Soutenance de thèse de Shafie REZAYI

Le jury sera composé de :
M. Seddik BACHA Professeur à l’université Grenoble Alpes, Directeur
M. Alberto BERTINATO Ingénieur de recherche à SuperGrid Institute, Co-Encadrant, Invité
M. Abdelkrim BENCHAIB Ingénieur docteur HDR à SuperGrid Institute, Co-Encadrant
M. Hamid BEN AHMED Maitre de conférence HDR à École Normale Supérieure Rennes, Rapporteur
M. Mourad AIT-AHMED Professeur à Université de Nantes, Polytech Nantes, Rapporteur
M. Bertrand RAISON Professeur à l’université Grenoble Alpes, Examinateur
M. Miguel JIMÉNEZ CARRIZOSA Professeur à Universidad Politécnica de Madrid, Examinateur
M. Kosei SHINODA Ingénieur docteur à SuperGrid Institute, Invité


Résumé :
Le réseau CCHT peut être considéré comme une option alternative au réseau CVC lorsqu'il s'agit de transmettre de l'énergie sur de longues distances. L'utilisation du réseau CCHT permet de réduire les coûts liés aux longues transmissions car il présente moins de pertes que le réseau CVC. De plus, différentes sources d'énergie renouvelable ainsi que des zones de consommation peuvent être connectées via le réseau CCHT. Différents défis apparaissent dans le cadre du réseau CCHT, notamment en ce qui concerne les technologies CCHT. L'un des principaux défis est la protection du réseaux CCHT. Les défauts imposent de grandes contraintes technologiques et fonctionnelles au réseau CCHT. Le courant de défaut peut atteindre des dizaines de kiloampères en un court intervalle de temps. Afin de protéger l'équipement, d'assurer la stabilité du réseau HVDC et de couper le courant de défaut, des stratégies appelées  'fault clearing strategies' (FCS) sont étudiées dans cette thèse. En conséquence, un disjoncteur DC (DCCB) approprié doit être sélectionné pour couper le courant de défaut. Dans la stratégie FCS totalement sélective, l'idée est d'isoler uniquement la ligne ou le câble où le défaut s'est produit afin que le flux de puissance puisse être maintenu dans la partie saine du réseau DC. L'objectif de la thèse est d'identifier les principaux défis de l'application de la FCS totalement sélective dans le réseau HVDC en prenant en compte les technologies utilisées dans le réseau ainsi que de présenter les méthodes pour faire face à ces défis. La thèse se compose de trois parties. Dans la PARTIE I, une introduction au réseau HVDC, aux DCCBs et aux stratégies de protection est présentée et les considérations pour la thèse sont fournies. La PARTIE II se consacre aux défis liés à la FCS totalement sélective en considérant les composants utilisés dans le réseau HVDC. La PARTIE II est divisée en trois chapitres, chacun d'entre eux étant consacré à un défi spécifique. Le CHAPITRE I étudie les différents modes de fonctionnement des DCCB et leur impact sur la stratégie de protection et le dimensionnement des DCCB. Dans le CHAPITRE II, la stratégie de protection pour les défauts entre les inductances et les DCCB, et l'impact de la localisation des défauts sur le dimensionnement des inductances et la topologie des DCCB sont étudiés. Ensuite, les configurations possibles pour l'architecture des inductances et des DCCB sont présentées. De plus, l'analyse du coût des inductances et de la topologie du DCCB est présentée. Dans le CHAPITRE III, une méthode est présentée pour calculer le courant de défaut. Cette méthode est ensuite utilisée pour optimiser le dimensionnement des inductances en tenant compte des contraintes liées aux composants et à la stratégie de protection. Dans la PARTIE III, les défis liés au contrôle du convertisseur modulaire multiniveaux  après l'apparition d'un défaut sont étudiés.

Abstract:
HVDC grid can be considered as an alternative option to HVAC grid when it comes to the transmission of power over long distances. Utilizing HVDC grid brings the benefit of lower costs for long transmissions as it has less losses than HVAC grid. Also different renewable energy sources as well as consumption areas can be connected via HVDC grid. Different challenges appear in HVDC grid especially regarding the HVDC technologies. One of the main challenges is the HVDC grid protection. Fault phenomena imposes a great constraint on the HVDC technology and operation. The fault current can reaches tens of kiloampere in a short period of time. To protect the equipment, ensure the stability of HVDC grid and interrupt the fault current, fully selective fault clearing strategies (FCS) is studied in this thesis. Accordingly, an appropriate DC circuit breaker (DCCB) should be selected to interrupt the fault current. In fully selective FCS, the idea is to isolate only the faulty line or faulty cable after fault occurrence so that the power flow can be maintained in healthy part of DC grid. The objectives of the thesis is to identify the main challenges of applying fully selective FCS in HVDC grid taking into account the technologies utilized in the grid as well as presenting the methods to cope with such challenges. The thesis consists of three parts. In ‎PART 1, introduction of HVDC grid, DCCBs and protection strategies are presented and the considerations for the thesis are provided. PART 2 targets the challenges related to the fully selective FCS considering the components utilized in HVDC grid. PART 2 is divided into three chapters, each of which is dedicated to a specific challenge. In ‎CHAPTER I, different operating mode of DCCBs  and its impact on the protection strategy and DCCB sizing is studied. In ‎CHAPTER II, the protection strategy for fault between inductors and DCCB, and impact of fault location on inductor sizing and DCCB topology are studied. Then possible configurations for inductor and DCCB architecture are presented. In addition, the cost analysis of inductors and DCCB topology is provided. In ‎CHAPTER III, a method is presented to calculate the fault current. This method is further used in inductor sizing optimization taking into account the constraints related to the components and protection strategy. In ‎PART 3, the challenges related to the control of modular multilevel converter after fault occurrence is investigated.