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Dissertations / Theses on the topic 'Convertisseurs multiniveaux'
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Guennegues, Virginie. "Contribution l'étude des convertisseurs multiniveaux destinés aux applications moteurs rapides." Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2009. http://www.theses.fr/2009INPL094N/document.
Full textAbstract:
Cette thèse traite des convertisseurs multiniveaux destinés aux applications moteurs rapides, utilisés notamment dans le domaine de l'Oil \& Gas. L'objectif est l'étude d'une structure qui permette de réduire les pertes par commutation, en comparaison avec la topologie conventionnelle NPC (Neutral Point Clamped) 3 niveaux, actuellement utilisée. De plus, la structure de convertisseur doit permettre de fournir des grandeurs d'entrée au moteur ayant un faible taux de distorsion harmonique, de manière à ne pas créer des échauffements supplémentaires dans le moteur.Après avoir effectué une étude des différentes structures existantes, la structure NPP (Neutral Point Piloted) 3 niveaux est finalement retenue au vu de ses différentes qualités. En effet, grâce à la mise en série de composants semi-conducteurs, les pertes par commutation de ces derniers sont divisées par deux par rapport aux composants homologues de la topologie NPC. Après avoir comparé les topologies NPC et NPP en termes de forme d'onde et de répartition des pertes dans les composants, l'auteur s'intéresse à la validation expérimentale de cette structure. Les performances atteintes par le convertisseur NPP sont intéressantes puisqu'elles permettent de commuter à des fréquences deux fois plus élevées que la topologie NPC pour un courant donné ou de commuter un courant plus important pour une fréquence de commutation donnée.Les schémas de commutation des différents composants du bras NPP sont étudiés afin de comprendre le gain non négligeable obtenu sur cette structure.Malgré le fait que la structure NPP permette de commuter à des fréquences deux fois plus élevées que la structure NPC, on ne peut pas s'affranchir du filtre sinus en sortie de l'onduleur de manière à respecter les contraintes harmoniques au niveau du moteur. Ainsi, une topologie de filtre sinus à inductances couplées a été introduiteThis PhD thesis deals with multilevel inverters dedicated to high speed motors applications, used in Oil \& Gas applications. The main objective is to study a topology which enables reducing switching losses, in comparison with the conventional 3-level NPC (Neutral Point Clamped) topology. Moreover, the inverter has to provide motor input signals with a low harmonic distortion level, not to create undesired additional heating in the motor. After a study of the existing topologies, the 3-level NPP (Neutral Point Piloted) topology is chosen regarding all its benefits. Indeed, thanks to series connection of semi-conductor components, switching losses can be divided by two compared to homologous components on the NPC topology. After having compared NPC and NPP topologies in terms of waveforms and losses distribution in components, the author interest is the experimental validation of this topology. The performances reached by the NPP inverter are interesting because it enables to switch two times faster than for a NPC topology for a given current or to switch a higher current for a given switching frequency. The switching schemes of the NPP leg are studied to understand the gain obtained on this topology. In spite of the fact that switching frequency can be doubled on the NPP topology, the sinus filter can not be avoided in order to respect harmonic specification on the motor. A sinus filter with coupled inductances is introduced so that to responds the different sizing criteria
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Becker, Florent. "Contribution à la continuité de service des convertisseurs statiques multiniveaux." Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0202/document.
Full textAbstract:
Ce mémoire s’inscrit dans le contexte général de la continuité de service des convertisseurs multiniveaux, lors de la défaillance d’un de leurs composants de puissance. Les structures concernées sont les topologies suivantes, largement utilisées dans les applications industrielles : Neutral Point Clamped (NPC) et Neutral Point Piloted (NPP) ou T-Type. Dans un premier temps, afin de limiter le taux de pannes du convertisseur, une commande contribuant à l’accroissement de la durée de vie des composants de puissance est tout d’abord proposée. Pour se faire, nous minimiserons sur chaque période le nombre de commutations des composants commandables à l’ouverture et à la fermeture. Cette idée a pour origine le fait qu’un convertisseur multiniveaux permet de générer le même niveau de tension de sortie à partir de plusieurs séquences de commutations différentes. Le principe de la commande proposée sera développé de manière générale, puis appliqué aux cas de structures type « Pont en H » à 5 niveaux, de type NPP (ou T-Type) et NPC. Ensuite, nous étudierons la continuité de service en mode nominal d’un convertisseur « Pont en H » à 5 niveaux, de type NPP (ou T-Type), suite à la défaillance en circuit ouvert d’un composant de puissance. Nous proposerons tout d’abord un diagnostic du défaut, constitué d’une première étape de détection, suivie d’une localisation précise du composant défaillant. Une topologie originale de convertisseur à tolérance de pannes permettra de garantir la continuité de service du système, en modifiant sa commande en adéquation avec le composant défaillant localisé. Des architectures électroniques numériques reconfigurables basées sur des composants FPGA (Field Programmable Gate Array) seront dédiées au diagnostic et à la reconfiguration de la commande ; elles permettront d’atteindre des performances temporelles élevées. L’ensemble des résultats présentés dans ce mémoire sera validé par modélisation/simulation, puis expérimentalement sur un banc de testThis thesis deals with continuity of service of multilevel power converters, during the failure of one of their power components. The studied converter topologies are the following, widely used in industrial applications: Neutral Point Clamped (NPC) and Neutral Point Piloted (NPP) or T-Type. First, to reduce the failure rate of the converter, an advanced control is proposed ; it increases the lifetime of the power components by minimizing the number of switchings over a period. This idea is based on the fact that a multilevel converter makes possible to generate the same output voltage level from several different switching sequences. The principle of the proposed control will be developed in a general way. Then, it is applied to the cases of 5-level "H-bridge" topologies, NPP (or T-Type) and NPC. Then, the continuity of service in nominal mode is studied for a 5 level "H-brige" NPP (or T-Type) converter, when an open circuit failure occurs on a power component. We first propose a fault diagnosis, consisting in a fault detection step, followed by the location of the faulty component. Then, an original fault-tolerant converter topology will ensure the continuity of service of the system, by modifying the control according to the localized faulty component. Reconfigurable digital electronic architectures based on Field Programmable Gate Array (FPGA) components will be dedicated to the diagnosis and the reconfiguration of the control; they will perform high temporal performances. All the results presented in this paper are validated by modeling and simulation. Then, they are experimentally validated on a test bench
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Becker, Florent. "Contribution à la continuité de service des convertisseurs statiques multiniveaux." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0202.
Full textAbstract:
Ce mémoire s’inscrit dans le contexte général de la continuité de service des convertisseurs multiniveaux, lors de la défaillance d’un de leurs composants de puissance. Les structures concernées sont les topologies suivantes, largement utilisées dans les applications industrielles : Neutral Point Clamped (NPC) et Neutral Point Piloted (NPP) ou T-Type. Dans un premier temps, afin de limiter le taux de pannes du convertisseur, une commande contribuant à l’accroissement de la durée de vie des composants de puissance est tout d’abord proposée. Pour se faire, nous minimiserons sur chaque période le nombre de commutations des composants commandables à l’ouverture et à la fermeture. Cette idée a pour origine le fait qu’un convertisseur multiniveaux permet de générer le même niveau de tension de sortie à partir de plusieurs séquences de commutations différentes. Le principe de la commande proposée sera développé de manière générale, puis appliqué aux cas de structures type « Pont en H » à 5 niveaux, de type NPP (ou T-Type) et NPC. Ensuite, nous étudierons la continuité de service en mode nominal d’un convertisseur « Pont en H » à 5 niveaux, de type NPP (ou T-Type), suite à la défaillance en circuit ouvert d’un composant de puissance. Nous proposerons tout d’abord un diagnostic du défaut, constitué d’une première étape de détection, suivie d’une localisation précise du composant défaillant. Une topologie originale de convertisseur à tolérance de pannes permettra de garantir la continuité de service du système, en modifiant sa commande en adéquation avec le composant défaillant localisé. Des architectures électroniques numériques reconfigurables basées sur des composants FPGA (Field Programmable Gate Array) seront dédiées au diagnostic et à la reconfiguration de la commande ; elles permettront d’atteindre des performances temporelles élevées. L’ensemble des résultats présentés dans ce mémoire sera validé par modélisation/simulation, puis expérimentalement sur un banc de testThis thesis deals with continuity of service of multilevel power converters, during the failure of one of their power components. The studied converter topologies are the following, widely used in industrial applications: Neutral Point Clamped (NPC) and Neutral Point Piloted (NPP) or T-Type. First, to reduce the failure rate of the converter, an advanced control is proposed ; it increases the lifetime of the power components by minimizing the number of switchings over a period. This idea is based on the fact that a multilevel converter makes possible to generate the same output voltage level from several different switching sequences. The principle of the proposed control will be developed in a general way. Then, it is applied to the cases of 5-level "H-bridge" topologies, NPP (or T-Type) and NPC. Then, the continuity of service in nominal mode is studied for a 5 level "H-brige" NPP (or T-Type) converter, when an open circuit failure occurs on a power component. We first propose a fault diagnosis, consisting in a fault detection step, followed by the location of the faulty component. Then, an original fault-tolerant converter topology will ensure the continuity of service of the system, by modifying the control according to the localized faulty component. Reconfigurable digital electronic architectures based on Field Programmable Gate Array (FPGA) components will be dedicated to the diagnosis and the reconfiguration of the control; they will perform high temporal performances. All the results presented in this paper are validated by modeling and simulation. Then, they are experimentally validated on a test bench
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Ralaivao, Rajaonimaria Hugues. "Commande des structures matricielles multiniveaux : application au convertisseur NPC." Lille 1, 1999. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/1999/50376-1999-455.pdf.
Full textAbstract:
Le travail présenté dans ce rapport est une approche globale à la modélisation et à la commande des structures matricielles multiniveaux. A partir de la représentation matricielle, il est nécessaire d'établir le modèle de commande de la partie opérative en tenant compte de la nature des sources et de la structure N. P. C. Caractérisant le convertisseur. Des stratégies de commande pour un onduleur multiniveau monophasé et un onduleur multiniveau triphasé sont présentées. La représentation sous forme de graphe informationnel de causalité met en évidence la nature de chaque processeur élémentaire et leur interconnexion. L'inversion de ce graphe détermine l'architecture de l'axe de commande. Le deuxième chapitre traite de la commande d'un onduleur monophasé avec potentiel distribué fixe comprenant l'asservissement de la tension alternative. Il est à noter que le nombre de grandeurs de réglage devient supérieur au nombre de grandeurs à asservir, ce qui laisse place à de nombreux degrés de liberté pour la commande de cette structure. Dans le troisième chapitre, nous étudions le même onduleur relié à deux condensateurs mis en série. Ces derniers sont alimentés à partir d'une source unique de courant. Un double asservissement est alors effectué, l'asservissement de la tension alternative et l'autorégulation du potentiel distribué. Des résultats expérimentaux concernant ces deux structures sont présentés. Le quatrième chapitre présente une extension des deux commandes (commande pour la structure avec potentiel distribué fixe et pour la structure avec potentiel distribué autorégulé) à l'onduleur triphasé.
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Ben, Abdelghani Hafedh. "Étude, conception et réalisation d'un convertisseur statique hybride multiniveaux tolérant aux défauts." Thesis, Toulouse, INPT, 2016. http://www.theses.fr/2016INPT0042/document.
Full textAbstract:
Vu l’importance que revêt la sûreté de fonctionnement des convertisseurs statiques dans plusieurs domaines (traction électrique, génération de l’énergie électrique à partir de l’énergie éolienne, etc,... ), il est nécessaire d'examiner la continuité de service de ces systèmes même dans le cas d’un dysfonctionnement d’un des modules IGBT, d’un bras de l’onduleur ou d'une phase de machine. Ainsi, il est indispensable de concevoir de nouvelles architectures matérielles et commandes logicielles capables de fonctionner à puissance significative même en présence de défaillance touchant le système et plus particulièrement les modules IGBT de l’onduleur. Le sujet proposé s’intéresse à une nouvelle structure hybride multiniveaux tolérante aux défauts. Elle consiste à ajouter à un convertisseur triphasé 3-niveaux type NPC (Neutral Point Clamped), un quatrième bras 3-niveaux types FC (Flying Cap). Des nouvelles techniques des différentes parties de la tolérance des pannes, à savoir la détection, l’isolation, la reconfiguration matérielle et la commande en mode dégradé, sont proposées, analysées et validées sur un prototype expérimental de 15kW de puissanceGiven the importance of power converter safety operation in several fields (electric traction, renewable energy, etc ..), it is necessary to examine availability of these systems in the case of malfunction of an IGBT module, a converter leg or a phase machine. Thus, it is essential to develop new hardware architectures and software controls capable of operating at significant power after fault occurence. This thesis deals with a new multilevel fault tolerant hybrid topology. It consists on adding to a 3-phase 3-level NPC (Neutral Point Clamped) inverter, a fourth 3-level FC (Flying Cap) leg. New techniques of fault tolerance parts, namely detection, isolation, reconfiguration and system control during post fault mode, are proposed, analyzed and validated with a 15kW experimental converter prototype
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Fahrni, Claude. "Principe d'alimentation par convertisseurs multiniveaux à stockage intégré : application aux accélérateurs de particules /." [S.l.] : [s.n.], 2008. http://library.epfl.ch/theses/?nr=4034.
Full text
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Chabert, Christophe. "Etude et modélisation de convertisseurs multiniveaux à commutation douce en vue d'applications navales /." [S.l.] : [s.n.], 2003. http://library.epfl.ch/theses/?nr=2771.
Full text
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Mariéthoz, Jean-Sébastien. "Etude formelle pour la synthèse de convertisseurs multiniveaux asymétriques : topologies, modulation et commande /." [S.l.] : [s.n.], 2005. http://library.epfl.ch/theses/?nr=3188.
Full text
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Missanda, Mavoungou Arsène. "Étude des systèmes éoliens raccordés au réseau électrique à l'aide de convertisseurs multiniveaux." Mémoire, École de technologie supérieure, 2014. http://espace.etsmtl.ca/1293/1/MISSANDA_MAVOUNGOU_Ars%C3%A8ne.pdf.
Full textAbstract:
Ce projet de maitrise a consisté à assurer l’écoulement de puissance de l’éolienne à vitesse variable vers le réseau électrique via une interface d’EP de type NPC à trois niveaux afin de repousser les limites que présente celle à deux niveaux. Pour ce faire, nous avons d’une part modélisé chaque sous-système constituant le système étudié à des fins de commande. Cette modélisation a permis à l’aide des lois de Kirchhoff et de la transformation de Park d’obtenir deux modèles d’état moyen non-linéaire dans le plan synchrone (dqo), traduisant la dynamique de chaque sous-système. Il est important de noter que la modélisation du sous-système 2 a conduit à proposer une version améliorée du modèle d’état dans le plan synchrone par rapport à celui que nous propose la littérature pour le même système, puis d’autre part nous avons conçu et appliqué la commande basée sur la linéarisation entrée-sortie à chaque sous-système pour :
• réguler la vitesse de rotation de cette machine afin d’extraire le maximum de puissance produite;
• dépolluer le réseau électrique;
• compenser la puissance réactive;
• assurer un fonctionnement à facteur de puissance unitaire.
Enfin, au regard de nos résultats de simulation chaque commande non-linéaire appliquée au sous-système 1 et 2 fonctionne comme l’on souhaitait et admet de bonnes performances. En effet, avec cette commande on arrive à avoir des courants coté réseau sinusoïdaux et un courant du neutre pratiquement nul et ce malgré la présence d’une charge non-linéaire déséquilibrée variable. De plus, grâce à cette commande l’interface d’EP de type NPC à trois niveaux fonctionne comme un système non-polluant.
Ainsi, c’est fort du bon fonctionnement de cette commande que nous somme arrivé non seulement à écouler la puissance fournie par cette source d’énergie renouvelable vers ce réseau, mais aussi à aider ce dernier à satisfaire aux besoins en énergie d’une charge.
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Serbia, Nicola. "Convertisseurs modulaires multiniveaux pour le transport d'énergie électrique en courant continu haute tension." Thesis, Toulouse, INPT, 2014. http://www.theses.fr/2014INPT0007/document.
