LogoLogo

Bouarfa, Abdelkader. Méthodes de commande par allocation de convertisseurs statiques polyphasés, multi-niveaux : de la modélisation à la mise en oeuvre temps-réel

Bouarfa, Abdelkader (2017). Méthodes de commande par allocation de convertisseurs statiques polyphasés, multi-niveaux : de la modélisation à la mise en oeuvre temps-réel.

[img]
Preview
PDF - nécessite un logiciel de visualisation PDF comme GSview, Xpdf or Adobe Acrobat Reader
11Mb

Résumé en francais

Dans nos travaux, nous nous intéressons à la commande des convertisseurs statiques à grand nombre d'interrupteurs. Le développement des topologies multi-niveaux multi-bras a ouvert l'accès aux domaines de la forte puissance et de la haute qualité harmonique. Outre cette montée en puissance, la commande spéciale de ces dispositifs permet de conférer au convertisseur des fonctionnalités avancées de plus en plus nécessaires, comme la possibilité de filtrage actif des harmoniques, la tolérance aux pannes, la gestion du réactif, les liaisons HVDC, etc. Toutefois, un plus grand nombre d'interrupteurs au sein d'une même structure de conversion se traduit par une forte croissance du nombre de variables de commande, des degrés de liberté et par une explosion combinatoire du nombre de configurations possibles. La synthèse de lois de commande suivant les approches traditionnellement conçues pour les topologies classiques, comme les méthodes de modulation vectorielle fondées sur la représentation géométrique du convertisseur, en devient rapidement fastidieuse pour les nouvelles topologies plus complexes. De plus, les interrupteurs présents en surnombre apportent des redondances fortes qui ne sont pas nécessairement exploitées, ou du moins arbitrairement. Nous proposons une nouvelle approche de commande qui se veut moins dépendante du nombre d'interrupteurs, et qui s'affranchit des limitations induites par les méthodes de modulation géométrique. Notre approche consiste dans un premier temps à formuler de manière algébrique des problèmes de commande qui sont généralement sous-déterminés, témoignant de la présence de redondances ou degrés de liberté, et contraints, car tenant compte des limitations propres aux rapports cycliques. De manière intéressante, ces problèmes offrent une similarité avec les problèmes dits d'allocation de commande rencontrés en aéronautique, en marine ou en robotique. Dans un second temps, dans le but de fournir à chaque période de découpage une solution de commande unique et optimisée, nous concevons de nouvelles méthodes d'allocation pour les convertisseurs statiques fondées sur l'optimisation numérique en ligne à partir de techniques d'optimisation linéaire. En conséquence, les rapports cycliques sont automatiquement optimisés pour satisfaire aux références de tension tout en respectant les saturations et en exploitant les redondances disponibles selon l'état actuel du convertisseur. Nous mettons en lumière les propriétés naturellement offertes par nos méthodes. Notamment, toutes nos solutions de modulation étendent de manière maximale la zone de linéarité du convertisseur. Nous proposons des méthodes d'allocation pour la commande en tension ou en courant de topologies variées : l'onduleur quatre bras deux niveaux, l'onduleur multicellulaire à condensateurs flottants, l'onduleur modulaire multi-niveaux. Concernant les convertisseurs multicellulaires, nos méthodes d'allocation utilisent automatiquement les degrés de liberté disponible pour fournir un équilibrage actif très rapide des tensions de condensateurs flottants. Aussi, grâce à la formulation algébrique des contraintes de commande, nos algorithmes peuvent prendre en compte un défaut sur un interrupteur pour conférer au convertisseur une propriété de tolérance aux fautes du point de vue de la commande. Nous validons les résultats obtenus lors de la phase d'analyse théorique par une phase de vérification temps réel de nos algorithmes. Nous proposons une réalisation matérielle de notre méthode fondée sur l'algorithme du simplexe sur une puce FPGA type Altera Stratix IV, puis nous vérifions la validité de notre conception du circuit de résolution par approche HIL : nous faisons communiquer le circuit de résolution avec le logiciel MATLAB pour envoyer des références de tension puis recevoir les solutions optimales fournies par la carte ainsi que le temps de calcul correspondant. D'une part, les résultats de vérification matérielle HIL ont été obtenus pour l'onduleur quatre bras deux niveaux et sont en parfait accord avec la théorie : l'algorithme réalisé fonctionne correctement et les solutions renvoyées sont optimales. D'autre part, notre première version nécessite un temps de calcul pour chaque période de commande bien inférieur à 100 microsecondes, ce qui permet de fonctionner à des fréquences de modulation autour de la dizaine de kilohertz.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Fadel, Maurice
Bodson, Marc
Ecole doctorale:Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire PLAsma et Conversion d'Energie (LAPLACE), UMR 5213
Mots-clés libres :Convertisseurs statiques - Allocation de commandes - Modulation de largeur d'impulsion - Algorithme du simplexe - Onduleurs triphasés - Onduleurs multi-niveaux
Sujets :Electricite, électronique, automatique
Déposé le :18 Apr 2018 09:39