Modular multilevel converters model and control for the integration to the grid system. Modélisation et commande des convertisseurs MMC en vue de leur intégration dans le réseau électrique

Archive ouverte : Thèse

Samimi, Shabab

Edité par HAL CCSD

In future, the capability of the electric power transmission continues to grow due to renewable energy production and the needs of electrical market. Consequently, many HVDC transmission systems are developed. Definitely the power electronic interfaces will play a key role to provide high reliability, good efficiency and cost effectiveness for this AC/DC conversion.Recently, the Modular Multilevel Converter (MMC) has taken the advantage over the more classical converter as three-level VSC. Since MMC topology is complex, two different control levels may be distinguished: the control of the switches mainly orientated on the balance of hundreds of voltage on the elementary submodules, the higher level control whose aim is to control the currents, power and energy in the system.This thesis is oriented mainly on the latter. It discusses a hierarchical and formal approach for the MMC to control the energy in all the storage elements. At first it is shown that an energy control is required mandatory. Secondly, it supposes to develop an energetic model which is inverted to design the energy control. Then different solutions of control have been developed and discussed.In the majority of applications, MMC is integrated in an HVDC point to point link where the two AC/DC substations have different roles. A specific attention has to be paid on the station which controls the voltage since the way to manage the energy in the MMC has a critical role in the DC voltage stability.Finally, all these types of control have been tested and discussed on an HVDC. It is shown that the exchange between the DC bus and the MMC placed on both sides play a key role in the DC bus voltage regulation. . Le système de transport d’électricité doit évoluer pour satisfaire les besoins du marché de l’électricité et de l’insertion de la production renouvelable. Les systèmes de transport dits HVDC se développent. Les interfaces d’électroniques de puissance vont jouer un rôle majeur et doivent faire preuve d’une extrême fiabilité, d’une grande efficacité et rester économiquement abordables.La technologie MMC (Convertisseur Modulaire Multi-niveaux) connaît un essor par rapport à des technologies classiques, comme le convertisseur trois-niveaux. Sa topologie étant complexe, deux niveaux de contrôle peuvent être définis. Le premier niveau porte sur le contrôle des interrupteurs pour équilibrer les tensions des sous-modules. Le second niveau contrôle les courants, la puissance et l’énergie dans le système.Cette thèse est axée sur ce deuxième niveau de contrôle. Une approche hiérarchisée et formelle, basée sur l’inversion du modèle pour le contrôle de l’énergie du MMC est présentée. Pour ce contrôle, différentes méthodes ont été proposées et comparées. Cela implique de développer une modélisation, mettre en place un contrôle. Différents modèles et contrôles ont été développés.Le MMC est généralement intégré dans une liaison HVDC où deux stations AC/DC ont un contrôle différent. Un soin particulier doit être apporté à la station dédiée au contrôle de la tension. En effet, la gestion de l’énergie dans le MCC est un point critique pour la stabilité de la tension.Enfin, les différents types de contrôle évoqués ont été étudiés dans le cas d’une liaison HVDC. Il a été montré que les échanges entre le bus DC et les MMC jouent un rôle important pour la régulation de la tension du bus DC

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