Full textAbstract:
Les travaux présentés dans ce mémoire ont été réalisés dans le cadre d’une collaboration entre le LAboratoire PLAsma et Conversion d’Énergie (LAPLACE), Université de Toulouse, et la Seconde Université de Naples (SUN). Ce travail a reçu le soutien de la société Rongxin Power Electronics (Chine) et traite de l’utilisation des convertisseurs multi-niveaux pour le transport d’énergie électrique en courant continu Haute Tension (HVDC). Depuis plus d’un siècle, la génération, la transmission, la distribution et l’utilisation de l’énergie électrique sont principalement basées sur des systèmes alternatifs. Les systèmes HVDC ont été envisagés pour des raisons techniques et économiques dès les années 60. Aujourd’hui il est unanimement reconnu que ces systèmes de transport d’électricité sont plus appropriés pour les lignes aériennes au-delà de 800 km de long. Cette distance limite de rentabilité diminue à 50 km pour les liaisons enterrées ou sous-marines. Les liaisons HVDC constituent un élément clé du développement de l’énergie électrique verte pour le XXIème siècle. En raison des limitations en courant des semi-conducteurs et des câbles électriques, les applications à forte puissance nécessitent l’utilisation de convertisseurs haute tension (jusqu’à 500 kV). Grâce au développement de composants semi-conducteurs haute tension et aux architectures multicellulaires, il est désormais possible de réaliser des convertisseurs AC/DC d’une puissance allant jusqu’au GW. Les convertisseurs multi-niveaux permettent de travailler en haute tension tout en délivrant une tension quasi-sinusoïdale. Les topologies multi-niveaux classiques de type NPC ou « Flying Capacitor » ont été introduites dans les années 1990 et sont aujourd’hui couramment utilisées dans les applications de moyenne puissance comme les systèmes de traction. Dans le domaine des convertisseurs AC/DC haute tension, la topologie MMC (Modular Multilevel Converter), proposée par le professeur R. Marquardt (Université de Munich, Allemagne) il y a dix ans, semble particulièrement intéressante pour les liaisons HVDC. Sur le principe d’une architecture de type MMC, le travail de cette thèse propose différentes topologies de blocs élémentaires permettant de rendre le convertisseur AC/DC haute tension plus flexible du point de vue des réversibilités en courant et en tension. Ce document est organisé de la manière suivante. Les systèmes HVDC actuellement utilisés sont tout d’abord présentés. Les configurations conventionnelles des convertisseurs de type onduleur de tension (VSCs) ou de type onduleur de courant (CSCs) sont introduites et les topologies pour les systèmes VSC sont ensuite plus particulièrement analysées. Le principe de fonctionnement de la topologie MMC est ensuite présenté et le dimensionnement des éléments réactifs est développé en considérant une commande en boucle ouverte puis une commande en boucle fermée. Plusieurs topologies de cellules élémentaires sont proposées afin d’offrir différentes possibilités de réversibilité du courant ou de la tension du côté continu. Afin de comparer ces structures, une approche analytique de l’estimation des pertes est développée. [...]This work was performed in the frame of collaboration between the Laboratory on Plasma and Energy Conversion (LAPLACE), University of Toulouse, and the Second University of Naples (SUN). This work was supported by Rongxin Power Electronic Company (China) and concerns the use of multilevel converters in High Voltage Direct Current (HVDC) transmission. For more than one hundred years, the generation, the transmission, distribution and uses of electrical energy were principally based on AC systems. HVDC systems were considered some 50 years ago for technical and economic reasons. Nowadays, it is well known that HVDC is more convenient than AC for overhead transmission lines from 800 - 1000 km long. This break-even distance decreases up to 50 km for underground or submarine cables. Over the twenty-first century, HVDC transmissions will be a key point in green electric energy development. Due to the limitation in current capability of semiconductors and electrical cables, high power applications require high voltage converters. Thanks to the development of high voltage semiconductor devices, it is now possible to achieve high power converters for AC/DC conversion in the GW power range. For several years, multilevel voltage source converters allow working at high voltage level and draw a quasi-sinusoidal voltage waveform. Classical multilevel topologies such as NPC and Flying Capacitor VSIs were introduced twenty years ago and are nowadays widely used in Medium Power applications such as traction drives. In the scope of High Voltage AC/DC converters, the Modular Multilevel Converter (MMC), proposed ten years ago by Professor R. Marquardt from the University of Munich (Germany), appeared particularly interesting for HVDC transmissions. On the base of the MMC principle, this thesis considers different topologies of elementary cells which make the High Voltage AC/DC converter more flexible and easy suitable respect to different voltage and current levels. The document is organized as follow. Firstly, HVDC power systems are introduced. Conventional configurations of Current Source Converters (CSCs) and Voltage Source Converters (VSCs) are shown. The most attractive topologies for VSC-HVDC systems are analyzed. The operating principle of the MMC is presented and the sizing of reactive devices is developed by considering an open loop and a closed loop control. Different topologies of elementary cells offer various properties in current or voltage reversibility on the DC side. To compare the different topologies, an analytical approach on the power losses evaluation is achieved which made the calculation very fast and direct. A HVDC link to connect an off-shore wind farm platform is considered as a case study. The nominal power level is 100 MW with a DC voltage of 160 kV. The MMC is rated considering press-packed IGBT and IGCT devices. Simulations validate the calculations and also allow analyzing fault conditions. The study is carried out by considering a classical PWM control with an interleaving of the cells. In order to validate calculation and the simulation results, a 10kW three-phase prototype was built. It includes 18 commutation cells and its control system is based on a DSP-FGPA platform
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Song, Manguelle Joseph Song Manguelle Joseph. "Convertisseurs multiniveaux asymétriques alimentés par transformateurs multi-secondaires basse-fréquence : réactions au réseau d'alimentation /." [S.l.] : [s.n.], 2004. http://library.epfl.ch/theses/?nr=3033.
Full text
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Haederli, Christoph. "Convertisseurs multiniveaux à bus continu avec point milieu : nouvelles topologies et stratégies de contrôles." Toulouse, INPT, 2008. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00001951/.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, un nouveau concept de représentation, d'analyse et de synthèse des convertisseurs MN est introduit pour mieux comparer, comprendre et classifier les différentes topologies. La famille des convertisseurs, basée sur un bus d'alimentation DC à trois niveaux et des circuits de conversion multicellulaires, fait l'objet d'une analyse approfondie. Les structures de cette famille permettent de générer des niveaux de tension de sortie supplémentaires en gardant une bonne contrôlabilité et des contraintes acceptables au niveau des divers composants. Outre les structures SMC ("stacked multicell converter") et ANPC MN ("active neutral point clamped converter") déjà connues, de nouvelles topologies sont proposées et les limites de fonctionnement sont étudiées en détail. Des concepts de réglage pour le courant PN basés sur une variation de tension homopolaire et basés sur l'utilisation des états redondants sont proposés. Les performances peuvent être nettement amélioréesIn this thesis, a new concept for the representation, the analysis and synthesis of ML (multi level) converters is introduced. This concept allows simple comprehension, comparison and classification of topologies. The family of ML converters with 3 level split DC link supply has been studied more indepth. The converter structures of this family allow for ML output generation while providing good controllability and reasonable components dimensioning. In addition to the known SMC (stacked multi cell converter) and ANPC (active neutral point clamped converter), new topologies are introduced and the functional limitations are studied. Control concepts based on CM (common mode) voltage injection and based on the use of redundant states are introduced. The performance can be significantly improved compered to state of the art control schemes
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Bouhali, Omar. "CONTRIBUTION DES CONVERTISSEURS MULTINIVEAUX AU RACCORDEMENT DE LA PRODUCTION D'ORIGINE EOLIENNE SUR UN RESEAU ELECTRIQUE." Phd thesis, Ecole Centrale de Lille, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00152745.
Full textAbstract:
L'objectif de ce travail a été d'évaluer les possibilités des convertisseurs multi niveaux pour le raccordement de systèmes de génération d'éolienne intégrant un système de stockage. La modélisation et la commande du raccordement d'une source ont été étudiées ; le convertisseur utilisé pour réaliser la connexion au réseau est contrôlé afin de réguler le bus continu intermédiaire. Cette utilisation de convertisseur de topologie NPC exige l'équilibrage du bus continu. Une solution basée sur l'utilisation des configurations redondantes est proposée. Ensuite, la généralisation pour la modélisation et la commande d'un onduleur triphasé multi niveaux est développée avec l'utilisation d'unité de stockage pour réguler le bus continu et compenser les fluctuations de puissance de l'éolienne. La supervision énergétique de cette association de deux sources est réalisée et le domaine de fonctionnement est déterminé. Différentes possibilités de connexion de ces deux sources sont développées et évaluées expérimentalement. Enfin, l'utilisation d'un convertisseur utilisant quatre condensateurs en série pour le bus continu est analysée pour le raccordement d'un système multi sources. Diverses possibilités de raccordement sur ce bus continu sont abordées et le système de supervision des puissances nécessaire pour chaque cas est présenté.
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Romero, Rodríguez Miguel. "Synthèse de contrôle par supervision pour des systèmes HVDC à base de convertisseurs modulaires multiniveaux." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEI081.
Full textAbstract:
Ces dernières années, les technologies à courant continu haute tension (en anglais, HVDC) basées sur les convertisseurs modulaires multiniveaux (MMC) sont adoptées comme solution pour l'intégration efficace des énergies renouvelables dans les réseaux électriques. Cependant, ces technologies présentent de nouveaux défis dans la façon dont les systèmes de transmission de puissance sont contrôlés et exploités, car des stratégies de contrôle plus rapides et plus complexes seront nécessaires dans un domaine qui repose aujourd'hui fortement sur la décision humaine. Dans ce contexte, la modélisation des systèmes à événements discrets (SED) et la théorie du contrôle par supervision (TCS) sont des outils puissants pour la synthèse de superviseurs qui assurent que le système à contrôler respecte un ensemble de spécifications comportementales, imposées par le concepteur, dans ses limites physiques. Ce travail propose une méthode pour le développement complet, de la conception à la mise en œuvre, du contrôle par supervision d'un système Multi-Terminal DC (MTDC). Une analyse du système considéré a été effectuée afin d'identifier les principaux composants et modes de fonctionnement du réseau. La solution proposée repose sur la modélisation par événements discrets du comportement en temps continu des composants du système. A partir de là, les concepts de la TCS sont appliqués de manière à obtenir une architecture de contrôle hiérarchique prenant en compte la priorité de certaines actions de contrôle à traiter au niveau local. De plus, les contrôleurs discrets obtenus présentent une structure de commutation de mode afin de réaliser une gestion de mode pendant le fonctionnement du réseau MTDC. Enfin, une méthode pour la mise en œuvre des contrôleurs obtenus dans un logiciel de simulation de système électrique répandu est proposée. L'ensemble dutravail a été validé par la simulation d'une étude de cas impliquant la gestion des modes d'un système MTDC bipolaire à trois terminauxThe growth of renewable energy production is changing the future of power transmission systems. In recent years, High-Voltage Direct Current (HVDC) technologies based on Modular Multilevel Converters (MMC) are embraced by industry and academia as a solution for the efficient integration of renewable energies into electrical grids. However, this type of technology introduces new challenges in the way power transmission systems are controlled and operated, as faster and more complex control strategies will be needed in a domain which nowadays relies heavily on human decision. In this context, Discrete Event Systems (DES) modeling and Supervisory Control Theory (SCT) are powerful tools for the synthesis of supervisors ensuring that the system to be controlled respects a set of behavioral specifications, imposed by the designer, within its physical limitations. This work proposes a method for the full development, from conception to implementation, of the supervisory control of a multi-terminal DC (MTDC) system. A functional analysis on the considered system has been done so as to identify the main components and operational modes of the grid. Then, the proposed solution is based on the discrete-event modeling of the continuous-time behavior of the components in the system. From there, SCT concepts are applied so as to obtain a hierarchical control architecture taking into account the priority of some control actions that should be treated at the local level. Furthermore, the obtained discrete controllers present a mode-switching structure in order to realize mode management during the operation of the MTDC grid. Finally, a method for the implementation of the obtained controllers in widespread power system simulation software is proposed. The whole work has been validated through the simulation of a case study, involving the mode management of a 3-terminal bipolar MTDC system
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Bouhali, Omar. "Contribution des convertisseurs multiniveaux au raccordement de la production d'origine éolienne sur un réseau électrique." Ecole Centrale de Lille, 2007. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2007/50376-2007-Bouhali.pdf.
Full textAbstract:
L’objectif de ce travail consiste à évaluer les possibilités des convertisseurs multi niveaux pour le raccordement de systèmes de génération à base d’éolienne intégrant un système de stockage. Tout d’abord, la modélisation et la commande pour le raccordement d’une source sont étudiées. Classiquement le convertisseur utilisé pour réaliser la connexion au réseau est contrôlé de manière à réguler le bus continu intermédiaire. L’utilisation d’un convertisseur de topologie NPC nécessite l’équilibrage du bus continu. Une solution basée sur l’utilisation des configurations redondantes est proposée. Ensuite, la généralisation pour la modélisation et la commande d’un onduleur triphasé multi niveaux est développée. L’unité de stockage est utilisée pour réguler le bus continu et compenser les fluctuations de puissance de l’éolienne. La supervision énergétique de cette association de deux sources est réalisée. Le domaine de fonctionnement est déterminé. Différentes possibilités de connexion de ces deux sources sont développées et évaluées expérimentalement. Enfin, l’utilisation d’un convertisseur utilisant quatre condensateurs en série pour le bus continu est développée pour le raccordement d’un système multi sources. Diverses possibilités de raccordement sur ce bus continu sont abordées. Le système de supervision des puissances qui est rendu nécessaire pour chaque cas est également présentéThis work deals with the evaluation of the possibilities which offers the multilevel converters for the connection of a wind generation system including a storage system. First of all, modeling and control of the connection are given. Classically, the grid converter is controlled to regulate the intermediate continuous bus. The use of a NPC converter topology requires the balancing of the DC-bus voltage. A solution based on the redundant configurations is proposed. Then, the modeling and the control of a three-phase multilevel inverter are presented by extending the presented concepts, which are established by using the vectorial mathematical tools. The storage unit is used to control the continuous bus and consequently compensate the fluctuations of the wind power. The energy supervision of the association of both sources is presented and the operation range is given. Various possibilities of the connection of both sources are proposed and evaluated. Experimental validations are given. Finally, the use of a converter using four series capacitors in the DC-bus is developed for the multi source system connections. Various possibilities of connection on this continuous bus are investigated. The supervision system of the powers for each case is also given
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Ahmadi, Sajjad. "Contribution à l'étude de la tolérance de pannes de convertisseurs multiniveaux en pont en H." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2021. http://www.theses.fr/2021LORR0026.
