Etude des convertisseurs haute tension pour la protection et la coordination des réseaux de distribution

= Study of high-voltage converters for the protection and coordination of distribution networks

• Auteur / Autrice : Asif Hammoud
• Direction : Hervé Morel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : AMPERE - Génie Electrique, Electromagnétisme, Automatique, Microbiologie Environnementale et Applications (Rhône)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transistors

Électronique de puissance

Convertisseurs électriques

Alimentations (électricité)

Foudre

Résumé

Les réseaux électriques sont de plus en plus interconnectés entre eux, et, en particulier, avec de nouveaux systèmes de productions locaux (les énergies renouvelables). L'acheminement vers le réseau de distribution se fera par l'intermédiaire de liaisons en courant continu. Ces liaisons peuvent améliorer le comportement des réseaux à courant alternatif en utilisant des systèmes de contrôle rapides basé sur l'électronique de puissance et la commande. D'un autre côté, le développement rapide dans le domaine d'électronique de puissance a permis d'augmenter les projets de transmission d'énergie par courant continu. Parmi les interrupteurs de puissance en développement, le JFET en SiC est le plus avancé et permet d'imaginer des convertisseurs directement reliés aux réseaux. Dans ce cas il seront exposés aux contraintes du réseau, en particulier les chocs de foudre. L'objectif initial de cette thèse est de montrer la possibilité d'utiliser les JFETs en SiC dans un convertisseur directement relié au réseau de distribution et d'initier une étude sur la robustesse des JFET soumis aux surtensions induites par le choc de foudre. Une étude comparative, à partir de modèles et de données extraites de mesures, permet de penser que, dans certaines applications, l'utilisation des JFET est avantageuses par rapport à l'IGBT. Un dispositif expérimental a été développé pour soumettre un JFET à un choc de foudre et mesurer son comportement dans un bras d'onduleur. Ce dispositif permet d'étudier les 6 cas possibles de fonctionnement du JFET, et prend en compte la polarité du choc. Les premières conclusions montrent que le JFET, dans son environnement de bras d'onduleur, résiste bien aux chocs définis dans la norme et qu'il reste un travail à approfondir sur la modélisation électro-thermique de JFET.

Electrical networks are increasingly interconnected, and in particular, with new local production systems (renewable energy). The transport to the distribution network will use DC links. These links can improve the behaviour of AC systems by using rapid control systems based on power electronics. On the other hand, the rapid development in the field of power electrics has increased the power transmission projects based on DC. Among the developing power switches, the JFET in SiC is the most advanced and allows to imagine converters directly connected to networks. In this case it will be exposed to the network constraints, especially the lightning pulse. The initial objective of this thesis is to show the possibility to use SiC components in a converter directly connected to the distribution network and to initiate a study on the robustness of the JFET subjected to overvoltages induced by lightning. A comparative study, using models and data from measurements, suggests that in some applications, the use of JFET is advantageous compared to the IGBT in Si. An experimental set-up has been developed for exposing a JFET to a lightning stroke and to measure its behaviour inside a grip connected inverter. The device allows to study the 6 cases of possible operation of JFET, and take into account the polarity of the shock. Initial findings show that the JFET in its environmental inverter, is resistant to shocks defined in the standards and that it remains for further work on modelling electro-thermal JFET.