FR3043283A1 - Circuit de conversion statique d'energie electrique a architecture cascadee et a controle modulaire decentralise. - Google Patents

Abstract

Un circuit de conversion statique d'énergie électrique à architecture cascadée et à contrôle modulaire décentralisé comprend un nombre Na de blocs de conversion statique élémentaires actifs (12, 14, 16, 18, 20) alimentés par des capacités Ci flottantes (92, 94, 96, 98, 100) mutuellement isolées électriquement, les blocs de conversion élémentaires (12, 14, 16, 18, 20) étant reliés en série et associés respectivement à des modules de contrôle local (52, 54, 56, 58, 60). Les modules de contrôle local (52, 54, 56, 58, 60) sont reliés entre eux par une chaîne de communications (62) fermée et chaque module de contrôle (52, 54, 56, 58, 60) comporte une unité de génération de porteuse en tension à correction automatique de phase, et une unité d'égalisation locale des tensions des capacités d'entrée des blocs de conversion statique élémentaires. Na-1 unités d'égalisation locale des tensions des capacités d'entrée, mises en mode esclave sont configurées chacune pour égaliser localement les tensions des capacités d'entrée des blocs de conversion statique élémentaire en déterminant chacune une correction locale ΔVmi à appliquer à un signal modulant vm commun aux modules de contrôle local déterminée à partir de la valeur mesurée Vci de la tension de la capacité d'entrée Ci du bloc de conversion statique élémentaire associé au module de contrôle local de rang i et la valeur moyenne des tensions mesurées VC(i-1), Vc(i+1), des capacités d'entrée respectives Ci-1, Ci+1 des blocs de conversion statique élémentaires adjacents.

Description

Circuit de conversion statique d’énergie électrique à architecture cascadée et à contrôle modulaire décentralisé

La présente invention concerne un circuit de conversion statique d’énergie électrique à architecture cascadée et à contrôle modulaire décentralisé, ledit circuit formant une branche d’un système de conversion statique d’énergie électrique.

La présente invention s’applique notamment dans le cadre de la technologie HVDC (en anglais High Voltage Direct Current) aux convertisseurs à architecture cascadée « haute tension >>, c’est à dire fonctionnant sous des tensions allant de quelques dizaines de kV à quelques centaines de kV et à des régimes de « forte puissance >> allant de quelques centaines de MW au GW, utilisés pour les réseaux de transport d’énergie électrique en courant continu en tant que convertisseur modulaire multiniveaux (MMC) ou en courant alternatif en tant que compensateur de puissance réactive de type STATCOM. Ces structures nécessitent la mise en série d’un nombre considérable de convertisseurs élémentaires, de l’ordre de la centaine, et présentant des capacités flottantes dont il faut contrôler la tension.

La présente invention utilise le principe d’un contrôle distribué et non centralisé, appliqué à un ensemble de conversion d’énergie électrique ayant une architecture basée sur une mise en série de convertisseurs statiques élémentaires ou blocs de conversion statique identiques dont les éléments de stockage d’énergie sont indépendants. Le contrôle distribué et non centralisé d’une telle architecture est réalisé à l’aide de modules ou circuits de contrôle de proximité, dotés d’une structure générique et associés individuellement à chaque convertisseur statique élémentaire formant le système de conversion. Ces circuits électroniques de contrôle communiquent entre eux, dans une configuration chaînée et bouclée, afin d’assurer l’équilibre et le contrôle de l’ensemble de conversion.

La demande de brevet WO 2014/005973A1 décrit un contrôle modulaire et décentralisé de convertisseurs à architecture parallèle ou série de plusieurs cellules de commutation dans lequel le degré d’intégration locale des fonctions de contrôle du convertisseur au sein des modules de contrôle local a été augmenté.

Cette demande de brevet WO 2014/005973A1 ne décrit pas un contrôle modulaire et décentralisé d’un circuit de conversion d’énergie électrique à architecture cascadée de convertisseurs statiques élémentaires, comme par exemple celle rencontrée dans le cas de la mise en série massive d’une grande quantité de convertisseurs élémentaires de type hacheur ou onduleur de tension.

Par ailleurs, l’absence de dualité stricte entre les architectures parallèles (équilibrage de courant d’inductances) ou celles séries à cellules imbriquées (équilibrage de tensions de capacités) et celles des architectures cascadées de la présente invention ne permet pas d’utiliser directement, ni de transposer de manière évidente les concepts et les résultats décrits dans la demande de brevet WO 2014/005973A1. En effet, en raison du fait que les capacités des convertisseurs élémentaires sont flottantes, c'est-à-dire présentent des valeurs indépendantes en n’étant pas directement liées les unes aux autres électriquement, une telle dualité stricte n’existe pas et l’ajout de singularités dans les stratégies de contrôle est nécessaire. L’article de Brendan P. McGrath et al., intitulé « A decentralized Controller Architecture for a Cascaded H-Bridge Multilevel Converter », IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 61, No. 3, March 2014, décrit un contrôle décentralisé pour la régulation des courants d’un onduleur triphasé multi-niveaux à ponts en H symétriques cascadés. Une interconnexion chaînée des éléments de contrôle modulaires des ponts en H symétriques permet de réaliser des échanges entre un superviseur et les éléments de contrôle qui sont tous interconnectés indépendamment de la branche à laquelle ils appartiennent. Si le contrôle proposé dans l’article est décentralisé à un certain degré, la tension des condensateurs d’entrée des ponts en H symétriques est imposée par une source, externe à l’ensemble des éléments de contrôle, ce qui évite le besoin d’une régulation d’équilibrage des tensions entre les condensateurs d’entrée électriquement isolés.

Un premier problème technique est d’augmenter le degré d’intégration locale des fonctions de contrôle du convertisseur au sein des modules de contrôle local, en particulier l’intégration locale de la fonction d’équilibrage des tensions présentes aux bornes des condensateurs des convertisseurs élémentaires du système.

De manière connexe au premier problème technique, un deuxième problème technique est de diminuer le volume d’informations à échanger entre un superviseur et les convertisseurs statiques élémentaires pour la mise en oeuvre d’une commande décentralisée à un degré élevé, et par conséquent de réduire le câblage de la commande du convertisseur à un niveau global. A cet effet, l’invention a pour objet un circuit de conversion statique d’énergie électrique à architecture cascadée, destiné à fournir une tension différentielle de sortie Vun et un courant de sortie lun, comprenant : une première borne de sortie et une deuxième borne de sortie de tension différentielle de sortie, un nombre entier total Na, supérieur ou égal à trois, de blocs de conversion statique élémentaires actifs ayant chacun une paire différente de bornes de sortie de bloc et étant associés en série par leurs bornes de sortie de bloc entre la première borne de sortie et la deuxième borne de sortie de tension différentielle, Na modules de contrôle local actifs, et une chaîne de Na liaisons de communications actives reliant suivant une boucle fermée les modules de contrôle local actifs; chaque bloc de conversion statique élémentaire actif ayant également une paire différente de bornes d’entrée de bloc, un condensateur d’entrée différent Ci, branché entre les bornes d’entrée de ladite paire de bornes d’entrée et au moins une cellule de commutation électronique élémentaire, constituée de deux interrupteurs électroniques unidirectionnels en tension fonctionnant de manière complémentaire, et les condensateurs d’entrée Ci étant électriquement isolés entre eux; deux modules de contrôle local actifs quelconques, adjacents au sein de la chaîne de communication active et de rang respectif i, i+1 dans la chaîne, étant reliés par une liaison de communication unique et différente L,, m , i étant un entier compris entre 1 et Na, avec i-1 égal à Na lorsque i est égal à 1, et i+1 égal à 1 lorsque i est égal à Na ; chaque module de contrôle local actif de rang i comprenant respectivement : une unité différente de génération d’une porteuse propre triangulaire en tension à correction automatique de phase, l’unité locale de génération de la porteuse triangulaire d’un module de contrôle local quelconque de rang i étant configurée pour contrôler le positionnement de sa phase d’entrelacement au sein de la totalité des porteuses triangulaires entrelacées des modules en fonction seulement des signaux de porteuses triangulaires des deux modules actifs de rang respectif i-1, i+1 adjacents au module quelconque au travers des deux liaisons de communication actives correspondantes, i étant compris entre 1 et Na, avec i-1 égal à Na lorsque i est égal à 1, et i+1 égal à 1 lorsque i est égal à Na ; caractérisé en ce que chaque module de contrôle local actif comprend respectivement une unité différente d’égalisation locale des tensions des capacités d’entrée des blocs de conversion statique élémentaires, l’unité locale d’égalisation locale des tensions des capacités d’entrée des blocs de conversion associée à un module de contrôle local quelconque de rang i étant configurée, lorsqu’elle est activée dans un mode esclave, pour égaliser localement les tensions des capacités d’entrée des blocs de conversion statique élémentaires en déterminant une correction locale Avmi à appliquer à un signal modulant vm commun aux modules de contrôle local pour obtenir un signal modulant corrigé vmi propre au module de contrôle local de rang i, la correction locale Avmi étant déterminée à partir de la valeur mesurée VCi de la tension du condensateur d’entrée C, du bloc de conversion statique élémentaire associé au module de contrôle local de rang i et la valeur moyenne des tensions mesurées VC(M), VC{î+i), des condensateurs d’entrée respectifs Cm, Cî+i des blocs de conversion statique élémentaires adjacents, associés aux modules de contrôle local actifs de rangs respectif i-1, i+1 eux-mêmes adjacents au module de contrôle local actif de rang i au travers des deux liaisons de communication correspondantes I_m, , L,, ,+ι, i étant compris entre 1 et Na, avec i-1 égal à Na lorsque i est égal à 1, et i+1 égal à 1 lorsque i est égal à Na.

