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 …