Contribution au dimensionnement et à la commande de convertisseur extended overlap alternate arm converter (EO-AAC)

Contribution to the design and control of the extended overlap-alternate arm converter

• Auteur / Autrice : Pierre Vermeersch
• Direction : Xavier Guillaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Electrique
• Date : Soutenance le 21/09/2021
• Etablissement(s) : Centrale Lille Institut
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électrotechnique et d'électronique de puissance (L2EP) - Laboratoire d’Électrotechnique et d’Électronique de Puissance - ULR 2697 / L2EP - Laboratoire d’Électrotechnique et d’Électronique de Puissance - ULR 2697 / L2EP
• Jury : Président / Présidente : Mauro Carpita
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Timothy Green, Ewan Farr, Michäel, Marc, Claude Merlin, Philippe Egrot, François Gruson
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Frede Blaabjerg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électricité -- Transport -- Courant continu

Réseaux électriques (énergie)

Convertisseurs multiniveaux

Électronique de puissance

Mots clés libres

Réseaux à courant continu multi-terminaux

Convertisseur modulaire multiniveaux

Electronique de Puissance

Convertisseur hybride-modulaire

HVDC transmission

Modular multilevel converter

Alternate Arm Converter

Power Electronics

Interoperability in MTDC grids

Résumé

Ces travaux de thèse portent essentiellement sur la modélisation, le dimensionnement et la commande d’un convertisseur de type hybride-modulaire nommé : Extended Overlap-AlternateArm Converter (EO-AAC). Le premier objectif de cette thèse consiste dans la mise en place d’une démarche systématique dans l’analyse du fonctionnement de ce convertisseur pour en comprendre les principes mais également pour permettre un mise en avant claire des degrés de liberté exploitable par la suite. Depuis l’analyse du fonctionnement du convertisseur, un modèle statique est développé dans le but de réaliser une étude de dimensionnement. Les convertisseurs modulaires sont généralement composés d’un grand nombre de composants semi conducteurs et passifs a dimensionnés tels que les Sous-Modules, les Director Switches et les condensateurs de Sous-Modules. Ensuite, les modèles du dynamique du convertisseur sont calculés afin de contrôler chaque grandeur d’états. Il est mis en évidence l’absolue nécessité d’une commande en boucle fermée pour l’énergie stockée en interne du convertisseur donnant lieu l’utilisation de trois principales fonctions: le contrôle totale et les équilibrages horizontaux et verticaux.Grâce à la commande développée, un modèle réduit du EO-AAC s’affranchissant de sont aspect séquentiel est mit évidence notamment pour des études réseaux. Enfin, la connexion au réseau électrique qu’il soit AC ou DC est étudiée afin de mettre en avant les capacités mais également les faiblesses du cette structure.

These thesis works mainly focus on the modeling, sizing and control of a hybrid-modularconverter named: Extended Overlap-Alternate Arm Converter (EO-AAC). The first objectiveof this thesis consists in the implementation of a systematic approach in the analysis of theoperation of this converter to understand the principles but also to allow a clear highlightingof the exploitable degrees of freedom thereafter. From the analysis of the operation of theconverter, a steady-state model is developed in order to carry out a sizing study. Modularconverters are generally made up of a large number of semiconductor and passive componentssuch as Submodules, Director Switches, and Submodule capacitors to be dimensioned. Then,dynamic models of the converter are derived in order to control each state variables. It high-lights the absolute need of closed loop control for the energy stored internally of the converter,giving rise to the use of three main functions: total control and horizontal and vertical bal-ancing. Thanks to the control developed, a reduced model of the EO-AAC which does nothave its sequential aspect is highlighted, in particular for power system studies. Finally, theconnection to the grid, whether AC or DC, is studied in order to highlight the capacities butalso the weaknesses of this structure.