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L’électrification intelligente au service de la transition énergétique

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Soutenance de thèse de Kouceila ALKAMA

Publié le 23 mars 2022
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1 avril 2022

Soutenance de thèse de Kouceila ALKAMA
intitulée "Amélioration des performances de la méthode intégrale de volume circuit pour la simulation des dispositifs d’électronique de puissance / Performance improvement of the circuit volume integral method for the simulation of power electronics devices"

La présentation sera présentée en visio.
Voici le lien pour suivre en visio : Teams
Secret Code :

Vendredi 1 Avril 2022 à 10h


Amphi Bergès
G2Elab - site GreEn-ER
21 avenue des Martyrs
38000 Grenoble


Accès Tram B, arrêt Marie-Louise PARIS - CEA

Vendredi 1 Avril 2022 à 10h

diplome

diplome

La soutenance aura lieu en français devant le jury constitué de :

M. Lionel PICHON
Directeur de recherche CNRS au GeePs à Paris (Rapporteur)

M. Yvonnick LE MENACH
Professeur des universités au L2EP à Lille (Rapporteur)

M. Christian VOLLAIRE
Professeur des universités au laboratoire Ampère à Lyon (Examinateur)

Mme. Édith CLAVEL
Professeur des universités au G2Elab à Grenoble (Examinatrice)

M. Olivier CHADEBEC
Directeur de recherche CNRS au G2Elab (Directeur de thèse)

M. Gérard MEUNIER
Directeur de recherche émérite CNRS au G2Elab (Co-directeur de thèse)

M. Jean-Michel GUICHON
Maître de conférences au G2Elab (Invité)

M. Enrico VIALARDI
Docteur-Ingénieur à Altair Engineering France à Meylan (Invité)



Résumé:
Dans l’industrie de l’automobile, des transports, de l’aéronautique ou de l’énergie, l’électronique de puissance est une technologie clé pour l’amélioration de l’efficacité de la conversion d’énergie électrique : elle permet en effet de réguler de manière optimale le flux d’énergie électrique au sein d’un système et entre systèmes. Les convertisseurs de puissance sont ainsi au cœur de nombreux systèmes mécatroniques : leur conception optimale est devenue essentielle et doit répondre aux contraintes de compatibilité électromagnétique (CEM) afin que ces convertisseurs ne perturbent pas le fonctionnement des autres dispositifs du système, comme par exemple, le réseau d’alimentation et les moteurs électriques.

Les travaux de cette thèse portent sur l'amélioration des performances de la méthode intégrale de volume circuit (PEEC non-structurée) permettant la modélisation des interconnexions électriques dans les dispositifs d'électronique de puissance en régime harmonique. Les formulations PEEC utilisées considèrent une approximation quasi-statique des phénomènes étudiés, où la limite de validité correspond aux fréquences où la taille du dispositif devient comparable à la longueur d’onde des signaux électriques en jeu. Cette méthode permet la traduction du dispositif étudié en un réseau de résistance, d'inductances propres et mutuelles, et de capacités. Ces améliorations consistent entre-autre à trouver une écriture efficace du système d'équations à résoudre par des solveurs itératifs dans un contexte de compression matricielle. Le préconditionnement de ces systèmes est également étudié afin d'améliorer la performance et la vitesse de la convergence du solveur itératif, notamment en utilisant un préconditionneur basé sur une décomposition LU d'une matrice comportant une partie des termes de la matrice du système d'équation, ou en explorant l'utilisation d'un préconditionneur multi-grille géométrique pour la méthode PEEC. Une autre amélioration consiste en la proposition d'une procédure de raffinement adaptatif de maillage. Elle est contrôlée par un critère d'estimation d'erreur de discrétisation permettant ainsi son autonomie complète. La précision de calcul des intégrales du noyau de Green est également améliorée à travers le développement d'algorithmes d'intégration avec points de Gauss adaptatif. Toutes ces améliorations permettent une modélisation d'un ensemble de régions volumiques 3D, surfaciques 2D et filaires 1D avec des matériaux conducteurs et diélectriques en connectant des éléments circuits 0D passifs et actifs externes.


Abstract:
In the automotive, transport, aeronautics or energy industries, power electronics is a key technology for improving the efficiency of electrical energy conversion: it allows effect of optimally regulating the flow of electrical energy within a system and between systems. Power converters are thus at the heart of many mechatronic systems: their optimal design has become essential and must meet electromagnetic compatibility (EMC) constraints so that these converters do not disturb the operation of other system devices, such as the mains supply and electric motors.

The work focuses on the improvement of the performance of the circuit volume integral method (unstructured PEEC) allowing the modeling of electrical interconnections in power electronic devices in harmonic regime. The PEEC formulations used consider a quasi-static approximation of the studied phenomena, where the limit of validity corresponds to the frequencies where the size of the device becomes comparable to the wavelength of the electrical signals computed. This method allows the representation of the studied power electronic device with a network of resistances, self and mutual inductances, and capacitances. These improvements consist, among other things, in finding an efficient writing of the equations system to be solved by iterative solvers in a matrix compression context. The preconditioning of these systems is also studied in order to improve the performance and the convergence speed of the iterative solver, in particular by using a preconditioner based on an LU decomposition of a matrix build with a part of the terms of the matrix of the equations system, or by exploring the use of a geometric multigrid preconditioner for the PEEC method. Another improvement consists in the proposal of an adaptive mesh refinement procedure. It is controlled by a discretization error estimation criterion allowing its complete autonomy. The accuracy of the computation of Green's kernel integrals is also improved through the development of integration algorithms with adaptive Gauss points. All these improvements allow the modeling of a set of 3D volume, 2D surface and 1D wire regions with conductive and dielectric materials by connecting passive and active 0D external circuit elements.


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mise à jour le 23 mars 2022

Université Grenoble Alpes