convertisseurs CA/CC/CA, convertissent une entrée CA en sortie CA à l'aide d'une liaison CC au milieu. Cela signifie que la puissance du convertisseur est convertie en CC à partir du CA à l'aide d'un redresseur, puis reconvertie en CA à partir du CC à l'aide d'un onduleur. Le résultat final est une sortie avec une tension plus basse et une fréquence variable (plus ou moins élevée). En raison de leur large domaine d'application, les convertisseurs CA/CC/CA sont la solution contemporaine la plus courante. Les autres avantages des convertisseurs CA/CC/CA sont qu'ils sont stables dans des conditions de surcharge et à vide, ainsi qu'ils peuvent être débrayés d'une charge sans dommage.

Convertisseur de matrice hybride : les convertisseurs de matrice hybride sont relativement nouveaux pour les convertisseurs CA/CA. Ces convertisseurs combinent la conception CA/CC/CA avec la conception du convertisseur de matrice. Plusieurs types de convertisseurs hybrides ont été développés dans cette nouvelle catégorie, un exemple étant un convertisseur qui utilise des commutateurs unidirectionnels et deux étages de convertisseur sans liaison CC ; sans les condensateurs ou les inducteurs nécessaires à une liaison CC, le poids et la taille du convertisseur sont réduits. Il existe deux sous-catégories de convertisseurs hybrides, appelées convertisseur de matrice direct hybride (HDMC) et convertisseur de matrice indirect hybride (HIMC). Le HDMC convertit la tension et le courant en une seule étape, tandis que le HIMC utilise des étapes séparées, comme le convertisseur CA/CC/CA, mais sans utiliser d'élément de stockage intermédiaire.

Applications : Vous trouverez ci-dessous une liste des applications courantes dans lesquelles chaque convertisseur est utilisé.

• Contrôleur de tension alternative : contrôle de l'éclairage ; chauffage domestique et industriel ; contrôle de la vitesse des ventilateurs, des pompes ou des palans, démarrage progressif des moteurs à induction, interrupteurs statiques à courant alternatif (contrôle de la température, changement de prise du transformateur, etc.)
• Cycloconvertisseur : Entraînements de moteurs à courant alternatif réversibles à faible vitesse et à haute puissance ; alimentation à fréquence constante avec fréquence d'entrée variable ; générateurs VAR contrôlables pour la correction du facteur de puissance ; interconnexions de systèmes à courant alternatif reliant deux systèmes électriques indépendants.
• Convertisseur matriciel : Actuellement, l'application des convertisseurs matriciels est limitée en raison de l'absence de commutateurs monolithiques bilatéraux capables de fonctionner à haute fréquence, de la mise en œuvre complexe des lois de commande, de la commutation et d'autres raisons. Grâce à ces développements, les convertisseurs matriciels pourraient remplacer les cycloconvertisseurs dans de nombreux domaines.
• Liaison CC : peut être utilisée pour des applications à charge individuelle ou multiple dans la construction et la fabrication de machines.

Les circuits électroniques de puissance sont simulés à l'aide de programmes de simulation informatique tels que SIMBA, PLECS , PSIM , SPICE , MATLAB /simulink et OpenModelica . Les circuits sont simulés avant d'être produits pour tester leur réaction dans certaines conditions. De plus, la création d'une simulation est à la fois moins coûteuse et plus rapide que la création d'un prototype à utiliser pour les tests.

Les applications de l'électronique de puissance sont très diverses, allant d'une alimentation à découpage dans un adaptateur secteur , des chargeurs de batterie, des amplificateurs audio, des ballasts de lampes fluorescentes , en passant par des variateurs de fréquence et des entraînements de moteurs à courant continu utilisés pour faire fonctionner des pompes, des ventilateurs et des machines de fabrication, jusqu'aux systèmes de transmission de courant continu haute tension à l' échelle du gigawatt utilisés pour interconnecter les réseaux électriques. Les systèmes électroniques de puissance se retrouvent dans pratiquement tous les appareils électroniques. Par exemple :

• Les convertisseurs DC/DC sont utilisés dans la plupart des appareils mobiles (téléphones portables, PDA, etc.) pour maintenir la tension à une valeur fixe quel que soit le niveau de tension de la batterie. Ces convertisseurs sont également utilisés pour l'isolation électronique et la correction du facteur de puissance . Un optimiseur de puissance est un type de convertisseur DC/DC développé pour maximiser la récolte d'énergie des systèmes solaires photovoltaïques ou éoliens .
• Les convertisseurs CA/CC ( redresseurs ) sont utilisés à chaque fois qu'un appareil électronique est connecté au secteur (ordinateur, télévision, etc.). Ils peuvent simplement transformer le courant alternatif en courant continu ou peuvent également modifier le niveau de tension dans le cadre de leur fonctionnement.
• Les convertisseurs AC/AC sont utilisés pour modifier soit le niveau de tension, soit la fréquence (adaptateurs d'alimentation internationaux, variateurs de lumière). Dans les réseaux de distribution d'énergie, les convertisseurs AC/AC peuvent être utilisés pour échanger de l'énergie entre les réseaux électriques à fréquence de 50 Hz et 60 Hz.
• Les convertisseurs DC/AC ( onduleurs ) sont principalement utilisés dans les systèmes UPS ou d'énergie renouvelable ou les systèmes d'éclairage de secours . Le courant secteur charge la batterie CC. En cas de panne du secteur, un onduleur produit du courant alternatif à la tension du secteur à partir de la batterie CC. Les onduleurs solaires , qu'il s'agisse de petits onduleurs de chaîne ou de grands onduleurs centraux, ainsi que les micro-onduleurs solaires sont utilisés dans le photovoltaïque en tant que composant d'un système PV.

