Aujourd`hui, le transport et la distribution d`électricité sont

Titre : Topologie multiniveaux et dissymétrique de convertisseurs électroniques de puissance pour la réalisation
de liaisons haute tension continue (HVDC)
Financement prévu : ED 072 – Ecole Centrale de Lille
Cofinancement éventuel :
(Co)-Directeur de thèse : Bruno FRANCOIS, Pr., Ecole Centrale de Lille
E-mail : [email protected]
Co-directeur de thèse :
E-mail :
Laboratoire : L2EP – Laboratoire d’Electrotechnique et d’Electronique de Puissance de Lille – EA 2697
Equipe : RESEAUX
Contexte :
Aujourd’hui, le transport et la distribution d’électricité sont réalisés en alternatif. Cette organisation
des réseaux électrique résulte de l’invention du transformateur (1886), mettant à profit la variation de
l’induction électromagnétique pour élever ou abaisser la tension alternative.
Le développement de l’éolien offshore oblige à l’enfouissement des câbles ; ce qui induit un
changement de leur impédance, une augmentation des chutes de tension (en alternatif) et à une
réduction significative des distances réalisables pour le transport de l’électricité sous forme alternative
compte tenu de la difficulté d’installation de sous stations en milieu marin. De par l’inexistence de
puissance réactive, les réseaux continus trouvent, pour ces applications, un regain d’intérêt mais qui
reste soumis au développement d’équipements de conversion électrique permettant d’élever une tension
continue pour en faciliter son transport et ensuite de l’abaisser en implémentant des conversions de type
AC/DC et DC/AC.
Objectifs :
Classiquement, une élévation en tension est réalisée électriquement par des mises en série de
composants électroniques ou/et d’équipements électriques. Plusieurs topologies de convertisseurs
électroniques de puissance sous Haute Tension (Cascaded H-bridge, Hexagram converter, Modular
Multilevel Converter, …) ont été proposées au cours de ces 30 dernières années. Elles ont pour
caractéristique commune de générer une tension modulée en multiniveaux pour atteindre une très
grande amplitude. Les niveaux élémentaires ayant pour source des tensions DC issues de
condensateurs, une stratégie d’équilibrage doit être développée en exploitant les redondances
intrinsèques à chaque topologie pour éviter l’utilisation d’équilibreurs externes. Un premier travail à
réaliser sera de comparer les performances des topologies existantes en terme de : THD, pertes, fiabilité
(vieillissement des capacités électrolytiques, …), …
La qualité de l’onde sinusoïdale générée à partir d’une tension continue de forte tension est
essentielle vis-à-vis du dimensionnement des éléments réactifs de filtrage et des coûts induits. Selon les
technologies de semi-conducteurs utilisés, deux techniques peuvent être utilisées :
- Une élimination sélective des harmoniques par pré calcul des angles de conduction de
composants de forte tension et de forte puissance (GTO, thyristors) en réduisant leur nombre de
commutations .
- Une modulation de largeur d’impulsion vectorielle déplacement les harmoniques à des
fréquences élevées pour des composants commutant rapidement (IGBT).
Basé sur cette constatation, l’objectif sera d’envisager une topologie permettant simultanément
l’implantation de ces deux techniques et exploitant au mieux les caractéristiques et performances des
composants sollicités. Son utilisation dans la conception d’une chaîne de conversion DC/AC pour une
liaison sous haute tension continue de point à point sera étudiée en mettant à profit l’hybridation de
différentes technologies de semiconducteurs, la possibilité d’utiliser des niveaux dissymétriques
internes de tension DC, l’élimination d’harmoniques par couplage des enroulements du transformateur
de raccordement …