Thèse soutenue

Contribution au dimensionnement du convertisseur modulaire multiniveau
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Auteur / Autrice : Bogdan Džonlaga
Direction : Jean-Claude Vannier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie électrique
Date : Soutenance le 25/09/2019
Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génie électrique et électronique de Paris (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....)
établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
Jury : Président / Présidente : Bruno Allard
Examinateurs / Examinatrices : Jean-Claude Vannier, Bruno Allard, Guillaume Gateau, Loïc Quéval, Samy Akkari, Luiz Henrique Silva Colado Barreto, Denis Labrousse
Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Allard, Guillaume Gateau

Résumé

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Le convertisseur multiniveau modulaire (MMC) est une solution appropriée pour les réseaux HVDC grâce à sa modularité, sa faible fréquence de commutation et sa tension alternative quasi-sinusoïdale. En raison de sa topologie, son modèle mathématique est assez complexe et est donc souvent simplifié au stade de la conception. En particulier, la résistance équivalente au bras R, l'inductance du bras L et le courant circulant sont souvent négligés. Toutefois, les résultats expérimentaux obtenus avec notre prototype monophasé de MMC à pont complet à six niveaux ont montré que ces hypothèses ne sont pas toujours acceptables. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est d'étudier l'impact de R, L et du courant de circulation sur la tension du condensateur du module et sur la zone de fonctionnement du MMC. Premièrement, nous avons étendu le modèle basé sur les intégrales communément utilisé et nous avons clarifié les hypothèses sur lesquelles il repose. Entre autres, des expressions pour les courants de circulation et courant DC ont été développées et comparées à celles que l’on trouve dans la littérature. Cela nous a permis d'analyser l'ondulation de la tension du condensateur du module en fonction de R et L, sans courant de circulation. Deuxièmement, pour surmonter les limites du modèle basé sur l'intégrale, nous avons proposé d'utiliser un modèle MMC invariant dans le temps en régime permanent dans le système dq0. Quelques hypothèses seulement sont nécessaires pour obtenir ce modèle, mais une évaluation numérique est requise. Cela nous a permis d'analyser la tension moyenne du condensateur du module et l'ondulation de tension du condensateur du module en fonction de R et L, avec et sans courant de circulation. Troisièmement, en utilisant le modèle invariant dans le temps en régime permanent, nous avons développé un diagramme PQ détaillé du MMC. Outre la limite de courant AC, la limite de courant DC et la limite d'indice de modulation classiques, nous avons ajouté plusieurs limites internes: courant de l'IGBT, courant efficace des bras et ondulation du courant et de la tension du condensateur du module. Les résultats ont été confirmés par simulation numérique à l'aide d'un modèle détaillé Matlab Simulink SimPowerSystems. Les résultats présentés dans cette thèse pourraient être utilisés pour optimiser le dimensionnement des composants de la MMC en fonction de sa zone d’exploitation et pour évaluer l’impact de différents paramètres sur les performances du MMC.