Conception de convertisseurs multiniveaux et matriciels pour l’intégration des systèmes photovoltaïques et l’amélioration de la qualité de puissance dans les réseaux électriques

Description :

La conception, la modélisation, la commande et l’implantation pratique de nouvelles topologies de convertisseurs multiniveaux, dédiées aux applications à haute tension, sont l’objet principal de ce projet. Les structures à cellules en U empilées (PUC) et les convertisseurs matriciels indirects seront particulièrement étudiés. Ces topologies sont très compétitives du fait qu’elles combinent les multiples avantages de ses concurrentes, tout en employant un nombre réduit d’interrupteurs. Elles se caractérisent par leur faible répercussion sur le réseau électrique et leur grande efficacité énergétique. En se basant sur une modélisation moyenne des convertisseurs multiniveaux, la technique de commande proposée permet d’avoir un courant de ligne presque parfaitement sinusoïdal avec une fréquence de modulation aussi basse que dix fois celle du réseau électrique. Les filtres peuvent être alors très réduits, voire même évités, ce qui résulte en un fort rendement énergétique et un faible coût d’installation. Une étude comparative assez détaillée sera conduite au début afin de mettre en valeur le gain en coût des convertisseurs multiniveaux proposés par rapport aux topologies existantes, comme par exemple celles à capacités flottantes (FC), à point neutre callé par des diodes (NPC) et à celles à onduleurs en cascade (OC). Un autre avantage réside dans le fait que ces convertisseurs ont une taille physique réduite, ce qui optimise l’espace de l’installation. Un autre convertisseur issu d’une combinaison des topologies PUC et NPC sera aussi investigué. Des systèmes de réglage utilisant le concept de la commande prédictive seront développés dans le but d’assurer : 1) la régulation et l’équilibrage des tensions de sortie même sous variations de la charge, 2) un fonctionnement à facteur de puissance unitaire, et 3) une bonne connectivité au réseau en terme de synchronisation et de protection contre le problème d’îlotage. Le fonctionnement et les caractéristiques des topologies de convertisseurs multiniveaux et matriciels proposées seront vérifiées, dans un premier temps, par voie de simulations numériques en utilisant l’environnement Matlab/Simulink et l’outil Simpowersystems. Dans un deuxième temps, les résultats obtenus seront validés sur des prototypes expérimentaux associés à la plateforme dSpace DS1103 et à l’outil Matlab Real-Time Workshop (RTW). En vue de mieux optimiser le temps d’exécution, d’autres réalisations seront performées sur la plateforme « Raspberry pi ». Les travaux évoqués précédemment feront appel à des thésards et enseignants chercheurs des trois établissements partenaires, qui travaillent actuellement dans le développement de structures de convertisseurs et de systèmes de commande associés pour des applications de connectivité de nouvelles sources renouvelables au réseau et l’amélioration de la qualité d’énergie dans les réseaux pollués.