Analyse du convertisseur modulaire pour la recharge des véhicules électriques

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Revue internationale de recherche scientifique en ingénierie et gestion (IJSREM)
Volume : 06 Numéro : 04 | Avril 2022
Facteur d'impact : 7,185
ISSN : 2582-3930
Étude et analyse d'un convertisseur modulaire à plusieurs niveaux pour le système de recharge des
véhicules électriques
Sangeeta Tiwari1 et Prof. V.S.Pandey1
1 Département d'ingénierie électrique, Jabalpur Engineering College, Jabalpur (M.P.)
RÉSUMÉ
Cet article examine le fonctionnement des systèmes électriques à champ électrique (EV) à convertisseur modulaire
à plusieurs niveaux (MMC). Le premier convertisseur modulaire à plusieurs niveaux (MMC) proposé est devenu un
concurrent des applications à courant continu haute tension (HVDC) et à entraînement moteur haute puissance, en raison de
ses avantages tels que sa grande modularité, sa capacité de gestion des erreurs et ses formes d'onde de sortie de haute
qualité. La fonction d'intégration de la capacité d'entraînement du moteur, de l'égaliseur d'état de charge des cellules (SOC)
et du chargeur embarqué dans une topologie à circuit unique rend le MMC pour VE particulièrement intéressant pour cette
application. Dans le MMC, en raison de l'interaction entre le courant et l'opération de commutation, des harmoniques
spécifiques de bas ordre prêtes pour le courant sont générées et circulent à travers les cellules de la batterie.
MOTS-CLÉS - Convertisseur modulaire à plusieurs niveaux ; système de stockage par batterie ; véhicule électrique :
1 INTRODUCTION
Cette étude porte sur le système modulaire multifonctionnel de conversion d'énergie électrique à plusieurs niveaux,
qui peut fournir un seul moteur pour le fonctionnement, ainsi que des fonctions de charge de batterie en courant alternatif et
continu. Afin d'illustrer le système domestique, les mécanismes de fonctionnement et de contrôle sont évalués de manière
approfondie, y compris le dispositif de contrôle de l'état d'équilibre de charge (SOC) en mode conduite, les systèmes de
charge en courant continu ou alternatif en mode charge par onduleur. L'intérêt pour les technologies des véhicules
électriques (VE) connaît une croissance rapide en raison de la réduction de la consommation de carburant et des émissions
de gaz à effet de serre. Pour une meilleure intégration avec les batteries à l'intérieur du VE, divers systèmes de commutation
autonomes sont installés pour les fonctions de charge rapide en courant continu, de charge en courant alternatif, de conduite
automobile, d'alimentation électrique et de gestion des batteries. Afin de réduire la complexité du matériel, les fonctions de
charge en courant alternatif et de conduite automobile ont été incluses.
Ce travail présente un système de conversion modulaire multifonctionnel à plusieurs niveaux pour l'énergie
électrique. Les pratiques et les contrôles sont entièrement évalués. Cela inclut le système de gestion du système de charge
(SOC) en mode conduite [1]. L'utilisation du module convertisseur à plusieurs niveaux v (MMC) dans les systèmes
électroniques des véhicules (VE)
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a été étudiée au fil des ans comme une étude de cas émergente en raison de certains avantages tels que sa modularité
avancée, sa capacité à tolérer des erreurs de type de sortie avancées et sa capacité à intégrer les fonctions de conduite d'une
voiture, un chargeur intégré et un équivalent de cellule. Ainsi, la dynamique réelle de l'alimentation CA provenant des
applications MMC réduit la densité de la batterie et les dommages causés à sa durée de vie [2].
Cette recherche présente une analyse comparative des convertisseurs multivariables modulaires utilisant plusieurs
modes de modulation. Une analyse de la distorsion harmonique totale (THD) a été réalisée à l'aide d'une modulation de
largeur d'impulsion à distribution de phase (PD-PWM) et de l'inverse de la modulation de largeur d'impulsion à largeur de
phase. Cette étude montre que la technique POD-PWM v offre un rendement plus harmonieux et une meilleure réactivité.