Suivant des modes particuliers de réalisation, le circuit de conversion statique à contrôle décentralisé comprend l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : .- le circuit de conversion statique d’énergie électrique comprend en outre : un module de supervision globale du circuit de conversion statique, externe aux modules de contrôle local actifs, configuré pour déterminer une consigne ) égale au carré d’une tension totale Vqc prédéterminée divisée par le nombre entier Na de blocs de conversion statiques élémentaires actifs, la tension totale Vqc étant égale à la somme des tensions Vci des condensateurs d’entrée sur la totalité des blocs de conversion associés aux Na modules de contrôle local actifs associés ; au moins un régulateur de tension, configuré lorsqu’il est activé pour imposer à partir de la consigne générée par le module de supervision globale la tension totale Vdc divisée par le nombre Na de blocs de conversion actifs aux bornes de la capacité d’entrée d’un bloc de conversion associé à un module de contrôle local actif, considéré comme l’unique module de contrôle local actif en mode maître par le module de supervision ; et un régulateur de courant configuré pour égaliser un courant mesuré imes représentatif du courant de sortie iun traversant le circuit de conversion avec un courant de référence corrigé iref-cor, l’égalisation étant effectuée par génération d’un signal modulant vm commun à l’ensemble des modules de contrôle local actifs qui annule la différence entre le courant de référence corrigé iref-cor et le courant mesuré imes ; le régulateur de tension est configuré pour déterminer une grandeur de correction représentative de la composante active iac-Actif du courant de branche du circuit par une annulation préalable au travers d’un premier filtre correcteur Corv(s) de la différence entre le carré de la tension présente aux bornes du condensateur d’entrée du bloc de conversion associé au module de contrôle actif mis en mode maître et la consigne externe, suivie d’une multiplication de la grandeur de sortie du premier filtre correcteur par un signal sinusoïdal vsynchro de synchronisation en phase avec une tension prédéterminée correspondant à la tension d’un réseau auquel est raccordé le circuit de conversion ; le régulateur de courant est configuré pour générer le signal modulant vm par addition préalable du courant de référence externe iref à la grandeur de correction représentative de la composante active iac-Actif du courant de branche du circuit pour former le courant de référence corrigé iref-cor , suivie de l’annulation de la différence entre le courant de référence corrigé iref-Cor et le courant mesuré imes au travers d’un deuxième filtre correcteur Cor^s) ; le courant de référence iref est représentatif de la composante continue Idc d’un convertisseur modulaire multi-niveaux MMC ou la composante alternative réactive IAcréactifd’un compensateur de puissance de puissance réactive de type STATCOM dont le circuit est une branche ; un ou plusieurs modules de contrôle local actifs comportent chacun une paire d’un régulateur de tension et d’un régulateur de courant interconnectés entre eux, et un port d’entrée pour recevoir des données globales du convertisseur statique comportant : la consigne de tension quadratique ) , le signal sinusoïdal vsynchro de synchronisation en phase avec la tension du réseau auquel est raccordé le circuit de conversion statique, le courant mesuré imes représentatif du courant iun traversant le circuit de conversion statique, le courant de référence externe iret représentatif de la composante continue Idc d’un convertisseur modulaire multi-niveaux MMC ou la composante alternative réactive lAcréactifd’un compensateur de puissance de puissance réactive de type STATCOM dont le circuit est une branche, et chacun est apte à servir dans un mode maître lorsqu’il reçoit une commande d’activation qui l’y invite de manière exclusive; et le module de supervision globale (162; 310) du circuit de conversion statique, externe aux modules de contrôle local, est dépourvu de régulateur de tension (208) et de courant (210), et configuré pour fournir en outre aux modules de contrôle aptes à servir en mode maître le signal sinusoïdal Vsynchro de synchronisation, le courant mesuré imes, et le courant de référence externe iref ; un seul circuit de contrôle local comporte une paire d’un régulateur de tension et d’un régulateur de courant interconnectés entre eux, et est configuré pour servir en mode maître, lorsqu’il est commandé de le faire, ou chaque circuit de contrôle local comporte une paire différente d’un régulateur de tension et un régulateur de courant interconnectés entre eux, la paire étant activée lorsque le module de contrôle local est activé en mode maître, et désactivée lorsque le module de contrôle local est activé en mode esclave ; le module de supervision comporte une paire d’un régulateur de tension et d’un régulateur de courant interconnectés entre eux, et un port d’entrée ayant une ou plusieurs bornes d’entrée pour recevoir : le signal sinusoïdal vsynchro de synchronisation en phase avec la tension du réseau auquel est raccordé le circuit de conversion statique ; le courant mesuré imes représentatif du courant iun traversant le circuit, la tension Vci envoyée par le module de contrôle local en mode maître et mesurée aux bornes du condensateur d’entrée Ci du bloc de conversion élémentaire associée audit module maître ; le courant de référence externe lref représentatif de la composante continue Idc d’un convertisseur modulaire multi-niveaux MMC ou la composante alternative réactive /^créacti/d’un compensateur de puissance de puissance réactive de type STATCOM dont le circuit est une branche ; et une borne de sortie pour fournir le signal modulant vm au modulant commun de référence, au module de contrôle local mis en mode maître et au Na-1 modules restant mis en mode esclave ; et chaque module de contrôle local comporte une borne d’entrée pour recevoir le signal modulé vm déterminé par le module de supervision ; chaque module de contrôle local actif est dépourvu de la paire formée par un régulateur de tension et un régulateur de courant interconnectés entre eux, ou comporte une paire d’un régulateur de tension et d’un régulateur de courant désactivés, et le module de contrôle local actif, configuré et activé en mode maître, est dépourvu d’une unité d’égalisation locale des capacités d’entrée ou comporte une unité d’égalisation locale des capacités désactivée ; l’unité locale de génération de la porteuse triangulaire d’un module local de contrôle quelconque de rang i est configuré pour contrôler le positionnement de sa phase d’entrelacement au sein de la totalité des porteuses triangulaires entrelacées en fonction seulement des signaux de porteuses triangulaires des deux modules de rang respectif i-1, i+1 adjacents au module quelconque au travers des deux liaisons de communication correspondante, i étant compris entre 1 et Na, avec i-1 égal à Na lorsque i est égal à 1, et i+1 égal à 1 lorsque i est égal à Na, l’une des porteuses parmi les Na pouvant être de phase fixe non modifiable, et imposée de façon externe ; chaque module de contrôle local actif d’un rang quelconque i, les modules de contrôle actifs adjacents à ce module de rang i-1, i+1, et les liaisons de communication actives correspondantes Li_u , Lii+1 sont configurés pour échanger des informations pertinentes concernant le module de contrôle de rang quelconque i prises parmi la tension Vci aux bornes de la capacité d’entrée du bloc de conversion associé au module de contrôle de rang i, les tensions Va^ , Vci+1 aux bornes des condensateurs d’entrée des blocs de conversion associés aux module de contrôle actifs adjacents de rang i-1, i+1, les signaux de porteuse triangulaire VTi , 1/T£_1 , VTi+1 du module actif de contrôle d’un rang quelconque i et des modules de contrôle local actifs adjacents à ce module de rang i-1, i+1, i étant compris entre 1 et Na, avec i-1 égal à Na lorsque i est égal à 1, et i+1 égal à 1 lorsque i est égal à Na ; chaque module de contrôle local actif de rang i comprend un premier port de connexion et un deuxième port de connexion configurés pour être raccordés en externe à une première liaison de communication Lmj et à une deuxième liaison de communication Lg+i suivant une même interface générique, et en interne aux diverses unités locales dudit module actif de rang i , et chaque module de contrôle local actif de rang i comprend une unité de déconnexion/connexion des premier et deuxième ports de connexion des/aux unités locales et en parallèle de connexion/déconnexion premier et deuxième ports entre eux, la commutation entre un premier état dans lequel les premier et deuxième ports sont connectés seulement aux unités locales du module de rang i, et un deuxième état dans lequel les premier et deuxième ports sont déconnectés des unités locales du module de rang i et connectés directement entre eux, étant mise en oeuvre par un signal de commande externe au module ou par un signal interne élaboré au sein du module ; chaque module de contrôle local actif comporte une unité locale de génération de la porteuse triangulaire, une unité d’égalisation locale des tensions des capacités d’entrée, un régulateur de tension, un régulateur de courant, l’unité locale de génération de la porteuse, l’unité d’égalisation locale des tensions des capacités d’entrée, le régulateur de tension, le régulateur de courant étant débrayable séparément et l’ensemble formé par l’unité d’égalisation locale des tensions des capacités d’entrée, le régulateur de tension, le régulateur de courant, une unité locale de génération de la porteuse triangulaire étant débrayable solidairement ; chaque module de contrôle local actif et son bloc de conversion élémentaire actif associé comprend un premier dispositif de support d’une première fonction de détection de panne et de mise en court circuit du bloc de conversion élémentaire lorsqu’une panne dudit bloc est détectée, le dispositif de support de la première fonction comportant au moins un capteur permettant de déterminer l’état de fonctionnement du bloc de conversion élémentaire actif, et un moyen de mise en court circuit du bloc de conversion élémentaire lorsqu’une panne dudit bloc est détectée ; le dispositif de support de la première fonction étant également configuré pour, lorsqu’une panne est détectée, mettre en court-circuit le bloc de conversion élémentaire défectueux, mettre le module de contrôle local dans un état inactif indépendamment de l’état du bit du signal d’activation « Enable » du module de contrôle; et établir une communication directe entre les modules de contrôle actifs voisins ; et envoyer un signal de « défaut » ou de statut de défectuosité au module de supervision ; chaque module de contrôle local et son bloc de conversion élémentaire associé comprend un dispositif de support d’une deuxième fonction supplémentaire de gestion de la fonction maître, configuré pour, lorsqu’un évènement de défaillance intervient en étant détecté par le premier dispositif et que le module de contrôle actif concerné de rang i est en mode maître, envoyer au module de contrôle actif suivant de rang i+1 un signal binaire de commande, désigné par « M, », initialement mis dans un premier état prédéterminé, et mis dans un deuxième état complémentaire au premier état par une unité électronique ; l’envoi du signal Mi étant effectué au travers d’une borne de sortie supplémentaire 486 et le deuxième état du signal Mi commandant au module de contrôle suivant i+1 de devenir le maître à son tour alors que le module et son bloc de conversion élémentaire défectueux de rang i se retire de la chaîne des modules et du circuit ; chaque bloc de conversion élémentaire est un pont en H de deux cellules de commutation, et chaque module de contrôle local actif comporte un premier bloc et un deuxième bloc de génération de porteuses cascadés, le deuxième bloc réalisant une inversion d’un signal triangulaire initial par rapport à sa valeur moyenne ; les blocs de conversion statique élémentaires actifs compris dans l’ensemble formé par les blocs unidirectionnels en tension et bidirectionnels en courant, les blocs bidirectionnels en tension et unidirectionnels en courant, et les blocs bidirectionnels en tensions et bidirectionnels en courant, et les blocs de conversion statique élémentaires actifs comprennent un ou plusieurs bras, et le ou les bras comportent une unique cellule de commutation ou sont multicellulaire. le circuit de conversion statique d’énergie électrique comprend en outre : un nombre entier Nd, supérieur ou égal à 0, de blocs de conversion statique élémentaires dormants, et un même nombre Nd de modules de contrôle local dormants associés chacun à un unique et différent bloc de conversion statique élémentaire dormant ; les Nd blocs de conversion statique élémentaires dormants et les Nd modules de contrôle local dormants étant configurés et insérés respectivement dans la branche des Na blocs de conversion statique élémentaires actifs et dans la chaîne de communication des Na modules de contrôle local actifs de sorte à former, indépendamment de la valeur d’un entier Nv variant entre 0 et Nd, lorsque Nv blocs de conversion statique élémentaires dormants et Nv modules de contrôle local dormant associés sont activés, une branche de Na+Nv blocs de conversion statique élémentaires actifs et une chaîne fermée de communication de Na+Nv modules de contrôle local actifs. L’invention a également pour objet un système de conversion statique d’énergie électrique comprenant au moins un circuit de conversion statique d’énergie électrique tel que défini ci-dessus, le système de conversion statique d’énergie électrique étant compris dans l’ensemble formé par les convertisseurs modulaires multi-niveaux MMC et les compensateurs de puissance de puissance réactive de type STATCOM. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description de plusieurs formes de réalisation qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels : la Figure 1 est une vue générale d’un circuit de conversion statique d’énergie électrique à architecture cascadée et à contrôle modulaire décentralisé, ayant un nombre total N de blocs de conversion élémentaires et de modules de contrôle local actifs respectivement associés, et placé dans une configuration dans laquelle le nombre Na de modules de contrôle local actifs et de blocs de conversion élémentaires associés est égal à N ; les Figures 2A, 2B, 2C sont les vues respectives d’un premier, deuxième, troisième mode de réalisation d’un bloc de conversion statique élémentaire du circuit de conversion statique de la Figure 1 ; la Figure 3 est une vue schématique d’une architecture générique et des interfaces d’un module de contrôle local du circuit de conversion de la Figure 1, dans laquelle quatre fonctions internes principales sont intégrées ; la Figure 4 est une vue d’un exemple de moyens de reconfiguration automatique de la chaîne de communication entre modules de contrôle, appliqués à la fonction de génération de porteuses triangulaires et à la fonction d’égalisation locale des tensions des capacités d’entrée des blocs de conversion élémentaires dans le cas de la suppression d’un module de contrôle de la chaîne et de la mise en court-circuit du bloc de conversion associé ; .- la Figure 5 est une vue détaillée des quatre fonctions internes intégrées dans le module générique de contrôle local et leur mise en oeuvre au sein de ce module lorsque le module de contrôle est en mode maître ; .- la Figure 6 est une vue détaillée des quatre fonctions internes intégrées dans le module générique de contrôle local et leur mise en oeuvre au sein de ce module lorsque le module de contrôle est en mode esclave ; .- la Figure 7 est une vue d’un premier mode de réalisation d’architecture du circuit de conversion statique à Na modules de contrôle actifs de la Figure 1 dans laquelle les seules fonctions de régulation en tension et en courant actives servant à piloter un module de contrôle local, considéré et mis en mode maître dans la chaîne des modules de contrôle pour servir de référence aux fonctions d’égalisation locales des tensions des capacités flottantes d’entrée, exécutées dans les Na-1 modules de contrôle local actifs restants mis en mode esclave, sont réalisées au sein du module de contrôle local maître ; .- la Figure 8 est une vue d’un deuxième mode de réalisation d’architecture du circuit de conversion statique à Na modules de contrôle de la Figure 1 dans laquelle les seules fonctions de régulation en tension et en courant servant à piloter un module de contrôle local actif, considéré et mis en mode maître dans la chaîne des modules de contrôle actifs pour servir de référence aux fonctions d’égalisation locales des tensions des capacités flottantes d’entrée, exécutées dans les Na-1 modules de contrôle local actifs restants mis en mode esclave, sont réalisées au sein du module de supervision ; .- la Figure 9 est une vue de la reconfiguration du circuit de conversion statique organisé selon la première architecture de la Figure 7 lorsqu’un module de contrôle local actif de la chaîne est désactivé ; la Figure 10 est une vue de la reconfiguration du circuit de conversion statique organisé selon la deuxième architecture de la Figure 8 lorsqu’un module de contrôle local actif de la chaîne est désactivé ; la Figure 11 est un schéma de principe de l’implémentation d’une première fonction supplémentaire de protection et de sécurité au niveau du module de contrôle actif et de son bloc de conversion statique associé ; la Figure 12 est un schéma d’implémentation d’une deuxième fonction supplémentaire de gestion dynamique de la position du module de contrôle local actif mis en mode maître dans la chaîne ; les Figures 13A et 13B sont respectivement une vue détaillée d’un bloc de conversion de type pont en Fl symétrique, composé de quatre transistors de puissance, et une vue des signaux de commande des transistors issus de la comparaison de deux porteuses triangulaires (Via,Vib) et d’une modulante commune Vm ; la Figure 14 est une vue d’un module de contrôle local, configuré pour piloter un bloc de conversion élémentaire de type pont en Fl tel que décrit dans la Figure 13A.

