Étude de la commande et de l'observation d'une nouvelle structure de conversion d'énergie de type SMC (Convertiseur Multicellulaire Superposé)

Control and observability study of a new SMC-type Power Conversion Structure (Stacked Multicell Converter)

• Auteur / Autrice : Anne-Marie Lienhardt
• Direction : Guillaume Gateau, Thierry Meynard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux logiques programmables par l'utilisateur

Traitement du signal -- Techniques numériques -- Appareils et matériel

Dissipation d'énergie

Électronique de puissance

Mots clés libres

Convertisseur multicellulaire supersposé

Conversion statique forte puissance

Observateur à modes glissants

Méthodes d'estimation

Résumé

Le convertisseur multicellulaire superposé, breveté par le LEEI en 2001, connaît un intérêt croissant surtout pour les applications moyenne tension/forte puissance. La première partie de ce mémoire est consacrée à l'étude comparative des pertes, performances et coûts des topologies 2 et 3 niveaux à base d’IGBTs pour une application basse tension/forte puissance. L'enjeu consiste à légitimer l'utilisation du SMC pour ce domaine. La deuxième partie est dédiée à l'observation des tensions internes du SMC. Leur contrôle actif conditionne la survie du convertisseur et nécessite leur connaissance. Trois méthodes sont présentées : un reconstructeur de tension, une simulation en temps réel associée à une mesure de tension et un observateur à modes glissants. L'objectif est de réduire le nombre de capteurs nécessaires au contrôle, afin de diminuer les coûts industriels. Elles ont été validées par simulation pour le SMC 7 niveaux. L'observateur à modes glissants sera validé expérimentalement.

Dedicated to medium voltage high power applications, the Stacked Multicell Converter was developed and validated within the LEEI at the beginning of years 2000. The first part of this manuscript consists in a comparative study of the losses, performances and costs of IGBT-based 2 and 3-level topologies. The main objective is to legitimate the use of the SMC structure for low voltage/high power applications. The second part is dedicated to the observation of the SMC flying capacitor voltages. An active control of those voltages has to be introduced to ensure a good balancing of the voltage constraint over the power switches. Three estimation methods are presented: a voltage reconstruction, a digital real time simulation of the converter combined with a voltage measure and a sliding mode observer. The aim is to reduce the number of sensors and thus the SMC industrial cost. They were validated by simulation for a 7-level SMC. The sliding mode observer is confirmed experimentally.