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Convertisseur multiniveaux

ÉTUDE FORMELLE POUR LA SYNTHÈSE DE CONVERTISSEURS MULTINIVEAUX ASYMÉTRIQUES TOPOLOGIES MODULATION ET COMMANDE THÈSE NO PRÉSENTÉE À LA FACULTÉ SCIENCES ET TECHNIQUES DE L'INGÉNIEUR Institut des sciences de l'énergie SECTION DE GÉNIE ÉLECTRIQUE ET ÉLECTRONIQUE ÉCOLE POLYTECHNIQUE FÉDÉRALE DE LAUSANNE POUR L'OBTENTION DU GRADE DE DOCTEUR ÈS SCIENCES TECHNIQUES PAR Jean-Sébastien MARIÉTHOZ ingénieur en électricité diplômé EPF de nationalités suisse et française originaire de Nendaz VS acceptée sur proposition du jury Prof A -Ch Rufer directeur de thèse Dr F Bordry rapporteur Dr T Meynard rapporteur Prof Y -O Perriard rapporteur Lausanne EPFL CTable des matières Résumé vii Abstract ix Remerciements xi Introduction générale Introduction aux onduleurs multiniveaux asymétriques Principales topologies d ? onduleurs multiniveaux Onduleurs NPC Onduleurs à cellules imbriquées Onduleurs multiniveaux symétriques Onduleurs multiniveaux asymétriques Propriétés des principales structures Intérêt des onduleurs multiniveaux asymétriques Caractérisation des pertes des interrupteurs usuels Expressions des pertes en fonction de la structure Comparaison des pertes Synthèse des résultats Combinaisons de cellules Règles d ? association des onduleurs monophasés Modèle de l ? onduleur étudié Représentation des états et niveaux Condition d ? uniformité du pas Condition de modulation optimisée Règles d ? association des onduleurs triphasés Cii TABLE DES MATIÈRES Redondance des phaseurs spatiaux Détermination des voisins d ? un vecteur de tension Condition d ? uniformité vectorielle Condition de modulation vectorielle optimisée Propriétés de quelques con ?gurations triphasées Evaluation de quelques con ?gurations Combinaisons de cellules à rapports de pas rationnels Objectif dépasser le cadre imposé par la condition d ? uni- formité Dimensionnement scalaire Dimensionnement vectoriel Propriétés des con ?gurations à pas rationnel Combinaisons de cellules à phases asymétriques Etude du cas habituel pas identiques Vecteurs obtenus avec deux pas di ?érents Vecteurs obtenus avec trois pas di ?érents Propriétés des con ?gurations à phases asymétriques Evaluation de con ?gurations à phases asymétriques Conclusions Modulation Etat de l ? art Rôle de la modulation Principes de la MLI Principes des modulateurs multiniveaux classiques Propriétés des modulateurs multiniveaux classiques Modulateur à trames orientées Points à améliorer Trames et séquences de trames Principe d ? optimisation des séquences de trames Méthodes d ? évaluation des modulateurs Mesures Analyse par transformée de Fourier rapide Analyse par double série de Fourier Analyse par décomposition du signal en éléments simples Evaluation des performances des modulateurs Evaluation pour les applications monophasées Evaluation pour les applications triphasées Répartition des niveaux Répartitions types de la référence Représentation la plus proche de la référence CTABLE DES MATIÈRES iii Propriétés du signal quanti ?é Méthodes d ? optimisation de la distribution des niveaux Optimisation des distributions de niveaux Bilan des optimisations Conclusions Stratégies de commande Introduction Structure de la commande Génération des signaux de commande Stratégies de minimisation des commutations Etat de l ? art décomposition de la référence Première amélioration introduction d ? une mesure de distance Deuxième amélioration reformulation Commutation dans l ? espace des états Commande vectorielle des onduleurs triphasés Quanti ?cation de la référence Calcul des rapports cycliques de modulation Stratégie vectorielle de minimisation des commutations