Cela indique que la porteuse THD est meilleure que la fréquence. Tous les résultats ont été analysés et validés à l'aide de
Matlab/Simulink [3]. Le module convertisseur multiniveau (MMC) pour les applications de moteurs électroniques a été
étudié ces dernières années en raison de ses avantages tels que sa grande modularité. Capacité de tolérance. Par conséquent,
pendant le fonctionnement du MMC, un moniteur CA dédié est introduit dans l'onde de la cellule de batterie. Contribue à
réduire la durée de vie de la batterie. Cet article présente le module de commande d'injection multimode standard. Cela
augmente le volume du courant harmonique de deuxième ordre et permet un filtrage avec un filtre plus petit [4].
La défaillance en chaîne ouverte de plusieurs ports bipolaires isolés (IGBT) affecte les performances fiables des
convertisseurs à module V (MMC). Cet article présente des stratégies de diagnostic pour la gestion de cette condition. La
détection et l'évaluation du numéro de sous-module (SM) erroné sont effectuées en vérifiant la valeur de signature erronée
[5]. Le travail propose une nouvelle cellule principale (BC) de convertisseur à condensateur modifié (SCC). En
conséquence, la structure générale du DCC proposé a été développée. De plus, des commutateurs de courant, des pilotes,
des diodes, des condensateurs et des commutateurs de conducteurs supplémentaires sont nécessaires dans le chemin de
circulation du courant et le chemin de charge du condensateur v. Un onduleur à condensateur à commutation multiniveau
(SCMLI) a ensuite été développé à l'aide de deux symboles SCC courants. En outre, l'extension en cascade SCMLI
proposée est réalisée et analysée pour des configurations de sources CC symétriques et asymétriques [6].
Les onduleurs à plusieurs niveaux (MLI) ont fait l'objet de nombreuses études dans le passé pour diverses
applications à faible, moyenne et haute résistance. L'amélioration de la qualité de l'énergie est un facteur clé de la croissance
et de la demande considérables des MLI dans les domaines de la basse tension, des contraintes, des meilleures performances
et de la distribution CA haute fréquence à module élevé dans l'industrie des véhicules électriques et la production d'énergie
renouvelable [7]. Production d'énergie solaire thermique ou alimentation électrique à grande échelle
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: Il existe un besoin mondial en systèmes électroniques avancés. Le nouveau concept de convertisseur à module multiniveau
(M2C) offre des fonctionnalités supérieures pour ces applications. Le fonctionnement du système HVDC est décrit et
approuvé sur la base de nouvelles exigences, y compris le dépannage dans les réseaux HVDC à terminaux multiples. Une
méthode de modulation de largeur d'impulsion (PWM) pour un convertisseur multimodulaire (MMC) utilisant une seule
cellule. Cette méthode peut produire la tension de sortie la plus élevée de 2N + 1 (où N est le nombre de modules dans le
bras supérieur ou inférieur du MMC) [8] [9].
2 CONVERTISSEUR À SOURCES DE TENSION
Comme les thyristors (et les générateurs à mercure) ne peuvent être activés (et non désactivés) qu'en contrôlant
l'action et en s'appuyant sur un système CA externe pour exécuter le système d'extinction, le système de contrôle n'a qu'un
seul degré de liberté s'il se trouve dans la courbe de réinitialisation du thyristor. Cela limite l'utilité du CCH dans certains
cas, car cela signifie que le système CA pour lequel le convertisseur CCH doit toujours disposer de dispositifs synchrones
afin de fournir le temps nécessaire pour commuter l'alimentation ; le convertisseur CCH ne peut pas fournir un système
automatique. Cela ne pose pas de problème pour fournir une alimentation supplémentaire au réseau qui fonctionne déjà,
mais ne peut pas être utilisé comme source indépendante.
3 CONVERTISSEUR MODULAIRE À PLUSIEURS NIVEAUX (MMC)
Semblable au commutateur à 2 étages et au commutateur de ligne à 6 étages, le MMC comporte 6 valves, chacune
reliant le connecteur CA au connecteur CC. Connectées en série, chaque valve MMC contrôle automatiquement
l'alimentation électrique dans son état d'origine. Chaque tube MMC comporte plusieurs sous-modules de commutation.
Chaque lampe possède son condensateur. Dans un circuit différentiel à demi-pont général, chaque sous-module comporte
deux GBI connectés en série avec des condensateurs croisés. Il y a un point de connexion au milieu et l'une des deux bornes
du condensateur est utilisée comme connexion externe.
