Méthode de suppression des résonances pour onduleur monophasé LCL connecté au réseau basée sur la superposition d’amortissement actif

Maintenir l’énergie renouvelable silencieuse et stable

À mesure que de plus en plus de foyers et d’entreprises installent des panneaux solaires sur les toits et d’autres petits générateurs, leurs électroniques doivent injecter une puissance propre et stable dans un réseau déjà complexe. Cet article s’attaque à un problème subtil mais important : comment empêcher ces onduleurs connectés au réseau de « sonner » ou de résonner d’une manière qui peut endommager les équipements ou perturber le système électrique, tout en maintenant une haute efficacité et en s’adaptant aux conditions changeantes du réseau.

Pourquoi les filtres des onduleurs peuvent mal se comporter

Les onduleurs modernes connectés au réseau utilisent un filtre particulier en trois éléments, appelé filtre LCL, pour lisser les ondulations de commutation haute fréquence avant que l’électricité n’atteigne le réseau. Ce filtre bloque très efficacement le bruit haute fréquence indésirable, mais il possède aussi une résonance intrinsèque, comme une fourchette d’accord qui vibre à une certaine fréquence. Autour de cette fréquence, le courant peut s’élever en pic et le déphasage électrique peut changer brusquement, menaçant la stabilité de l’onduleur et de la connexion au réseau, surtout lorsque le réseau lui‑même est faible ou que son impédance varie.

Des résistances réelles aux résistances « virtuelles »

Un remède traditionnel consiste à ajouter un amortissement supplémentaire, qui agit comme un absorbeur de chocs pour le filtre. Une option est l’amortissement passif, où de véritables résistances sont câblées dans le filtre. C’est simple mais cela dissipe de l’énergie en chaleur et affaiblit la capacité du filtre à éliminer le bruit haute fréquence. Une option plus élégante est l’amortissement actif : au lieu d’ajouter des résistances physiques, le système de commande de l’onduleur utilise des tensions ou des courants mesurés pour recréer une résistance « virtuelle » via une rétroaction. Cela évite des pertes supplémentaires et peut être réglé en logiciel, mais dans du matériel numérique, le délai temporel résultant déplace la résonance naturelle du filtre par rapport à sa conception.

Superposer deux signaux de commande intelligents

Les auteurs analysent ce déplacement à l’aide d’un modèle d’impédance virtuelle, qui représente l’effet de l’amortissement actif comme une combinaison équivalente de résistance et de réactance ajoutée au filtre. Ils montrent qu’une méthode largement utilisée — la rétroaction du courant du condensateur — introduit non seulement une résistance virtuelle mais aussi une réactance virtuelle lorsque le délai numérique est pris en compte, et que cette réactance déplace la fréquence de résonance. Pour contrer cela, ils proposent de superposer deux actions d’amortissement actif : la rétroaction existante du courant du condensateur et une seconde voie qui injecte en avance la tension du condensateur du filtre dans la commande de l’onduleur. En choisissant de manière coordonnée les gains de ces deux voies, la partie réactive indésirable de l’impédance virtuelle peut être rendue annulée, de sorte que la résonance naturelle du filtre reste là où elle a été conçue tout en augmentant l’amortissement global.

Marge de sécurité élargie, même point optimal

En s’appuyant sur le cadre de l’impédance virtuelle, les chercheurs dérivent des conditions liant les deux gains de commande de façon à ce que la fréquence de résonance reste fixe mais que le pic de résonance soit réduit. Sous ces conditions, la « résistance virtuelle » équivalente vue par le filtre demeure positive, ce qui signifie qu’elle amortit réellement les oscillations plutôt que de les exciter. Il est important de noter qu’ils montrent qu’avec un réglage approprié, l’amortissement effectif reste fort sur une large plage de fréquences — jusqu’à environ un tiers de la fréquence de commutation du système. Cette zone d’amortissement effectif élargie rend l’onduleur plus robuste face aux incertitudes de l’impédance du réseau et des valeurs des composants, fréquentes dans les installations réelles.

Mettre la théorie à l’épreuve

Pour confirmer que le concept fonctionne au‑delà des équations, l’équipe réalise des simulations détaillées et une plateforme de test hardware‑in‑the‑loop utilisant un onduleur monophasé LCL connecté au réseau. Ils soumettent le système à différentes « faiblesses » du réseau, à des variations soudaines de la tension du réseau et à des changements abrupts de charge. Dans tous les cas, le courant de l’onduleur reste proche d’une sinusoïde propre, avec une très faible distorsion harmonique et sans oscillations dangereuses. Même lorsque le réseau devient faible et déformé, la stratégie de commande maintient le courant stable, suit rapidement les changements de tension et de charge, et revient à un fonctionnement stable en moins d’un cycle de la forme d’onde AC.

Ce que cela signifie pour les utilisateurs d’énergie au quotidien

Pour les non‑spécialistes, l’essentiel est que l’article propose une manière plus intelligente de garder les petits générateurs renouvelables silencieux, efficaces et compatibles avec le réseau. En superposant soigneusement deux signaux de commande numériques au lieu d’ajouter du matériel encombrant, les auteurs suppriment la résonance problématique du filtre LCL sans gaspiller d’énergie ni déplacer son point de fonctionnement naturel. Cela rend les onduleurs plus tolérants aux fluctuations réelles du réseau et contribue à garantir que, à mesure que davantage de toits solaires et d’autres sources distribuées se connectent au réseau, ils le font de manière fluide, sûre et avec une haute qualité de puissance.

Citation: Dongdong, C., Li, M., Shengqi, Z. et al. Resonance suppression method for single-phase LCL Grid-tied inverter based on active damping superposition. Sci Rep 16, 5708 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36873-9

Mots-clés: onduleur connecté au réseau, filtre LCL, amortissement actif, intégration des énergies renouvelables, qualité de l’énergie