Hybridation d'un poste de distribution HTA/BT : conception et dimensionnement

Hybridization of a MV/LV distribution substation : design and sizing

• Auteur / Autrice : Frédéric Reymond-Laruina
• Direction : Marc Petit, Loïc Quéval, Djamel Hadbi, Philippe Egrot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 22/11/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génie électrique et électronique de Paris (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....) - EDF Lab Les Renardières (Moret sur Loing)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l’ingénierie et des systèmes (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Octavian Curea
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yvon Bésanger, François Gruson, William Bussière
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Yvon Bésanger, François Gruson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Courants continus

Fusibles (électricité)

Basse tension

Électricité -- Distribution

Convertisseurs électriques

Mots clés libres

Basse tension à courant continu

Fusible

Court-Circuit

Convertisseur à deux niveaux de tension

Low voltage direct current

Fuse

Short-Circuit

Two-Level converter

Résumé

Dans cette thèse, nous nous intéressons à la mise en place d'un réseau de distribution basse tension à courant continu à partir de départ existant dans un poste de transformation HTA/BT. Dans un premier temps, nous détaillons la structure envisagée pour le réseau de distribution et les conséquences que cela engendre sur le dimensionnement du convertisseur. Ces hypothèses sont prises en se référant aux démonstrateurs existants et aux exigences du gestionnaire de réseau de distribution. Il ressort de cette analyse la criticité de la contrainte de sélectivité du réseau. Pour gérer cette contrainte, nous proposons d'utiliser des composants en parallèle des bras du convertisseur pour limiter le courant de défaut et dévier une partie de ce courant vers des composants possédant une meilleure tenue thermique que les composants de base. La méthode de dimensionnement adoptée laisse envisager une économie de 40 % par rapport à une solution par surdimensionnement simple du convertisseur. Un prototype de convertisseur a été construit et nous a permis de vérifier la déviation du courant en cas de court-circuit entre pôles, ainsi que le comportement du convertisseur en cas de défaut. Dans l'optique de diminuer la contrainte de dimensionnement, nous nous sommes intéressés à la possibilité d'une protection par fusible sur le réseau continu. Un modèle de court-circuit nous permet d'estimer le temps de pré-arc d'un fusible, tandis qu'un autre modèle, issu de résultats d'essais, nous permet d'évaluer la phase d'arc d'un fusible et son temps de coupure. En couplant ces deux modèles, nous sommes ainsi capable de fournir une approximation de la contrainte thermique à respecter pour un convertisseur.

In this thesis, we focus on the implementation of a low-voltage DC distribution network from an existing LV feeder in a MV/LV transformer substation. First and foremost, the considered structure for the distribution grid is detailed and its consequences on the converter sizing. These assumptions reliy on the existing demonstrators and the DSO requirements. This analysis shows that the grid selectivity constraint is critical. To meet this constraint, we propose to use components in parallel with the converter arms to limit the fault current and divert part of this current to components with higher thermal stress ability. The sizing method suggests as saving of 40% compared with an oversized converter. A prototype was built, enabling usto validate the current deviation in the event of a short-circuit between poles, as well as the behaviour of the converter during the fault. In order to reduce the sizing constraints, we looked into the possibility of a fuse protection on the DC grid. A short-circuit model allows to estimate the fuse pre-arcing time, while another model, derived from test results, allows to evaluate the fuse arcing phase and its cut-off time. By coupling these two models, we are able to provide an approximation of the thermal stress to be respected for a converter.