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 l'encadrant
- 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)
- Mise en équation
Il est important dans un premier temps de définir le système auquel nous avons à faire. Ce qui nous intéresse dans ce projet, c'est la partie de ligne dans laquelle nous trouvons nos deux convertisseurs ainsi que le filtre. Comme nous le montre la figure 1, nous disposons de deux convertisseurs (un continu/alternatif et un alternatif/continu), deux inductances et une capacité.
Nous travaillons dans un premier temps en monophasé afin de faciliter le calcul mais cette étude sera étendue vers le triphasé. Il s'agit tout d'abord de mettre en relation chaque élément de ce système.
Le premier élément est un convertisseur continu/alternatif. Cette conversion peut être réalisé avec un hacheur quatre cadrants comme le montre la figure 2 et nous donne une tension de sortie dont l'allure est donnée sur la 'figure 3'. <gallery> Hacheur.PNG|Figure 2 : Hacheur quatre cadrants Hacheur.PNG|Figure 3 : Tension en sortie du hacheur <\gallery> Lorsque les transistors A et B sont passants, C et D doivent être bloqués afin d'obtenir en sortie une tension U. A l'inverse, si C et D sont passants alors que A et B sont bloqués, on obtient une tension -U. En choisissant une fréquence d'ouverture et de fermeture appropriée pour les transistors (MLI : modulation de largeur d'impulsion), on obtient en sortie de hacheur une tension alternative.
