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Contribution à l'étude, la modélisation et la commande des redresseurs triphasés non-polluants : application au convertisseur trois-niveaux à point neutre calé

Yacoubi, Loubna (2004). Contribution à l'étude, la modélisation et la commande des redresseurs triphasés non-polluants : application au convertisseur trois-niveaux à point neutre calé. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L'intégration des convertisseurs au niveau des équipements électriques est la source d'une multitude de préoccupations dues à la pollution du réseau, telles: l'amélioration du rendement des convertisseurs, la minimisation de l'échange de l'énergie réactive et la diminution des harmoniques de courants. Le problème de la qualité de l'onde électrique devient ainsi extrêmement important à résoudre.

L'objectif principal de ce travail est de concevoir un convertisseur triphasé non-polluant, à facteur de puissance unitaire, à haut rendement énergétique, générant le minimum d'harmoniques. De plus, l'ensemble redresseur-charge doit présenter d'excellentes performances lors de variations paramétriques.

Pour ce faire, nous avons effectué une recherche bibliographique des topologies non-polluantes. Le choix du redresseur triphasé trois-niveaux à point neutre calé par diodes a été retenu puisqu'il permet une meilleure utilisation des interrupteurs de puissance. Nous avons ensuite étudié et modélisé ce convertisseur pour implanter de nouvelles méthodes de commande non-linéaires qui prennent en considération les non-linéarités du système, qui le découplent et qui atténuent l'effet des variations de ses paramètres.

Tout d'abord, le modèle d'état non-linéaire du système est développé. Puis, la technique non-linéaire basée sur une linéarisation au sens entrée-sortie est employée. Le modèle résultant étant linéarisé et découplé, des correcteurs linéaires sont introduits pour stabiliser le système en boucle fermée. Les résultats de la simulation ont démontré la faiblesse de cette méthode lors de certaines perturbations. Nous avons donc opté pour l'application de la version adaptative de cette technique qui consiste en l'adjonction d'une loi d'adaptation des paramètres basée sur l'approche du modèle de référence. Les performances du système sont nettement améliorées démontrant la supériorité de la technique de commande non-linéaire adaptative.

Une fois l'étude théorique achevée, nous avons réalisé un prototype expérimental fonctionnant à 1.2 kW pour valider ces lois de commande. Celles-ci sont exécutées en temps réel en utilisant le processeur numérique DS1104 de dSPACE. Les résultats expérimentaux confirment la supériorité de la loi de commande non-linéaire adaptative ainsi que sa robustesse face aux variations paraméttriques et aux perturbations de la source. Finalement, nous avons diffusé les résultats de cette recherche sous forme de publications dans plusieurs revues et conférences internationales.

Titre traduit

Contribution to the study, modeling and control of a non-polluting three-phase converters: application to the three-phase three-level neutral point clamped rectifier

Résumé anglais

The extensive use of power converters in various industrial plants deteriorates the power quality and causes multitude of concerns, such as: improvement of converters effeciency, reduction of reactive power exchange and attenuation of current harmonics.

The principal objective of this work is to develop a non-polluting three-phase rectifier, with unity power factor, high efficiency and low harmonics. Also, our objective is to find good control techniques to ensure excellent system performance under parametric variations and utility disturbances.

To support this objective, A extensive bibliographical review of non-polluting topologies made possible to choose a three-phase three-level neutral point clamped boost rectifier one that allows a better use of power switches. Then, the converter model is developped in order to apply nonlinear control methods. These last are employed to take into account the essential nonlinearities of the system and they totally differ from the common approach based on linearizing the nonlinear system around an operating point.

The nonlinear state space mathematical model of the rectifier is developed. Then, in order to apply the first nonlinear technique, an input/output feedback linearization is designed and the resulting model is linearized and decoupled. Afterward, the stabilizing controllers are designed based on linear techniques. Simulation results show the weaknesses of this method under some disturbances. The adaptive version of this technique is then proposed and applied. The initial state space model is put in an adequate canonical form. Therefore, an adaptation law based on the model reference approach is incorporated. The controllers performance has been evaluated by simulation and show the superiority of nonlinear adaptive control.

Once the theoretical study is completed, an experimental prototype operating at 1230W is built in order to validate the proposed control laws. These techniques are implemented in real time using DS1104 of dSPACE® digital signal processor. The experimental results are given for nominal power, under diverse parameter variations and utility disturbances. The superiority and the robustness of the nonlinear adaptive control law is established. Finally, the results of this work are published in several international journals and conferences.

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". Bibliogr.: f. [273]-283.
Mots-clés libres: Adaptatif, Cale, Commande, Conception, Convertisseur, Lineaire, Modelisation, Neutre, Niveau, Non, Point, Polluant, Redresseur, Triphase, Trois
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Al-Haddad, Kamal
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Dessaint, Louis-A.
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 04 mai 2011 19:09
Dernière modification: 22 oct. 2016 01:07
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/682

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