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Simulation à pas fixe et en temps réel de circuits électriques contenant des interrupteurs

De Kelper, Bruno (2002). Simulation à pas fixe et en temps réel de circuits électriques contenant des interrupteurs. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La principale source d'imprécision, dans la simulation à pas fixe et en temps réel des circuits de puissance, est la commutation des interrupteurs du circuit. Ces imprécisions sont de deux natures. Premièrement, elles proviennent des retards de commutation, lorsque la commutation ne coïncide pas avec un pas de calcul. Deuxièmement, elles proviennent d'une mauvaise évaluation des conditions initiales ou du point d'opération dans lequel le circuit se retrouve, après une commutation. Aussi, la simulation des commutations exige un effort de calcul important car le système d'équations du circuit doit être réévalué, de façon à refléter le nouvel état des interrupteurs.

Des travaux antérieurs ont proposé une approche simple et efficace pour éliminer l'impact des retards de commutation. Cette méthode consiste à interpoler les signaux simulés à l'instant précis de la commutation et à redémarrer la simulation à partir de ce point. Par contre, ces travaux ne proposaient pas de méthode efficace d'évaluation des conditions initiales.

La méthode de commutation, proposée ici, reprend la méthode d'interpolation et y ajoute une méthode simple et efficace d'évaluation des conditions initiales. Le nouveau point d'opération du circuit, suite à une commutation, est évalué en se basant sur le principe de conservation de l'énergie sur l'hypothèse que les commutations sont instantanées. Grâce à cela, l'énergie accumulée dans les composantes réactives ne change pas lors des commutations et peut servir à évaluer le nouveau point d'opération du circuit.

De plus, le présent travail propose plusieurs techniques d'optimisation du traitement des commutations. Une de ces techniques propose de remplacer les interrupteurs par des sources de courant commandées et de transférer ainsi l'effort de mise à jour du système d'équations vers un système d'équations réduit, qui modélise les interrupteurs.

La méthode de commutation est implantée dans les deux approches de simulation les plus populaires, l'approche nodale et l'approche par variable d'état. Finalement, la précision et la performance de la méthode sont évaluées à l'aide de quelques montages soigneusement choisis. Chacun de ces montages fut simulé avec les deux approches de simulation et fournit des résultats qui rejoignent les objectifs du présent travail.

Titre traduit

Fixed step and real time simulation of electric circuits containing switches

Résumé traduit

The main source of imprecision, in the fixed step and real time simulation of power electronic circuits, comes from the imprecision of the switching in the circuit. These imprecision are of two types. First of all, they come from the switching delay, when the switching does not coïncide with a calculation time step. Secondly, they come from an inaccurate evaluation of the initial conditions or the operating point of the circuit, after a switching. Also, the handling of the switching requires, from the simulation, an significant calculation effort since the set of equations of the circuit has to be reevaluated, in order to reflect the new state of the switches.

Prior works have proposed a simple and effective approach to eliminate the impact of the switching delay. This method involve the interpolation ofthe simulated signals at the precis switching instant and to restart the simulation from this point. Unfortunately, these works did not propose an effective method to evaluate the required initial conditions.

The switching method. proposed here, takes advantage of the interpolation method and adds to it a simple, yet effective, method to evaluate the initial conditions. The new operating point of the circuit, following a switching, is evaluated on the basis of the conservation of energy principle and on the hypothesis that the switching is instantaneous. With that, the energy accumulated in the reactive components do not change during the switching and it can be used to determine the operating point of the circuit.

In addition to the switching method, this work proposes a few technics to optimize the handling of the switching. One of these technics proposes to replace the switches by controllable current sources and, hence, to transfer the burden of updating the set of equations to the reduced set of equations which models the switches.

The switching method is implemented in the two most popular simulation approaches, the nodal approach and the state space approach. Finally, the precision and performance of the method are evaluated using a few well chosen setups. Each of these setups were simulated with both simulation approaches and provided results which met the original objectives of this work.

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.: p. 145-148.
Mots-clés libres: Circuit, Commutation, Electrique, Energie, Etat, Fixe, Interrupteur, Methode, Nodal, Pas, Reel, Simulation, Temps, Variable
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Dessaint, Louis-A.
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Al-Haddad, Kamal
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 12 mai 2011 14:25
Dernière modification: 14 oct. 2016 00:30
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/805

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