Soutenance de thèse, Pierre VERMEERSCH, 21 septembre 2021

Contribution au Dimensionnement et à la Commande de Convertisseur Extended Overlap Alternate Arm Converter (EO-AAC)

Le mardi 21 septembre à 13h à L’école Centrale de Lille, Amphi Goubet

Résumé   

La future intégration massive des sources renouvelables dans le réseau électrique crée un besoin fort en interfaces d’électronique de puissance à haute tension. Depuis la création du convertisseur modulaire multiniveau (MMC) au début des années 2000, l’intérêt pour les convertisseurs de type modulaire n’a cessé de croître, au point que de nouvelles structures dérivées du MMC ont été développées. Le sujet de la thèse est le Convertisseur à Demi-Bras Alternés (AAC), une structure de type hybride-modulaire adaptée aux applications haute tension tel que les systèmes HVDC. Parmi les différentes topologies de convertisseurs AAC, l’Extended Overlap-AAC (EO-AAC) a été choisie et analysée. Le travail de thèse est organisé selon trois axes principaux comprenant l’analyse en régime permanent, la synthétisation de la structure de commande ainsi que l’intégration au système, en particulier dans le système HVDC. Le premier chapitre aborde quelques considérations fondamentales sur la conversion AC/DC pour introduire, à travers une approche globale et systématique, cette nouvelle famille de convertisseurs hybrides modulaires dont l’EO-AAC fait partie. Le deuxième chapitre est consacré au dimensionnement de cette topologie. L’estimation du nombre de sous-modules, le dimensionnement des interrupteurs directeurs, l’évaluation des pertes ainsi qu’une analyse approfondie du besoin énergétique afin de dimensionner les condensateurs des sous-modules sont proposés. Ensuite, le troisième chapitre décrit une structure de contrôle pour chaque variable d’état. L’accent est mis sur la gestion de l’énergie en assurant une distribution égale de l’énergie interne du convertisseur entre les piles de SMs. Elle est réalisée par le biais de trois fonctions principales : le contrôle Total, les contrôles d’équilibrage Horizontal et Vertical. À partir de cette structure de gestion de l’énergie, il est mis en évidence que l’EO-AAC peut fournir une dynamique et des services aux systèmes similaires à ceux du MMC. Cette équivalence est prouvée dans la dernier chapitre par l’existence d’un modèle réduit commun dans le repère dq0 suggérant la possibilité d’inclure les EO-AAC dans l’analyse de stabilité des grands systèmes. Enfin, tous les modèles et contrôleurs sont rassemblés pour réaliser l’étude des EO-AAC connectés au réseau et ses performances sont comparées au MMC en termes de réponse dynamique.

Mots-clés HVDC, AAC, MMC, Electronique de Puissance, Réseau électrique