P14 Conversion DC-DC à liaison AC et circuit L-C-L

Cahier des charges

Présentation générale du projet

Contexte

Le transport de l’électricité se fait principalement en alternatif triphasé hautes tensions (ex : réseau 400kV – 50Hz en Europe) et cela depuis maintenant plus d’un siècle. L’une des principales raisons est que la production d’énergie électrique est assurée par des alternateurs qui délivrent des tensions alternatives sinusoïdales. Le besoin de modifier l’amplitude des tensions en divers points du réseau est aisément assuré par l’utilisation de transformateurs. Les protections sont également assez faciles à mettre en place puisque, les courants étant alternatifs, ils passent périodiquement par zéro, ce qui facilite leurs coupures.

Description du projet

Le principal inconvénient du transport de l’électricité en alternatif est la présence de puissance réactive due aux inductances des lignes, qui limitent le transit de puissance active sur de longues distances. Ceci oblige soit à surdimensionner les lignes soit à construire de nouvelles lignes lorsque les puissances transitées augmentent ou lorsqu’il faut transporter l’électricité sur de longues distances. Cet inconvénient disparaît si on transporte l’électricité en courant continu et cela rend les pertes en ligne plus faibles. C’est pourquoi il est envisagé de développer à l’avenir le transport d’électricité en continu (MTDC : Multi Terminal Direct Current). Des convertisseurs statiques AC/DC assureront les échanges d’énergie entre les réseaux AC et les réseaux DC. Le changement d’amplitude de tension au sein du réseau DC sera assuré par des convertisseurs DC/DC jouant le rôle de transformateurs. Cependant, autant la technologie permet aujourd’hui de construire des convertisseurs AC/DC fortes puissances (quelques GW) à hautes tensions (quelques kV), autant il reste difficile d’envisager des convertisseurs DC/DC à ces mêmes niveaux de puissance et de tension.

Objectif du projet

Une solution pour réaliser une conversion DC/DC à de tels niveaux de puissance et de tension est de passer par l’intermédiaire de l’alternatif. On peut profiter de cette liaison intermédiaire alternative pour insérer un circuit L-C-L qui aura la propriété de limiter les courants en cas de court-circuit. C’est l’étude de ce système et particulièrement de la commande des convertisseurs qui le constituent qui fait l’objet du projet.

Etapes du projet

• S'imprégner de l'existant et de la bibliographie à ce sujet
• Modéliser le système avec une liaison monophasée
• Implanter le modèle sous Matlab/Simulink
• Effectuer la simulation en boucle ouverte et analyser les résultats
• Concevoir le contrôle et la commande du système
• Simuler l'ensemble et analyser les résultats
• Prévoir une extension du sujet dans le cas d'une liaison triphasée

Avancement du projet

Semaine 1 (du 19/09/2016 au 23/09/2016)

• Recherche bibliographique sur le sujet
  • Connaissance de l'existant (référence au projet Supergrid)
  • Compréhension du principe de fonctionnement

Semaine 2 (du 26/09/2016 au 30/10/2016)

• Premier rendez-vous avec le tuteur
  • Réponses aux questions concernant le sujet
  • Définition des objectifs à atteindre
  • Etablissement du planning prévisionnel

Semaine 3 (du 03/10/2016 au 07/10/2016)

• Choix de la solution

Comme le stipule le cahier des charges, la solution utilisée devra comporter deux convertisseurs (un DC/AC et un AC/DC). Dans un premier temps, nous nous intéressons à une liaison monophasée et on considère les convertisseurs parfaits.

Semaine 4 (du 10/10/2016 au 14/10/2016)

• Mise en équation
• Modélisation du système via Simulink

Semaine 5 (du 17/10/2016 au 21/10/2016)

• Deuxième rendez-vous avec le tuteur
  • Point sur l'avancement
  • Modification de la première piste suivie pour la mise en équation (les considérations des convertisseurs n'étaient pas les bonnes)
  • Implantation dans Matlab-Simulink fausse due à une mauvaise mise en équation

Semaine 6 (du 24/10/2016 au 25/10/2016)

• Troisième rendez-vous avec le tuteur
  • Premiers résultats de simulation en boucle ouverte

Semaine 7 (du 03/11/2016 au 04/11/2016)

• Mise en équation et implantation correctes
  • Simulation en boucle ouverte
• Incorporation d'un fichier d'initialisation

Semaine 8 (du 07/11/2016 au 10/11/2016)

• Première de la consigne du système
  • Consigne à partir de deux intensités de référence (peu fructueux)
  • Consigne à partir d'une puissance de référence (plus adapté)

Semaine 9 (du 14/11/2016 au 18/11/2016)

• Modification du système en introduisant la puissance de référence et un système de comparaison pour que le convertisseur suive une consigne donnée

Semaine 10 (du 21/11/2016 au 25/11/2016)

• Quatrième rendez-vous avec le tuteur
  • Etablissement de la commande en boucle ouverte
  • Introduction à la suite du projet pour la commande en boucle fermée

Semaine 11 (du 28/11/2016 au 02/12/2016)

• Première approche lors de la simulation des imprévus (court-circuit, seuil de tension soudain)

Semaine 12 (du 05/12/2016 au 09/12/2016)

• Amélioration du PowerPoint avec le tuteur en vue de la soutenance (diapos à modifier)

Semaine 13 (du 02/01/2017 au 06/01/2017)

• Création de la REM pour la représentation monophasée

Semaine 14 (du 09/01/2017 au 13/01/2017)

• Cinquième rendez-vous avec le tuteur
  • Validation de la partie monophasée
  • Nouveau planning prévisionnel
    • On passe directement à l'étude en triphasé (on s'occupera de la commande des convertisseurs directement dans cette partie)

Semaine 15 (du 16/01/2017 au 20/01/2017)

• Etablissement des relations en triphasé afin de réaliser le schéma bloc
  • Equations à revoir

Semaine 16 (du 23/01/2017 au 27/01/2017)

• Sixième rendez-vous avec le tuteur
  • Validation des équations
  • Première création de la partie triphasée sous Matlab
  • Premiers tests

Semaine 17 (du 30/01/2017 au 03/02/2017)

• Création de la REM en triphasé
• Test de la commande en triphasé à partir de celle réalisée en monophasé

Semaine 18 (du 06/02/2017 au 10/02/2017)

• Septième rendez-vous avec le tuteur
  • Modification de la REM
    • Etablissement de la liste des choses restantes à faire

Semaine 19 (du 13/02/2017 au 17/02/2017)

• Rendez-vous annulé
• Tentative de résolution des problèmes rencontrés
  • Puissance active qui ne suit pas la consignes
  • Allure du courant d'entrée non continue

Semaine 20 (du 20/02/2017 au 24/02/2017)

• Derniers test surs la partie triphasée
• Ecriture du rapport final
• Préparation de la soutenance

Semaine 21 (du 27/02/2017 au 03/03/2017)

• Soutenance finale
• Tournage de la vidéo