Conception des dispositifs de commande des convertisseurs

No d’ordre : H 390
Rapport de Synthèse
présenté à
L’UNIVERSITÉ DES SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LILLE
En vue d'obtenir
L'HABILITATION A DIRIGER DES RECHERCHES
par
Bruno FRANCOIS
Docteur de l’Université des Sciences et Technologies de Lille
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Conception des dispositifs de commande
des convertisseurs de puissance
par modulation directe des conversions
Perspectives pour l’insertion
de production d’énergie dispersée
dans les réseaux électriques
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Le 28 0ctobre 2003, devant le Jury composé de :
MM. Jean Paul LOUIS Président
Seddik BACHA Rapporteur
Maurice FADEL Rapporteur
Francis LABRIQUE Rapporteur
Robert BAUSIERE Examinateur
Christian ROMBAUT Examinateur
Jean Paul HAUTIER Examinateur

PREAMBULE
Dans ce document, je retrace mes activités d'enseignement effectuées depuis mon
arrivée à l'Ecole Centrale de Lille comme Maître de Conférences ainsi que mes activités de
recherche menées au sein du Laboratoire d'Electrotechnique et d' Electronique de Puissance
de Lille (L2EP).
La première partie permettra de préciser mon cursus universitaire, mes activités
d'enseignement et le déroulement de ma carrière au sein du L2EP.
La seconde et majeure partie de ce mémoire est consacrée à un bilan de mes activités de
recherche.
Tout d'abord un mémorandum scientifique dressant un bilan non exhaustif des travaux
menés dans les trois thèmes de recherche suivant: la modélisation et la conception des
dispositifs de modulation et de commande des convertisseurs conventionnels de puissance, la
commande des convertisseurs multiniveaux et la modélisation des composants énergétiques
dans les réseaux électriques.
Tout d'abord un mémorandum scientifique dresse un bilan non exhaustif des travaux
menés sur la conception des dispositifs de commande des convertisseurs conventionnels de
puissance par modulation directe des conversions électriques. Ensuite, ce principe de
commande est étendu à la commande des convertisseurs multiniveaux. La dernière partie
dresse un bilan des travaux concernant la modélisation et l’influence des générateurs dispersés
reliés aux réseaux électriques par l’intermédiaire de convertisseurs de puissance. Enfin, des
perspectives pour améliorer l’intégration d’unités de production décentralisées sont
explicitées.
Ces avancées n'auraient pas vu le jour sans la participation d'autres
enseignants-chercheurs, doctorants et étudiants ainsi que la mise à disposition de
financements publics et privés. C'est pourquoi ma participation à l'administration de
l'ensemble est ensuite expliquée dans la troisième et dernière partie de ce document. Ma
contribution à ce bilan scientifique y est mise en évidence ainsi que la bibliographie qui s’y
rattache. Ses références ont été notées entre crochet et en caractères gras dans tout ce
document.

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REMERCIEMENTS
e suis très honoré que Monsieur le Professeur Maurice FADEL, de l’Institut
Polytechnique de Toulouse, Monsieur le Professeur Seddik BACHA, de
l’Université Joseph Fourier de Grenoble et Monsieur le Professeur Francis LABRIQUE,
de l’Université Catholique de Louvain (Belgique), aient accepté la charge de juger ce
mémoire. Leur compétence en matière de commande et de modélisation des convertisseurs
font que leur présence est pour moi une véritable caution scientifique. Je les remercie
chaleureusement pour leur dévouement.
e tiens à exprimer ma reconnaissance à Monsieur le Professeur Jean Paul LOUIS,
de l’Ecole Normale Supérieure de Cachan, Monsieur le Professeur BAUSIERE, de
l’Université des Sciences et Technologies de Lille et à Monsieur le Professeur Christian
ROMBAUT professeur et directeur du Centre d’Enseignement et de Recherche ENSAM de
Lille pour la confiance et l’honneur qu’ils m’accordent en acceptant de participer à ce jury.
e tiens à remercier très vivement Monsieur le Professeur J.P. HAUTIER, directeur
de la recherche à l’Ecole Nationale Supérieure des Arts et Métiers de Lille et
directeur du Laboratoire d’Electrotechnique et d’Electronique de Puissance de Lille (L2EP),
pour ses conseils, ses nombreux encouragements et la très grande liberté qu’il m’a accordée
dans l’encadrement des divers travaux de recherche que j’ai conduits.
es remerciements vont également :
à Monsieur le Professeur Pascal BROCHET, de l’Ecole Centrale de Lille, pour les conditions
de travail qu’il met à la disposition des chercheurs,
aux enseignants/chercheurs de l’Ecole Centrale de Lille et du L2EP pour les nombreux
échanges scientifiques et les différents projets menés ensemble. La complémentarité des idées
échangées a également largement contribué à l’aboutissement des travaux ici présentés.
à Virginie DUBOIS, Xavier CIMETIERE, Simon THOMY, Christophe RYMEK pour la
précieuse aide administrative et technique qu’ils apportent aux chercheurs.
e ne saurais terminer ces remerciements sans mentionner ma famille et mes amis, qui,
sur le plan humain, m’ont soutenu par leurs encouragements. Enfin, ma pensée va à
Magali, mon épouse, dont la patience et la compréhension m’ont permis de mener à bien ce
travail.
J
J
J
M
J

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SOMMAIRE
PARTIE 1 :
LE PARCOURS
1 C.V................................................................................................................11
2 Activités d'enseignement............................................................................13
3 Activités de recherche ................................................................................15
PARTIE 2 :
SYNTHESE DES ACTIVITES DE RECHERCHE
Chapitre 1 :
COMMANDE DES CONVERTISSEURS
DE L’ELECTRONIQUE DE PUISSANCE
PAR MODULATION DIRECTE DES CONVERSIONS ELECTRIQUES
1 Introduction ....................................................................................................................20
2 L'héritage ........................................................................................................................21
2.1 Décomposition fonctionnelle.................................................................................... 21
2.2 Modélisation des convertisseurs à topologie matricielle .......................................... 23
2.2.1 Présentation et notations............................................................................................................23
2.2.2 Matrice de conversion ..............................................................................................................24
2.2.3 Relations de conversion.............................................................................................................25
2.2.4 Le modèle de connaissance.......................................................................................................25
2.2.5 Les modèles moyens..................................................................................................................27
2.2.6 Représentation sous la forme d'un Graphe Informationnel Causal (G.I.C.) ..............................28
2.2.7 Application à la modélisation de l’onduleur tripasé à source de tension...................................29
3 La modulation directe des conversions.........................................................................31
3.1 Architecture pour la commande des convertisseurs de puissance............................ 31
3.2 Le Modulateur de Largeur et de Position d'Impulsions : M.L.P.I. ........................... 32
3.3 Le générateur de connexion...................................................................................... 34