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Convertisseurs multiniveaux de forte puissance à contrôle rapproché optimisé

publié le , mis à jour le

Les travaux de recherche relevant de cette opération concernent la conception d’architectures de convertisseurs de forte puissance (de la centaine de kW à la centaine de MW) permettant de garantir une grande qualité de formes d’ondes (THD) et un haut rendement énergétique. La recherche de topologies candidates est systématiquement effectuée en adéquation avec les contraintes particulières liées à la charge, à la source d’énergie disponible et d’une manière générale à l’application. L’approche méthodologique est basée sur des combinaisons d’associations (imbrication en série, superposition en parallèle, parallélisation directe et en grand nombre, couplage magnétique, …) de cellules de commutation permettant d’exploiter au mieux les caractéristiques des semi-conducteurs actuels (Si et SiC Moyenne et Haute Tension) afin d’atteindre les niveaux de tension et/ou de courant souhaités. De nouvelles topologies de conversion complexes aux performances améliorées ont ainsi été mises à jour et brevetées. Elles requièrent toutefois un pilotage rapproché adapté permettant de réguler les variables d’état internes à forte dynamique temporelle (tensions flottantes, courants différentiels images des flux magnétiques) en exploitant les degrés de liberté supplémentaires (redondance dans les états des interrupteurs) propres à chaque nouvelles structures développée. Ainsi, l’utilisation des techniques numériques avancées permet la conception conjointe du système de modulation (MLI multiniveaux) et de la commande des grandeurs d’états (à une échelle de temps pouvant atteindre la période de découpage). Ces différents aspects sont plus particulièrement traités dans le cadre de l’Action transversale IEP (Intégration en Electronique de Puissance) en collaboration avec le groupe de recherche Codiase du Laplace.

Architecture d’onduleur triphasé à 3 niveaux, réalisée par une mise en parallèle de deux onduleurs triphasés avec coupleur magnétique DC300V – AC20ARMS [Thèses A.Leredde, S. Solano]
Compensateur de puissance réactive à gradateur MLI – 1,2 MVAR - Collaboration Direction de l’Ingénierie SNCF [2006-2010 / Thèse de A. Lowinsky]
Bloc de conversion AC/DC, isolé 60 kV et refroidi par air. S = 200 kVA ; Modules SiC (MOSFET) et diodes SiC 10 kV réalisés en collaboration avec ALSTOM – Transport et PRIMES.
[Thèse de J. Casarin ; Projet ANR « CONCIGI_HT », 2009/2012.
Prototype de convertisseur modulaire multiniveaux AC/DC de 10kVA-600V. Pilotage par un système OPAL-RT.
[Thèse de N.Serbia – Cotutelle Univ. de Naples / 2011-2013]
Stratégies de commande pour le pilotage des variables internes et\ou externes de structures multicellulaires hybrides série-parallèle. Thèse de E. Solano [2011 – 2013]