Full textAbstract:
La sûreté de fonctionnement de la conversion d’énergie est indispensable pour un grand nombre d’applications, en particulier lors de la mise en œuvre de convertisseurs multiniveaux. Par conséquent, il est important d’assurer la continuité de service de ces convertisseurs, lors de la défaillance d’un des semi-conducteurs. Dans cet objectif, ce mémoire propose un onduleur monophasé multiniveaux à tolérance de pannes, de structure Neutral Point Clamped (NPC) en pont en H, à cinq niveaux. L’algorithme de diagnostic de défaut est basé sur une étude préliminaire des modes de défaillance et repose donc sur analyse des conséquences d’un défaut, basée sur de la logique. Il ne nécessite ni modélisation des composants de l’onduleur, ni calculs complexes. Bien que moins sujettes à défaillance que les interrupteurs actifs, les diodes de clamp peuvent également être en défaut. Dans ce mémoire, l’identification d’une diode de clamp défaillante est également étudiée. De plus, un quantificateur de tension est mis en œuvre lors du diagnostic, afin d’éviter toute fausse détection en raison des erreurs de mesure et des chutes de tension dans le circuit. Suite au diagnostic d’un défaut, des mesures correctives sont appliquées afin de pouvoir assurer la tension et le courant de sortie à leurs valeurs nominales, lors de la défaillance en circuit ouvert d’un interrupteur actif, d’une diode de clamp ou d’une diode de roue libre. Le contenu harmonique des grandeurs électriques de sortie de l’onduleur n’est donc pas affecté par le défaut. La structure proposée pour l’onduleur à tolérance de pannes ne comporte ni contacteur, ni interrupteurs bidirectionnels ; les mesures correctives peuvent donc être appliquées très rapidement. Une sélection de résultats de simulation et de résultats expérimentaux illustre et démontre l’efficacité et la validité de l’approche proposée. Un défaut est détecté en 20 µs et localisé entre 20 et 60 µs après son apparition, selon le semi-conducteur défaillant (interrupteur actif ou diode de clamp)Ensuring service continuity in safety-critical applications is indispensable. In some of these applications, the multilevel inverters play a vital role. Hence, employing a multilevel converter with fault tolerant feature is of great importance. In this regard, a fault tolerant five-level Neutral Point Clamped (NPC) inverter is proposed in this research work. The proposed fault diagnosis algorithm is based on failure mode analysis, which is a logic based approach. The realization of this strategy does not require any component modeling and complicated calculations. Although switches are more fragile than clamping diodes, clamping diodes are also subjected to breakdown. Hence, identification of a defective clamping diode is also studied in this research work. Moreover, for fault detection procedure, a voltage quantifier is proposed to avoid any misdiagnosis arising from measurement errors and voltage drop in the circuit. Following to the fault diagnosis, the proposed fault tolerant strategy aims to restore the rated voltage and current at the inverter terminal in the presence of an open-circuit fault in a switch or in a clamping or anti-parallel diode. Compared with healthy operation, harmonic content of the terminal voltage and current is not increased. The proposed fault tolerant structure does not include any contactor or bidirectional switch, which allows fast triggering of fault tolerant operation. The simulation and experimental results are presented to validate the effectiveness of the proposed approaches. A fault is detected in 20 µs and localized between 20 and 60 µs after occurrence, depending on the faulty semiconductor (switch or clamping diode)
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Mahamat, Chabakata. "Analyse et commandes des convertisseurs multi-niveaux pour un générateur photovoltaïque connecté au réseau électrique." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLN024/document.
Full textAbstract:
Ces travaux de thèse préparés au laboratoire SATIE, s’inscrivent dans la promotion de l’énergie solaire photovoltaïque (PV). Dans ces travaux, nous nous intéressons particulièrement au dimensionnement et au contrôle-commande du système PV connecté au réseau dans un contexte d’utilisation au Tchad où l’on doit tenir compte des problématiques du coût, du rendement, de fiabilité du système et de la qualité de l’énergie. Le réseau considéré est un réseau basse tension BT (220 V) avec une fréquence égale à 50 Hz mais susceptible de varier, auquel on injecte une puissance de 5,2 kW. Une méthode de dimensionnement des éléments passifs du filtre, a été préposée en premier lieu. Dans le but de réduire le coût de fabrication et le volume du filtre passif, une technique de fragmentation en plusieurs petites inductances en série a été adoptée. Cette technique optimise le volume et le coût du système PV classique. Ensuite, nous avons proposé une nouvelle architecture du système PV connecté au réseau utilisant un onduleur multi-niveaux. L’adaptation de cet onduleur à structure innovante a permis de réduire le coût de fabrication du filtre passif d’environ 40 % par rapport au système classique optimisé, tout en augmentant le rendement. Enfin, une commande PQ découplée, utilisant une boucle à verrouillage de phase PLL pour synchronisation, a été conçue et appliquée aux deux systèmes PV. Elle est bien adaptée au système avec onduleur multi-niveauxThis PhD work, prepared at SATIE laboratory, is part of the promotion of solar photovoltaic (PV) energy. In this work, we are particularly interested in design and control of the grid-connected PV system in a context of use in Chad where cost, reliability, efficiency, and energy quality issues of the system should be taken into account. The considered grid is a low voltage grid (220 V) with a frequency equal to fifty hertz (50 Hz) but likely to vary, in which a power of five point two ( 5.2 kW) is injected. A design method of the filter passive to reduce the filter elements is proposed firstly. In order to reduce manufacturing cost and volume of the passive filter, we apply a technique consisting of dividing each inductance value and making it in several small inductances in series. This technique optimizes the conventional PV system. Then, we proposed a new grid-connected PV system architecture using a multi-level inverter. The adaptation of this innovative structure has reduced the manufacturing cost of passive filter by nearly 40 % compared to the classical optimized system. Finally, a decoupled PQ control, using a phase locked loop for sysnchronization, has been designed and applied for both systems. It is well adapted to the system with multilevel inverter
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Amamra, Sid-Ali. "Conversion statique continu - alternatif multiniveaux : application à la mutualisation d'énergies renouvelables par le réseau de distribution." Versailles-St Quentin en Yvelines, 2013. http://www.theses.fr/2013VERS0063.
Full textAbstract:
Une nouvelle structure de convertisseur multiniveaux a été proposée dans cette thèse. La première partie consiste à l’étude et optimisation du spectre harmoniques de la tension d’un onduleur à six-niveaux à commutations précalculés. Une nouvelle méthode d’élimination sélective d’harmoniques par la stratégie de modélisation à hauteur d’impulsion MHI a été proposée. Une analyse au respect des normes est réalisée afin de démonter la conformité aux normes IEEE Std 519-1992 et CEI 61000-3-12. La deuxième partie est consacrée à la proposition d’une nouvelle topologie de convertisseur à six-niveau pour application à la traction électrique. Une nouvelle structure d’onduleur à six-niveaux a été proposée et développée, elle comporte douze interrupteurs. Un prototype de la structure a été réalisé à base d’MOSFET Semikron 200V 120 A, et commander par une carte dSPACE 1103. Une validation par la simulation et par l’expérimentation a été réaliséeA new multilevel converter topology has been proposed in this thesis. The first part deals with harmonics spectrum optimization for a six-level three-phase inverter controlled through pre calculated switching angle. A new selective harmonic elimination method using pulse height modulation PHM strategy has been proposed. Compliance analysis is proposed to demonstrate the conformity to IEEE Std 519-1992 and IEC 61000-3-12 norms. In the second part is devoted to the proposal of a novel six-level converter topology for electrical traction application. A new six-level inverter structure has been proposed and developed, it has twelve power switches. A prototype of the structure was carried out in laboratory-based Semikron 200V MOSFET 120A valves, and controlled through a dSPACE 1103 card. Simulation and experimental validation was achieved through several tests
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Morati, Mathieu. "Contribution à l'étude et au contrôle des convertisseurs multiniveaux : application à la compensation des fours à arc." Thesis, Université de Lorraine, 2014. http://www.theses.fr/2014LORR0052/document.
Full textAbstract:
Cette thèse est dédiée aux convertisseurs multiniveaux et aborde les problématiques liées à la compensation des perturbations générées sur un réseau électrique, telles que celles produites par les fours à arc. Elle est composée de quatre chapitres couvrant les thématiques de la modélisation des réseaux électriques, des convertisseurs de tension, du contrôle commande et des stratégies de compensation, accompagnés de simulations et de résultats expérimentaux obtenus sur des équipements industriels de forte puissance. Les applications réseaux étant diverses et variées, les convertisseurs multiniveaux sont ici étudiés dans le but d’être raccordés directement sur des réseaux de distribution. Pour cela, un état de l’art des différentes topologies de convertisseurs de tension (classiques et multiniveaux) est présenté et les topologies dites modulaires, sont retenues pour une étude plus poussée. Ces convertisseurs utilisent des modules de puissance à base de ponts en H, de ½ ponts en H ou de ponts en H 3-niveaux connectés en cascade. Ils permettent ainsi de créer différents types de configurations ou couplages appelés dans ce mémoire : étoile, triangle et étoiles symétriques. Les différents modules et les stratégies pour les commander sont étudiés autour d’un composant de puissance (de type IGBT 2.5kV/1.5kA). A travers les domaines électrique et thermique, une méthode est proposée afin d’estimer les pertes, les températures de jonction et déterminer ainsi les limites d’utilisation d’un tel composant de puissance. Le dimensionnement et la fiabilité de ces convertisseurs est également abordé pour chacune des configurations envisagées, afin de dégager les avantages et inconvénients pour une application réseau. D’une façon générale, la stratégie de contrôle des convertisseurs multiniveaux est ardue, principalement lié au fait que de multiples sources de tensions continues doivent être contrôlées. Dans cette optique, des stratégies de contrôle sont proposées et validées en simulation selon les types de modules et de configurations utilisés pour la compensation des perturbations d’un four à arc. Enfin, la dernière partie de ces travaux est consacrée aux résultats expérimentaux sur la base d’un compensateur industriel dénommé DSVC (Dynamic Static Var Compensator), pour la compensation des fours à arc. Les différents résultats obtenus sur plusieurs sites industriels ont ainsi permis la validation des travaux exposés dans ce mémoireThis thesis is dedicated to the multilevel converters and addresses issues related to compensation for disturbance generated on an electrical network such as those produced by arc furnaces. It is composed of four chapters covering the themes of modeling of electrical networks, voltage converters, control and compensation strategies, with simulations and experimental results obtained on high power industrial equipment. There are many networks applications and multilevel converters are here considered to be directly connected to distribution networks. Therefore, a state of the art of different voltage converters, classics and multilevel topologies, is presented and the topologies called modular are retained for further studies. These converters use modular power cells made of H bridges, ½ bridges or 3-level H bridges connected in cascade. They allow to create different types of configurations or couplings called in this memory: star, delta and double stars. The different modules and the strategies to control them are investigated around the same switching power component (IGBT 2.5kV/1.5kA). Through electrical and thermal fields, a method is proposed to estimate their losses, junction temperatures in order to determine the limits of use of such a component of power. Sizing and reliability of these converters is also discussed for each considerer configurations in order to identify the advantages and disadvantages for a network application. Generally, the multilevel converters control strategy is difficult because of the multiple sources of DC voltages to control. In this context, control strategies are proposed and validated in simulation according to the types of modules and configuration used to compensation for disturbance of an arc furnace. Finally, the last part of this thesis is devoted to the experimental results based on an industrial compensator DSVC (Dynamic Static Var Compensator) for arc furnace compensation. The different results obtained at several industrial sites have thus allowed the validation of the various works exposed in this thesis
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Morati, Mathieu. "Contribution à l'étude et au contrôle des convertisseurs multiniveaux : application à la compensation des fours à arc." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2014. http://www.theses.fr/2014LORR0052.
Full textAbstract:
Cette thèse est dédiée aux convertisseurs multiniveaux et aborde les problématiques liées à la compensation des perturbations générées sur un réseau électrique, telles que celles produites par les fours à arc. Elle est composée de quatre chapitres couvrant les thématiques de la modélisation des réseaux électriques, des convertisseurs de tension, du contrôle commande et des stratégies de compensation, accompagnés de simulations et de résultats expérimentaux obtenus sur des équipements industriels de forte puissance. Les applications réseaux étant diverses et variées, les convertisseurs multiniveaux sont ici étudiés dans le but d’être raccordés directement sur des réseaux de distribution. Pour cela, un état de l’art des différentes topologies de convertisseurs de tension (classiques et multiniveaux) est présenté et les topologies dites modulaires, sont retenues pour une étude plus poussée. Ces convertisseurs utilisent des modules de puissance à base de ponts en H, de ½ ponts en H ou de ponts en H 3-niveaux connectés en cascade. Ils permettent ainsi de créer différents types de configurations ou couplages appelés dans ce mémoire : étoile, triangle et étoiles symétriques. Les différents modules et les stratégies pour les commander sont étudiés autour d’un composant de puissance (de type IGBT 2.5kV/1.5kA). A travers les domaines électrique et thermique, une méthode est proposée afin d’estimer les pertes, les températures de jonction et déterminer ainsi les limites d’utilisation d’un tel composant de puissance. Le dimensionnement et la fiabilité de ces convertisseurs est également abordé pour chacune des configurations envisagées, afin de dégager les avantages et inconvénients pour une application réseau. D’une façon générale, la stratégie de contrôle des convertisseurs multiniveaux est ardue, principalement lié au fait que de multiples sources de tensions continues doivent être contrôlées. Dans cette optique, des stratégies de contrôle sont proposées et validées en simulation selon les types de modules et de configurations utilisés pour la compensation des perturbations d’un four à arc. Enfin, la dernière partie de ces travaux est consacrée aux résultats expérimentaux sur la base d’un compensateur industriel dénommé DSVC (Dynamic Static Var Compensator), pour la compensation des fours à arc. Les différents résultats obtenus sur plusieurs sites industriels ont ainsi permis la validation des travaux exposés dans ce mémoireThis thesis is dedicated to the multilevel converters and addresses issues related to compensation for disturbance generated on an electrical network such as those produced by arc furnaces. It is composed of four chapters covering the themes of modeling of electrical networks, voltage converters, control and compensation strategies, with simulations and experimental results obtained on high power industrial equipment. There are many networks applications and multilevel converters are here considered to be directly connected to distribution networks. Therefore, a state of the art of different voltage converters, classics and multilevel topologies, is presented and the topologies called modular are retained for further studies. These converters use modular power cells made of H bridges, ½ bridges or 3-level H bridges connected in cascade. They allow to create different types of configurations or couplings called in this memory: star, delta and double stars. The different modules and the strategies to control them are investigated around the same switching power component (IGBT 2.5kV/1.5kA). Through electrical and thermal fields, a method is proposed to estimate their losses, junction temperatures in order to determine the limits of use of such a component of power. Sizing and reliability of these converters is also discussed for each considerer configurations in order to identify the advantages and disadvantages for a network application. Generally, the multilevel converters control strategy is difficult because of the multiple sources of DC voltages to control. In this context, control strategies are proposed and validated in simulation according to the types of modules and configuration used to compensation for disturbance of an arc furnace. Finally, the last part of this thesis is devoted to the experimental results based on an industrial compensator DSVC (Dynamic Static Var Compensator) for arc furnace compensation. The different results obtained at several industrial sites have thus allowed the validation of the various works exposed in this thesis
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Videt, Arnaud. "Variateur de vitesse à impact électromagnétique réduit : onduleur multiniveaux et nouvelles stratégies de modulation." Phd thesis, Ecole Centrale de Lille, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00365461.
Full textAbstract:
Parmi les convertisseurs d'électronique de puissance, les variateurs de vitesse utilisés pour l'alimentation des machines électriques sont source de perturbations électromagnétiques à haute fréquence telles que les courants de mode commun et les surtensions aux bornes des moteurs. Le travail porte sur la réduction de ces perturbations par l'emploi d'un convertisseur multiniveaux associé à de nouvelles lois de commande rapprochée. Après un état de l'art des méthodes d'atténuation existantes, l'onduleur à trois niveaux de type neutral-point-clamped (NPC) est retenu comme structure de conversion continu-alternatif et une nouvelle stratégie de modulation de largeur d'impulsion (MLI) est développée en vue de réduire les courants de mode commun générés par l'onduleur. Les phénomènes entrant en jeu dans les commutations des interrupteurs de puissance sont analysés et modélisés afin d'établir des contraintes de commande permettant de maximiser les performances de la MLI proposée. Parallèlement, l'utilisation de câbles longs entre le variateur et la machine soulève une contrepartie vis-à-vis des surtensions moteur qui est maîtrisée par l'exploitation adéquate des degrés de liberté de la nouvelle MLI. Enfin, la problématique de régulation du point milieu capacitif du bus continu est abordée. La stratégie proposée est implantée expérimentalement par l'intermédiaire d'une modulation naturelle par porteuses, et les résultats de mesure montrent un gain de cinq décibels sur les courants de mode commun par rapport aux stratégies classiques tout en limitant les surtensions générées aux bornes du moteur et en assurant l'équilibrage du bus continu.
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Bodel, Catherine. "Comparaison des structures d'onduleurs de tension multiniveaux sur la base du dimensionnement des éléments réactifs et des pertes dans les semi-conducteurs." Lille 1, 2001. https://pepite-depot.univ-lille.fr/RESTREINT/Th_Num/2001/50376-2001-49.pdf.
