"Conception et pilotage de réseaux de convertisseurs génériques dans un contexte Smartgrids"
Soutenance
Composition du jury :
Résumé :
La volonté de vouloir insérer davantage d’énergie renouvelable dans le réseau électrique impose une évolution sur son architecture. Cette évolution va faire que les sources de production de réseau passent d’une centralisation de la production à une décentralisation, afin de faciliter et de répartir le positionnement des sources de production renouvelable et intermittente sur le réseau. Néanmoins, cette insertion décentralisée soulève un ensemble de problèmes, notamment l’utilisation d’une électronique de puissance permettant de faciliter l’accès à ces énergies tout en répondant à des services réseaux. Dans cette thèse, l’étude se focalise dans un premier temps sur un duo de convertisseur permettant de répondre à cette évolution de réseau et de pouvoir effectuer des services réseaux qui potentiellement devront être nécessaire. Ce duo de convertisseur est nommé routeur énergétique au vu des services réseaux qu’ils proposent. Les convertisseurs mis en place, sont l’association d’un QAB et d’un onduleur 4 bras 2 niveaux. L’onduleur 4 bras 2 niveaux, a pour objectif le pilotage ou le soutient d’un réseau triphasé déséquilibré à l’aide d’un service d’aiguillage de puissance entre les phases. Soit une fonction liée au routeur énergétique sur un réseau AC. Le QAB a pour fonction de gérer les flux d’énergies entre des sources de production intermittente, un réseau DC, une batterie et le bus DC de l’onduleur. On le nomme routeur énergétique DC, au vu de la gestion des flux de puissance entre ces équipements DC. Toutefois le fonctionnement de l’onduleur en routeur énergétique présente certaines limites qui sont identifiées et un dimensionnement est proposé en conséquence de cela. De plus, le fonctionnement déséquilibré entraine une puissance fluctuante sur le bus DC, pouvant transiter dans le QAB, ce qui n’est pas acceptable. Pour cela, des stratégies de pilotage de QAB sont proposées pour réduire ces perturbations. Pour finir, une mise en application de ces convertisseurs est effectuée sur un réseau AC triphasé déséquilibré en cas d’îlotage d’une partie du réseau. Une stratégie de repli possible a été mise en œuvre tout en conservant une efficacité maximale dans le cas d’une application grid-forming et sans communication.
Abstract:
The desire to increase the share of renewable energy into the electrical network requires an evolution in its architecture. This evolution will lead to a shift from centralized generation to decentralized generation sources, in order to facilitate the integration of renewable and intermittent generation sources on the grid. Nevertheless, this decentralized insertion raises a set of issues, including the use of power electronics to facilitate access to these energies while meeting network services. In this thesis, the study focuses initially on a pair of converters allowing to answer this network evolution and to be able to carry out network services which potentially will be necessary. This pair of converters is named energy router in view of the network services they offer. The converters set up are the association of a QAB and a 4 arms 2 levels inverter. The 4 arms 2 levels inverter has for objective the support of a power unbalanced three-phase network. This is done by the possibility to exchange different powers on each phase, eventually routing the energy between them. It is a function related to the energy router on an AC network. The QAB's function is to manage the energy flows between intermittent generation sources, a DC network, a battery and the DC bus of the inverter. It is called a DC energy router, because of the power flow management between these DC equipments. However, the operation of the inverter as an energy router has some limitations that are identified and a sizing is proposed accordingly. Moreover, the unbalanced operation leads to a fluctuating power on the DC bus, which can transit in the QAB, which is not acceptable. Therefore, QAB control strategies are proposed to reduce these disturbances. Finally, an application of these converters is performed on an unbalanced three-phase AC network in case of islanding of a part of the network. A possible fallback strategy has been implemented while maintaining maximum efficiency in the case of a grid-forming application and without communication.
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mise à jour le 24 mai 2023
Laboratoire de Génie Electrique de Grenoble
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