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Convertisseur électronique de puissance multiniveaux et à faible répercussion sur le réseau électrique

Ounejjar, Youssef (2011). Convertisseur électronique de puissance multiniveaux et à faible répercussion sur le réseau électrique. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Une nouvelle topologie de conversion de l’énergie électrique à cellules en U empilées (PUC) est présentée dans cette dissertation. Cette topologie est très compétitive du fait qu’elle combine les multiples avantages des ses concurrentes. Elle est caractérisée par sa faible répercussion sur le réseau électrique, sa grande efficacité énergétique et par l’utilisation d’un nombre réduit de composants actifs et passifs. Se basant sur une modélisation moyenne des convertisseurs multiniveaux PUC, la technique de commande proposée permet d’avoir un courant de ligne presque parfaitement sinusoïdal avec une fréquence de modulation aussi basse que dix fois celle du réseau électrique. Les filtres peuvent être alors très réduits voir même évités ce qui résulte sur une grande efficacité énergétique et un faible coût d’installation.

Une étude comparative très détaillée est performée afin de mettre en valeur le gain en coût des convertisseurs PUC par rapport à ceux des topologies existantes, comme par exemple celle à capacités flottantes (FC), à point neutre callé par des diodes (NPC) et à celle à onduleurs en cascade (OC). Un autre avantage réside dans le fait que les convertisseurs PUC ont une taille physique réduite ce qui optimise l’espace de l’installation.

Une technique d’hystérésis à multibandes est aussi utilisée pour contrôler la topologie proposée comme il est décrit dans cette dissertation. En effet, des contrôleurs à hystérésis à six et à quatorze bandes sont conçus pour avoir un courant presque sinusoïdal, dans les deux modes onduleur et redresseur, et afin d’assurer un fonctionnement à facteur de puissance unitaire même variations brusques de la charge.

Un convertisseur issu d’une combinaison des topologies PUC et NPC est aussi présenté. La technique de commande proposée a été conçue pour assurer la régulation et l’équilibrage des tensions de sortie même sous variations de la charge et pour respecter un fonctionnement à facteur de puissance unitaire.

La topologie proposée a été vérifiée par simulations en utilisant l’environnement Matlab Simulink et l’outil Simpowersystems. La validation expérimentale a été performée par le biais de la plateforme dSpace DS1103 et de l’outil Matlab Real-Time Workshop (RTW).

Titre traduit

A multilevel power converter with reduced impact on supply network

Résumé traduit

A new power conversion topology called PUC, as Packed U Cells, is presented in this dissertation. It is very competitive due to the combination of several advantages of concurrent topologies. It is characterized by a reduced impact on the utility supply, a good energetic efficiency and a small number of power switches and passive components. Based on an averaged modelling of the multilevel PUC converters, the proposed control technique allows a nearly sinusoidal line current with a modulating frequency as low as ten times the supply network one. Filters can then be smaller or even avoided which results on a high energetic efficiency and a reduced installation cost.

A detailed comparative study is performed to highlight the cost saving of the PUC topology against existent ones like Flying Capacitors (FC), Neutral Point Clamped (NPC) and classic and hybrid cascaded H-bridges (OC) topologies. Moreover, PUC converters have small physical size which reduces cumbersome of the installation.

An advanced multiband hysteresis technique is also used to control the proposed topology converters as it is detailed in the dissertation. In fact, a six and fourteen band hystérésis controller is presented to draw a nearly sinusoidal current, in both rectifier and inverter modes, and to insure a unity power factor operation even under load changes.

A multilevel converter resulting from the combination of the PUC and NPC topology is also presented. The control technique is designed to allow balanced and regulated output voltages even under sudden load variations and a unity power factor operation.

The proposed topology was verified by simulations using Matlab Simulink environnement and Simpowersystems toolbox. Experimental validation was performed using dSpace DS1103 kit and Matlab Real-Time Workshop (RTW) tool.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Bibliographie : pages 136-141.
Mots-clés libres: Convertisseurs électriques Modèles mathématiques. Convertisseurs électriques Économies d'énergie. Topologie. convertisseurs multiniveaux, modélisation, efficacité énergétique, harmoniques, hystérésis
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Al-Haddad, Kamal
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 26 avr. 2017 18:01
Dernière modification: 26 avr. 2017 18:01
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1876

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