Full textAbstract:
Les techniques multiniveaux constituent une solution intéressante pour la montée en puissance des convertisseurs. Dès que la tension continue d'alimentation dépasse quelques kV, il est nécessaire d'associer des interrupteurs, des cellules de commutation ou des convertisseurs. Parallèlement de telles combinaisons assurent une réduction du contenu harmonique des tensions de sortie au fur et à mesure de l'augmentation du nombre de niveaux. Mais une multitude d'architectures sont susceptibles de répondre à une application donnée, selon la nature, série ou parallèle, de l'association, le nombre de modules associés (Np en parallèle, Ns en série) et le nombre de niveaux des tensions qu'ils délivrent. Le choix est donc particulièrement délicat et la question est de savoir s'il faut utiliser un convertisseur unique de forte puissance ou s'il faut lui préférer une association de modules de puissance réduite. L'objectif de ce travail est de guider le concepteur en examinant les conséquences des paramètres N, Np et Ns sur le dimensionnement des éléments réactifs et les pertes dans les semi-conducteurs, à performances données en termes de tension continue d'alimentation, de puissance délivrée à la charge et de qualité harmonique du courant de charge. Un intérêt particulier a été accordé à l'élaboration d'une stratégie d'élimination d'harmoniques et d'un outil d'évaluation des pertes en conduction et en commutation dans les semi-conducteurs. Pour conclure, un exemple d'application montre que la confrontation des résultats sur les différents critères permet de réduire considérablement le nombre de structures qui méritent d'être retenues et illustre ainsi l'intérêt de la méthode.
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Bartholomeus, Patrick. "Contribution à l'étude des redresseurs à facteur de puissance quasi-unitaire fonctionnant en mode multiniveaux : application au chargeur de batteries." Lille 1, 1996. http://www.theses.fr/1996LIL10078.
Full textAbstract:
L'objet de ce mémoire est de montrer l'intérêt des convertisseurs multiniveaux dans la gamme des moyennes puissances ; une application industrielle (chargeur de batteries pour véhicules électriques) illustre ces résultats. Nous consacrons le premier chapitre au choix de la structure du chargeur de batteries. La structure retenue est une association de 2 convertisseurs dont l'un est base sur l'emploi d'un redresseur multiniveaux non réversible et l'autre, un convertisseur à résonance série. Au deuxième chapitre nous proposons une méthode simple pour l'étude harmonique des tension et courant générés par les structures multiniveaux dans le but de montrer l'intérêt de ce type de convertisseur du point de vue de la qualité de forme d'onde. Le troisième chapitre est consacré à l'étude topologique des convertisseurs multiniveaux à association de sources de tension en série. Il montre les simplifications qui apparaissent dans le cas d'applications redresseurs non réversibles en puissance. Nous aboutissons à différentes structures totalement nouvelles. La commande de ces structures est ensuite abordée au quatrième chapitre à l'aide d'un exemple monophasé. A partir d'un formalisme développe au l2ep pour la commande des convertisseurs, nous aboutissons à une modélisation très simple, ce qui permet de définir un type de commande qui est ensuite testé expérimentalement. Enfin nous passons au cinquième et dernier chapitre à l'application au chargeur de batteries où nous étudions plus en détail le second convertisseur constituant le chargeur. Nous obtenons un modèle moyenne très simple du dispositif nous permettant d'évaluer précisément les contraintes imposées aux divers éléments de puissance. Nous terminons par la réalisation et les tests d'un prototype du chargeur
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Hembert, Francky. "Etude et réalisation d'un filtre actif monophasé à structure multiniveaux obtenue par mise en série de ponts à quatre interrupteurs." Lille 1, 1996. http://www.theses.fr/1996LIL10196.
Full textAbstract:
La grande majorite des convertisseurs statiques d'energie electrique alimentes par le reseau alternatif absorbent des courants tres riches en harmoniques. Il est possible de reduire la pollution engendree sur le reseau par ces harmoniques en utilisant des filtres passifs accordes sur les frequences a eliminer, mais ces dispositifs sont lourds et couteux. Une autre solution consiste a utiliser des convertisseurs statiques auxiliaires, branches en serie ou en parallele avec la charge polluante, et jouant le role de filtres actifs pour ameliorer la qualite du courant pris au reseau. Lorsque les tensions d'alimentation depassent les possibilites de tenue en tension des interrupteurs de puissance, il faut avoir recours a la mise en serie d'interrupteurs ou de convertisseurs elementaires. On peut alors profiter des degres de liberte supplementaires ainsi introduits pour obtenir une frequence de fonctionnement apparente du filtre actif nettement superieure a la frequence de commutation des interrupteurs. Une structure a plusieurs niveaux de tension a ete etudiee: cette structure est obtenue par mise en serie d'onduleurs de tension monophases en pont. Une etude detaillee du fonctionnement a permis de mettre en evidence les possibilites offertes par ce type d'association dans une utilisation en filtre actif. Les modeles necessaires a la realisation des boucles de regulation du courant genere par le filtre et des tensions aux bornes des condensateurs de stockage ont ete elabores en utilisant le formalisme developpe au laboratoire par l'equipe commande. Une realisation experimentale sous tension reduite a permis de valider les modeles utilises ainsi que le choix de la strategie de commande
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Martins, Carlos de Almeida. "Contrôle direct du couple d'une machine asynchrone alimentée par convertisseur multiniveaux à fréquence imposée." Doctoral thesis, Toulouse, INPT, 2000. http://hdl.handle.net/10216/11690.
Full text
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Martins, Carlos de Almeida. "Contrôle direct du couple d'une machine asynchrone alimentée par convertisseur multiniveaux à fréquence imposée." Tese, Toulouse, INPT, 2000. http://hdl.handle.net/10216/11690.
Full text
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Bergna, Diaz Gilbert. "Modular Multilevel Converter Control for HVDC Operation : Optimal Shaping of the Circulating Current Signal for Internal Energy Regulation." Thesis, CentraleSupélec, 2015. http://www.theses.fr/2015SUPL0017/document.
Full textAbstract:
Dans le cadre du programme de croissance Européen 2020, la commission européenne a mis en place officiellement un chemin à long terme pour une économie à faible émission de carbone, en aspirant une réduction d’au moins 80% des émissions de gaz à effet de serre, d’ici 2050. Répondre à ces exigences ambitieuses, impliquera un changement majeur de paradigme, et notamment en ce qui concerne les infrastructures du réseau électrique. Les percées dans la technologie des semi-conducteurs et les avancées avec les nouvelles topologies d’électronique de puissance et leurs contrôle-commandes, ont contribué à l’impulsion donnée au processus en cours de réaliser un tel SuperGrid. Une percée technologique majeure a eu lieu en 2003, avec le convertisseur modulaire multi-niveaux (MMC ou M2C), présenté par le professeur Marquardt, et qui est actuellement la topologie d’électronique de puissance la plus adaptée pour les stations HVDC. Cependant, cette structure de conversion introduit également un certain nombre de défis relativement complexes tels que les courants “additionnels” qui circulent au sein du convertisseur, entrainant des pertes supplémentaires et un fonctionnement potentiellement instable. Ce projet de thèse vise à concevoir des stratégies de commande “de haut niveau” pour contrôler le MMC adaptées pour les applications à courant continue-haute tension (HVDC), dans des conditions de réseau AC équilibrés et déséquilibrés. La stratégie de commande optimale identifiée est déterminée via une approche pour la conception du type “de haut en bas”, inhérente aux stratégies d’optimisation, où la performance souhaitée du convertisseur MMC donne la stratégie de commande qui lui sera appliquée. Plus précisément, la méthodologie d’optimisation des multiplicateurs de Lagrange est utilisée pour calculer le signal minimal de référence du courant de circulation du MMC dans son repère naturelFollowing Europe’s 2020 growth program, the Energy Roadmap 2050 launched by the European Commission (EC) has officially set a long term path for a low-carbon economy, assuming a reduction of at least 80% of greenhouse gas emissions by the year 2050. Meeting such ambitious requirements will imply a major change in paradigm, including the electricity grid infrastructure as we know it.The breakthroughs in semi-conductor technology and the advances in power electronics topologies and control have added momentum to the on-going process of turning the SuperGrid into a reality. Perhaps the most recent breakthrough occurred in 2003, when Prof. Marquardt introduced the Modular Multilevel Converter (MMC or M2C) which is now the preferred power electronic topology that is starting to be used in VSC-HVDC stations. It does however, introduce a number of rather complex challenges such as “additional” circulating currents within the converter itself, causing extra losses and potentially unstable operation. In addition, the MMC will be required to properly balance the capacitive energy stored within its different arms, while transferring power between the AC and DC grids that it interfaces.The present Thesis project aimed to design adequate “high-level” MMC control strategies suited for HVDC applications, under balanced and unbalanced AC grid conditions. The resulting control strategy is derived with a “top-to-bottom” design approach, inherent to optimization strategies, where the desired performance of the MMC results in the control scheme that will be applied. More precisely, the Lagrange multipliers optimization methodology is used to calculate the minimal MMC circulating current reference signals in phase coordinates, capable of successfully regulating the capacitive arm energies of the converter, while reducing losses and voltage fluctuations, and effectively decoupling any power oscillations that would take place in the AC grid and preventing them from propagating into the DC grid
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Freytes, Julian. "Analyse de stabilité en petit signaux des Convertisseurs Modulaires Multiniveaux et application à l’étude d'interopérabilité des MMC dans les Réseaux HVDC." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2017. http://www.theses.fr/2017ECLI0022/document.
Full textAbstract:
Ces travaux de thèse portent essentiellement sur la modélisation, l’analyse et la commande des convertisseurs de type MMC intégrés dans un contexte MTDC. Le premier objectif de ce travail est d’aboutir à un modèle dynamique du convertisseur MMC, exprimé dans le repère $dq$, permettant d’une part, de reproduire avec précision les interactions AC-DC, et d’exprimer, d’autre part, la dynamique interne du convertisseur qui peut interagir également avec le reste du système. Le modèle développé peut être linéarisé facilement dans le but de l’exploiter pour l’étude de stabilité en se basant sur les techniques pour les systèmes linéaires à temps invariant. Ensuite, selon le modèle développé dans le repère dq, différentes stratégies de contrôle sont proposées en fonction de systèmes de contrôle-commande existantes dans la littérature mis en places pour le convertisseur MMC. Étant donné que l’ordre du système est un paramètre important pour l'étude des réseaux MTDC en présence de plusieurs stations de conversion de type MMC, l’approche de réduction de modèles à émerger comme une solution pour faciliter l’étude. En conséquence, différents modèles à ordre réduit sont développés, et qui sont validés par la suite, par rapport au modèle détaillé, exprimé dans le repère dq. Finalement, les modèles MMC développés ainsi que les systèmes de commande qui y ont associés sont exploités, pour l’analyse de stabilité en petits signaux des réseaux MMC-MTDC. Dans ce sens, la stratégie de commande associée à chaque MMC est largement évaluée dans le but d’investiguer les problèmes majeurs qui peuvent surgir au sein d’une configuration MTDC multi-constructeursThis thesis deals with the modeling and control of MMCs in the context of MTDC. The first objective is to obtain an MMC model in dq frame which can reproduce accurately the AC- and DC- interactions, while representing at the same time the internal dynamics which may interact with the rest of the system. This model is suitable to be linearized and to study its stability, among other linear techniques. Then, based on the developed dq model, different control strategies are developed based on the state-of-the-art on MMC controllers. Since the order of the system may be a limiting factor for studying MTDC grids with many MMCs, different reduced-order models are presented and compared with the detailed dq model. Finally, the developed MMC models with different controllers are used for the MTDC studies. The impact of the chosen controllers of each MMC is evaluated, highlighting the potential issues that may occur in multivendor schemes
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Leredde, Alexandre. "Etude, Commande et Mise en Oeuvre de Nouvelles Structures Multiniveaux." Phd thesis, Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00668376.
Full textAbstract:
Les structures de conversion multiniveaux permettent de convertir en moyenne tension et forte puissance. Celles-ci sont construites à partir de cellules de commutations et permettent d'augmenter le courant et la tension en entrée ou en sortie. Ces structures sont appelées multiniveaux car les formes d'ondes des tensions en sortie permettent d'avoir plus de deux niveaux de tension différents. Les différentes structures peuvent être classées dans différentes catégories tel que la mise en série de pont en H, les convertisseurs multicellulaires série ou parallèle ou encore les structures utilisant le fractionnement du bus continu. Toutes ces structures ont des propriétés et applications différentes, même si certaines structures ont des propriétés communes. Il est aussi possible de créer de nouvelles structures en mixant les différentes structures de bases des différentes familles de convertisseurs multiniveaux ou en assemblant les structures de base de la conversion statique. Même si l'utilisation de structure de conversion multiniveaux permet de convertir à forte puissance, celle-ci n'est pas toujours aisée. En effet l'augmentation du nombre de niveaux ou de la tension d'entrée implique également une augmentation du nombre de composants semi-conducteurs. Ceci peut être un frein à l'utilisation de convertisseur multiniveaux. Pour cela une nouvelle structure utilisant des composants partagés entre les différentes phases est proposée afin de limiter leur nombre. Un autre problème important lié aux convertisseurs multiniveaux est l'équilibrage des tensions des condensateurs du bus continu si celui-ci est composé de plus de deux condensateurs mis en série. Pour cela plusieurs solutions sont possibles : soit en utilisant une commande spécifique utilisant la modulation vectorielle, soit en utilisant des structures auxiliaires qui ont pour but d'équilibrer les différentes tensions des condensateurs. Dans une dernière partie ont été proposées de nouvelles structures qui permettent à la fois d'augmenter le courant de sortie et la tension en entrée en utilisant les principes des structures de base des convertisseurs multicellulaires série et parallèle. De plus, ces structures ont des propriétés intéressantes sur les formes d'ondes de sortie. De ces structures a été conçu un prototype permettant de valider les résultats de simulation. Une commande numérique implantée sur FPGA a été réalisée et a permis d'avoir des résultats expérimentaux intéressants.
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Goualard, Olivier. "Utilisation de semi-conducteurs GaN basse tension pour l'intégration des convertisseurs d'énergie électrique dans le domaine aéronautique." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2016. http://oatao.univ-toulouse.fr/20325/1/GOUALARD_Olivier.pdf.
Full textAbstract:
Les principaux critères de comparaison des convertisseurs sont le rendement, la masse, le volume, le coût et la fiabilité. Le contexte environnemental et économique et le développement des applications nomades ouvrent à l’électronique de puissance un domaine d’application de plus en plus vaste. Mais pour imposer cette technologie, il faut sans cesse améliorer ces performances et les compromis entre celles qui sont antagonistes (augmentation du rendement et diminution de la masse par exemple…) ce qui amène naturellement à la problématique de conception et d’optimisation. Le cas spécifique de l’aéronautique n’échappe pas à la règle et les contraintes y semblent encore plus fortes. La réduction de la masse, du volume et l’augmentation du rendement et de la fiabilité sont parmi les défis principaux actuels, et la transition de systèmes hydrauliques ou pneumatique vers des systèmes électriques laisse espérer à une amélioration des performances globales de l’avion. Les architectures des convertisseurs sont un moyen efficace d’améliorer les convertisseurs parce qu’ils permettent de réduire les contraintes au sein des convertisseurs tout en améliorant les formes d’onde en entrée et/ou en sortie. Parallèlement, les composants classiques en silicium ont bénéficié de larges avancés au cours de ces dernières décennies et approchent de leurs limites théoriques. Pour espérer une amélioration, des technologies en rupture sont désormais nécessaires. Au cours de ces dernières années, les technologies de semi-conducteurs dit « à grand gap », essentiellement à base de Nitrure de Gallium ou de Carbure de Silicium (resp. GaN et SiC) se sont considérablement amélioré et sont d’ores et déjà plus performant que les composants Si dans de nombreux cas. Les semi-conducteurs étant généralement plus performants lorsqu’ils ont une tenue en tension plus faible, on envisage ici de cumuler plusieurs avantages en envisageant la mise en série de composants GaN basse-tension pour améliorer l’intégration des convertisseurs de puissance. Dans un premier temps, un convertisseur multi-niveaux élémentaire de type Flying Capacitor (FlyCap) est mis en oeuvre. Des condensateurs de puissance intégrés sont utilisés, ce qui pourrait permettre de réduire l’empreinte de ces composants et de proposer une dissipation thermique commune par le dessus des composants. L’utilisation de composant au temps de commutation réduit est critique pour la fiabilité des convertisseurs. Une étude de l’influence des paramètres physique du circuit électrique sur les inductances parasites de la maille de puissance et de commande est menée permettant de mettre en évidence des règles de conception dans le but d’améliorer la fiabilité des convertisseurs. Dans un second temps, l’équilibrage dynamique de la topologie FlyCap qui est critique pour les formes d’onde et la sureté de fonctionnement est étudié. La prise en compte des pertes dans les semi-conducteurs permet d’améliorer l’estimation de la dynamique d’équilibrage. Une base de réflexion sur le dimensionnement d’un équilibreur passif est également proposée pour optimiser sa dynamique et les pertes associées. Un prototype expérimental à 5 cellules de commutation est présenté permettant d’atteindre une tension d’entrée de 270 V avec des composants 100V.