De manière générale et par la suite, un convertisseur statique élémentaire ou bloc de conversion statique élémentaire est défini comme un convertisseur statique comportant un port d’entrée à deux bornes d’entrée et un port de sortie à deux bornes de sortie, au moins une cellule de commutation et un condensateur d’entrée connecté entre les deux bornes d’entrée du port d’entrée. Il est à remarquer que chaque convertisseur élémentaire peut être réalisé de manière multicellulaire, c'est-à-dire être composé d’un ou plusieurs bras, un bras au moins pouvant comporter plusieurs cellules de commutation. D’un point de vue application, le circuit de la figure 1 est par exemple une branche élémentaire d’un compensateur de puissance réactive (type STATCOM) pour un réseau de transport d’énergie électrique alternatif ou une branche d’un convertisseur alternatif-continu (type MMC) pour réaliser le transport d’énergie électrique en courant continu haute tension.

Suivant la Figure 1, un circuit de conversion statique d’énergie électrique 2 à architecture cascadée et contrôle décentralisé, formant une branche d’un système de conversion statique d’énergie électrique, comprend une première borne de sortie 4 de circuit et une deuxième borne de sortie 6 de circuit, configurées pour délivrer une tension différentielle de sortie Vun entre les deux bornes de sortie 4, 6.

Le circuit de conversion statique 2 est configuré pour délivrer et être traversé par un courant de branche lun, délivré à une inductance 8, connectée en série audit circuit de conversion statique d’énergie 2 par la deuxième borne de sortie 6.

Le circuit de conversion statique 2 comprend un nombre total N de blocs de conversion statique élémentaires 12, 14, 16, 18, 20 ayant chacun une paire différente 22 ; 24 ; 26 ; 28 ; 30 de bornes de sortie de bloc 32, 33 ; 34, 35; 36, 37 ; 38, 39 ; 40, 41, et étant associés en série par leurs bornes de sortie de blocs entre la première borne de sortie 4 de circuit et la deuxième borne de sortie 6 de circuit, un même nombre total N de modules de contrôle local 52, 54, 56, 58, 60, et une chaîne 62 de N liaisons de communication 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84 reliant suivant une boucle fermée (en anglais Daisy Chain) les modules de contrôle local 52, 54, 56, 58, 60.

De manière générale, le nombre total N des blocs de conversion statique élémentaires ou de leurs modules de contrôle associés est la somme d’un nombre Na de blocs de conversion statiques élémentaires actifs ou de leurs modules de contrôle associés, d’un nombre Nf de blocs de conversion statiques élémentaires défectueux ou de leurs modules de contrôle associés, et d’un nombre Nd de blocs de conversion statique élémentaires dormants ou de leurs modules de contrôle associés.

Ici dans la Figure 1, la configuration décrite du circuit de conversion statique 2 est celle d’un circuit dans lequel le nombre Na de blocs de conversion statique élémentaires actifs est égal au nombre total N de blocs de conversion statiques élémentaires, le nombre Nf de blocs de conversion statiques élémentaires défectueux et le nombre Nd de blocs de conversion statique élémentaires dormants étant supposés égaux à zéro.

De manière générale, la configuration d’un circuit de conversion statique est définie par les quatre nombres N, Na, Nd, Nf avec N=Na+Nf+Nd.

De manière générale, le nombre Na de blocs de conversion statique élémentaires actifs est supérieur ou égal à 3, la structure minimale d’un circuit de conversion statique étant celle de trois blocs élémentaires actifs associés en série sur une branche.

Chaque bloc de conversion statique élémentaire 12, 14, 16, 18,20 est associé respectivement à un module de contrôle local 52, 54, 56, 58, 60, unique et différent, et une paire 22, 24, 26, 28, 30 de bornes d’entrée de bloc, unique et différente.

Un module de contrôle local quelconque, un bloc de conversion statique élémentaire, une paire de bornes d’entrée de bloc, associés partagent un même rang entier i de positionnement au sein de la chaîne de communication 62 et de la branche du circuit, compris entre 1 et N. A titre d’exemple sur la Figure 1, le nombre total N de blocs élémentaires actifs de conversion statique, de modules de contrôle local actifs associés, et de paires de bornes d’entrée de bloc est supérieur ou égal à 7. Seuls, cinq modules de contrôle actifs sont ici représentés, un premier module de contrôle local actif 52 ayant un rang i égal à 1, un deuxième module de contrôle local actif 54 ayant un rang d’indice i-1 et précédent un troisième module de contrôle local actif 56 de rang d’indice courant i, un quatrième module de contrôle local actif 58 ayant un rang d’indice i+1 et étant un module de contrôle adjacent succédant au troisième module de contrôle local actif 56 de rang d’indice courant i, un cinquième module de contrôle local actif 60 ayant un rang i égal à N et étant un module de contrôle adjacent précédent le premier module de contrôle local actif 52 de rang 1.

Deux modules de contrôle actifs adjacents quelconques de la chaîne de communication 62, ayant respectivement les rangs i et i+1 au sein de la chaîne de communication 62 sont reliés par une liaison de communication unique et différente, désignée par Li i+1 .

Le module de contrôle actif adjacent successeur au module de contrôle actif de rang N étant le module actif de rang 1, respectivement le module de contrôle actif adjacent précédent le module actif de rang 1 étant le module de rang N, la liaison de communication correspondante est désignée par LN1.

Suivant la Figure 1, les liaisons 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84 sont également et respectivement désignées par L12 , Ιί-2,ί-1 , k-u , k,i+i > Li+i,i+2 > LN-i,n > Ln,i

Chaque bloc de conversion statique élémentaire actif 12;14;16;18; 20 comporte respectivement un condensateur d’entrée différent Ci ou élément de stockage différent 92 ; 94 ; 96 ; 98 ; 100, électriquement isolé des autres condensateurs d’entrée en ayant une capacité flottante d’entrée, branché respectivement entre une paire 102; 104; 106; 108; 110 de bornes d’entrée de bloc 112, 113 ; 114, 115 ; 116, 117 ; 118, 119 ; 120, 121, et chargé sous une tension positive, désignée respectivement par Vd, Vcm, Vci , Vci+1, Vcn

Chaque bloc de conversion statique élémentaire actif 12;14;16;18; 20 comporte au moins une cellule de commutation électronique élémentaire constituée de deux interrupteurs électroniques unidirectionnels en tension fonctionnant de manière complémentaire.

Selon les propriétés de réversibilité en tension et en courant souhaitées pour le circuit de la Figure 1, les blocs de conversion statique élémentaires actifs pourront comporter plusieurs cellules de commutation constituées d’interrupteurs électroniques.

Par exemple, les blocs de conversion statique sont compris dans l’ensemble formé par les blocs unidirectionnels en tension et bidirectionnels en courant, les blocs bidirectionnels en tension et unidirectionnels en courant, et les blocs bidirectionnels en tension et bidirectionnels en courant.

Par exemple, les blocs élémentaires de conversion statique sont compris dans l’ensemble formé par la cellule unique de commutation 132 à deux transistors 134 et à deux diodes 136 montées en antiparallèle sur lesdits transistors, le pont en H asymétrique 138, et le pont en H symétrique 140, comme illustrés sur les Figures 2A, 2B et 2C.

Les blocs élémentaires de conversion statique actifs peuvent aussi inclure des bras à plusieurs niveaux de tension dont les topologies sont connues classiquement sous les noms de topologie à point neutre clampé NPC (en anglais Neutral Point Clamped) , de topologie à capacité flottante FC (en anglais Flying Capacitor), et de topologie de convertisseur à empilement multi-cellules SMC (en anglais Stacked Multicell Converter).

Chaque module de contrôle local actif 52, 54, 56, 58, 60 de rang de positionnement respectif 1, i-1, i, i+1, N au sein de la chaîne active de communication 62 est respectivement connecté à son bloc élémentaire de conversion statique actif associé 12, 14, 16, 18, 20 au travers d’une liaison unique et différente 152, 154, 156, 158, 160 d’envoi d’une ou plusieurs commandes représentatives d’un ou plusieurs signaux de type Modulation en Largeur d’impulsion MLI (en anglais Puise Width Modulation PWM) destiné à une ou plusieurs cellules de commutation du bloc élémentaire de conversion statique actif concerné 12, 14, 16, 18, 20.

Les liaisons 152, 154, 156, 158, 160 d’envoi des commandes de type MLI sont aussi respectivement désignées par Cdi, Cdki, Cd,, Cdi+i, CdN-

Chaque module de contrôle local actif 52, 54, 56, 58, 60 de rang de positionnement respectif 1, i-1, i, i+1, N au sein de la chaîne de communication 62 est respectivement connecté à un module de supervision 162, configuré pour mettre en œuvre une ou plusieurs fonctions centralisées vis-à-vis des modules de contrôle local actifs, par une liaison de supervision unique et différente, désigné respectivement par S-ι, Sm, S,, Sm, Sn-

Suivant la Figure 1, chaque module de contrôle local actif 52, 54, 56, 58, 60 comprend respectivement : .- une unité locale, unique et différente, de génération d’une ou plusieurs porteuses propres triangulaires en tension à correction automatique de phase, .- une unité locale d’égalisation locale des tensions des capacités d’entrée des blocs de conversion, unique et différente, L’unité locale de génération de la porteuse triangulaire d’un module de contrôle local courant 56 de rang i est configuré pour contrôler le positionnement de sa phase d’entrelacement au sein de la totalité des porteuses triangulaires entrelacées en fonction seulement des signaux de porteuses triangulaires des deux modules 54, 58 de rang respectif i-1, i+1 adjacents au module enlacé 56 de rang i au travers des deux liaisons de communication 76, 78 correspondantes, i étant compris entre 1 et N, avec i-1 égal à N lorsque i est égal à 1, et i+1 égal à 1 lorsque i est égal à N. L’unité d’égalisation locale des tensions des capacités d’entrée des blocs de conversion statique élémentaires d’un module de contrôle courant 56 de rang i est configurée, lorsqu’elle est activée dans un mode esclave, pour égaliser localement les tensions des capacités d’entrée des blocs de conversion en déterminant une correction locale AVmi à appliquer à un signal modulant vm commun aux modules de contrôle pour obtenir un signal modulant corrigé v™ propre au module de contrôle local de rang i, la correction locale AVmi étant déterminée à partir de la valeur de la tension Vci du condensateur d’entrée du bloc de conversion statique élémentaire actif associé au module de contrôle local actif 54 de rang i et la valeur moyenne des tensions VC(i+i), VC(M) des condensateurs d’entrée respectives C(i+1), C(i-1) des blocs de conversion élémentaires actifs associés respectivement aux modules de contrôle local actifs 54, 58 de rangs respectif i-1, i+1 adjacent au module de contrôle local actif de rang i au travers des deux liaisons de communication correspondantes, i étant compris entre 1 et N, avec i-1 égal à N lorsque i est égal à 1, et i+1 égal à 1 lorsque i est égal à N.

Le module de supervision global 162 du circuit de conversion statique 2, externe aux modules de contrôle local actifs, est configuré pour fournir une consigne externe (^) égale au carré d’une tension totale Vqc prédéterminée divisée par le nombre Na de blocs de conversion statique élémentaires actifs ou opérationnels, ici N.

