Contribution à l'étude d'une chaîne de conversion d'énergie AC-DC / DC-DC tolérantes aux défauts

par Chenchen Liang

Thèse de doctorat en Génie électrique

Le président du jury était Seddik Bacha.

Les rapporteurs étaient Babak Nahidmobarakeh, Hubert Razik.


  • Résumé

    Pour répondre au contexte d’exploitation des énergies renouvelables marines où l’accès aux systèmes de production d’énergie électrique est délicat, cette thèse porte sur l’étude d’une chaîne de conversion d’énergie tolérante aux défauts. Trois volets sont investigués : l’analyse comportementale de la topologie, le contrôle de la puissance produite ainsi que la détection et la localisation des défauts. La chaîne est constituée d’une MSAP pentaphasée, d’un redresseur à diodes à 5 bras et de 3 convertisseurs DC-DC de type Boost entrelacés. Pour la stratégie de contrôle de la puissance de sortie, un double asservissement est appliqué au bloc DC-DC. Des modèles dynamiques petits signaux sont établis. La boucle interne est dédiée à l’asservissement du courant d'entrée de l’étage Boost et la boucle externe au contrôle de la puissance. Trois types de régulateurs en courant sont étudiés et comparés. Des approches de synchronisation des commandes des 3 Boosts sont proposées. Il ressort que le régulateur non linéaire, dit MRC, satisfait complètement aux performances désirées. Le contrôle de puissance, intégré ensuite dans la chaîne complète de production d’énergie et testé pour différents modes de fonctionnement sains et dégradés, est de très bon niveau. Des méthodes de détection et de localisation des défauts au niveau de l’entrée et de la sortie du redresseur ont été développées. En se basant sur la mesure des courants de phase ou sur la mesure de la tension en sortie du redresseur, les défauts côté AC sont détectés et localisés. La détection côté continu est de faible complexité. Cette méthode est ensuite étendue aux défauts de l’étage DC-DC en utilisant son courant d’entrée.

  • Titre traduit

    Contribution for the study of a fault tolerant AC-DC / DC-DC energy conversion chain


  • Résumé

    To answer the context of marine renewable energy exploitation where the access of energy production system is difficult, this thesis deals with the study of a fault tolerant energy conversion chain. Three aspects are investigated: behavior analysis of the topology; output power control; detection and location of faults. The chain involves a five-phase PMSG, a five-leg diode rectifier and a three-interleaved DC-DC Boost converter. Concerning the output power control strategy, a double-loop control is applied on the DC-DC block. Small-signal dynamic models are established. The inner loop is used for controlling the input current of the Boost stage. The outer loop is for the output power. Three types of current controllers are studied and compared. Methods of synchronization for the three-interleaved Boost converter control are proposed. It results that the nonlinear controller, called in French version, the MRC, totally satisfies the desired performances. The control of power, which is then used for the full conversion chain, is tested under different operating modes (health and fault) and is of high performances. Several methods for detecting and locating rectifier’s AC and DC side faults have been developed. Based on the measurements of phase currents or the measurement of the output voltage of the rectifier, AC side faults can be detected and located. DC measurement based fault detection is of low complexity. This method is then extended to the faults of DC-DC block by using its input current.


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