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Berkouk, El Madjid. "Contribution a la conduite des machines asynchrones monophasee et triphasee alimentees par des convertisseurs directs et indirects. Application aux gradateurs et onduleurs multiniveaux." Paris, CNAM, 1995. http://www.theses.fr/1995CNAM0212.
Full textAbstract:
Ce memoire presente une contribution a la conduite des machines asynchrones monophasees et triphasees alimentees par des convertisseurs statiques directs (gradateurs) et indirects (onduleurs deux et trois niveaux). La premiere partie montre la commande des gradateurs diphase et triphase en division de frequence. Une strategie d'enchainement d'une suite de divisions ainsi que deux algorithmes d'asservissement de la vitesse de ces machines sont presentees. Ce dispositif trouve des applications pour le demarrage de charges de forte inertie. Pour obtenir de bonnes performances statiques et dynamiques, on etudie la commande de ces machines alimentees par des cascades alternatif-alternatif a onduleurs multiniveaux. Les modeles de connaissance et de commande de ces onduleurs sont d'abord presentes ainsi que differentes strategies de commande. Ensuite, une etude des cascades ayant l'onduleur a trois niveaux comme pont de sortie est developpee qui met en evidence le probleme du desequilibre des deux tensions continues du pont capacitif intermediaire. Il est egalement montre que ces onduleurs a trois niveaux peuvent etre utilisees en redresseurs synchrones. Une solution au probleme du desequilibre des sources continues est donnee par l'asservissement des redresseurs d'entree qui permet egalement d'obtenir un facteur de puissance reseau unitaire et un faible taux d'harmoniques. Enfin, on presente une approche globale d'un systeme asservi en vitesse et en position lorsque l'actionneur utilise est une machine monophasee ou triphasee. La modelisation complete de ces systemes est proposee dans le but d'elaborer l'ensemble des algorithmes de controle qui repondent a un cahier des charges donne aussi bien pour les organes de puissance que de commande
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Briault, Franck. "Contribution à la prédiction des perturbations électromagnétiques engendrées par un véhicule électrique." Paris 11, 1998. http://www.theses.fr/1998PA112461.
Full textAbstract:
La prise en compte des aspects CEM dans le développement des projets automobile passe par l'adoption d'outils de prédiction numérique. Ce travail de thèse, réalisé au sein de la société PSA Peugeot Citroën, s'inscrit dans cet objectif long terme, en application aux émissions rayonnées par le véhicule électrique. En entrant plus dans le détail du fonctionnement du véhicule électrique, nous sommes contraints de formuler une hypothèse simplificatrice, supposant la bonne qualité des blindages utilisés pour les boîtiers électroniques. Une comparaison de résultats numériques a donc été réalisée, entre le rayonnement propre d'un boîtier électronique blindé, et celui d'une structure câblée. Pour cela, une phase essentielle fut l'obtention d'un modèle numérique du blindage du boîtier, ce qui n'est possible que par validations expérimentales. Le simulateur expérimental d'onde plane existant chez PSA nous permet de caractériser assez rapidement l’efficacité du blindage du boîtier, par des tests à la réception. C'est ce même critère qui nous permet alors de valider un modèle numérique, en transposant en calcul l'illumination du blindage. Parallèlement, ce travail de validation a permis de poursuivre chez AEROSPATIALE le développement de l'outil de simulation ASERIS-BE©, pour l'adapter aux contraintes d'un usage automobile. Ainsi on a pu mettre en cause la qualité des blindages utilisés en production sur ce type de véhicule, qui dans des configurations particulières (champ magnétique basse fréquence) provoquent un rayonnement significatif. Cette remarque a été mise à profit pour évaluer le champ magnétique rayonné dans un véhicule réel. La prédiction numérique a alors permis de tirer des conclusions, concernant les risques d'interférences, et l'emplacement des récepteurs sensibles à ce type de perturbationsTaking into account EMC aspects during the development of automotive projects needs to make use of numerical prediction tools. This present work, which has been realised in the PSA Peugeot Citroën company, gives a contribution to this long term goal, applied to the emissivity of the electric vehicle. Due to the high degree of complexity of this type of vehicle, we have to elaborate an hypothesis to simplify the representation, based on the high supposed shielding effectiveness of the electronic enclosure used. A numerical comparison has been obtained, between the radiation of a shielded electronic enclosure, and a typical structure with cables. Yet, it is necessary to obtain a numerical model of the shielded enclosure. To validate such a model, comparisons between computation and measurements are required. The plane wave experimental simulator existing at PSA permits to caracterise quickly the shielding effectiveness of the enclosure, by way of reception tests. Likewise, this property is used to validate the numerical modelisation, simulating the illumination of the enclosure. Meanwhile, this validation study has permitted to reveal the limitations of the numerical tool ASERIS BE©. It could then be developped in the AEROSPATIALE company, and adapted to the constraints of an automotive use. We could show threw this study the poor quality of the serial shielding used on board, in particular situation (low frequency magnetic field), which causes reciprocally high radiation levels outside. This has been illustrated in evaluating numerically the magnetic field radiated in a real vehicle. Then, threw the numerical prediction, we were able to give precious indications, concerning the interference hazards, and the location of sensitive receptors
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Leredde, Alexandre. "Etude, commande et mise en œuvre de nouvelles structures multiniveaux." Thesis, Toulouse, INPT, 2011. http://www.theses.fr/2011INPT0094/document.
Full textAbstract:
Les structures de conversion multiniveaux permettent de convertir en moyenne tension et forte puissance. Celles-ci sont construites à partir de cellules de commutations et permettent d’augmenter le courant et la tension en entrée ou en sortie. Ces structures sont appelées multiniveaux car les formes d’ondes des tensions en sortie permettent d’avoir plus de deux niveaux de tension différents. Les différentes structures peuvent être classées dans différentes catégories tel que la mise en série de pont en H, les convertisseurs multicellulaires série ou parallèle ou encore les structures utilisant le fractionnement du bus continu. Toutes ces structures ont des propriétés et applications différentes, même si certaines structures ont des propriétés communes. Il est aussi possible de créer de nouvelles structures en mixant les différentes structures de bases des différentes familles de convertisseurs multiniveaux ou en assemblant les structures de base de la conversion statique. Même si l’utilisation de structure de conversion multiniveaux permet de convertir à forte puissance, celle-ci n’est pas toujours aisée. En effet l’augmentation du nombre de niveaux ou de la tension d’entrée implique également une augmentation du nombre de composants semiconducteurs. Ceci peut être un frein à l’utilisation de convertisseur multiniveaux. Pour cela une nouvelle structure utilisant des composants partagés entre les différentes phases est proposée afin de limiter leur nombre. Un autre problème important lié aux convertisseurs multiniveaux est l’équilibrage des tensions des condensateurs du bus continu si celui-ci est composé de plus de deux condensateurs mis en série. Pour cela plusieurs solutions sont possibles : soit en utilisant une commande spécifique utilisant la modulation vectorielle, soit en utilisant des structures auxiliaires qui ont pour but d’équilibrer les différentes tensions des condensateurs. Dans une dernière partie ont été proposées de nouvelles structures qui permettent à la fois d’augmenter le courant de sortie et la tension en entrée en utilisant les principes des structures de base des convertisseurs multicellulaires série et parallèle. De plus, ces structures ont des propriétés intéressantes sur les formes d’ondes de sortie. De ces structures a été conçu un prototype permettant de valider les résultats de simulation. Une commande numérique implantée sur FPGA a été réalisée et a permis d’avoir des résultats expérimentaux intéressantsThis PhD Thesis deals with the study of new multilevel structures. At the beginning of this work, a new methodology to create new multilevel structures has been conceived. To evaluate the performances of these structures, there are many possibilities: number of output voltage levels, number of components, and the quality of the converters’ output waveforms. The list of criteria is not exhaustive. One technique to obtain an output multilevel waveform is to split the DC link in several capacitors. There is a limitation since putting more than two capacitors in serial connection leads to an unbalancing of these voltage capacitors. Several solutions are possible to balance these voltages. The first one uses the control of the structure in a three phase application, using a space vector modulation and minimizing the energy stored in the DC link. The second solution consists in using auxiliary circuits, which realize an energy transfer between one capacitor to another through an inductor. The drawback of this method is the high number of components. This problem can be reduced sharing some components between the three phases of the converter. The third part of this study is related to multicell converters, structures with very interesting good properties. New converter structures mix serial and parallel multicell converters, to obtain a hybrid converter with similar performances to the two basic converters. An experimental prototype was built to validate the results of the PhD. The digital control of this hybrid structure was made with a FPGA where two DSP processors were implemented
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Li, Yafang. "Etude d’un convertisseur DC-DC pour les réseaux haute tension à courant continu (HVDC) : modélisation et contrôle du convertisseur DC-DC modulaire multiniveaux (M2DC)." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2019. http://www.theses.fr/2019ECLI0006/document.
Full textAbstract:
Les travaux présentés dans ce mémoire portent sur les convertisseurs continu-continu (DC/DC) pour les réseaux de transport à Courant Continu (HVDC) dans un contexte de réseau maillé de type Multi Terminaux DC (MTDC). Dans ce genre de réseau, les convertisseurs DC/DC sont nécessaires pour interconnecter ces réseaux. L’objectif de ce travail est donc d’étudier un convertisseur DC/DC pour des applications à haute tension et forte puissance. De nombreux convertisseurs DC/DC classiques existent, mais ne sont pas adaptés à ces niveaux de tension et puissance. Le volume et coût sont les points clés de l’étude pour l’industrialisation des structures dédiées aux réseaux HVDC. Parmi les structures identifiées, le convertisseur DC-DC Modulaire Multiniveaux (M2DC), récent et compact, a été finalement choisi. Le travail proposé développe l’étude du M2DC en régime établi et une modélisation en modèle moyen de ce convertisseur. Ensuite, des lois de contrôle sont proposées pour valider les analyses précédentes sur la base du principe de l’inversion du modèle. Le travail vise enfin à valider les analyses et le contrôle à l’aide de la maquette du Convertisseur Modulaire Multiniveaux (MMC) du L2EP. Pour cela, un dimensionnement du M2DC basé sur le MMC existant est proposé. Enfin, des simulations HIL (Hardware-In-the-Loop) valident les analyses et montrent la faisabilité du prototypage du M2DCThis work is based on Multi Terminal Direct Current (MTDC) grids. In the MTDC grid, DC/DC converter stations are needed to connect different HVDC grids. A lot of DC/DC converters have been studied and developed, but are not suitable for high voltage and great power constraints. Therefore, the objective of this work is the study of a DC/DC converter for high voltage and great power applications. For the potentially HVDC applications, the volume and costs are major criteria. According to this, a high voltage and great power potential DC/DC converter is selected, which is the DC-DC Modular Multilevel Converter (M2DC). Focusing on the M2DC, the work proposes analyses in steady state and builds an average model for the converter. Based on the average model, the basic control algorithm for the converter is developed to validate the previous analysis. Since the thesis aims to use the existing L2EP Modular Multilevel Converter (MMC) to test the M2DC model and control, a design of the M2DC based on MMC is proposed. Finally, the M2DC HIL (Hardware In-the-Loop) simulations results are presented confirming previous analyses and allowing to go on to prototyping the M2DC on the base of the existing MMC
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Shinoda, Kosei. "Contrôle et opération des réseaux HVDC multi-terminaux à base de convertisseurs MMC." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2017. http://www.theses.fr/2017ECLI0017.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur la commande de réseaux multi-terminaux à courant continu (MTDC) basés sur des convertisseurs multiniveaux modulaires (MMCs).Tout d’abord, notre attention se focalise sur l'énergie stockée en interne dans le MMC qui constitue un degré de liberté additionnel apporté par sa topologie complexe. Afin d’en tirer le meilleur parti, les limites de l’énergie interne sont formulées mathématiquement.Afin de maîtriser la dynamique de la tension DC, l’utilisation de ce nouveau degré de liberté s’avère d’une grande importance. Par conséquent, une nouvelle de stratégie de commande, nommée «Virtual Capacitor Control», est proposée. Cette nouvelle méthode de contrôle permet au MMC de se comporter comme s’il possédait un condensateur de taille réglable aux bornes, contribuant ainsi à l’atténuation des fluctuations de la tension DC.Enfin, la portée de l’étude est étendue au réseau MTDC. L'un des défis majeurs pour un tel système est de faire face à une perte soudaine d'une station de convertisseur qui peut entraîner une grande variation de la tension du système. A cet effet, la méthode de statisme de tension est la plus couramment utilisée. Cependant, l'analyse montre que l'action de contrôle souhaitée risque de ne pas être réalisée lorsque la marge disponible de réserve de puissance du convertisseur est insuffisante. Nous proposons donc une nouvelle structure de contrôle de la tension qui permet de fournir différentes actions en fonction du signe de l'écart de la tension suite à une perturbation, associée à un algorithme qui détermine les paramètres de statisme en tenant compte du point de fonctionnement et de la réserve disponible à chaque stationThe scope of this thesis includes control and management of the Modular Multilevel Converter (MMC)-based Multi-Terminal Direct Current (MTDC).At first, our focus is paid on the internally stored energy, which is the important additional degree of freedom brought by the complex topology of MMC. In order to draw out the utmost of this additional degree of freedom, an in-depth analysis of the limits of this internally stored energy is carried out, and they are mathematically formulated.Then, this degree of freedom of the MMC is used to provide a completely new solution to improve the DC voltage dynamics. A novel control strategy, named Virtual Capacitor Control, is proposed. Under this control, the MMC behaves as if there were a physical capacitor whose size is adjustable. Thus, it is possible to virtually increase the equivalent capacitance of the DC grid to mitigate the DC voltage fluctuations in MTDC systems.Finally, the scope is extended to MMC-based MTDC grid. One of the crucial challenges for such system is to cope with a sudden loss of a converter station which may lead to a great variation of the system voltage. The voltage droop method is commonly used for this purpose. The analysis shows that the desired control action may not be exerted when the available headroom of the converter stations are insufficient. We thus propose a novel voltage droop control structure which permits to provide different actions depending on the sign of DC voltage deviation caused by the disturbance of system voltage as well as an algorithm that determines the droop parameters taking into account the operating point and the available headroom of each station
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Solano, Saenz Eduard Hernando. "Étude des convertisseurs multicellulaires série - parallèle et de leurs stratégies de commande, approches linéaire et prédictive." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2014. http://oatao.univ-toulouse.fr/13939/1/solano.pdf.
