Commande de l’électronique de puissance des futurs smart grids pour les services système

Control of power electronics of future smart grids for ancillary services

• Auteur / Autrice : Hoang-Trung Ngo
• Direction : Bogdan Marinescu, Elkhatib Ibrahim
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance le 13/03/2023
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes
• Jury : Président / Présidente : Seddik Bacha
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alessio Iovine, Ina Taralova
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rachid Outbib, Ioannis Lestas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes d'information

Réseaux électriques intelligents

Électronique de puissance

Mots clés libres

MIMO

Commande optimale

VSC

CCHT

PMSG

STATCOM

Services système

MIMO

Optimal control

VSC

HVDC

PMSG

STATCOM

Ancillary services

Résumé

Afin de fournir des services système etde gérer les intéractions entre convertisseurs, cettethèse a proposé une technique de commandecoordonnée pour les systèmes de convertisseurs depuissance connectés au réseau, avec desimplémentations centralisées et décentralisées. Lesnouvelles structures de commande proposées sontdivisées en différents niveaux de commande/bouclesen fonction de la dynamique naturelle du système : laboucle très rapide est utilisée pour fournir desservices locaux (puissance active/réactive, tensionCC, et inertie du réseau / RoCoF support), la bouclerapide est pour MPPT, la réponse en fréquence et lesservices de tension CA, et la boucle lente estconstituée par sert les commandes secondaires de lafréquence et de la tension. À cet égard, ce contrôleest une alternative à la commande vectorielleclassique. De plus, des techniques de commandeavancées comme H2/H-infini, des approches flouesnon linéaires et des techniques d’IMT, sont utiliséespour obtenir des performances optimales tout enmaintenant une marge de stabilité (p. ex., FRT etCCT). Trois applications ont été traitées :commande décentralisée VSC-CCHT (non linéaire),commande décentralisé/centralisé du systèmeéolien PMSG (non linéaire) raccordé au réseau etcommande en tension (STATCOM) d’unconvertisseur connecté au réseau. La mise enoeuvre décentralisée renforce la résilience lors de lacommande de plusieurs générateurs d’énergierenouvelable, comme dans le concept de centraleélectrique virtuelle dynamique développé dans leprojet H2020 RIA POSYTYF. Les résultats ontdémontré que les structures de commandeproposées sont plus performantes que lacommande vectorielle classique en termes destabilité et de performance. Cette thèse présenteégalement une méthode de conception de systèmede commande conviviale sur la base des approchesprésentées, qui peut ensuite être appliquée auxapplications au niveau industriel.

In order to provide ancillary servicesand handling coupling between converters, thisthesis proposed a coordinated control technique forpower converter systems connected to the grid, withboth centralised and decentralised implementations.The new proposed control structures are divided intodifferent control levels/loops based on the system’snatural dynamics: the very fast loop is used toprovide local services (active/reactive power, DCvoltage, and grid inertia/ RoCoF support), the fastloop is for MPPT, frequency response, and ACvoltage services, and the slow loop is for secondaryfrequency and voltage control. In this regard, suchcontrol is an alternative to traditional vector control.Furthermore, advanced control techniques includingMIMO state-space, resilient and optimal H2/H-infinitycontrol, nonlinear fuzzy approaches, and LMItechniques are used to obtain optimal performancewhile maintaining a stability margin (e.g., FRT andCCT). There are 3 applications: VSC-HVDC(nonlinear) decentralised control, grid-connectedwind system PMSG (nonlinear)decentralized/centralized control, and a gridconnectedSTATCOM LMI-based pole-placementcontrol. Decentralized implementation enhancesresilience when controlling several renewablegenerators, such as in the Dynamic Virtual PowerPlant concept developed in the H2020 RIAPOSYTYF project. The results demonstrated thatthe proposed control structures outperform classicalvector control in terms of stability and performance.This thesis also presents an engineering-friendlycontrol system design method based on thepresented approaches, which can then be appliedto industrial-level applications.