Les entraînements par moteur sont utilisés dans les pompes, les ventilateurs et les entraînements de moulins pour les usines de textile, de papier, de ciment et autres installations de ce type. Les entraînements peuvent être utilisés pour la conversion de puissance et pour le contrôle de mouvement. Pour les moteurs à courant alternatif, les applications comprennent les variateurs de fréquence , les démarreurs progressifs de moteur et les systèmes d'excitation.

Dans les véhicules électriques hybrides (HEV), l'électronique de puissance est utilisée sous deux formes : hybride série et hybride parallèle. La différence entre un hybride série et un hybride parallèle est la relation entre le moteur électrique et le moteur à combustion interne (ICE). Les dispositifs utilisés dans les véhicules électriques se composent principalement de convertisseurs CC/CC pour la charge de la batterie et de convertisseurs CC/CA pour alimenter le moteur de propulsion. Les trains électriques utilisent des dispositifs électroniques de puissance pour obtenir de l'énergie, ainsi que pour le contrôle vectoriel à l'aide de redresseurs à modulation de largeur d'impulsion (PWM). Les trains obtiennent leur énergie à partir des lignes électriques. Une autre nouvelle utilisation de l'électronique de puissance est dans les systèmes d'ascenseurs. Ces systèmes peuvent utiliser des thyristors , des onduleurs, des moteurs à aimant permanent ou divers systèmes hybrides qui intègrent des systèmes PWM et des moteurs standard.

En général, les onduleurs sont utilisés dans les applications nécessitant une conversion directe de l'énergie électrique du courant continu au courant alternatif ou une conversion indirecte du courant alternatif au courant alternatif. La conversion du courant continu au courant alternatif est utile dans de nombreux domaines, notamment le conditionnement de l'énergie, la compensation des harmoniques, les entraînements de moteurs, l'intégration au réseau d'énergie renouvelable et les systèmes d'énergie solaire des engins spatiaux .

Dans les systèmes électriques, il est souvent souhaité d'éliminer le contenu harmonique présent dans les courants de ligne. Les VSI peuvent être utilisés comme filtres de puissance actifs pour fournir cette compensation. Sur la base des courants et tensions de ligne mesurés, un système de contrôle détermine les signaux de courant de référence pour chaque phase. Ces signaux sont renvoyés via une boucle externe et soustraits des signaux de courant réels pour créer des signaux de courant pour une boucle interne vers l'onduleur. Ces signaux amènent ensuite l'onduleur à générer des courants de sortie qui compensent le contenu harmonique. Cette configuration ne nécessite aucune consommation d'énergie réelle, car elle est entièrement alimentée par la ligne ; la liaison CC est simplement un condensateur maintenu à une tension constante par le système de contrôle. Dans cette configuration, les courants de sortie sont en phase avec les tensions de ligne pour produire un facteur de puissance unitaire. Inversement, la compensation VAR est possible dans une configuration similaire où les courants de sortie précèdent les tensions de ligne pour améliorer le facteur de puissance global.

Dans les installations qui nécessitent de l'énergie à tout moment, comme les hôpitaux et les aéroports, on utilise des systèmes UPS. Dans un système de secours, un onduleur est mis en ligne lorsque le réseau normalement alimenté est interrompu. L'électricité est instantanément extraite des batteries sur site et convertie en tension alternative utilisable par le VSI, jusqu'à ce que le réseau soit rétabli ou que des générateurs de secours soient mis en ligne. Dans un système UPS en ligne, un redresseur-liaison CC-onduleur est utilisé pour protéger la charge des transitoires et du contenu harmonique. Une batterie en parallèle avec la liaison CC est maintenue entièrement chargée par la sortie en cas d'interruption du réseau, tandis que la sortie de l'onduleur est alimentée par un filtre passe-bas vers la charge. On obtient ainsi une qualité d'énergie élevée et une indépendance vis-à-vis des perturbations.