Full textAbstract:
L'évolution de l'électronique de puissance depuis ces dernières années est le résultat des enjeux énergétiques actuels qui exigent, entre autres, des architectures de conversion d'énergie capables de traiter des puissances de plus en plus importantes. Parmi les éléments les plus caractéristiques de cette évolution, l'avancement technologique des composants semi-conducteurs (nouveaux composants SiC ou GaN) ainsi que la conception de nouvelles architectures de convertisseurs statiques jouent un rôle important. Parmi ces architectures, différentes associations basées sur la connexion en série et en parallèle de cellules de commutation classiques ont été proposées. Ces associations permettent d'augmenter la puissance traitée par les convertisseurs sans accroitre les contraintes au niveau des interrupteurs. Elles permettent également l'obtention de signaux de sortie d'une meilleure qualité avec des fréquences apparentes de découpage plus importantes. Ces architectures utilisent des éléments de stockage d'énergie qui diminuent les contraintes au niveau des interrupteurs mais qui exigent, en revanche, une régulation précise des grandeurs de tension ou de courant propres à ces éléments. Pour l'association en série, les tensions des condensateurs doivent rester autour d'une fraction de la tension du bus d'entrée. Pour l'association en parallèle, le courant de sortie doit être réparti équitablement entre les différents bras afin d'éviter les phénomènes non linéaires propres aux éléments magnétiques utilisés dans les inductances (séparées ou magnétiquement couplées). Dans la première partie de cette thèse, nous présentons les généralités de l'association en série et parallèle des cellules de commutation. La modélisation des éléments magnétiques utilisés pour la mise en parallèle est également détaillée dans le but d'identifier de possibles sources de déséquilibre sur la répartition du courant de sortie. Une modélisation matricielle est appliquée pour simplifier la relation entre les variables propres à chaque association et les ordres de commande de toutes les cellules. Cette modélisation matricielle sera la base des stratégies de commande que nous avons développées dans la suite de nos travaux. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous présentons les différentes stratégies de commande pouvant être appliquées sur ces convertisseurs. Les premières stratégies sont basées sur une approche classique utilisant un modulateur, un générateur d'ordres de commande et des régulateurs de type linéaire pour la régulation des variables internes et externes de chaque association. En termes de modulateurs, nous présentons principalement un modulateur de type PS (Phase Shifted), tandis que quelques applications et résultats sont présentés pour un modulateur de type PD (Phase Disposition). D'autres stratégies basées sur la commande prédictive sont également présentées. La première est la stratégie MPC qui utilise une fonction de coût pour choisir l'état optimal du convertisseur pour chaque période d'échantillonnage. Cette stratégie a été introduite récemment dans le domaine des convertisseurs statiques et présente des avantages liées à la facilité de sa mise en place ainsi qu'aux réponses du système lors des régimes transitoires. La deuxième stratégie, basée sur la commande prédictive, utilise des instants de commutation variables, une fonction de coût simplifiée et une machine d'état. Cette dernière permet de gérer les ordres de commande de toutes les cellules de commutation en fonction des variables à réguler. En plus des avantages liés à la stratégie MPC, sa mise en place est bien plus simple car elle fonctionne à une fréquence de découpage fixe et s'adapte facilement à différents points de fonctionnement. Dans la dernière partie de cette thèse, nous présentons l'implantation expérimentale de ces stratégies afin de valider leur performance sur les convertisseurs multicellulaires.
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Pham, Thi Thuy Linh. "Contribution à l'étude de nouveaux convertisseurs sécurisés à tolérance de panne pour systèmes critiques à haute performance. Application à un PFC Double- Boost 5 Niveaux." Phd thesis, Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00656620.
Full textAbstract:
Ce travail vise une exploration et une évaluation de nouvelles variantes de topologies multiniveaux AC/DC non réversibles (PFC) du point de vue de leur sûreté de fonctionnement : recherche d'une grande sécurité électrique sur destruction interne et maintien d'une continuité de fonctionnement. Elles sont caractérisées par une connexion AC non différentielle, un partitionnement cellulaire en série et symétrique autour d'un point milieu. Cette organisation permet d'exploiter la redondance active série entre les cellules d'un même groupe et l'effet de ségrégation topologique qui apparaît entre les deux groupes de cellules. Les structures étudiées sont modulaires et peuvent être parallélisées et étendues à un nombre quelconque de phases. Elles ne possèdent que des cellules mono-transistors basse-tension (Si et SiC 600V max) performantes et intrinsèquement tolérantes aux imperfections de la commande et aux parasites donc naturellement sécurisées. Les comparaisons prenant en compte les pertes, la répartition des pertes, le dimensionnement et le report de contraintes sur défaut interne mettent en avant la structure PFC Double- Boost Flying Cap. à 5 Niveaux, brevetée en début de thèse, comme une solution ayant le meilleur compromis. Sur le plan théorique nous montrons que le seul calcul de la fiabilité basé uniquement sur un critère d'occurrence au premier défaut est inadapté pour décrire ce type de topologie. La prise en compte de la tolérance de panne est nécessaire et permet d'évaluer la fiabilité globalement sur une panne effective (i.e. au second défaut). L'adaptation de modèles théoriques de fiabilité à taux de défaillance constant mais prenant en compte, au niveau de leurs paramètres, le report de contrainte en tension et l'augmentation de température qui résulte d'un premier défaut, permet de chiffrer par intégration et en valeur relative, le gain obtenu sur un temps court. Ce résultat est compatible avec les systèmes embarqués et la maintenance conditionnelle. Un prototype monophasé à 5 niveaux, à commande entièrement numérique et à MLI optimisée reconfigurable en temps réel a été réalisé afin de valider l'étude. Il permet une adaptation automatique de la topologie de 5 à 4 puis à 3 niveaux par exemple. Ce prototype a également servi de banc de test d'endurance du mode de défaillance sur claquage - avalanche de transistors CoolMos™ et diodes SiC, volontairement détruits individuellement dans des conditions d'énergie maîtrisée et reproductibles, afin de prouver expérimentalement le maintien du service sur plusieurs centaines d'heures au prix d'un derating de 30% maximum en puissance seulement. La détection et le diagnostic rapide de défauts internes ont également été traités dans ce travail. D'une part, par la surveillance directe et le seuillage des tensions internes (tensions flottantes) et d'autre part, par une détection harmonique de la fréquence de base (amplitude et phase) en temps réel. Ces deux techniques ont été intégrées numériquement et évaluées sur le prototype, en particulier la seconde qui ne requiert qu'un seul capteur. VI Enfin, nous proposons dans ce travail une nouvelle variante PFC Vienna multicellulaire expérimentée en fin de mémoire, utilisant deux fois moins de transistors et de drivers pour les mêmes performances fréquentielles au prix d'un rendement et d'une répartition des pertes légèrement moins favorables que la structure brevetée.
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Garreau, Clément. "Etude et modélisation de stratégies de régulation linéaires découplantes appliquées à un convertisseur multicellulaire parallèle." Thesis, Toulouse, INPT, 2018. http://www.theses.fr/2018INPT0040/document.
Full textAbstract:
Les structures de conversion multi-niveaux parallèles permettent de faire transiter de fortscourants tout en gardant une bonne puissance massique ; celles-ci sont réalisées en parallélisantdes cellules de commutation. Cette parallélisation permet de réduire le courant dans chaquecellule et ainsi de revenir dans des gammes plus standard de composants de puissance. Laparallélisation, en utilisant une commande adaptée, améliore les formes d’onde en sortie duconvertisseur. Ce manuscrit se focalisera sur une structure de conversion multiniveaux parallèlespécifique constituée de bras de hacheur dévolteur en parallèles couplés magnétiquement. Eneffet du fait de la commande entrelacée mise en place, l’ondulation du courant de sortie se voitréduite mais en contrepartie l’utilisation d’inductances séparées sur chaque bras entraine uneaugmentation de l’ondulation des courants de bras, directement liée au nombre de cellules decommutation, en fonction de l’ondulation du courant de sortie. Afin de palier à ce problème cesinductances sont remplacées par un (ou plusieurs) coupleur(s) magnétique(s) qui permet(tent) deréduire l’ondulation de courant dans chaque bras. Cependant dans le but de garantir la nonsaturation ainsi qu’une bonne intégration des coupleurs il est nécessaire de s’assurer del’équilibrage des courants de chaque bras malgré une différence entre les paramètres. Ainsi cemanuscrit s’est axé vers la détermination de différentes méthodes de modélisation découplant lesystème permettant le maintien de l’égale répartition des courants en utilisant des différences derapports cycliques. Ces méthodes de modélisation ont été généralisées afin de réaliser unalgorithme permettant de générer des lois de commande quel que soit le nombre de cellules enparallèle. Dans une dernière partie ces lois de commande ont été testées sur un prototype en lesimplémentant sur FPGA afin de procéder à une vérification expérimentaleThe parallel multilevel converters allow high current with a high power-weight ratio by associatingcommutation cells in parallel. This parallelization reduces the current in each cells and so onpermits to use standard range of components. With an adapted command the quality of the outputwaveforms is improved. This report will focus on a specific structure made off Buck converter withmagnetic coupling. Indeed thanks to the interleaved command, the output current ripple is reducedbut in return using separated inductances on each leg leads an increasing of the leg current ripple,directly linked to the number of leg and the ripple of the output current. In order to avoid thisproblem those inductances are replaced by one or more intercell transformers (ICT) that reducethe ripple of each leg current. However in a way to ensure unsaturated ICTs and good integrationit is necessary to balance the current of each leg despite parameter variation. Thus this report isfocused on modeling uncoupling methods for the system ensuring an equal distribution of thecurrents with duty cycles differences. Those modeling methods were generalized to achieve to analgorithm which generate control law whatever the number of leg. In the last part those controllaws are tested on a test bench by implementing them on a FPGA board to validate experimentallythe results
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Laamiri, Saber. "Commande des systèmes électriques : machines synchrones et convertisseurs multi-niveaux." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2019. http://www.theses.fr/2019ECDN0031/document.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse a pour objectifs l'observation et la commande des convertisseurs multi-niveaux et la commande des machines synchrones. Pour satisfaire le besoin des clients de l’entreprise GS Maintenance et pour des raisons de maintenance, une commande en courant de la machine synchrone est implémentée expérimentalement. L'accent est mis sur le démarrage de ce type de machines car durant ces phases de fonctionnement (basses vitesses), les forces électromotrices sont faibles pour assurer la commutation des thyristors de l'onduleur. Ensuite, l'entreprise a proposé à ses clients un convertisseur statique en moyenne tension afin de garder sa place dans la variation de vitesse. Dans ce cadre, une commande en tension moderne de la machine synchrone alimentée par un onduleur de tension est proposée et validée par des résultats de simulation. Compte tenu du fonctionnement en moyenne tension, les convertisseurs multi-niveaux ont été retenus par l’entreprise. Dans ce cadre, le convertisseur multicellulaire série est proposé dans ce travail et une commande directe basée sur la théorie des modes glissants et le principe de priorité est conçue pour assurer l'équilibrage des tensions flottantes du convertisseur. Cette commande a été généralisée pour un nombre quelconque de cellules du convertisseur et validée par des résultats de simulation pour un nombre de cellules égal à 7. Pour réduire le coût et l'encombrement du convertisseur, un observateur adaptatif des tensions flottantes est proposé en prenant en compte les états de commutation du convertisseur. Cet observateur est ensuite associé à la commande directe en boucle fermée. Un banc d'essai du convertisseur à 3 cellules est réalisé au sein de l’entreprise et l’ensemble « observateur + commande directe » est testé expérimentalement sur ce bancThis PhD thesis aims to the observation and control of multilevel converters and the synchronous machines control. To satisfy the needs of GS Maintenance's customers and for maintenance reasons, a control strategy for a current fed self controlled synchronous machine is validated by experiments tests. The proposed strategy focus on a very low speed because the machine counter electromotive force is insufficient for inverter thyristors switching. Recently, the company proposed for its customers a power converter with medium voltage to keep its place in the speed variation. So, a modern voltage control of the synchronous machine fed by a voltage inverter is proposed and validated by simulation results. Medium voltage operation encouraged the company to choose the multi-level converter. Then, the flying capacitor converter is proposed in this work and a direct control based on the sliding mode theory and the priority principle is designed to guarantee the voltage balance. This control strategy has been generalized for any number of cells of the converter and validated by simulation results for a 7 cells converter. To reduce the cost and complexity of the converter, an adaptive observer floating voltages is proposed by taking into account the switching states of the converter. This observer is then associated with the direct control in closed loop. A test bench of a 3 cells converter is set up in the company. Experimental tests of « observer based direct control » are then conducted on this test bench
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Erroui, Najoua. "High power conversion chain for hybrid aircraft propulsion." Thesis, Toulouse, INPT, 2019. http://www.theses.fr/2019INPT0106.
Full textAbstract:
Ces dernières années, l’utilisation des systèmes de transport aérien s'est considérablement amplifié. Par conséquent, les considérations environnementales actuelles poussent à réduire leur utilisation. Des projets tels que Clean Sky 2 tentent d’apporter une réponse à ce problème, en proposant une réduction des émissions de CO2 et des nuisances sonores. Le recours à l’hybridation de la propulsion des avions réduirait ces émissions en réduisant la taille et la masse des systèmes et en utilisant des systèmes électriques plus efficaces ce qui permettrai d’augmenter le nombre de passager. Cela permettrait de réduire la consommation de carburant et donc les émissions polluantes. Ces travaux s'inscrivent dans le cadre du projet européen HASTECS Clean Sky 2 qui vise à optimiser l'ensemble de la chaîne électrique de l'avion à propulsion hybride en intégrant toutes les contraintes aéronautiques telles que les décharges partielles pour les équipements électriques placés en zone non pressurisée. Le projet HASTECS s'est fixé le défi de doubler la densité de puissance des machines électriques pour passer de 5 kW/kg à 10 kW/kg, y compris leur refroidissement, tandis que pour l'électronique de puissance, avec son système de refroidissement, le but sera de passer à 15 kW/kg en 2025 et à 25 kW/kg en 2035. Pour augmenter la densité de puissance, la masse du système de refroidissement doit être diminuée dans un premier temps soit en optimisant ses composants, ce qui est fait par le 4ème lot de travail (WP4), soit en réduisant les pertes. La réduction des pertes de l'onduleur pourrait être obtenue en utilisant de semi-conducteurs de faible calibre en tension, en jouant sur les stratégies de modulation ou en utilisant des semi-conducteurs plus performants. La première option peut être faite en utilisant des architectures multi-niveaux pour éviter l'association en série direct. Contrairement à l'association directe en série, l'association parallèle est plus facile à gérer en termes de commande de interrupteurs, ce qui a été autorisé dans nos études. Plusieurs topologies d'onduleurs (topologies à 2, 3 et 5 niveaux) et stratégies de modulation (PWM, injection de troisième harmonique, PWM discontinu et pleine onde) ont été comparées en utilisant plusieurs technologies de semi-conducteurs pour choisir la solution la plus performante en termes de rendement et de densité de puissance. Pour le profil de mission considéré, l'onduleur pourrait être dimensionné pour le point de puissance maximum (décollage) ou la phase de vol la plus longue (croisière). Une étude comparative des stratégies de modulation a été réalisée pour mettre en évidence la structure et la modulation présentant les meilleures performances afin de minimiser les pertes pour les points de dimensionnement choisis en utilisant les topologies les plus intéressantes pour le profil de mission étudié en utilisant deux configurations différentes de bobinage du moteur électrique proposées par le WP1Recently, the use of air transport systems has increased considerably. Therefore, the current environmental considerations are pushing to reduce their ecological impact. Projects such as Clean Sky 2 provide an answer to this problem, by proposing a reduction in CO2 emissions and noise pollution. The development of a hybrid-electric aircraft would reduce these emissions by reducing the size and weight of the systems and using more efficient electrical systems. This would reduce fuel consumption and therefore pollutant emissions. This work takes part into HASTECS Clean Sky 2 European project which aims to optimize the complete electrical chain of the hybrid aircraft integrating all aeronautical constraints such as partial discharges for electrical equipment placed in the non-pressurized zone. HASTECS project has set itself the challenge of doubling the specific power of electric machines including their cooling from 5 kW/kg to 10 kW/kg, while the power electronics, with their cooling system, would evolve from 15 kW/kg in 2025 to 25 kW/kg in 2035. To increase the specific power, the cooling system mass should be decreased either by optimizing its components which is done by the 4th work package (WP4) or by reducing power losses. Inverter losses reduction could be achieved by using small voltage rating components, by playing on modulation strategies or by using more performant semiconductors. The first option could be done by using multilevel architectures to avoid the direct series association. Unlike direct series association, the parallel one is easier to manage in terms of switches command so it was allowed in our studies. Several inverter topologies (2-, 3- and 5-level topologies) and modulation strategies (PWM, third harmonic injection, discontinuous PWM and full-wave) were compared using several semiconductors generations to choose the most performant solution in terms of efficiency and specific power. For the considered mission profile, the inverter could be sized for the maximum power point (takeoff) or the most extended flight phase (cruise). A comparative study of modulation strategies was carried out to highlight the structure and modulation presenting the best performance to minimize the losses for the chosen sizing points using most interesting topologies for the studied mission profile using two electrical motor windings configurations proposed by WP1
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Pham, Thi Thuy Linh. "Contribution à l’étude de nouveaux convertisseurs sécurisés à tolérance de panne pour systèmes critiques à haute performance. Application à un PFC Double- Boost 5 Niveaux." Thesis, Toulouse, INPT, 2011. http://www.theses.fr/2011INPT0095/document.
