Étude de l'interaction de convertisseurs statiques sur un bus DC mutualisé

Study of the interaction of static converters on a shared DC bus

• Auteur / Autrice : Zakaria Chmeit
• Direction : Nicolas Patin, Georges Salloum
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Électrique : Unité de recherche en Mécanique - Laboratoire Roberval (FRE UTC - CNRS 2012)
• Date : Soutenance le 14/12/2021
• Etablissement(s) : Compiègne en cotutelle avec Université Libanaise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de recherche en mécanique acoustique et matériaux / Laboratoire Roberval

Mots clés

Mots clés contrôlés

Barres omnibus

Onduleurs (électricité)

Condensateurs électriques

Modulation d'impulsions en durée

Modulation par impulsions

Convertisseurs continu-continu

Convertisseurs électriques

Mots clés libres

Modulation de Largeur d'Impulsion (MLI)

Entrelacement

Back-to-back converters

Interleaving PWM

Unified Double Carrier PWM (Uni-DCPWM)

Space-Vector PWM strategy (SVPWM)

Pulse Width Modulation (PWM)

Doubly Fed Induction Machine (DFIM)

DC-to-DC converters

Electric capacitors

Electric inverters

Bus conductors

Résumé

L’impact des stratégies Modulation de Largeur d'Impulsion (MLI) sur les sollicitations des condensateurs de découplage en entrée d’un onduleur triphasé est bien connu à l’heure actuelle au même titre que le comportement de la charge alimentée (facteur de puissance). On dispose à l’heure actuelle d’un large panel de techniques de modulation applicables en fonction des diverses contraintes d’environnement (stress des condensateurs mais aussi qualité des courants dans la charge ou pertes par commutation dans les semi-conducteurs). Toutefois, dans de nombreux contextes applicatifs, le bus continu peut être mutualisé entre plusieurs convertisseurs qui vont solliciter individuellement le ou les condensateurs de découplage. L’objectif de cette thèse est d'étudier la mise en œuvre des stratégies MLI coordonnées entre plusieurs onduleurs mutualisant leur bus continu. Plus précisément, une étude du cas des convertisseurs back-to-back dans le cas de MADA a été faite. De plus, cette étude vise à évaluer l'impact de stratégies MLI entrelacées sur le courant efficace traversant le condensateur de découplage associé à deux convertisseurs en parallèle. En effet, cette valeur est généralement le paramètre clé pour le dimensionnement de ce (ou ces) composant(s), bien au-delà de la capacité, notamment pour les condensateurs électrolytiques à l'aluminium. La technique d'entrelacement est appliquée selon deux stratégies différentes : - La stratégie classique SVPWM ; - La stratégie MLI à double porteuse unifié (Uni-DCPWM) qui est dédié à la réduction du courant efficace pour un seul convertisseur. Notre étude vise également à réduire le courant RMS dans le condensateur et à trouver la valeur optimale du temps d'entrelacement de manière dynamique pour tous les points de fonctionnement.

The impact of Pulse Width Modulation (PWM) strategies on the stresse of the decoupling capacitors at the input of a three-phase converter is currently well known, as well as the behavior of the supplied load (power factor). A large panel of modulation techniques is currently available and can be applied according to the various environmental constraints (stress on the capacitors but also quality of the currents in the load or switching losses in the semiconductors). However, in many application contexts, the DC bus can be shared between several converters that will individually stress the decoupling capacitor(s). The objective of this thesis is to study the implementation of PWM strategies between several converters sharing their DC bus. More precisely, a study of the case of back-to-back converters connected on Doubly Fed Induction Machine (DFIM) has been done. The aim of this study is to evaluate the impact of interleaved PWM strategies on the RMS current flowing through the DC link capacitor associated to two back-to-back three-phase Full Bridges (FB). Indeed, this value is usually the key-parameter for the sizing of this (or these) component(s), far above the capacitance, especially for aluminum electrolytic capacitors. Interleaving technique is applied on two different strategies: - Classical (single carrier) Space-Vector PWM strategy (SVPWM) ; - Unified Double Carrier PWM (Uni-DCPWM) that is dedicated to the reduction of the RMS current for a single FB. Our study also aims to reduce the RMS current in the capacitor and find the optimal value of the interleaving time dynamically for all operating points.