Convertisseur bidirectionnel à haut rendement pour récupérateur d'énergie sur réseaux de transport urbain

High efficiency bidirectional converter for an energy saver on urban transportation networks

• Auteur / Autrice : Julien Morand
• Direction : Charles Joubert, Dominique Bergogne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 11/06/2014
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire AMPERE (Ecully, Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Le Moigne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Charles Joubert, Dominique Bergogne, François Forest
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Philippe Le Moigne, Jean-Christophe Crebier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Convertisseurs électriques

Supercondensateurs

Électronique de puissance

Mots clés libres

Electronique de puissance

Récupération d’énergie

Convertisseur à commutation douce

Application ferroviaire

Supercondensateurs

Power electronics

Energy saving

Soft switching converter

Railway application

Ultracapacitors

Résumé

L'augmentation associée de l'activité et des déplacements dans les villes incite les habitants à repenser leurs modes de transport. Depuis quelques années, il s'opère un transfert des usagers de véhicules individuels vers les transports en commun. Pour accompagner cette transformation, les exploitants augmentent régulièrement les cadences et le nombre de lignes composées principalement de véhicules électriques alimentés par une ligne de contact. L'objectif de ces travaux de thèse est de concevoir un ensemble de convertisseurs adapté à la récupération de freinage des véhicules de transport en commun en milieu urbain. En se référant aux exigences habituelles du domaine ferroviaire combinées aux besoins spécifiques de la récupération d'énergie, une méthode de conception a été développée et mise en œuvre pour parvenir une configuration optimale incluant une topologie innovante. Cette topologie a ensuite fait l'objet d'une étude détaillée de son fonctionnement. Deux modes de commandes compatibles l'un avec l'autre ont été proposés pour étendre les performances du convertisseur dans notre application. Une évaluation des pertes dans les semi-conducteurs découle également de cette étude. Enfin, les implications de la structure sur les composants magnétiques qu'elle comporte ont été abordées. La mise en place de simulations a permis de valider les choix initiaux sur les matériaux et la conception des composants

The increasing growth of activity and traffic in city obligates users to reconsider their urban trips. In the past few years, we could notice a trend of shifting from polluted private vehicles to sustainable public transportation. In order to assist this transition, network operator extends consistently their lines and increase vehicles flow rate. Most of the newly added lines are dedicated for electric vehicle fed by an overhead catenary. This thesis work consists in designing a power converter tailor-made for energy recovery of electric urban traffic vehicles. A design process is proposed and applied on basis of the standard requirements in railway area and the specific needs of the application. As a result, an optimal layout using an innovating topology is obtained from our method. Then, this new topology is deeply study and two new modulation principles are presented. These control modes are compatibles each other and extended the capabilities of the converter. By gathering all the equation of the previous study, an assessment of the semiconductor losses is made and the overall efficiency is verified. At last, the applied waveforms on the magnetic components are examined. The initial selection of materials is finally verified with help of simulation