Full textAbstract:
Les conditionneurs alternatifs – continu à absorption sinusoïdale (PFC) pour les applications critiques se distinguent par un haut niveau de performances tel que les THD réduits, un haut rendement et une bonne fiabilité. Leur importance est d’autant plus nécessaire qu’une continuité de service des alimentations est requise même en présence d’une défaillance interne de composant. Deux types de structures associées à leur commande sont réalisés à cet effet, les structures à redondance parallèle et les structure à redondance en série. Elles consistent respectivement en l’ajout d’un bras d’interrupteur dans le cas de la redondance parallèle, qui est une option plus compliquée et en une suppression d’une cellule de commutation dans le deuxième cas. L’étude présentée ici, consiste en premier lieu en une exploration et une évaluation de nouvelles familles de topologies multi-niveaux, caractérisée par un partitionnement cellulaire en série. Ces nouvelles topologies, ainsi que leurs variantes, comportent au moins une redondance structurelle avec des cellules mono-transistor à défaut de commande non critique et symétriques à point-milieu. Elles sont donc génériques pour la mise en parallèle et l’extension en triphasé. Cependant, elles sont pour la plupart peu compétitives à cause des composants qui sont souvent surdimensionnés et donc plus onéreuses, en comparaison avec la structure PFC Double-Boost 5 Niveaux à composants standards 600 V (brevetée par l’INPT – LAPLACE –CNRS en 2008) que nous étudions. Cette dernière constitue le meilleur compromis entre un bon rendement et une maîtrise des contraintes en mode dégradé. Sur le plan théorique nous montrons que le seul calcul de fiabilité basé uniquement sur un critère de premier défaut est inadapté pour décrire ce type de topologie. La prise en compte de la tolérance de panne est nécessaire et permet d'évaluer la fiabilité globale sur une panne effective (i.e. au second défaut). L'adaptation de modèles théoriques de fiabilité à taux de défaillance constant mais prenant en compte, au niveau de leurs paramètres, le report de contrainte en tension et l'augmentation de température qui résulte d'un premier défaut, permet de chiffrer en valeur relative, le gain obtenu sur un temps court. Ce résultat est compatible avec les systèmes embarqués et la maintenance conditionnelle. Un prototype monophasé de PFC double-boost 5 niveaux à commande entièrement numérique et à MLI optimisée reconfigurable en temps réelle a été réalisé afin de valider l’étude. Il permet une adaptation automatique de la topologie de 5 à 4 puis 3 niveaux par exemple. Ce prototype a également servi de test d'endurance aux transistors CoolMos et diodes SiC volontairement détruits dans des conditions d'énergie maîtrisée et reproductibles. D’autres campagnes d'endurance en modes dégradés ont été réalisées en laboratoire sur plusieurs centaines d’heures en utilisant ce même prototype. Nous nous sommes axés sur la détection de défauts internes et le diagnostic (localisation) rapide, d'une part par la surveillance directe et le seuillage des tensions internes (tensions flottantes) et d'autre part, par la détection d’harmoniques (amplitude et phase) en temps réel. Ces deux techniques ont été intégrées numériquement et évaluées sur le prototype, en particulier la seconde qui ne requiert qu'un seul capteur. Enfin, nous proposons une nouvelle variante PFC expérimentée en fin de mémoire, utilisant deux fois moins de transistors et de drivers pour les mêmes performances fréquentielles au prix d'un rendement et d'une répartition des pertes légèrement moins favorable que la structure brevetéeThis work is an exploration and an evaluation of new variants of multi-level AC/DC topologies (PFC) considering their global reliability and availability: electrical safety with an internal failure and post-failure operation. They are based on a non-differential AC and centre tap connection that led to symmetrical arrangement cells in series. These topologies permit an intrinsic active redundancy between cells in a same group and a segregation capability between the two symmetrical groups of cells. More again, they are modular and they can be paralleled and derived to any number of levels. Only single low-voltage (600V) transistor pear cell is used avoiding the short-circuit risk due to an unwanted control signal. Comparisons, taking into account losses, distribution losses, rating and stresses (overvoltage and over-temperature) during the post-operation are presented. Results highlight the proposed 5-level Double-Boost Flying Capacitor topology. This one was patented at the beginning of thesis, as a solution with the best compromise. On the theoretical side, we show that the reliability calculation based only on a "first fault occurrence" criterion is inadequate to really describe this type of topology. The inclusion of fault tolerance capability is needed to evaluate the overall reliability law (i.e. including a second failure). The adaptation of theoretical models with constant failure rate including overvoltage and over-temperature dependencies exhibit an increasing of the reliability over a short time. This property is an advantage for embedded systems with monitoring condition. Local detection and rapid diagnosis of an internal failure were also examined in this work. Two methods are proposed firstly, by a direct flying caps monitoring and secondly, by a realtime and digital synchronous demodulation of the input sampled voltage at the switching frequency (magnitude and phase). Both techniques have been integrated on FPGA and DSP frame and evaluated on a AC230V-7kW DC800V – 31kHz lab. set-up. We put forward the interest of the second method which only uses one input voltage sensor. Finally, we propose in this dissertation a new generic X-level PFC Vienna using, in 5-level version, half transistors and drivers for identical input frequency and levels. At the cost of a slight increase of losses and density losses, this topology appears very attractive for the future. A preliminary lab. set-up and test were also realized and presented at the end of the thesis
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Ghennam, Tarak. "Supervision d'une ferme éolienne pour son intégration dans la gestion d'un réseau électrique, Apports des convertisseurs multi niveaux au réglage des éoliennes à base de machine asynchrone à double alimentation." Phd thesis, Ecole Centrale de Lille, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00708171.
Full textAbstract:
La première thématique développée dans ce mémoire vise à développer de nouveaux algorithmes pour la commande des éoliennes reposant sur une machine asynchrone à double alimentation et des convertisseurs multi niveaux. Deux stratégies de contrôle direct du courant, basées sur l'Hystérésis à Zones Carrées et l'Hystérésis à Zones Circulaires (HZCi) ont été proposées. Celles-ci consistent à appliquer des vecteurs de tension appropriés pour contrôler les puissances actives et réactive générées et permettent également d'équilibrer les tensions du bus continu interne des convertisseurs. Des résultats de simulation et d'expérimentation montrent que la stratégie basée sur l'HZCi est meilleure en termes de forme d'onde et de contenu harmonique des tensions de sortie.La seconde concerne la supervision et la gestion des puissances active et réactive dans une ferme éolienne au vu de son intégration dans un réseau électrique. Cette supervision centralisée est assurée par un algorithme qui distribue les consignes de puissance aux éoliennes de la ferme de manière proportionnelle. Ces références sont fonction de la capacité maximale de production de l'éolienne. Pour cela, une analyse des transits de puissance dans le système éolien à base de la machine asynchrone à double alimentation a été effectuée. Elle a permis de déterminer la caractéristique (P, Q) du générateur et de calculer ses limites de compensation en termes de puissance réactive. Une gestion locale des puissances de chaque éolienne a été développée permettant ainsi une répartition des puissances entre le stator de la machine et le convertisseur coté réseau en considérant plusieurs modes de fonctionnement du système éolien.
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Chebbah, Mohamed Talel. "Étude et simulation d'un convertisseur multiniveaux type PUC." Mémoire, École de technologie supérieure, 2014. http://espace.etsmtl.ca/1313/7/CHEBBAH_Mohamed_Talel.pdf.
Full textAbstract:
Les contraintes énergétiques actuelles poussent les chercheurs à concevoir et à optimiser les dispositifs permettant de produire et de consommer l’énergie. Les convertisseurs de puissance ont toujours été une étape importante du processus énergétique. Dans le cadre de ce mémoire, nous présentons les différents types de convertisseurs multiniveaux de puissance, ainsi qu’une des plus récentes dont le potentiel est très intéressant, le convertisseur à cellules empilées PUC « Packed U Cells ». Ce convertisseur peut être utilisé en redresseur ou en onduleur. Il a aussi été testé en conversion triphasé, ainsi qu’en filtre actif. Dans le cadre de ce travail, nous l’avons simulé sous l’environnement Matlab/Simulink et en simulation temps réel avec le simulateur temps réel d’OPAL-RT. Plusieurs commandes ont été testées, leurs avantages et leurs inconvénients sont présentés dans ce rapport.
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Gaptia, Maï Moussa Lawan. "Gestion optimale d'énergie électrique à partir des sources d'énergies renouvelables dédiées aux sites isolés Power control for decentralized energy production system based on the renewable energies — using battery to compensate the wind/load/PV power fluctuations Three level Neutral-Point-Clamped Inverter Control Strategy using SVPWM for Multi-Source System Applications Wind turbine and Batteries with Variable Speed Diesel Generator for Micro-grid Applications." Thesis, Normandie, 2019. http://www.theses.fr/2019NORMLH28.
Full textAbstract:
Les travaux de thèse s’inscrivent dans les problématiques des travaux de recherche de l’équipe thématique : Maitrise des Energies Renouvelables et systèmes de Stockage (MERS) du laboratoire GREAH-EA3220. Ils englobent le dimensionnement des éléments constitutifs du système et la gestion optimale de l’énergie électrique pour un système hybride (Diesel à vitesse variable, Eolien, PV et Batteries) dédié aux sites isolés. Les sources de production d'énergie alimentent des charges par le biais de convertisseurs multi-niveaux d’électronique de puissance. Le groupe électrogène comportant un moteur diesel à vitesse variable est considéré comme la principale source d’énergie utilisée pour contrôler la tension continue du point de couplage. Ce type de groupe électrogène est choisi pour optimiser la consommation du carburant. Il est sollicité pour délivrer une puissance électrique compatible avec le régime du moteur qui supporte mal les variations fréquentes et rapides. Les sources d’énergie renouvelables dont on cherche à augmenter la part d’énergie pour satisfaire la demande sont pilotées de manière à extraire instantanément le maximum de puissances disponible par les ressources (ensoleillement, vent). Celles-ci imposent ainsi leurs dynamiques et leurs intermittences au point de couplage. Le pack des batteries sert à compenser les fluctuations rapides de l’énergie provenant des sources d’énergie renouvelables par rapport à une évolution plus lente prise en charge par le groupe électrogène. La gestion des interactions au sein du système électrique hybride résultant est assurée au moyen de convertisseurs statiques multi-niveaux (AC / DC, DC / DC et DC / AC). Une approche de gestion d’énergie électrique fondée sur la répartition fréquentielle des perturbations induites au point de couplage par les sources renouvelables. Une plateforme expérimentale à échelle réduite (1/22) a été développée pour valider expérimentalement les approches théoriques et les simulations. Les résultats de simulations obtenus dans l’environnement logiciel Matlab/Simulink/SimPowerSystems et ceux issus du dispositif expérimental réalisé et piloté par dSPACE-1104 prouvent l’adéquation des méthodes de contrôle proposéesThe thesis works are part of the research work of the thematic team: Mastery of Renewable Energies and Storage Systems (MERS) of the GREAH-EA3220 laboratory. They include the dimensioning of the constituent elements of the system and the optimal management of electrical energy for a hybrid system (Variable speed Diesel, Wind, PV and Batteries) dedicated to isolated sites. Power sources supply loads through multi-level converters of power electronics. The generator set with a variable speed diesel engine is considered to be the main source of energy used to control the DC voltage at the coupling point. This type of generator is chosen to optimize fuel consumption. It is used to deliver an electrical power compatible with the engine speed which does not tolerate frequent and rapid variations. Renewable energy sources whose share of energy is sought to meet demand are managed so as to instantly extract the maximum power available from resources (sunshine, wind). These thus impose their dynamics and their intermittences at the coupling point. The battery pack is used to compensate for rapid fluctuations in energy from renewable energy sources compared to a slower evolution supported by the generator. Interactions within the resulting hybrid electrical system are managed by means of multi-level static converters (AC / DC, DC / DC and DC / AC). An electrical energy management approach based on the frequency distribution of disturbances induced at the coupling point by renewable sources. An experimental platform on a reduced scale (1/22) has been developed to experimentally validate theoretical approaches and simulations. The results of simulations obtained in the Matlab / Simulink / SimPowerSystems software environment and those from the experimental device produced and piloted by dSPACE-1104 prove the adequacy of the proposed control methods
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Brandelero, Julio Cezar. "Conception et réalisation d'un convertisseur multicellulaire DC/DC isolé pour application aéronautique." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2015. http://oatao.univ-toulouse.fr/14246/1/Brandelero.pdf.
Full textAbstract:
L’électricité prend une place de plus en plus importante dans les systèmes énergétiques embarqués. L’électricité est une forme d’énergie très malléable, facile à transporter et réglable ou transformable avec un très faible taux de pertes. L’énergie électrique, associée à des convertisseurs statiques, est plus facile à maîtriser que, par exemple, l’énergie hydraulique et/ou pneumatique, permettant un réglage plus fin et une réduction des coûts de maintenance. L’évolution de la puissance dans les modèles avioniques est marquante. Avec le nombre croissant de charges électroniques, un avion plus électrique avec un réseau à courant alternatif inclurait un grand nombre de redresseurs AC/DC qui devront respecter les normes de qualité secteur. Une solution pour la réduction de la masse serait de préférer un réseau HVDC (High Voltage DC Bus). Sur les futurs modèles avioniques plus électriques, les concepteurs envisageront des conversions HVDC/DC à partir de l’unité appelée BBCU (Buck Boost Converter Unit). Dans ce cas d’étude, un réseau de distribution en tension continue (±270Vdc) est connecté à un réseau de sécurité basse tension (28Vdc) avec un échange bidirectionnel de puissance pouvant atteindre 10kW. Le convertisseur statique assurant cette liaison représente de nouveaux défis pour l’électronique de puissance en termes de fiabilité, sûreté, détection de panne, rendement et réduction de masse et de coût. Le dimensionnement du convertisseur doit prendre en compte une conception optimale, en aéronautique ce critère est la masse. Dans le processus de dimensionnement et d’optimisation du convertisseur, il est donc impératif de prendre en compte trois facteurs principaux : 1) l’évolution des topologies de conversion, 2) l’évolution des composants actifs et passifs et 3) l’intégration de puissance. La réunion de ces trois facteurs permettra ainsi la miniaturisation des convertisseurs statiques. Dans un premier temps, nous préciserons la démarche adoptée pour le dimensionnement d’un convertisseur en prenant en compte : les topologies actives, les filtres différentiels et le système de refroidissement. Les différents éléments qui composent le convertisseur sont décrits dans un langage informatique orienté objet. Des facteurs de performances seront également introduits afin de faciliter le choix des semi-conducteurs, des condensateurs et du dissipateur pour un convertisseur statique. Dans un deuxième temps, nous présenterons le fonctionnement d’une topologie multicellulaire DC/DC, isolée pour l’application proposée. Nous présenterons les avantages du couplage de différentes phases de ce convertisseur. Nous introduirons les différentes associations des cellules et leurs avantages, possibles grâce à l’isolement, comme la mise en série et en parallèle. Puisque la caractérisation des pertes des semi-conducteurs est essentielle pour le dimensionnement du convertisseur statique, nous proposerons deux approches : un modèle de simulation relativement simple et paramétré à l’aide de seules notices constructeurs ; et une méthode de mesure des pertes dans les semi-conducteurs qui est à la fois précise et compatible avec les composants les plus rapides. En ce qui concerne les composants magnétiques, une surface de réponse des matériaux ferrites sera présentée. Nous allons décrire, par le biais analytique et de simulation, des modèles pour la détermination du champ magnétique à l’intérieur du noyau et des ondulations de courant engendrés. Finalement, en profitant des modèles et des résultats obtenus dans les sections précédentes, nous montrerons le dimensionnement et la réalisation de chaque partie du convertisseur BBCU 100kHz / 10kW. Une perspective d’un design idéal est également présentée.