4 VARIANTES MMC
Il s'agit de combiner plusieurs ITI consécutifs sur chacun des deux commutateurs qui composent un sous-module.
Cela permet d'obtenir une forme d'onde de tension de sortie avec moins d'étapes qu'un système MMC standard. Ce système
est connu sous le nom de transformateur en cascade à deux étages (CTL). Il est similaire à un MMC demi-pont standard à
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sauf en ce qui concerne les effets. Mais il est tout de même considéré comme suffisamment performant pour éviter le recours
à un filtrage dans la plupart des cas.
5 MÉTHODOLOGIE
Différents types de convertisseurs de puissance sont construits automatiquement pour la charge rapide, la charge
CA, la puissance du moteur, la tension et les disjoncteurs afin de s'adapter au mieux aux batteries des véhicules électriques.
Des fonctions de charge CA et de conduite autonome ont été incluses afin de réduire la rigidité du matériel. Un dispositif
modulaire peut réduire la quantité de batterie sélectionnée afin d'augmenter la durée de vie de la batterie. En particulier,
l'onduleur est accepté comme un commutateur entre les batteries et la voiture. En raison de l'absence de connectivité CC
conventionnelle, les batteries à onduleur en cascade ne peuvent pas transférer librement leur puissance pour équilibrer les
conditions des batteries.
6 SIMULATIONS
Figure 1 Modèle de transformateur monophasé
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Figure 2 Modèle de convertisseur modulaire à plusieurs niveaux
7 CONCLUSIONS
Le convertisseur fonctionnera selon deux modes distincts ; cette méthode peut convenir aux applications à faible
puissance. Une méthode pour l'améliorer consiste à utiliser chaque demi-cycle de la tension d'entrée au lieu d'un demi-cycle
sur deux. Le circuit qui nous permet de le faire est appelé redresseur à double alternance. Le modèle de transformateur
monophasé et le modèle de convertisseur modulaire à plusieurs niveaux ont été développés dans MATLAB / SIMULINK.
L'entrée du modèle de transformateur monophasé et du modèle de convertisseur modulaire à plusieurs niveaux était de 220
VCA et 52 VCC pour les entrées VCC1 et VCC2, respectivement. La sortie du modèle de transformateur monophasé et du
modèle de convertisseur modulaire à plusieurs niveaux était respectivement de 52,98 VCC et 52,46 VCC.
RÉFÉRENCES
[1] Nan Li et al., Principes de fonctionnement d'un système de conversion modulaire à plusieurs niveaux pour véhicules
électriques, IEEE, 2020.
[2] Di Wang et al. Stratégie de contrôle améliorant la durée de vie des batteries des convertisseurs modulaires à plusieurs
niveaux pour les véhicules électriques, IEEE, 2019.
[3] Rahul Jaiswal et al., Amélioration des performances d'un convertisseur modulaire à plusieurs niveaux grâce à une
technique de modulation, IEEE, 2019.
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[4] Di Wang et al., Convertisseur modulaire multiniveau hybride avec contrôle d'injection de tensions en mode commun
multiples pour les applications dans les véhicules électriques, IEEE, 2020.
[5] Xingxing Chen et al., Stratégie de diagnostic pour les défauts de circuit ouvert IGBT multiples des convertisseurs
modulaires à plusieurs niveaux, IEEE, 2020.
[6] Tapas Roy et Pradip Kumar Sadhu, Topologie d'onduleur multiniveau élévateur utilisant de nouveaux convertisseurs à
condensateurs commutés avec des composants réduits, IEEE, 2019.
[7] Kaibalya Prasad Panda et al., « A Switched-Capacitor Self-Balanced High-Gain Multilevel Inverter Employing a Single
DC Source », IEEE, 2019.
[8] R. Marquardt, Convertisseur multiniveau modulaire : un concept universel pour les réseaux HVDC et les applications
DC-Bus étendues, IEEE, 2010.
[9] Zixin Li et al., Une méthode améliorée de modulation de largeur d'impulsion pour les convertisseurs modulaires à
plusieurs niveaux basés sur des cellules en cuivre, IEEE, 2012.
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