Gestion décentralisée de réseaux continus à forte disponibilité en aéronautique

par He Zhang

Thèse de doctorat en Génie électrique

Soutenue le 24-06-2010

à Lille 1 , en partenariat avec HEI (École d'ingénieurs) et de Hispano-Suiza (entreprise) .


  • Résumé

    L’évolution vers des systèmes toujours plus électriques concerne tous les moyens de transport. En particulier, les prochaines générations d’avions commerciaux. Cette tendance, amorcée avec l’Airbus A380 et le Boeing 787, devrait se poursuivre et s’amplifier. Un avion de constitution plus électrique, où l’axe de transmission principal de puissance de nature électrique se substituerait, au moins en partie, aux axes de types pneumatique, hydraulique et mécanique, pourrait être source d’amélioration au regard de critères écologiques et économiques (gain en masse, accroissement de l’efficacité énergétique, réduction des coûts de maintenance, etc.).Le développement de réseaux électriques locaux, de type continu à échange d’énergie, pourrait favoriser cette démarche. Des sources locales de production d’électricité, des charges bidirectionnelles en puissance, ainsi que des systèmes de stockage d’énergie et de dissipation, seraient alors interconnectés par un bus continu de tension, associés à des protections électriques adaptées.Plusieurs stratégies de gestion énergétique sont proposées. En fonction des objectifs, des contraintes et des moyens d’action envisagés, différents outils ont été mis en œuvre. Dans le cas d’une stratégie visant plusieurs objectifs simultanément, la logique floue apparaît comme étant un outil bien adapté. De plus, étant basée sur des règles, cet outil permet de développer naturellement une stratégie de gestion énergétique intégrant plusieurs contraintes. Deux indicateurs pour évaluer les performances de ces stratégies de supervision ont été proposés (efficacité énergétique et variation de tension). Ces indicateurs permettent de choisir une stratégie de supervision, et donnent des critères pour le dimensionnement du système de stockage et de dissipation. Ces startégies de supervision ont été testées expérimentalement.La stabilité du réseau DC local a été analysée en petit signal. Il est montré que le système hybride avec la stratégie de gestion énergétique associée peut contribuer à augmenter la marge de stabilité de ce type de réseau.Les liaisons en continu mises actuellement en œuvre dans les systèmes embarqués en aéronautique ne sont pas réversibles en puissance. La volonté de les rendre réversibles nécessite donc de revoir complètement les protections de ce type de réseau. La problématique des protections de court-circuit et de défaut d’isolation a été investiguée. Une méthode pour sélectionner la branche en défaut d’isolation est proposée. Elle est testée au moyen de l’outil de simulation Saber qui prend en compte les caractéristiques des composants réels.Les travaux réalisés dans cette thèse peuvent être généralisés pour s’appliquer dans d’autres domaines d’application tels que les véhicules électriques ou hybrides, les systèmes ferroviaires, etc...

  • Titre traduit

    Decentralized Management of the Strong Availability Aircraft DC Power Network


  • Résumé

    The electrification trend is for all modes of transportation, particularly in the next generation of commercial aircrafts. This trend began with the Airbus A380 and Boeing 787 and it will continue. The replacement of mechanical, hydraulic and pneumatic power transfers by an electrical one is one of the most important innovations of the More Electric Aircraft in the aspect of ecologic and economic (weight reduction, energy efficiency increasing, maintenance costs reduction, etc..). The development of a local power exchange network, like a DC one, should facilitate this process. Some local electricity production, bi-directional loads and energy storage and dissipation system, are then interconnected by a DC bus, via some appropriate protections. Several power management strategies are proposed. Depending on the objectives, constraints and means of action envisaged, some tools have been implemented. In the case of a multiple objectives strategy, fuzzy logic appears to be a well suited tool . Moreover, being based on rules, this tool allows to develop naturally a power management strategy in considering several constraints. Two indicators to evaluate performance of these supervision strategies have been proposed (energy efficiency and voltage variation). These indicators help to choose a strategy of supervision, and provide criteria for sizing the storage and dissipation system. These supervision strategies were tested experimentally. The stability of the local DC network was analyzed in small signal. It is shown that the hybrid system with the associated energy management strategy can help to increase the stability margin of this type of network. The currently power connection being implemented in on-board systems is not reversible in power. To make it reversible necessitates a complete redesign of the protections. The problem of short-circuit protection and fault isolation has been investigated. A method to select the branch in insulation failure is proposed. It is tested using the Saber simulation tool that takes into account the characteristics of real components. The work in this thesis can be generalized and to be applied in other fields such as electric or hybrid vehicles, rail systems …etc.

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