Commande avancée de convertisseurs de puissance : application aux réseaux électriques embarqués

Advanced control of power converters : application to the embedded electric networks

• Auteur / Autrice : Ion Ghita
• Direction : Emmanuel Godoy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance le 01/10/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des signaux et systèmes (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1974-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : CentraleSupélec (2015-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Chevrel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Beauvois, Pedro Kvieska, Elena Panteley, Mohamed Badreddine Becherif
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Lefranc, Mohammed M'Saad

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électronique de puissance

Convertisseurs électriques

Commande non linéaire

Véhicules électriques

Mots clés libres

Voiture électrifiée

Convertisseurs de puissance

Commande non-linéaire

Conversion AC/DC

Electric cars

Power converters

Nonlinear control

AC/DC power conversion

Résumé

Dans les dernières années, le respect de l’environnement est devenu une des grandes préoccupations des clients du secteur automobile. Les constructeurs cherchent à réduire les émissions carbones de ses produits et les véhicules hybrides ou purement électriques apparaissent comme une alternative viable aux véhicules thermiques. Un des éléments importants de la réussite de la commercialisation des véhicules électriques est la recharge de la batterie qui peut être effectuée par différents moyens, avec des chargeurs embarqués/débarqués, à domicile ou sur la voie-publique. Dans ce domaine un système de charge performant doit notamment être robuste vis-à-vis des contraintes extérieures( perturbations réseaux, impédances de ligne, charges de plusieurs véhicules en même temps), avoir un bon rendement entre la puissance puisée à la prise et celle délivrée à la batterie, maitriser les courants harmoniques rejetés sur le réseau électrique (respect des différentes contraintes réglementaires liées aux perturbations émises). Pour répondre à ces exigences les travaux de cette thèse proposent des commandes innovantes des convertisseurs de puissance contenus dans les chargeurs électriques. Dans un premier temps, la modélisation des convertisseurs de puissance est réalisée en moyenne à la période de commutation et en moyenne généralisée pour d´écrire le processus de génération des harmoniques des courants et tensions des convertisseurs. Des lois de commande non-linéaire fondées sur la théorie de stabilité au sens de Lyapunov sont proposées de fac¸on à induire un comportement en boucle fermée satisfaisant les exigences souhaitées pour les convertisseurs de puissance. La partie commande est complétée par une partie d’observation nécessaire pour l’estimation des signaux non-mesurés et pour l’extraction harmonique. Enfin dans la dernière partie de la thèse, les différentes stratégies de commande sont validées par rapport aux exigences via une co-simulation en reproduisant l’architecture de logiciel model in the loop utilisée dans l’industrie

In the last few years the question of respecting the environment became a central concern of car users. The electric cars respond to the public trend of reducing the toxic emissions of conventional cars. The success of electric cars depends on the charging of the batteries, charging done either at home or on the public domain.The charging system has to respond to the following performance criteria:-robustness to exterior constraints: network perturbations, line impedance, multiple simultaneous charging of vehicles.-a good efficiency for the power transfer between the received power and the power delivered to the battery.-respecting the power distributer constrains for network harmonic pollution.These three points impose the need for efficient control laws for the battery charger. In this context, the power converters (AC / DC - DC / DC) are key components in electrical chargers , an improved control law of these elements can provide a better level of performance for the charger.This work is a continuation of previous work that resulted in several theses with CIFRE funding, in collaboration with Renault in the context of the electric car (but not only):- From an industrial viewpoint, the doctoral student will draw on the expertise, experience and Renault's test facilities in the field of electric traction in the automotive transport.- From an academic point of view the work will benefit from the skills of the working group 'System control’ within the L2S laboratory, in the field of multi-physics modelling, design of control laws and optimization.Supervision will be provided by:- Emmanuel Godoy (Professor, HDR, advisor) and Dominique Beauvois (professor, co-director) of the academic point of view.- Pedro Kvieska (Engineer, Doctor, Ecole Centrale de Nantes) for industrial management within Renault.Objectives of the thesisThe first two years of thesis work will focus on methodological studies of dedicated control laws. During the third year the work will be focused on the implementation of the proposed architectures and control strategies by: implementing of the new control strategies as prototypes on test bench and on the transferability of the proposed control approaches.A big part of the last year will naturally be devoted to the writing of the doctoral thesis and the preparation of the defence.