Architecture et gestion d`un réseau continu maillé haute

Architecture et gestion d’un r´eseau continu maill´e
haute-tension pour l’a´eronautique
C. Baumann
To cite this version:
C. Baumann. Architecture et gestion d’un r´eseau continu maill´e haute-tension pour
l’a´eronautique. Energie ´electrique. Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2009.
Fran¸cais. <tel-00554223>
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Submitted on 10 Jan 2011
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TH HÈ ÈS SE E
En vue de l'obtention du
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DO OC CT TO OR RA AT T D DE E L L’ ’U UN NI IV VE ER RS SI IT TÉ É D DE E T TO OU UL LO OU US SE E
Délivré par l’Institut National Polytechnique de Toulouse
Discipline ou spécialité : Génie Electrique
JURY
MM. Eric MONMASSON Rapporteur
Farid MEIBODY-TABAR Rapporteur
Jean-Luc THOMAS Membre
Jesùs LOPEZ TABERNA Membre
Jean-Louis LANDO Encadrant
Hubert PIQUET Codirecteur de thèse
Xavier ROBOAM Directeur de thèse
Henri FOCH Invité
Ecole doctorale : Génie Electrique, Electronique, Télécommunications
Unité de recherche : Laboratoire Plasma et Conversion d’Energie – Unité Mixte de Recherche
Directeurs de Thèse : Xavier Roboam & Hubert Piquet
Présentée et soutenue par Cédric Baumann
Le 20 Mars 2009
Architecture et gestion d'un réseau continu maillé
haute-tension pour l'aéronautique

Résumé
L’objectif de réduction de la consommation en kérosène des avions passant par une plus
grande efficacité des systèmes, la distribution électrique devient un moyen privilégié pour
satisfaire les besoins. Dans ce cadre, la notion d’avion « plus électrique » implique de revoir
les systèmes de distribution et d’étudier, notamment, le passage en haute tension continue
(HVDC).
Une description générale des systèmes embarqués sur les avions civils est donnée dans ce
manuscrit ainsi qu’une description des avantages et inconvénients des différents vecteurs
énergétiques permettant de mieux situer les gains envisageables lors du passage à
l’électrification des systèmes.
Cependant, la mise en place de la distribution HVDC peut entraîner de nouveaux problèmes,
notamment de qualité et/ou d’instabilité. Afin de palier ces problèmes, une architecture est
proposée dans laquelle les équipements sont reliés entre eux par des cœurs de distribution
eux-mêmes liés par des organes de transferts de puissances pouvant maîtriser ces transferts :
on parle alors de réseau maillé.
Pour pouvoir réaliser ces transferts, deux types d’équipements électroniques de puissance sont
proposés : le DCPFC (Direct Current Power Flow Controler) et le MAPFC (Mixed function
for Actuation and Power Flow Control).
Ces équipements imposent une gestion énergétique spécifique : il faut déterminer les modes
de fonctionnement des équipements ainsi que les références des puissances à transférer. Pour
cela, une modélisation du réseau sous forme de graphe est effectuée, ceci se traduisant par un
algorithme générique permettant de déterminer les équations structurelles du réseau ainsi que
deux algorithmes servant à contrôler des grandeurs distinctes :
Les grandeurs discrètes sont contrôlées par un système expert détenant un ensemble de
règles de fonctionnement ;
Les grandeurs continues sont gérées par un algorithme de recherche de flot dans un
graphe.
Après la mise en place en simulation de l’ensemble du réseau maillé, un banc d’essai
expérimental valide les principes décrits théoriquement et permet l’étude de différentes
gestions énergétiques (tout autant qu’il permet de tester un équipement seul ou le réseau dans
une configuration non-maillée).
Finalement, une exploitation des concepts sur un réseau répondant aux normes aéronautiques
est développée. Ceci posant notamment des problèmes aux niveaux de la conception des
équipements mais également sur l’architecture actuelle des réseaux électriques (connexion du
neutre des générateurs, protection des personnes, compatibilité électromagnétique, etc.).