Convertisseur DC-DC pour les interconnexions dans les réseaux HVDC

par Juan Paez alvarez

Thèse de doctorat en Genie electrique

Sous la direction de Seddik Bacha.


  • Résumé

    L'expansion de la production d'énergie renouvelable expérimentée au cours des dernières décennies et l'augmentation constante de la demande d'énergie, pousse les limites du réseau électrique actuel. Ce réseau ne suffira pas pour répondre correctement aux besoins futurs. Ainsi, la vision du futur réseau électrique semble indiquer un nouveau paradigme: un réseau maillé combinant le système en courant alternatif existant avec un réseau de transmission à courant continu multi-terminaux. Les convertisseurs DC-DC à haute tension et hautes puissances sont identifiés comme un élément clé pour ces futurs réseaux. Cela représente un tout nouveau domaine de recherche qui commence à susciter un vif intérêt dans les milieux universitaires et industriels, car de nombreux défis doivent être résolus. Trouver un circuit approprié pour la mise en œuvre de tels convertisseurs DC-DC est un défi en soi, mais plusieurs questions restent ouvertes concernant les fonctionnalités et les services que ces structures peuvent offrir au futur système électrique. Dans cette thèse, l'étude détaillée des convertisseurs DC-DC pour HVDC est abordée. Un examen complet des différentes méthodes de conversion proposées dans la littérature est d'abord présenté. Ensuite, deux topologies prometteuses sont étudiées en détail, analysant ses principes de fonctionnement et proposant des méthodes de contrôle appropriées. L'intégration au réseau des deux convertisseurs est également abordée à partir d'une étude de cas. Il implique l'interconnexion de deux réseaux DC en conditions normales et en défaut. Enfin, une méthodologie générale permettant d'évaluer la comparaison de diverses topologies de convertisseurs DC-DC pour le HVDC est proposée. La méthodologie est appliquée pour comparer les deux structures en révélant la région d'intérêt potentielle pour chaque convertisseur.

  • Titre traduit

    DC-DC converter for the interconnection of HVDC grids


  • Résumé

    Due to the renewable energy generation expansion experimented over the last decades and to the constant increase of energy demand, it appears that the current electrical grid will not be sufficient to answer correctly the future needs and requirements. Thus, the vision of the future electrical grid seems to point towards a new paradigm: a meshed grid that combines the existing AC system with a multi­terminal DC transmission grid. DC­DC converters with a high voltage and a high power rating are identified as a key element and enabling technology for these future grids. This represents a whole new area of research which is starting to attract a lot of academic and industrial interest, as many challenges need to be solved. Finding a suitable circuit for the implementation of such DC­DC converters is a challenge itself, but also there are several open questions about the functionalities and services that such structures can offer to the future electrical system. In this thesis the detailed study of DC-DC converters for HVDC is addressed. A comprehensive review of the different conversion methods proposed in literature is first presented. Then, two promising HVDC DC-DC converter topologies are studied in detail, analyzing its operation principles and proposing appropriate control methods. The grid integration of both converters is also addressed based on a case study. It involves the interconnection of two DC grids during normal and fault conditions. Finally a general methodology to assess the comparison of diverse HVDC converter topologies is proposed. The methodology is applied to compare both structures revealing the potential region of interest for each converter.