La tension totale VDc prédéterminée est égale à la somme des tensions Vci respectives des condensateurs d’entrée sur la totalité des N blocs de conversion actifs associés aux N modules de contrôle local actifs. Suivant la Figure 1, le circuit de conversion statique 2 comporte : au moins un régulateur de tension configuré, lorsqu’il est activé, pour imposer la tension totale Vqc divisée par le nombre N de blocs de conversion actifs aux bornes du condensateur d’entrée d’un bloc de conversion actif associé à un module de contrôle local actif, considéré comme l’unique module de contrôle local actif en mode maître par le module de supervision, et un régulateur de courant configuré pour égaliser un courant mesuré imes représentatif du courant de sortie iun traversant le circuit de conversion statique avec un courant de référence corrigé iref-Cor , l’égalisation étant effectuée par génération d’un signal modulant vm commun à l’ensemble des modules de contrôle local actifs qui annule la différence entre le courant de référence corrigé iref-Cor et le courant mesuré imes-

Ainsi, l’architecture du circuit de conversion statique 2 de la Figure 1 permet de réaliser : le contrôle du courant dans le circuit I (iun) l’équilibrage des tensions entre les condensateurs Ci ( Σΐΐι Vci = VDC avec v- = —)

Vcl N ’ l’entrelacement des commandes des blocs de façon à obtenir pour la tension vun une forme d’onde dite « multiniveaux » avec une fréquence apparente de découpage égale à N.fd (fd étant la fréquence de découpage de la tension de sortie d’un bloc) ; une reconfiguration dynamique de l’entrelacement des commandes des blocs et de l’équilibrage des tensions aux bornes des condensateurs lorsque le nombre de blocs en série est modifié (généralement suite à un défaut interne à un bloc).

Le circuit de conversion statique 2 proposé dans la Figure 1 permet également une réduction très significative du nombre de signaux ou d’informations échangés entre le dispositif centralisé de supervision et le circuit électrique élémentaire et la commande de chaque bloc de conversion élémentaire.

Suivant la Figure 3 et un exemple d’architecture générique, un module générique 202 avec ses interfaces, représentatif d’un module de contrôle local actif 52, 54, 56, 58, 60 du circuit de conversion 2 de la Figure 1, intègre quatre unités locales 204, 206, 208, 210 de support respectifs de quatre fonctions internes principales nécessaires à la mise en œuvre d’un contrôle décentralisé de l’invention.

Ici, pour des raisons pratiques d’une description simplifiée, l’architecture d’un bloc de conversion élémentaire considérée à titre d’exemple est celle d’une cellule unique de commutation telle que décrite dans la Figure 3A. Dans ce cas, le module de contrôle associé actif 202 est configuré pour déterminer la valeur du rapport-cyclique local d’un seul signal MLI à appliquer au bloc de conversion élémentaire 211 qui lui est associé.

De manière générale, un module de contrôle actif est configuré pour déterminer la valeur d’un ou plusieurs rapports cycliques qui seront appliqués au travers d’un ou plusieurs signaux MLI fonction d’un même signal modulant local Vmi, le nombre de signaux MLI dépendant de la structure du bloc de conversion élémentaire actif.

Les quatre unités locales 204, 206, 208, 210 de support respectif des quatre fonctions internes principales nécessaires à la mise en œuvre d’un contrôle décentralisé de l’invention sont respectivement les suivantes : .- un générateur local ou unité de génération locale 204 de porteuse à correction automatique de phase qui permet d’obtenir un entrelacement des commandes automatique pour un nombre Na quelconque de modules de contrôle local actif en utilisant la chaîne 62 de communications intermodules ; le fonctionnement de cette unité locale est requise pour tous modules de contrôle local actifs, mis en mode maître ou esclave ; une unité d’égalisation locale 206 des tensions des condensateurs d’entrée des blocs de conversion élémentaire actifs en utilisant également la configuration chaînée 62 des communications inter-modules ; le fonctionnement de cette unité locale est requis exclusivement pour tous modules de contrôle local actifs, mis en mode esclave ; un régulateur de tension 208 configuré, lorsqu’il est activé pour imposer la tension totale Vdc divisée par le nombre Na de blocs de conversion actifs aux bornes du condensateur d’entrée d’un bloc de conversion élémentaire actif associé à un module de contrôle local actif, considéré comme l’unique module de contrôle local actif en mode maître par le module de supervision ; Le fonctionnement de cette unité est requis pour un module de contrôle local actif, mis en mode maître et en charge de l’élaboration du signal modulant commun vm ; .- un régulateur local de courant 210 configuré pour égaliser un courant mesuré imes représentatif du courant de sortie iun traversant le circuit de conversion statique avec un courant de référence corrigé iref-cor, l’égalisation étant effectuée par génération d’un signal modulant vm commun à l’ensemble des modules de contrôle local qui annule la différence entre le courant de référence corrigé iref-cor et le courant mesuré imes ; Le fonctionnement de cette unité est requis pour un module de contrôle local actif, mis en mode maître et en charge de l’élaboration du signal modulant commun vm.

Suivant la Figure 3, les signaux d’interfaces échangés par le module générique de contrôle local et leurs bornes de transit correspondantes sont décrits ci-dessous.

Afin d’obtenir un entrelacement automatique des commandes pour Na blocs de conversion avec Na un entier quelconque fixé, et obtenir un équilibrage des tensions sur les condensateurs d’entrée, les communications locales inter-modules sont configurées pour permettre l’échange des signaux suivants.

Pour l’entrelacement des porteuses, Vj, désigne la porteuse du module de contrôle actif 202 considéré comme module courant actif de la chaîne de rang i, cette porteuse étant générée en interne dudit module courant actif et étant fournie respectivement au module actif précédent de rang i-1 et au module actif suivant de rang i+1 au travers d’une première borne de sortie 212 et d’une deuxième borne de sortie 214. Le signal Vjm désignant la porteuse générée en interne du module précédent actif de rang i-1 et signal Vtm désignant la porteuse générée en interne du module actif suivant de rang i+1 sont fournis respectivement à une première borne d’entrée 216 et une deuxième borne d’entrée 218 du module de contrôle local actif de rang courant i.

Pour l’équilibrage des tensions des condensateurs d’entrée des blocs de conversion élémentaires actifs, Va désigne un signal représentatif de la tension aux bornes du condensateur local d’entrée C, du bloc de conversion actif courant de rang i, prélevée à l’aide d’une prise de tension 220, le signal Va étant reçu par le module de contrôle actif de rang courant i en une troisième borne d’entrée 222 et fourni respectivement au module actif précédent de rang i-1 et au module actif suivant de rang i+1 au travers d’une troisième borne de sortie 224 et d’une quatrième borne de sortie 226.

Le signal Va est également fourni au module de supervision global au travers d’une borne supplémentaire 227 dans le cas où le module de contrôle local considéré fonctionne en mode maître et le module de supervision global élabore le signal modulant vm.

Les signaux Va-i et Va+i désignent respectivement un signal représentatif de la tension aux bornes du condensateur local d’entrée Cm du bloc de conversion élémentaire actif précédent de rang i-1 et un signal représentatif de la tension aux bornes du condensateur local d’entrée Cm du bloc de conversion élémentaire actif suivant de rang i+1. Les signaux Vci_i et Vci+1 sont fournis respectivement par le module de contrôle local actif précédent de rang i-1 et le module de contrôle local actif suivant de rang i+1 à une quatrième borne d’entrée 228 et une cinquième borne d’entrée 230 du module de contrôle local actif de rang courant i.

Un signal général ou global, désigné par vsynchro et utilisé pour synchroniser la référence d’un courant iac Actif suivant sa composante active avec le réseau alternatif où est connectée la branche formée par le circuit de conversion statique 2, est fourni à une sixième borne d’entrée 232 du module de contrôle local 202, représentée sur la gauche de la Figure 3.

Un signal externe, permettant de définir la tension à imposer aux bornes du condensateur d’entrée d’un bloc de conversion élémentaire actif considéré comme élément « maître >> et désigné par (^) , est fourni par le module de supervision globale au module de contrôle local actif associé au bloc de conversion actif considéré comme maître en une septième borne d’entrée 234 dans le cas où il est prévu que ledit module de contrôle actif, mis en mode maître par l’activation de ses unités de régulation en tension 208 et en courant 210, détermine un signal de modulante vm de référence « maître >> partagé avec les Na-1 modules de contrôle local actifs restants mis en mode « esclave >>.

Il est à remarquer que le module de contrôle local actif, mis en mode « maître >> imposant la valeur de tension sur son propre condensateur au travers du signal externe de consigne, n’utilisera pas sa fonction interne d’égalisation des tensions 206 qui devra être désactivée comme représenté sur la Figure 3 par un carré entourant la référence 206.

Lorsqu’un module de contrôle local actif est configuré en mode esclave aucun signal de consigne n’est requis, les unités de régulation en courant 210 et en tension 208 sont désactivées et l’unité d’égalisation des condensateurs d’entrée 206 des blocs de conversion élémentaires est activée.

Le signal vm représentant la modulante issue du régulateur de courant à appliquer à l’ensemble des modules de contrôle local actifs du circuit de conversion statique de la Figure 1 pour obtenir le courant de branche iun désiré est un signal d’entrée ou de sortie vis-à-vis du module de contrôle local actif considéré en fonction du lieu d’implémentation de la fonction de génération de la modulante vm.

Dans le cas où la génération de la modulante vm est réalisée par une unité de régulation de courant et une unité de régulation de tension, respectivement identiques à l’unité de régulation de courant 210 et l’unité de régulation de tension 208 du module de contrôle local 202, et implanté dans le module de supervision, le signal de modulante est fourni par le module de supervision à tous les modules de contrôle local actifs, y compris le module de contrôle local actif mis en mode maître, en une huitième borne d’entrée 236.

Dans le cas où la génération de la modulante vm est réalisée par l’unité de régulation de courant 210 et l’unité de régulation de tension 208 activées du module de contrôle local actif 202 mis en mode maître comme sur la Figure 3, le signal de modulante vm est fourni par le module de contrôle actif, mis en mode maître au travers de la huitième borne d’entrée 236 fonctionnant alors comme une cinquième borne de sortie, aux Na-1 modules de contrôle local mis en mode esclave au travers de leur huitième bornes d’entrée respectives.

Un signal iret représentant une deuxième consigne en courant ou courant de référence est fourni à une neuvième borne d’entrée 238 lorsque le circuit de conversion statique est configuré pour faire déterminer la modulante vm par les unités activées de régulation en tension 208 et en courant 210 du module de contrôle actif mis en mode maître. La deuxième consigne représente la composante continue ou DC (en anglais Direct Current) du courant (Idc) dans le cas où le circuit de conversion est un convertisseur MMC ou la composante alternative AC réactive dans le cas d’un convertisseur STATCOM (ÎACréactit)·

Un signal, désigné par imes, de mesure du courant circulant dans la branche formée par le circuit 2 de la Figure 1 est fourni à une dixième borne d’entrée 240 lorsque le circuit de conversion statique est configuré pour faire déterminer la modulante vm par les unités activées de régulation en tension 208 et en courant 210 du module de contrôle actif mis en mode maître. Dans ce cas un capteur externe mesure cette grandeur afin de la fournir à l’ensemble des modules de contrôle local actif de la branche 2.

Un signal de commande, désigné par En ou bit « Enable >> est fourni à une onzième borne d’entrée 242 pour permettre de rendre actif ou inactif le module de contrôle considéré de rang i. Lorsque le module de contrôle est désactivé par ce signal de commande, les communications locales intermodules sont maintenues grâce à un système d’aiguillage qui met directement en communication le module précédent de rang i-1 avec le module suivant de rang i+1, l’interrupteur électronique supérieur 252 du bloc de conversion statique désigné par interrupteur « High-side >> est mis ouvert et l’interrupteur électronique inférieur 254 désigné par interrupteur « Low- side » est mis fermé. En variante, un court-circuit est réalisé, par exemple par un interrupteur mécanique auxiliaire, placé directement en parallèle avec l’interrupteur « Low-side ».

Un signal à deux états désigné par Master est fourni à une douzième borne d’entrée 256 pour définir depuis le module de supervision global si le module actif considéré de rang i est le module « maître », étant rappelé qu’il n’y a qu’un seul module actif mis en mode maître parmi les Na modules de contrôle actifs de la branche formé par le circuit 2.

Deux signaux logiques de commande de type MLI, issus des calculs internes du module de contrôle local actif, sont fournis au bloc de conversion élémentaire actif par deux bornes de sortie supplémentaires 260, 262 afin de contrôler ici la cellule de commutation et de manière plus générale les cellules de commutation du bloc de conversion. Chaque cellule de commutation est constituée de deux interrupteurs notés High-side et Low-side pilotés de manière complémentaire, les deux interrupteurs n’étant jamais fermés en même temps.

Par la suite, l’état d’activation d’une unité quelconque d’un module de contrôle local actif dans l’ensemble formé par l’unité de génération locale 204 de porteuse, l’unité d’égalisation locale 206 des tensions des capacités d’entrée des blocs de conversion élémentaires, le régulateur de tension 208, le régulateur de courant 210 est représenté par un cercle entourant la référence numérique désignant l’unité lorsque ladite unité est active, et par un carré lorsque la référence numérique désignant l’unité lorsque ladite unité est désactivée.