Différents variateurs de vitesse ont été développés pour le contrôle de la vitesse, du couple et de la position des moteurs à courant alternatif. Ces variateurs peuvent être classés comme à faible ou à haute performance, selon qu'ils sont respectivement à commande scalaire ou à commande vectorielle . Dans les variateurs à commande scalaire, le courant statorique fondamental ou la fréquence et l'amplitude de la tension sont les seules quantités contrôlables. Par conséquent, ces variateurs sont utilisés dans des applications où un contrôle de haute qualité n'est pas nécessaire, comme les ventilateurs et les compresseurs. D'autre part, les variateurs à commande vectorielle permettent de contrôler en continu les valeurs instantanées de courant et de tension. Cette haute performance est nécessaire pour des applications telles que les ascenseurs et les voitures électriques.

Les onduleurs sont également essentiels à de nombreuses applications d'énergie renouvelable. Dans les applications photovoltaïques, l'onduleur, qui est généralement un VSI PWM, est alimenté par la sortie d'énergie électrique CC d'un module ou d'un réseau photovoltaïque. L'onduleur convertit ensuite cette énergie en tension CA à interfacer avec une charge ou le réseau électrique. Les onduleurs peuvent également être utilisés dans d'autres systèmes renouvelables, tels que les éoliennes. Dans ces applications, la vitesse de l'éolienne varie généralement, ce qui entraîne des changements de fréquence de tension et parfois d'amplitude. Dans ce cas, la tension générée peut être redressée puis inversée pour stabiliser la fréquence et l'amplitude.

Un réseau intelligent est un réseau électrique modernisé qui utilise les technologies de l'information et des communications pour collecter et traiter des informations, telles que des informations sur les comportements des fournisseurs et des consommateurs, de manière automatisée afin d'améliorer l'efficacité, la fiabilité, l'économie et la durabilité de la production et de la distribution d'électricité.

L'énergie électrique produite par les éoliennes et les turbines hydroélectriques à l'aide de générateurs à induction peut entraîner des variations de fréquence à laquelle l'énergie est produite. Des dispositifs électroniques de puissance sont utilisés dans ces systèmes pour convertir les tensions alternatives générées en courant continu haute tension ( CCHT ). L'énergie CCHT peut être plus facilement convertie en énergie triphasée cohérente avec l'énergie associée au réseau électrique existant. Grâce à ces dispositifs, l'énergie délivrée par ces systèmes est plus propre et présente un facteur de puissance associé plus élevé. Le couple optimal des systèmes éoliens est obtenu soit par une boîte de vitesses, soit par des technologies d'entraînement direct qui peuvent réduire la taille du dispositif électronique de puissance.

L'énergie électrique peut être générée par des cellules photovoltaïques en utilisant des dispositifs électroniques de puissance. L'énergie produite est ensuite généralement transformée par des onduleurs solaires . Les onduleurs sont divisés en trois types différents : central, intégré au module et chaîne. Les convertisseurs centraux peuvent être connectés en parallèle ou en série du côté CC du système. Pour les « fermes » photovoltaïques, un seul convertisseur central est utilisé pour l'ensemble du système. Les convertisseurs intégrés au module sont connectés en série du côté CC ou CA. Normalement, plusieurs modules sont utilisés dans un système photovoltaïque, car le système nécessite ces convertisseurs sur les bornes CC et CA. Un convertisseur de chaîne est utilisé dans un système qui utilise des cellules photovoltaïques orientées dans des directions différentes. Il est utilisé pour convertir l'énergie générée vers chaque chaîne, ou ligne, dans laquelle les cellules photovoltaïques interagissent.

L’électronique de puissance peut être utilisée pour aider les services publics à s’adapter à l’augmentation rapide de la production d’énergie solaire résidentielle/commerciale décentralisée . L’Allemagne et certaines régions d’Hawaï, de Californie et du New Jersey nécessitent la réalisation d’études coûteuses avant d’approuver de nouvelles installations solaires. Des dispositifs montés au sol ou sur poteau à relativement petite échelle créent le potentiel d’une infrastructure de contrôle distribuée pour surveiller et gérer le flux d’énergie. Les systèmes électromécaniques traditionnels, tels que les batteries de condensateurs ou les régulateurs de tension dans les sous-stations , peuvent prendre quelques minutes pour ajuster la tension et peuvent être éloignés des installations solaires d’où proviennent les problèmes. Si la tension sur un circuit de quartier devient trop élevée, elle peut mettre en danger les équipes des services publics et endommager les équipements des services publics et des clients. De plus, une panne du réseau entraîne l’arrêt immédiat des générateurs photovoltaïques, ce qui augmente la demande d’électricité du réseau. Les régulateurs basés sur le réseau intelligent sont plus contrôlables que des appareils grand public bien plus nombreux.

Dans une autre approche, un groupe de 16 sociétés de services publics occidentales, les Western Electric Industry Leaders, ont appelé à l'utilisation obligatoire d'« onduleurs intelligents ». Ces appareils convertissent le courant continu en courant alternatif domestique et peuvent également contribuer à la qualité de l'électricité. De tels appareils pourraient éliminer le besoin de mises à niveau coûteuses des équipements de services publics à un coût total bien inférieur.