Étude, conception et réalisation d'un convertisseur statique hybride multiniveaux tolérant aux défauts

Study, design and of a fault tolerant hybrid multilevel converter

• Auteur / Autrice : Hafedh Ben Abdelghani
• Direction : Frédéric Richardeau, Ilhem Slama-Belkhodja
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 12/05/2016
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT en cotutelle avec École nationale d'ingénieurs de Tunis (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Génie électrique, électronique, télécommunications et santé : du système au nanosystème (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Plasma et Conversion d'Energie (Toulouse ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Ferid Kourda
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Richardeau, Ilhem Slama-Belkhodja, Serge Pierfederici, Amin Lahiani, Maria Pietrzak-David
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Serge Pierfederici, Amin Lahiani

Mots clés

Mots clés contrôlés

Convertisseurs électriques

Convertisseurs multiniveaux

Détection de défaut (ingénierie)

Mots clés libres

Convertisseur multiniveaux

Reconfiguration

Commande Tolérante aux défauts

Multilevel converter

Reconfiguration

Fault tolerant control

Résumé

Vu l’importance que revêt la sûreté de fonctionnement des convertisseurs statiques dans plusieurs domaines (traction électrique, génération de l’énergie électrique à partir de l’énergie éolienne, etc,... ), il est nécessaire d'examiner la continuité de service de ces systèmes même dans le cas d’un dysfonctionnement d’un des modules IGBT, d’un bras de l’onduleur ou d'une phase de machine. Ainsi, il est indispensable de concevoir de nouvelles architectures matérielles et commandes logicielles capables de fonctionner à puissance significative même en présence de défaillance touchant le système et plus particulièrement les modules IGBT de l’onduleur. Le sujet proposé s’intéresse à une nouvelle structure hybride multiniveaux tolérante aux défauts. Elle consiste à ajouter à un convertisseur triphasé 3-niveaux type NPC (Neutral Point Clamped), un quatrième bras 3-niveaux types FC (Flying Cap). Des nouvelles techniques des différentes parties de la tolérance des pannes, à savoir la détection, l’isolation, la reconfiguration matérielle et la commande en mode dégradé, sont proposées, analysées et validées sur un prototype expérimental de 15kW de puissance.

Given the importance of power converter safety operation in several fields (electric traction, renewable energy, etc ..), it is necessary to examine availability of these systems in the case of malfunction of an IGBT module, a converter leg or a phase machine. Thus, it is essential to develop new hardware architectures and software controls capable of operating at significant power after fault occurence. This thesis deals with a new multilevel fault tolerant hybrid topology. It consists on adding to a 3-phase 3-level NPC (Neutral Point Clamped) inverter, a fourth 3-level FC (Flying Cap) leg. New techniques of fault tolerance parts, namely detection, isolation, reconfiguration and system control during post fault mode, are proposed, analyzed and validated with a 15kW experimental converter prototype.