Suivant la Figure 4, un dispositif d’aiguillage 282, réalisé au sein de chaque module de contrôle local décrit dans les Figures 1 et 3, est configuré pour garantir que la chaîne 62 de communications inter-module soit toujours fermée lorsqu’il est décidé de désactiver l’un des modules de contrôle local actif du circuit 2. L’unité de génération de porteuse 204 et l’unité d’égalisation locale des tensions des capacités d’entrée 206, internes au module de contrôle local 202, fournissent respectivement les signaux Vj, (signal de porteuse triangulaire) et Va (tension aux bornes de la capacité du CVS local) au dispositif d’aiguillage 282.

Lorsque le bit du signal de commande En, fourni au module de contrôle local 202 et par suite au dispositif d’aiguillage 282, est mis égal à Ί des interrupteurs internes 284, 285, 286, 287, 288, 289, 290, 291 du dispositif d’aiguillage 282 sont configurés de telle sorte que les deux signaux Vtî , Va sont envoyés aux modules de contrôle voisins 292, 294 de rangs i-1 et i+1. Le module de contrôle 202 considéré de rang i est actif et fait partie de la chaîne de communication 62.

Lorsque le bit du signal de commande En, fourni au dispositif d’aiguillage 282, est mis égal à Ό’, les interrupteurs internes 284, 285, 286, 287 du dispositif d’aiguillage sont configurés de telle sorte que la porteuse du module actif précédent 292 Vtm est directement envoyée au module actif suivant 294 de rang i+1. La porteuse du module de contrôle suivant 294 Vtm est envoyée au module actif précédent 292 de rang i-1. De manière analogue, les interrupteurs internes 288, 289, 290, 291 du dispositif d’aiguillage sont configurés de telle sorte que la tension du module actif précédent 292 Vcm est directement envoyée au module actif suivant 294 de rang i+1 et la tension du module de contrôle actif suivant 294 Vcm envoyée au module actif précédent 292 de rang i-1. De la sorte, les modules actifs voisins 292, 294 de rang i-1 et i+1 communiquent directement entre eux sans prendre en considération les informations du module désactivé 202.

Suivant la Figure 4, les interrupteurs internes 284, 286, 288, 290 sont appariés respectivement aux interrupteurs internes 285, 287 289, 291 pour former quatre commutateurs internes à deux voies séparées différentes, ayant chacun une même structure générique. Les quatre premières voies sont associées et incluent les interrupteurs internes 284, 286, 288, 290, représentés chacun par un simple segment penché sur la Figure 4, tandis que les quatre deuxième voies sont associées et incluent les interrupteurs internes 285, 287, 289, 291, représentés chacun par un segment penché sur la Figure 4 auquel est accolé un petit cercle. Lorsque le bit du signal de commande En, fourni au module de contrôle local 202 et par suite au dispositif d’aiguillage 282, est mis égal à T, les interrupteurs internes 284, 286, 288, 290 de premières voies sont fermés tandis que les interrupteurs internes 285, 287, 289, 291 de deuxièmes voies sont ouverts. A l’inverse, lorsque le bit du signal de commande En, fourni au module de contrôle local 202 et par suite au dispositif d’aiguillage 282, est mis égal à Ό’, les interrupteurs internes 284, 286, 288, 290 de premières voies sont ouverts tandis que les interrupteurs internes 285, 287, 289, 291 de deuxièmes voies sont fermés.

De manière générale, chaque module de contrôle local de rang i comprend un premier port de connexion et un deuxième port de connexion. Les premier et deuxième ports de connexion sont configurés pour être raccordés en externe, respectivement à une première liaison de communication Li-u et à une deuxième liaison de communication Lg+isuivant un même interface générique, et en interne aux diverses unités locales du module de rang i. Chaque module de contrôle local de rang i comprend une unité de déconnexion/connexion des premier et deuxième ports de connexion des/aux unités locales et en parallèle de connexion/déconnexion des premier et deuxième ports entre eux. Une commutation entre un premier état dans lequel les premier et deuxième ports sont connectés seulement aux unités locales du module de rang i, et un deuxième état dans lequel les premier et deuxième ports sont déconnectés des unités locales du module de rang i, et connectés entre eux, est mise en œuvre par un signal de commande externe En au module ou par un signal interne élaboré au sein du module.

Suivant la Figure 5, le détail de fonctionnement interne des unités d’un module de contrôle actif décentralisé 296 est décrit dans le cas où le module de contrôle actif décentralisé 296 est configuré en mode maître et en charge de générer localement en interne le signal modulant commun vm.

Dans cette configuration, l’unité de génération locale 204 de porteuse, le régulateur de tension 208, et le régulateur de courant 210 sont actifs tandis que l’unité d’égalisation locale 206 des tensions des capacités d’entrée est désactivée.

Le régulateur de tension 208 du module de contrôle actif considéré en mode maître est configuré pour déterminer une grandeur de correction iac Actif représentative de la composante active lactif du courant de branche du circuit 2 par une annulation préalable au moyen d’un premier filtre correcteur de type intégrateur Corv(s) de la différence entre le carré de la tension présente aux bornes de la capacité Va du bloc de conversion élémentaire considéré comme maître et la consigne externe, égale au carré de la tension totale Vqc divisée par le nombre Na de blocs de conversion élémentaires opérationnels. L’amplitude de la composante active du courant lactif, fournie en sortie du filtre correcteur Corv(s), est ensuite multipliée par le signal sinusoïdal Vsynchro de synchronisation en phase avec une tension prédéterminée correspondant à la tension du réseau auquel est raccordé le circuit de conversion 2. Puis, le régulateur de tension 208 fournit au régulateur de courant 210 la grandeur de correction iac Actif ainsi déterminée, représentative de la composante active lactif du courant de branche du circuit 2.

Le régulateur de courant 210 du module de contrôle actif considéré en mode maître est configuré pour recevoir d’abord du régulateur de tension 208 la grandeur de correction iac Actif représentative de la composante active lactif du courant de branche.

Le régulateur de courant 210 est configuré pour générer le signal modulant vm par addition préalable du courant de référence externe iref à la grandeur de correction représentative de la composante active lactit du courant de branche du circuit pour former le courant de référence corrigé iref-cor , suivie de l’annulation de la différence entre le courant de référence corrigé iref_cor et le courant mesuré imes au travers d’un deuxième filtre correcteur Cort{s) .

Suivant les cas d’application, MMC ou STATCOM, le signal iref est représentatif respectivement de la composante continue ou DC (en anglais Direct Current) du courant (bc) dans le cas où le circuit de conversion est un convertisseur MMC ou de la composante alternative AC réactive dans le cas d’un convertisseur STATCOM (ÎACréactif)-

Il est à remarquer que le signal modulant vm est commun à tous les modules de contrôle local actifs du circuit 2 de la Figure 1.

En variante, le signal modulant vm peut être calculé de façon externalisée par le module de supervision en y implémentant le régulateur de tension et le régulateur de courant tels que décrits dans la Figure 5. Dans ce cas les régulateurs de tension et de courant 208, 210 intégrés dans le module de contrôle actif mis en mode maître peuvent être rendues inactifs voire physiquement supprimées. En variante, les régulateurs de tension et de courant inactifs des modules de contrôle actifs en mode esclave peuvent également être supprimés, ce qui simplifie le circuit mais le rend moins flexible en termes de reconfiguration.

Il est à remarquer que l’unité d’égalisation locale des tensions 206 du module de contrôle actif mis en mode maître est inactive, que le module de contrôle actif maître ne requiert l’usage d’aucune correction locale Avmi à appliquer au signal commun modulant vm , et que le signal modulant peut être utilisée directement pour la détermination du ou des signaux de commande MLI.

Enfin, l’unité de génération de porteuse 204 à correction de phase ou auto-entrelacement est configurée pour générer sa propre porteuse triangulaire et imposer sa phase, c’est à dire sa position temporelle, en fonction des autres porteuses entrelacées du circuit 2. Dans son principe, chaque module de contrôle local corrige la phase de la porteuse triangulaire qu’il génère en interne pour placer cette porteuse au centre des porteuses des modules actifs voisins ou adjacents. Comme tous les modules actifs du système font de même et sont placés dans une configuration de communications chaînée, toutes les porteuses corrigent leurs phases de façon relative pour converger à terme vers un entrelacement parfait, indépendamment du nombre de modules de contrôle local actif utilisés. La réalisation de l’unité de génération de porteuse 204 est décrite de manière détaillée dans l’article de Marc Cousineau et al., intitulé « Triangular Carrier Self-Alignment Using Modular Approach for Interleaved Converter Control », EPE 2011 : 14th European Conférence on Power Electronics and Applications, Birmingham, UK, 1 st September 2011. De manière particulière, une des porteuses parmi les Na porteuses générées respectivement par les unités de génération de porteuse correspondant aux Na modules de contrôle local actifs pourra être de phase fixe non modifiable, et imposée de façon externe.

Suivant la Figure 6, le détail de fonctionnement interne des unités d’un module de contrôle actif décentralisé est décrit dans le cas ou le module de contrôle actif décentralisé est configuré en mode esclave 298.

Dans le mode esclave du module de contrôle local actif 298, l’unité d’égalisation des capacités 206 et l’unité de génération de porteuse 204 sont actives tandis que le régulateur de tension 208 et le régulateur de courant 210 sont inactives.

Le signal modulant vm , commun à tous les modules de contrôle actifs du circuit 2, et déterminé soit par le module de contrôle local « maître », soit de façon externe centralisée par le module de supervision, est reçu par chaque module de contrôle actif 298 mis en mode esclave au travers de sa borne d’entrée respective 300. La borne d’entrée 300 correspond à la huitième borne d’entrée 236 du module de contrôle générique de la Figure 4. L’unité active de génération de porteuse 204 du module de contrôle local actif esclave 298 possède une architecture et un mode de fonctionnement identiques à ceux de l’unité de génération de porteuse du module de contrôle actif maître de la Figure 5. L’unité active d’égalisation des tensions des capacités 206 du module de contrôle actif esclave 298 est configurée pour égaliser les tensions des divers condensateurs des blocs de conversion élémentaires du circuit 2 en calculant une correction locale Avmi à appliquer au signal commun modulant vm pour obtenir un signal modulant « local corrigé » vmi.

Par l’utilisation des communications de proximité, l’unité d’égalisation des tensions des capacités 206 est configurée pour d’abord comparer la valeur de la tension du condensateur d’entrée Ci de son bloc de conversion élémentaire actif associé de rang i avec la moyenne des tensions des condensateurs des modules actifs voisins de rangs i-1, i+1 égale à Vc(i+i)+Vc(i-i) et f0urnjr un écart correspondant désigné par εέ. L’unité d’égalisation des tensions des capacités 206 comporte un filtre correcteur Ca(s) pour déterminer ensuite une correction locale de modulante Δν™ à apporter au module local considéré pour annuler cet écart. Cette correction de modulante entraîne un échange de puissance active qui permet d’ajuster la tension de la capacité du module. Pour cela, on utilise un signal lac représentant la composante AC du courant de branche. Il est important de rappeler que, sur le module de contrôle « maître », cette fonction de correction de tension de capacité est désactivée. En effet, le module de contrôle « maître » régule lui-même sa tension capacité à Voc/Na. A l’aide des modules de contrôle local actifs décrits dans les Figures 5 et 6, deux architectures peuvent être réalisées pour le contrôle du circuit 2 et dérivées de l’architecture de la Figure 1.

Dans une première architecture, désignée par architecture #1 et représentée par la Figure 7, la tension modulante vm est calculée par un module de contrôle local actif maître et envoyée à l’ensemble des autres modules de contrôle local actifs esclaves. Dans ce cas, il ne reste qu’un seul calcul centralisé à réaliser, celui de la consigne de tension de capacité Gnt) avec le nombre de modules de contrôle actifs. Ce calcul restant, externe aux modules de contrôle local actifs, est réalisé par le module de supervision.

Dans une deuxième architecture, désignée par architecture #2 et représentée par la Figure 8, la tension modulante vm est calculée de façon centralisée et envoyée à l’ensemble des modules de contrôle local actifs par le module de supervision. La notion de module local maître reste cependant présente dans le sens où la tension de la capacité du bloc de conversion actif associé au module de contrôle local actif maître est utilisée pour le calcul de la modulante générale vm, alors que les modules de contrôle local actifs esclaves égalisent leur tension de condensateur d’entrée associée par des communications locales.

Le tableau 1 suivant donne une synthèse des configurations possibles suivant l’architecture considérée.

Tableau 1

Suivant la Figure 7, un circuit de conversion statique 302 est un exemple de la première architecture #1 du circuit de la Figure 1 dans laquelle les fonctions internes ou unités désactivées des modules ont leur numéro de référence encadré par une bordure carrée.