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Riachy, Léa. "Contribution à la commande d'un onduleur multiniveaux, destinée aux énergies renouvelables, en vue de réduire le déséquilibre dans les réseaux électriques." Thesis, Normandie, 2017. http://www.theses.fr/2017NORMR076/document.
Full textAbstract:
Le travail de cette thèse apporte une contribution aux méthodes de réglage de la tension dans les réseaux électriques. Il s’agit de fournir au réseau la puissance active et surtout la puissance réactive nécessaire pour réguler la tension et aboutir à un système équilibré vue du côté source. Ces puissances sont extraites d’une source d’energie renouvelable : une attention particulière a été portée à l’énergie éolienne raccordée au réseau à travers la Machine Asynchrone à Double Alimentation (MADA) pilotée par des convertisseurs statiques. Le système de contrôle le plus répandu des éoliennes est basé principalement sur la technique d’extraction du maximum de puissance. Cependant, cette technique limite la mise en oeuvre deservices auxiliaires, telle que la participation des éoliennes au réglage de la tension dans le réseau électrique. Pour cela, une nouvelle méthode d’extraction du coefficient de puissance optimal, permettant d’améliorer la participation de la MADA à la régulation de la tension dans le réseau (compensation de la puissance réactive et du déséquilibre), a été développée. Le convertisseur multiniveaux à structure NPC (Neutral Point Clamped) raccordant l’énergie renouvelable au réseau a été étudié. La commande prédictive assurant simulatnément l’amélioration du facteur de puissance, l’équilibrage du réseau électrique et du bus continu du convertisseur NPC a été proposée. Ensuite, l’application de cette commande prédictive a été elargie en lui attribuant plusieurs objectifs : amélioration du facteur de puissance avec équilibrage du réseau, équilibrage du bus continu, minimisation des pertes par commutation et réduction de la tension de mode commun. La minimisation des pertes a été obtenue en proposant une nouvelle stratégie qui consiste à exploiter les datasheets constructeurs donnant l’évolution de l’énergie dissipée durant la commutation en fonction du courant. Ces courbes expérimentales ont été transformées en modèlesmathématiques implémentés dans la commande prédictive. Les résultats de simulation et expérimentaux sont présentés pour évaluer les performances de la méthode proposéeThe work in this research thesis presents a contribution to voltage regulation in electrical networks. By considering adequate active and reactive powers injection into the grid, voltage control and load balancing are provided. These powers are generated from a grid connected renewable energy conversion system : a special attention was paid to the Wind Energy ConversionSystem (WECS) based on Doubly-Fed Induction Generator (DFIG).The typical control strategy for WECS is the maximum power coefficient tracking method. However, this method limits desirable ancillary power services, such as the participation of wind turbines in voltage regulation in the power grid. Therefore, a new method that derives the optimal power coefficient enhancing the participation of WTS in voltage regulation in the network (reactive and unbalanced power compensation), has been developed. The multilevel NPC (Neutral Point Clamped) converter, used for grid interface connection of renewable energy sources systems, has been studied. A predictive control method for the three-level NPC converter, capable of simultaneously compensating the problems of : DC link capacitors voltage balancing, load balancing and power factor correction in the power system, has been proposed. Then, the application of this predictive control was extended to simultaneously achieve multiple objectives: load balancing with power factor correction in the network, DC link capacitors voltage balancing, switching losses minimization and common mode voltage reduction. The switching losses minimization was obtained by proposing a new strategy which consists on exploiting the manufacturer datasheets that gives the evolution of the switching loss energy in function of the circulating current. The experimental curves of the datasheet are expressed in a mathematical model implemented in the predictive control. Simulation and experimental results are presented to evaluate the performance of the proposed method
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Zhang, Haibo. "Analysis and performance enhancement of a series parallel offshore wind farm topology integrated into a HVDC grid." Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10156/document.
Full textAbstract:
L'exploitation de l'énergie éolienne loin des côtes, bien qu'abondante, dépend du transport de puissance en Courant Continu Haute Tension (HVDC) qui nécessite une sous-station placée sur une plateforme dédiée. Cette plate-forme offshore étant volumineuse, son cout d'installation est élevé et sa mise en œuvre est compliquée. Cette thèse s'intéresse à une topologie de ferme éolienne offshore DC qui transporte son énergie vers l'onshore sans utiliser de sous-station offshore. Ce type de Ferme Eolienne est appelé Ferme Eolienne Série Parallèle (SPWF). Il est composé de plusieurs grappes d'éoliennes interconnectées en série, de sorte que cette interconnexion engendre directement un niveau de tension adapté à la tension du réseau HVDC. Cependant, la connexion en série implique que la tension de chacune d'entre elle n'est plus constante. Un déséquilibré de production d'énergie conduit à des variations des tensions en sortie des éoliennes. Ces variations de tension peuvent engendrer des surtensions aux bornes d'une éolienne dans la grappe et l’endommagé. Une stratégie permettant de limiter la surtension d'éolienne est proposée et développée. Cette stratégie est d'abord validée dans un contexte de connexion point à point avec la prise en compte de la transmission HVDC basée sur des câbles DC et un Convertisseur Modulaire Multiniveaux (MMC) permettant de la connecté au réseau onshore. Dans un second temps, la ferme SPWF est intégrée dans des systèmes DC multi-terminaux (MTDC). Les résultats de simulation démontrent la faisabilité de la stratégie et montrent qu'aucune réduction de puissance n'est alors nécessaire pour limiter les tensions en sortie des éoliennesThe massive exploitation of far offshore wind energy relies heavily on the High Voltage Direct Current (HVDC) transmission system, in which dedicated offshore substations for converting power from AC into DC are necessary. However, the bulky offshore platform is costly and its installation is complicated. This thesis aims to contribute to the study of a pure DC offshore wind farm topology which exports its energy to onshore without using an offshore centralized power conversion substation. The examined wind farm topology is called Series Parallel Wind Farm (SPWF), which comprises several clusters of wind turbines connected in series, so that the output converters of the wind turbines step up the voltage to a higher level for direct power transmission. However, due to this distinctive feature, unbalanced power production of wind turbines leads to output voltage variation of wind turbines, which is harmful to the wind turbines. The work carried out in this thesis begins with the identification of the basic elements to constitute the SPWF. Afterwards, the operation of the SPWF is explained and its overvoltage characteristic is described and emphasized. An overvoltage limitation control strategy is developed, which requires an active participation of the onshore converter. Hence, the onshore Multilevel Modular Converter (MMC) as well as the HVDC cables models are examined. The control strategy is applied to both Point-to-Point (P2P) HVDC transmission system and Multi-Terminal DC (MTDC) systems. The results validate the feasibility of the proposed strategy, and demonstrate its advantage of no power curtailment requirement to limit the wind turbines output voltage
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Ghennam, Tarak. "Supervision d’une ferme éolienne pour son intégration dans la gestion d’un réseau électrique, Apports des convertisseurs multi niveaux au réglage des éoliennes à base de machine asynchrone à double alimentation." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2011. http://www.theses.fr/2011ECLI0012/document.
Full textAbstract:
La première thématique développée dans ce mémoire vise à développer de nouveaux algorithmes pour la commande des éoliennes reposant sur une machine asynchrone à double alimentation et des convertisseurs multi niveaux. Deux stratégies de contrôle direct du courant, basées sur l’Hystérésis à Zones Carrées et l’Hystérésis à Zones Circulaires (HZCi) ont été proposées. Celles-ci consistent à appliquer des vecteurs de tension appropriés pour contrôler les puissances actives et réactive générées et permettent également d’équilibrer les tensions du bus continu interne des convertisseurs. Des résultats de simulation et d’expérimentation montrent que la stratégie basée sur l’HZCi est meilleure en termes de forme d’onde et de contenu harmonique des tensions de sortie.La seconde concerne la supervision et la gestion des puissances active et réactive dans une ferme éolienne au vu de son intégration dans un réseau électrique. Cette supervision centralisée est assurée par un algorithme qui distribue les consignes de puissance aux éoliennes de la ferme de manière proportionnelle. Ces références sont fonction de la capacité maximale de production de l’éolienne. Pour cela, une analyse des transits de puissance dans le système éolien à base de la machine asynchrone à double alimentation a été effectuée. Elle a permis de déterminer la caractéristique (P, Q) du générateur et de calculer ses limites de compensation en termes de puissance réactive. Une gestion locale des puissances de chaque éolienne a été développée permettant ainsi une répartition des puissances entre le stator de la machine et le convertisseur coté réseau en considérant plusieurs modes de fonctionnement du système éolienThis research work deals with two topics conditioning the large scale development of wind turbines into electrical grids. The first is devoted to the development of new algorithms for the control of Doubly Fed Induction Machine (DFIM) based wind energy conversion systems. Two direct current control strategies have been proposed and are based on the hysteresis square areas (HZCA) and hysteresis circular areas (HZCI). Both strategies apply an appropriate voltage vector to control the active and reactive powers delivered to the grid, and also, to balance the voltages of the inner DC bus converter. Simulation and experimental results show that the HZCI strategy is better than HZCA in terms of output voltage waveforms and harmonic contain.The second topic is dedicated to the active and reactive powers supervision in a wind farm in order to supply prescribed power references from the grid operator. This supervision is ensured by a centralized algorithm that distributes power references between wind turbines in a proportional way. These references are calculated according to the maximum production capacity of wind turbines. An analysis of the power flow in the DFIM based wind energy system has been made to identify the (P, Q) characteristic and to calculate limits in terms of reactive power compensation. The local power management of each wind system has been developed allowing the powers distribution between the stator of the DFIM and the grid side converter by considering several operating modes of the wind generator
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Vidales, Luna Benjamin. "Architecture de convertisseur intégrant une détection de défauts d'arcs électriques appliquée au sources d'énergie continues d'origine photovoltaïques." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2021. http://www.theses.fr/2021LORR0040.
Full textAbstract:
Détection de défaut d'arcs intégrée dans un convertisseur intelligent contrôlé par FPGA pour les panneaux photovoltaïques. La mise au point de convertisseur intelligents intégrant des dispositifs de protection est une thématique que cherche à développer l'Institut Technologique de Morelia (Mexique) avec laquelle nous collaborons sur ce projet. L'objectif plus spécifique de ce travail repose sur la détection de défauts d'arc électrique en se basant sur le contrôle intelligent des onduleurs utilisés dans la gestion de l'énergie produite par des panneaux photovoltaïques. Depuis plusieurs années, le développement croissant des panneaux solaires photovoltaïques comme source d’énergie s’est imposé et la sécurité de ces dispositifs liée à la détection de défauts d’arcs électriques est devenu un enjeu majeur. L'approche que nous proposons dans ce travail est le développement d'une stratégie novatrice pour la surveillance et la prédiction de défaillance du réseau électrique constitué de panneaux solaires en présence de défauts d’arcs. Actuellement, la majorité des systèmes de détection comprennent des modules détecteurs disposés dans le circuit électrique à protéger dont la robustesse est loin d'être optimale. L'approche que nous proposons consiste à développer un dispositif de surveillance et de détection de défaut directement intégré dans l'onduleur intelligent. Le contrôle optimal de l'onduleur intelligent assurera une détection fiable de défaut d'arc sans déclenchement intempestif. Le dispositif comprendra également un système de coupure. La méthode de détection que nous privilégions sera basée sur l'analyse du courant et de la tension de ligne. Les algorithmes seront basés sur une analyse temps/fréquence des signatures courant et de tension suivie par une logique pertinente de décision de telle manière à minimiser le taux de fausses détections.Le noyau du convertisseur intelligent est constitué par un FPGA. Le parallélisme des traitements de données assurera le respect des contraintes temps réel. Dans le cadre du projet de thèse, la mise en œuvre, le test des algorithmes de détection et l’implémentation optimale afin de respecter les contraintes temps réel dans le FPGA sera mené dans le cadre d’une cotutelle de thèse entre l’institut technologique de Morelia et l’Université de LorraineIn this research work, the development of a multilevel inverter for PV applications is presented. The PV inverter, has two stages one DC/DC converter and one DC/AC inverter, and is capable of generating an AC multilevel output of nine levels, it's a transformerless inverter and uses a reduced number of components compared to other topologies. The conception of a novel DC/DC converter is capable of generating two isolated DC voltage levels needed to feed the DC/AC stage. This DC/DC stage is developed in two variants, buck and boost, the _rst to perform the reduction of voltage when the DC bus is too high, and second to increase the voltage when the DC bus is too low to perform interconnection with the grid through the DC/AC inverter. This is achieved thanks to the parallel functioning of the developed topology, which make use of moderated duty cycles, that reduces the stress in the passive and switching components, reducing potential losses. The validation of the PV inverter is performed in simulation and experimental scenarios. In the other hand, the response of the inverter facing an arc fault in the DC bus is studied by performing a series of tests where the fault is generated in strategic points of the DC side, this is possible thanks to the design and construction of an arc fault generator based in the specifications of the UL1699B norm. During the tests is observed that with the apparition of an arc fault, there is a lost in the half-wave symmetry of the AC multilevel output voltage waveform, generating even harmonics which aren't present during normal operation, only when an arc fault is present in the DC system. The monitoring of even harmonics set the direction for developing the detection technique. Since the magnitude of even harmonics in the inverter is very low, the total even harmonic distortion is employed as a base for the detection technique presented in this thesis. The effectiveness of this method is verified with a series of tests performed with different loads
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Forrisi, Ivano. "Contribution to renewable systems grid connected : control, stability analysis and reliability." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2016. http://www.theses.fr/2016LORR0345.
Full textAbstract:
Cette thèse a pour but l'analyse d'un système photovoltaïque connecté au réseau électrique en prenant en compte le contrôle, l'étude de la stabilité et la fiabilité. Un onduleur de type 2-Niveau a été comparé avec un onduleur multi-niveaux appelé Neutral Point Clamped. Les avantages et désavantage de chaque topologie ont été analysé en considérant l'efficacité énergétique, l'optimisation de l'injection de l'énergie sur le réseau électrique et la fiabilité du système. Pour le contrôle du courant de sortie de l'onduleur, ont été proposées deux solutions : un contrôle basé sur la théorie de la platitude et un contrôle par passivité. Ces deux différents contrôles sont comparés par rapport à la robustesse, la complexité et le nombre de capteurs utilisés. Il a été montré que les deux contrôles sont capables de gérer la problématique de la résonance du filtre LCL. Pour augmenter l'efficacité de l'algorithme MPPT dans une configuration Distributed-MPPT avec la connexion en série des deux sorties des convertisseurs boost, une nouvelle technique a été proposé pour l'équilibrage des tension d'entrée d'un onduleur NPC. En utilisant un outil appelé TPtool, un étude de la stabilité large signal par "Higher-Order-Singular-Value-Decomposition" a été présenté et comparé avec une méthode basée sur les modèles Takagi-Sugeno pour des systèmes non-linéaires. Finalement, l'onduleur 2-Niveaux est comparé avec deux multi-niveaux différents (NPP et NPC) en termes de disponibilité, en prenant en compte les niveaux de redondance des convertisseurs. Pour analyser la disponibilité, a été considérée la théorie des chaines de Markov et pour l'implémentation, le logiciel GRIF a été utiliséThe aim of this PhD thesis is to analyze a PV-grid connected system in terms of control, stability and reliability. A comparison between a classical 2-Level inverter and a multilevel NPC is presented. The advantages and weakness of both the converters are analyzed with respect to the power efficiency, optimization of the energy injection to the grid and reliability of the system. In order to control the inverter output current, two different solutions are proposed: flatness-based control and passivity-based control. These controls are compared in terms of robustness, complexity and number of sensors used. It is shown that both the controls may manage the resonance problems due to a LCL filter. For increasing the efficiency of the MPPT in a configuration Distributed-MPPT with connections in series of the boost converters outputs, a novel technique for the dc voltages balancing of a NPC inverter is proposed. A large stability analysis using "Higher-Order-Singular-Value-Decomposition" is presented and compared with Takagi-Sugeno approach for nonlinear systems. Finally, 2-Level inverter is compared with two multilevel inverters (NPC and NPP) in terms of availability, considering the redundancy levels of the converters. To analyze the systems availability, the Markov chains theory is considered and it is implemented on GRIF