Na blocs de conversion statique élémentaires actifs, disposant de leurs modules de contrôle local actifs associés, sont mis disposés en série à l’instar du circuit de la Figure 1. Ici, seuls trois modules de contrôle local actifs avec leurs blocs de conversion statique élémentaires actifs associés sont représentés sans restriction de généralité en termes du nombre Na. Ici, il s’agit d’un premier module 304, d’un deuxième module 306, d’un troisième module 308, de rangs respectifs i-1, i, i+1, en supposant que le deuxième module 306 de rang i joue le rôle du maître.

Les fonctions internes portées par les unités de régulation en courant et en tension des modules esclaves représentés sur la Figure 7, c'est-à-dire les premier et troisième modules 304, 308 sont désactivées et ont leur numéro de référence encadré par une bordure carrée.

Seule la fonction interne portée par l’unité d’égalisation de capacité du module maître, c'est-à-dire le deuxième module 306 est désactivée et a son numéro de référence encadré par une bordure carrée.

Le module maître 306 calcule la tension modulante vm qui est fournie aux autres Na-1 modules de contrôle local actifs esclaves, notamment les premier et troisième modules actifs 304, 308. Tous les modules de contrôle local actifs communiquent avec leurs voisins pour la mise en oeuvre des fonctions « égalisation des tensions de capacités >> pour les modules esclaves et « générateur de porteuse >> pour tous les modules de contrôle local.

Suivant la Figure 7, la chaîne de communication est fermée, c'est-à-dire que le module de rang Na communique avec le module précédent de rang Na-1 et le module suivant de rang 1, et le module de rang 1 communique avec le module précédent de rang Na et le module suivant de rang 2.

Les données globales du circuit 302 sont les suivantes : .- le signal de synchronisation du courant avec le réseau vsynchro, .- la mesure du courant de la branche imes, .- la consigne en courant iref, et la consigne de la valeur quadratique de la tension des condensateurs (VDC/Na)2.

Les données locales sont fournies à tous les modules de contrôle local du circuit et sont gérées par un circuit centralisé de faible complexité, appelé module de supervision 310.

Le module de supervision 310 est configuré également pour contrôler les bits « Enable » et « Master » des modules et gérer la valeur Na du nombre de modules de contrôle local actifs.

Suivant la Figure 7, le signal de modulante commun vm est déterminé par le deuxième module 306 de contrôle local de rang i mis en mode maître, et envoyé via un fil commun aux autres modules restants actifs de contrôle local mis en mode esclave. Une correction locale Avmj est calculée par les modules esclaves de rang j, avec j variant de 1 à Na et différent du rang i du module maître pour obtenir une égalisation des tensions des capacités.

Suivant la Figure 8, un circuit de conversion statique 402 est un exemple de la deuxième architecture #2 du circuit de la Figure 1 dans laquelle les fonctions internes ou unités des modules désactivées ont leur numéro de référence encadré par une bordure carrée.

Le circuit de conversion statique 402 comporte Na blocs de conversion statiques élémentaires structurés individuellement et agencés de manière identiques que les Na blocs de conversion élémentaires actifs du circuit 302 de la Figure 7.

Ici, seuls trois modules de contrôle local actifs avec leurs blocs de conversion statique élémentaires actifs associés sont représentés sans restriction de généralité en termes du nombre Na. Ici, il s’agit d’un premier module de contrôle local actif 404, d’un deuxième module de contrôle local actif 406, d’un troisième module de contrôle local actif 408, de rangs respectifs i-1, i, i+1, en supposant que le deuxième module de contrôle local actif 406 de rang i joue le rôle du maître.

Les fonctions internes portées par les unités de régulation en courant 210 et en tension 208 de tous les modules de contrôle local actifs, y compris le module de contrôle actif 406 en mode maître sont désactivées et ont leur numéro de référence encadré par un carré sur la Figure 8, tandis que les unités de génération de porteuses 204 de la totalité des Na modules de contrôle actifs sont actives.

Seule la fonction interne portée par l’unité d’égalisation locale de capacité du module maître 206, c'est-à-dire le deuxième module de contrôle actif 406, est désactivée et a son numéro de référence encadré tandis que toutes les unités d’égalisation locale des capacités 206 des Na-1 modules de contrôle local actifs en mode esclave, notamment les modules de contrôle local actifs 404, 408, sont actives.

Dans cette architecture #2, le module de contrôle local actif maître 406 fournit la valeur de sa tension capacité Va au module de supervision 410.

Le module de supervision 410 est configuré pour déterminer le signal de modulante commun vm, fondé sur la valeur de sa tension de condensateur d’entrée Va fournie par le module de contrôle local actif maître 406, et transmettre ce signal à tous les modules de contrôle local actifs, notamment les modules 404, 406, 408.

Les modules de contrôle local esclaves actifs sont configurés pour calculer les corrections locales à apporter pour égaliser les tensions des condensateurs d’entrée des blocs de conversion élémentaires actifs associés.

Dans ce cas, le nombre global d’interconnexions entre les modules de contrôle local actifs et entre le module de supervision et les modules de contrôle local actifs est plus réduit.

Suivant la Figure 9, une reconfiguration du circuit 302 ayant un contrôle structuré selon la première architecture de la Figure 7 est illustrée dans le cas d’un retrait et d’une désactivation d’un module de contrôle local actif 432 de rang p en mode esclave dont le module actif précédent 434 de rang p-1 et le module actif suivant 436 de rang p+1 sont également mis en mode esclave.

Le module de contrôle local actif, mis en mode maître et en charge de la génération du signal modulant bien qu’existant n’est pas représenté ici.

On observe que le module désactivé 432 de rang p met en place une connexion directe 438 entre l’entrée et la sortie du bloc de conversion statique associé. Le module désactivé 432 met également en place une communication directe 440 entre ses deux modules voisins actifs 434, 436 et devient de fait « transparent >>. Il assure ainsi que la chaîne de communications 62 inter-modules est toujours bien fermée.

Suivant un cas réciproque, un module de contrôle de « secours » est ajouté dans la chaîne, ce module de secours ayant été préalablement inséré dans le circuit dans un état « dormant », en faisant passer son Bit « Enable » d’activation de ‘0’ à ‘1’. Dans ce cas, le module de secours met en œuvre son insertion dans la chaîne en coupant les communications directes de ses voisins et en échangeant les informations de porteuses et de tensions capacité avec ces derniers, et en annulant la connexion directe 438 entre l’entrée et la sortie du bloc de conversion.

Il est à remarquer que l’ajout ou le retrait d’un module de contrôle dans la chaîne de communications peut se faire de deux façons, de manière statique, en définissant au démarrage les modules actifs et les modules inactifs, et de manière dynamique en modifiant le nombre de blocs de conversion élémentaires actifs en fonctionnement pour des raisons de sécurité (panne locale, échauffement thermique local, etc..) ou d’optimisation de performances de l’ensemble du circuit.

Il est à remarquer qu’en cas de défaillance d’un bloc de conversion élémentaire et/ou de son module de contrôle local associé, la déconnection d’un bloc de conversion élémentaire et de son module de contrôle local est mise en œuvre. Cela nécessite la mise en court-circuit de l’interrupteur du bas seulement de l’unique cellule de commutation formant ici le bloc de conversion statique élémentaire comme illustré sur la Figure 9. En pratique, ce court-circuit peut être effectué par un interrupteur auxiliaire (non représenté ici mais représenté sur les Figures 11 et 12), directement connecté entre l’entrée et la sortie de la cellule et dont l’état (passant ou non) est assuré par le circuit de contrôle. Dans notre cas, le contrôle de ce troisième interrupteur pourrait être représenté au niveau du dispositif d’aiguillage de la Figure 4.

Suivant la Figure 10, une reconfiguration du circuit 402 ayant un contrôle structuré selon la deuxième architecture de la Figure 8 est illustrée dans le cas d’un retrait et d’une désactivation d’un module de contrôle local 442 de rang p en mode esclave dont le module précédent 444 de rang p-1 et le module suivant 446 de rang p+1 sont également mis en mode esclave.

Le principe de reconfiguration du circuit 402 pour les cas d’ajout et/ou de retrait d’un module de contrôle est identique en tout point à celui décrit dans la Figure 9 pour un circuit 302 régi par une première architecture de contrôle.

Suivant la Figure 11, un exemple d’implémentation d’une première fonction supplémentaire de protection ou de sécurité au niveau d’un module de contrôle et de son bloc de conversion élémentaire est illustré de manière schématique.

Cette première fonction supplémentaire de détection de panne et reconfiguration s’inscrit dans le cadre des nouvelles perspectives offertes par le principe du contrôle décentralisé en termes de performances dynamiques au niveau du circuit complet.

Cette première fonction supplémentaire constitue une première amélioration du contrôle modulaire en permettant une réduction du temps de réponse de la commande face à un évènement de défaillance sur un bloc de conversion.

Suivant la Figure 11, un premier dispositif 462 de support de la première fonction supplémentaire, est configuré pour mettre en œuvre une première étape de détection de panne et une deuxième étape de retrait du bloc de conversion 463 détecté en panne.

La première étape de détection de panne comprend, par exemple, les étapes consistant à : .- comparer la tension Va de la capacité d’entrée C, du bloc de conversion 463 avec une tension Vcmax et prendre la décision de retirer le bloc de conversion 463 de la chaîne (protection en cas de surtension), et/ou .- comparez la ou les températures de jonction des interrupteurs électroniques, avec une température Tmax et prendre la décision de retirer le bloc de conversion 463 de la chaîne du circuit (protection en cas de dérive excessive en température).

La deuxième étape de retrait du bloc de conversion, exécutée lorsqu’une panne du bloc est détectée comprend les étapes consistant à : .- fermer un interrupteur auxiliaire 464 Toff de mise en court circuit du bloc de conversion élémentaire 463 ou rendre toujours passant le transistor inférieur TjLs de la cellule électronique formant le bloc ; .- mettre le module de contrôle local dans un état inactif indépendamment de l’état du bit du signal d’activation « Enable » du module de contrôle ;

Etablir une communication directe entre les modules de contrôle voisins,

Envoyer un signal de « défaut » ou de statut de défectuosité au module de supervision.

Ce type de prise de décision locale offre l’avantage de pouvoir réduire considérablement les temps de réaction de la commande face à un évènement de défaillance.

Le premier dispositif 462 de support de la première fonction supplémentaire comprend en supplément de l’interrupteur auxiliaire 464, deux comparateurs 466, 468, pour détecter un défaut éventuel sur le bloc 463, une unité électronique 470 de génération d’un signal de défaut, et une borne de sortie supplémentaire 472 du module de contrôle pour délivrer le signal de défaut.

De manière générale, un premier dispositif de support de la première fonction comporte au moins un capteur permettant de déterminer l’état de fonctionnement du bloc de conversion élémentaire actif, et un moyen de mise en court circuit du bloc de conversion élémentaire lorsqu’une panne dudit bloc est détectée.

Le dispositif de support de la première fonction est également configuré pour, lorsqu’une panne est détectée : .- mettre le module de contrôle local dans un état inactif indépendamment de l’état du bit du signal d’activation « Enable » du module de contrôle; et .- Etablir une communication directe entre les modules de contrôle actifs voisins ; et .- Envoyer un signal de « défaut » ou de statut de défectuosité au module de supervision.

Suivant la Figure 12, l’implémentation d’une deuxième fonction supplémentaire de gestion du module maître par reconfiguration est illustrée de manière schématique.

Si le principe de prise de décision de déconnection locale d’un bloc de conversion et de son module de contrôle associé est appliqué à l’aide de la mise en œuvre de la première fonction supplémentaire, il est possible d’ajouter une deuxième fonction supplémentaire au contrôle décentralisé du circuit de conversion statique.

La deuxième fonction supplémentaire consiste à définir automatiquement un nouveau module « maître >> dans la chaîne si le maître actif est affecté par un évènement de défaillance.

Suivant la Figure 12, un deuxième dispositif 482 de support de la deuxième fonction supplémentaire, est configuré pour mettre en œuvre l’étape suivante consistant à : lorsqu’un évènement de défaillance intervient en étant détecté par le premier dispositif 462 et que le module de contrôle concerné est en mode maître, envoyer au module suivant de rang i+1 un signal binaire de commande, désigné par « M, », initialement mis à l’état ‘0’, et mis à l’état Ί’ par une unité électronique 484 ; l’envoi du signal Mi est effectué au travers d’une borne de sortie supplémentaire 486 et l’état Ί’ du signal Mi commande au module de contrôle suivant de devenir le maître à son tour avant que le module et son bloc de conversion élémentaire défectueux de rang i ne se retire de la chaîne des modules et du circuit, tandis qu’en parallèle les étapes de déconnexion du bloc défectueux sont exécutées.

Ainsi, la deuxième fonction supplémentaire et le deuxième dispositif la supportant permettent de s’assurer que le circuit de conversion statique et sa chaîne de contrôle décentralisée contiennent toujours un bloc de conversion élémentaire en mode maître avec son module de contrôle associé.

Le deuxième dispositif 482 de support de la deuxième fonction supplémentaire, est configuré pour mettre en œuvre également l’étape suivante consistant à : .- lorsque le module suivant de rang i+1 a été instruit par le module de rang i de passer en mode maître, valider cette reconfiguration par le module de supervision en désactivant le module de rang i par la mise du bit du signal En à ‘0’ et la commande du module de rang i en mode esclave par la mise à ‘0’ du signal Martre Dès lors, un module de contrôle local de rang i est le module de contrôle maître si le module de supervision impose au module de rang i d’être maître par la commande Maître mise à ‘1’ et le module de rang i n’est pas déclaré défectueux par le signal Faute mis à ‘0’, ou si le module précédent de rang i-1 le lui demande (Mm=’1’) et le module de rang i n’est pas déclaré défectueux.

Suivant les Figures 13A et 13B, un exemple d’implémentation du contrôle d’un bloc de conversion élémentaire ayant deux cellules de commutation comme ceux des Figures 2B et 2C est illustré.

Pour contrôler correctement ces blocs de conversion élémentaire, il est nécessaire de fournir quatre signaux de commande de type MLI à raison d’un signal pour chaque interrupteur.

Suivant la Figure 13B, les formes d’ondes et chronogrammes souhaités pour chaque module de contrôle sont représentés, étant remarqué que dans la structure de bloc de conversion de la figure 2B, seuls les signaux aHs et bi_s sont utilisés.

La Figure 13A montre un bloc de conversion 502 composé de deux cellules de commutation 504, 506, désignées respectivement par CCa et CCb, et composées chacune de deux interrupteurs TaHs-TaLs et TbHs-Tbi_s· Pour contrôler la première cellule de commutation CCa, une première porteuse 520 VTa est générée. Par comparaison du signal modulant 524 Vm, pris ici constant pour simplifier la description, avec cette porteuse 520 Vïa , deux signaux MLI 526, 528 sont obtenus, désignés respectivement par aHs et ai_s· Ces deux signaux 526, 528 permettent de contrôler respectivement les interrupteurs électroniques TaHs et Tai_s·

Une seconde porteuse triangulaire 530 V’ibest générée pour obtenir, par le même procédé décrit ci-dessus, les signaux 532 bHs et 534 bi_s permettant de contrôler respectivement les interrupteurs électroniques TbHs et TbLs- Deux opérations sont effectuées pour obtenir la seconde porteuse 530 V’Tb: .- la génération d’un signal triangulaire 536 Vjb, à partir de la première porteuse 520 VTa, avec un décalage temporel tD=Tsw/Na/2 dans lequel Tsw désigne la période du signal triangulaire ; .- l’inversion de ce signal 536 Vjb par une symétrie par rapport à la valeur moyenne du signal triangulaire, la valeur moyenne étant représentée par la droite 538 en traits pointillés d’ordonnée Vp/2 pour obtenir la seconde porteuse 530 V’ib. La tension VP désigne la valeur pic du signal triangulaire.

La tension de sortie Vs du bloc de conversion élémentaire est alors égale à: VS(moyen)= VC.(2D-1) avec D=Vm/VP (Vs étant à valeur moyenne négative dans l’exemple de la Figure 13B).

Pour obtenir ce fonctionnement, le module de contrôle ayant une unité de génération de porteuse est remplacé par un module de contrôle 552 ayant une unité de génération 554 d’une famille de deux porteuses triangulaires comme décrit sur la Figure 14.

Suivant la Figure 14, l’unité de génération 554 de la famille des deux porteuses supporte, en supplément de la première fonction de génération 294 déjà décrite, une seconde fonction de génération de porteuse 564 qui est insérée dans la chaîne des modules afin d’obtenir le déphasage souhaité : A(p=2TT/2Na= ττ/Na. Cette deuxième fonction de génération 564 diffère de la première fonction 204 en ce qu’elle réalise une inversion du signal triangulaire par rapport à sa valeur moyenne.

De manière générale, un module de contrôle comporte une unité de génération d’une ou plusieurs porteuses différentes, le nombre de porteuses utilisés étant fonction de la structure topologique du bloc de conversion statique élémentaire utilisé.

De manière générale, un circuit de conversion statique d’énergie électrique selon l’invention comprend le circuit 2 et ses variantes tel que décrit ci-dessus, un nombre entier Nd, supérieur ou égal à 0, de blocs de conversion statique élémentaires dormants, et un même nombre Nd de modules de contrôle local dormants, associés chacun respectivement à un unique et différent bloc de conversion statique élémentaire dormant.

Les Nd blocs de conversion statique élémentaires dormants et les Nd modules de contrôle local dormants sont configurés et insérés respectivement dans la branche des Na blocs de conversion statique élémentaires actifs et dans la chaîne de communication des Na modules de contrôle local actifs de sorte à former, indépendamment de la valeur d’un entier Nv variant entre 1 et Nd, lorsque Nv blocs de conversion statique élémentaires dormants et Nv modules de contrôle local dormants associés sont activés, une branche de Na+Nv blocs de conversion statique élémentaires actifs et une chaîne fermée de communication de Na+Nv modules de contrôle local actifs.

La branche de Na+Nv blocs de conversion statique élémentaires actifs et la chaîne fermée de communication de Na+Nv modules de contrôle local actifs ont une structure et un fonctionnement similaire à la branche de Na blocs de conversion statique élémentaires actifs et la chaîne fermée de communication des Na modules de contrôle local actifs tels que décrits ci-dessus au nombre de blocs de conversion statique élémentaires actifs et de modules de contrôle local actifs près.

Il est à remarquer que les tensions d’entrées des blocs de conversion élémentaires fixés par leurs condensateurs d’entrée C, n’ont aucun point commun. Seules les sorties des blocs sont connectées en série pour former la branche du circuit. Les tensions des capacités d’entrée des blocs de conversion élémentaires ne sont donc pas définies par la ou les tension(s) du circuit. C’est cette singularité que présentent les architectures MMC et STATCOM par rapport à celles des convertisseurs à capacités flottantes, de type « flying-cap >> par exemple.

Les applications principales de l’invention concernent le domaine des compensateurs statiques de puissance réactive pour réseau à courant alternatif (STATCOM) et le domaine des convertisseurs modulaires multiniveaux (MMC) pour réseau haute tension à courant continu (HVDC). L’application de l’invention au domaine des STATCOM présente un grand intérêt car la mise en série de convertisseurs statiques est de plus en plus fréquente pour éviter l’utilisation d’un transformateur de connexion. L’application de l’invention au domaine des convertisseurs MMC pour réseau HVDC présente un grand intérêt car elle facilite la mise en oeuvre de la commande de convertisseurs modulaires multiniveaux (MMC) travaillant en haute tension tout en délivrant une tension quasi-sinusoïdale, ces convertisseurs étant nécessaires pour la mise en oeuvre des liaisons HVDC qui constituent un élément clé du développement de l'énergie électrique verte pour le XXIème siècle. L’application de l’invention au domaine de la traction ferroviaire est également prometteuse.

De manière avantageuse, le circuit de conversion statique selon l’invention permet de contrôler de manière décentralisée un nombre de blocs de conversion statique élémentaires quelconque, supérieur ou égal à 3, sans ajouter de complexité au contrôle de l’ensemble.

Le circuit de conversion statique à commande décentralisée selon l’invention décrit ci-dessus permet de retirer ou d’ajouter un ou plusieurs blocs de conversion statique élémentaires, sans pour autant augmenter la complexité de la commande de l’ensemble, d’effectuer une reconfiguration souple et rapide du circuit de conversion dans le cas d’une panne de l’un de ses blocs de conversion sans affecter la disponibilité du service de conversion offert par le circuit.

Le circuit conversion statique à commande décentralisée selon l’invention permet d’éviter de ramener un nombre important de signaux à un organe central de commande, en particulier les tensions représentatives des condensateurs flottants d’entrée des blocs de conversion élémentaires, ce qui se traduit par une diminution des coûts de fabrication, notamment par une réduction considérable du câblage, et se traduit par une simplification de mise en oeuvre du contrôle. Cette amélioration a un impact majeur sur la réduction des coûts pour la mise en oeuvre de convertisseurs de type MMC et /ou STATCOM.

Claims (19)

1. REVENDICATIONS

   1. Circuit de conversion statique d’énergie électrique à architecture cascadée, destiné à fournir une tension différentielle de sortie Vun et un courant de sortie lun, comprenant Une première borne de sortie (4) et une deuxième borne de sortie (6) de tension différentielle de sortie, un nombre entier total Na, supérieur ou égal à trois, de blocs de conversion statique élémentaires (12, 14, 16, 18, 20) actifs ayant chacun une paire différente (22, 24, 26, 28, 30) de bornes de sortie de bloc (32, 33 , 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41) et étant associés en série par leurs bornes de sortie de bloc entre la première borne de sortie (4) et la deuxième borne de sortie (6) de tension différentielle, Na modules de contrôle local (52, 54, 56, 58, 60) actifs, et une chaîne (62) de Na liaisons de communications (72, 74, 76, 78, 80, 82, 84) actives reliant suivant une boucle fermée les modules de contrôle local (52, 54, 56, 58, 60) actifs; chaque bloc de conversion statique élémentaire (12, 14, 16, 18, 20) actif ayant également une paire différente (102, 104, 106, 108, 110) de bornes d’entrée de bloc (112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 121), un condensateur d’entrée différent Ci (92, 94, 96, 98, 100), branché entre les bornes d’entrée de ladite paire (102, 104, 106, 108, 110) de bornes d’entrée et au moins une cellule de commutation électronique élémentaire, constituée de deux interrupteurs électroniques unidirectionnels en tension fonctionnant de manière complémentaire, et les condensateurs d’entrée Ci (92, 94, 96, 98, 100) étant électriquement isolés entre eux; deux modules de contrôle local actifs quelconques, adjacents au sein de la chaîne de communication 62 active et de rang respectif i, i+1 dans la chaîne (62), étant reliés par une liaison de communication unique et différente L,, m , i étant un entier compris entre 1 et Na, avec i-1 égal à Na lorsque i est égal à 1, et i+1 égal à 1 lorsque i est égal à Na ; chaque module de contrôle local actif de rang i comprenant respectivement une unité différente de génération d’une porteuse propre triangulaire en tension à correction automatique de phase, l’unité locale de génération de la porteuse triangulaire d’un module de contrôle local quelconque de rang i étant configurée pour contrôler le positionnement de sa phase d’entrelacement au sein de la totalité des porteuses triangulaires entrelacées des modules en fonction seulement des signaux de porteuses triangulaires des deux modules actifs de rang respectif i-1, i+1 adjacents au module quelconque au travers des deux liaisons de communication actives correspondantes, i étant compris entre 1 et Na, avec i-1 égal à Na lorsque i est égal à 1, et i+1 égal à 1 lorsque i est égal à Na. caractérisé en ce que chaque module de contrôle local actif (52, 54, 56, 58, 60 ; 202 ; 296 ; 298) comprend respectivement une unité différente (206) d’égalisation locale des tensions des capacités d’entrée des blocs de conversion statique élémentaires, l’unité locale d’égalisation locale des tensions des capacités d’entrée des blocs de conversion associée à un module de contrôle local quelconque de rang i étant configurée, lorsqu’elle est activée dans un mode esclave, pour égaliser localement les tensions des capacités d’entrée des blocs de conversion statique élémentaires en déterminant une correction locale Avmi à appliquer à un signal modulant vm commun aux modules de contrôle local pour obtenir un signal modulant corrigé v™ propre au module de contrôle local de rang i, la correction locale Avmi étant déterminée à partir de la valeur mesurée VCi de la tension du condensateur d’entrée C, du bloc de conversion statique élémentaire associé au module de contrôle local de rang i et la valeur moyenne des tensions mesurées VC(M), VC(î+i), des condensateurs d’entrée respectifs Cm, Cî+i des blocs de conversion statique élémentaires adjacents, associés aux modules de contrôle local actifs de rangs respectif i-1, i+1 eux-mêmes adjacents au module de contrôle local actif de rang i au travers des deux liaisons de communication correspondantes I_m, i U, m, i étant compris entre 1 et Na, avec i-1 égal à Na lorsque i est égal à 1, et i+1 égal à 1 lorsque i est égal à Na.
2. 2. Circuit de conversion statique d’énergie électrique selon la revendication 1, comprenant en outre un module de supervision globale (162; 310; 410) du circuit de conversion statique, externe aux modules de contrôle local actifs (52, 54, 56, 58, 60 ; 202 ; 296 ; 298), configuré pour déterminer une consigne égale au carré d’une tension totale Vdc prédéterminée divisée par le nombre entier Na de blocs de conversion statiques élémentaires actifs, la tension totale Vdc étant égale à la somme des tensions Vci des condensateurs d’entrée sur la totalité des blocs de conversion associés aux Na modules de contrôle local actifs associés ; au moins un régulateur de tension (208), configuré lorsqu’il est activé pour imposer à partir de la consigne générée par le module de supervision globale la tension totale Vdc divisée par le nombre Na de blocs de conversion actifs aux bornes de la capacité d’entrée d’un bloc de conversion associé à un module de contrôle local actif, considéré comme l’unique module de contrôle local actif en mode maître par le module de supervision, et un régulateur de courant (210) configuré pour égaliser un courant mesuré imes représentatif du courant de sortie iun traversant le circuit de conversion avec un courant de référence corrigé iref-Cor, l’égalisation étant effectuée par génération d’un signal modulant vm commun à l’ensemble des modules de contrôle local actifs qui annule la différence entre le courant de référence corrigé iref-cor et le courant mesuré imes·
3. 3. Circuit de conversion statique d’énergie électrique selon la revendication 2, dans lequel Le régulateur de tension (208) est configuré pour déterminer une grandeur de correction représentative de la composante active iac-Actit du courant de branche du circuit par une annulation préalable au travers d’un premier filtre correcteur Corv(s) de la différence entre le carré de la tension présente aux bornes du condensateur d’entrée du bloc de conversion associé au module de contrôle actif mis en mode maître et la consigne externe, suivie d’une multiplication de la grandeur de sortie du premier filtre correcteur par un signal sinusoïdal vsynchro de synchronisation en phase avec une tension prédéterminée correspondant à la tension d’un réseau auquel est raccordé le circuit de conversion.
4. 4. Circuit de conversion statique d’énergie électrique selon la revendication 3, dans lequel Le régulateur de courant (210) est configuré pour générer le signal modulant vm par addition préalable du courant de référence externe iref à la grandeur de correction représentative de la composante active iac-Actif du courant de branche du circuit pour former le courant de référence corrigé iref-cor , suivie de l’annulation de la différence entre le courant de référence corrigé iref-cor et le courant mesuré imes au travers d’un deuxième filtre correcteur Cort{s) .
5. 5. Circuit de conversion statique d’énergie électrique selon la revendication 4, dans lequel le courant de référence iref est représentatif de la composante continue Idc d’un convertisseur modulaire multi-niveaux MMC ou la composante alternative réactive IAcréactifd’un compensateur de puissance de puissance réactive de typeSTATCOM dont le circuit est une branche.
6. 6. Circuit de conversion statique d’énergie électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel Un ou plusieurs modules de contrôle local actifs (52, 54, 56, 58, 60 ; 304, 306, 308) comportent chacun une paire d’un régulateur de tension (208) et d’un régulateur de courant (210) interconnectés entre eux, et un port d’entrée pour recevoir des données globales du convertisseur statique comportant la consigne de tension quadratique , le signal sinusoïdal vsynchro de synchronisation en phase avec la tension du réseau auquel est raccordé le circuit de conversion statique, le courant mesuré imes représentatif du courant iun traversant le circuit de conversion statique, le courant de référence externe iref représentatif de la composante continue Idc d’un convertisseur modulaire multi-niveaux MMC ou la composante alternative réactive /acréactî/d’un compensateur de puissance de puissance réactive de type STATCOM dont le circuit est une branche, et chacun est apte à servir dans un mode maître lorsqu’il reçoit une commande d’activation qui l’y invite de manière exclusive; et le module de supervision globale (162 ; 310) du circuit de conversion statique, externe aux modules de contrôle local, est dépourvu de régulateur de tension (208) et de courant (210), et configuré pour fournir en outre aux modules de contrôle aptes à servir en mode maître le signal sinusoïdal Vsynchro de synchronisation, le courant mesuré imes , et le courant de référence externe iref.
7. 7. Circuit de conversion statique d’énergie électrique selon la revendication 6, dans lequel Un seul circuit de contrôle local comporte une paire d’un régulateur de tension et d’un régulateur de courant interconnectés entre eux, et est configuré pour servir en mode maître, lorsqu’il est commandé de le faire, ou Chaque circuit de contrôle local (52, 54, 56, 58, 60 ; 304, 306, 308) comporte une paire différente d’un régulateur de tension (208) et un régulateur de courant (210) interconnectés entre eux, la paire étant activée lorsque le module de contrôle local est activé en mode maître, et désactivée lorsque le module de contrôle local est activé en mode esclave.
8. 8. Circuit de conversion statique d’énergie électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel Le module de supervision (162 ; 410) comporte une paire d’un régulateur de tension (208) et d’un régulateur de courant (210) interconnectés entre eux, et un port d’entrée ayant une ou plusieurs bornes d’entrée pour recevoir Le signal sinusoïdal vsynchro de synchronisation en phase avec la tension du réseau auquel est raccordé le circuit de conversion statique, le courant mesuré imes représentatif du courant iun traversant le circuit, La tension Vci envoyée par le module de contrôle local en mode maître et mesurée aux bornes du condensateur d’entrée Ci du bloc de conversion élémentaire associée audit module maître ; Le courant de référence externe lref représentatif de la composante continue Idc d’un convertisseur modulaire multi-niveaux MMC ou la composante alternative réactive Wéacti/d’un compensateur de puissance de puissance réactive de type STATCOM dont le circuit est une branche ; et une borne de sortie pour fournir le signal modulant vm au modulant commun de référence, au module de contrôle local mis en mode maître et au Na-1 modules restant mis en mode esclave ; et chaque module de contrôle local comporte une borne d’entrée pour recevoir le signal modulé vm déterminé par le module de supervision (162 ; 410).
9. 9. Circuit de conversion statique d’énergie électrique selon la revendication 8, dans lequel Chaque module de contrôle local actif (52, 54, 56, 58, 60) est dépourvu de la paire formée par un régulateur de tension et un régulateur de courant interconnectés entre eux, ou comporte une paire d’un régulateur de tension et d’un régulateur de courant désactivés, et Le module de contrôle local actif, configuré et activé en mode maître, est dépourvu d’une unité d’égalisation locale des capacités d’entrée ou comporte une unité d’égalisation locale des capacités désactivée.
10. 10. Circuit de conversion statique d’énergie électrique à architecture cascadée selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel L’unité locale de génération de la porteuse triangulaire (204) d’un module local de contrôle quelconque de rang i est configuré pour contrôler le positionnement de sa phase d’entrelacement au sein de la totalité des porteuses triangulaires entrelacées en fonction seulement des signaux de porteuses triangulaires des deux modules de rang respectif i-1, i+1 adjacents au module quelconque au travers des deux liaisons de communication correspondante, i étant compris entre 1 et Na, avec i-1 égal à Na lorsque i est égal à 1, et i+1 égal à 1 lorsque i est égal à Na, L’une des porteuses parmi les Na pouvant être de phase fixe non modifiable, et imposée de façon externe.
11. 11. Circuit de conversion statique d’énergie électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel chaque module de contrôle local actif (202 ; 304, 404) d’un rang quelconque i, les modules de contrôle actifs adjacents à ce module de rang i-1, i+1, et les liaisons de communication actives correspondantes Li_u , Lii+1 sont configurés pour échanger des informations pertinentes concernant le module de contrôle de rang quelconque i prises parmi la tension Vci aux bornes de la capacité d’entrée du bloc de conversion associé au module de contrôle de rang i, les tensions Va^ , Vci+1 aux bornes des condensateurs d’entrée des blocs de conversion associés aux module de contrôle actifs adjacents de rang i-1, i+1, les signaux de porteuse triangulaire Vn , f'n-i , VTi+1 du module actif de contrôle d’un rang quelconque i et des modules de contrôle local actifs adjacents à ce module de rang i-1, i+1, i étant compris entre 1 et Na, avec i-1 égal à Na lorsque i est égal à 1, et i+1 égal à 1 lorsque i est égal à Na.
12. 12. Circuit de conversion statique d’énergie électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel Chaque module de contrôle local actif (202 ; 304, 404) de rang i comprend un premier port de connexion et un deuxième port de connexion configurés pour être raccordés en externe à une première liaison de communication Li-u et à une deuxième liaison de communication Ljj+i suivant un même interface générique, et en interne aux diverses unités locales dudit module actif (202 ; 304, 404) de rang i , et Chaque module de contrôle local actif (202 ; 304, 404) de rang i comprend une unité de déconnexion/connexion des premier et deuxième ports de connexion des/aux unités locales et en parallèle de connexion/déconnexion des premier et deuxième ports entre eux, la commutation entre un premier état dans lequel les premier et deuxième ports sont connectés seulement aux unités locales du module de rang i, et un deuxième état dans lequel les premier et deuxième ports sont déconnectés des unités locales du module de rang i et connectés directement entre eux, étant mise en œuvre par un signal de commande externe au module ou par un signal interne élaboré au sein du module.
13. 13. Circuit de conversion statique d’énergie électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel Chaque module de contrôle local actif (202 ; 304, 404) comporte une unité locale de génération de la porteuse triangulaire (204), une unité d’égalisation locale (206) des tensions des capacités d’entrée, un régulateur de tension (208), un régulateur de courant (210), l’unité locale de génération de la porteuse (204), l’unité d’égalisation locale (206) des tensions des capacités d’entrée, le régulateur de tension (208), le régulateur de courant (210) étant débrayable séparément et l’ensemble formé par l’unité d’égalisation locale (206) des tensions des capacités d’entrée, le régulateur de tension (208), le régulateur de courant (210), une unité locale de génération de la porteuse triangulaire (204) étant débrayable solidairement.
14. 14. Circuit de conversion statique d’énergie électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel chaque module de contrôle local actif et son bloc de conversion élémentaire actif associé comprend Un premier dispositif de support d’une première fonction (462) de détection de panne et de mise en court circuit du bloc de conversion élémentaire lorsqu’une panne dudit bloc est détectée, Le dispositif de support de la première fonction (462) comportant au moins un capteur permettant de déterminer l’état de fonctionnement du bloc de conversion élémentaire actif, et un moyen de mise en court circuit du bloc de conversion élémentaire lorsqu’une panne dudit bloc est détectée ; Le dispositif de support de la première fonction étant également configuré pour, lorsqu’une panne est détectée, mettre en court-circuit le bloc de conversion élémentaire défectueux, .- mettre le module de contrôle local dans un état inactif indépendamment de l’état du bit du signal d’activation « Enable » du module de contrôle; et .- Etablir une communication directe entre les modules de contrôle actifs voisins ; et .- Envoyer un signal de « défaut » ou de statut de défectuosité au module de supervision.
15. 15. Circuit de conversion statique d’énergie électrique selon la revendication 14, dans lequel chaque module de contrôle local et son bloc de conversion élémentaire associé comprend Un dispositif de support (482) d’une deuxième fonction supplémentaire de gestion de la fonction maître, configuré pour lorsqu’un évènement de défaillance intervient en étant détecté par le premier dispositif (462) et que le module de contrôle actif concerné de rang i est en mode maître, envoyer au module de contrôle actif suivant de rang i+1 un signal binaire de commande, désigné par « M, », initialement mis dans un premier état prédéterminé, et mis dans un deuxième état complémentaire au premier état par une unité électronique (484) ; l’envoi du signal Mi étant effectué au travers d’une borne de sortie supplémentaire 486 et le deuxième état du signal Mi commandant au module de contrôle suivant i+1 de devenir le maître à son tour alors que le module et son bloc de conversion élémentaire défectueux de rang i se retire de la chaîne des modules et du circuit.
16. 16. Circuit de conversion statique d’énergie électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel Chaque bloc de conversion élémentaire est un pont en H de deux cellules de commutation, et chaque module de contrôle local actif comporte un premier bloc (204) et un deuxième bloc (564) de génération de porteuses cascadés, le deuxième bloc (564) réalisant une inversion d’un signal triangulaire initial (536) par rapport à sa valeur moyenne.
17. 17. Circuit de conversion statique d’énergie électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 16, dans lequel les blocs de conversion statique élémentaires actifs (12, 14, 16, 18, 20) sont compris dans l’ensemble formé par les blocs unidirectionnels en tension et bidirectionnels en courant (132), les blocs bidirectionnels en tension et unidirectionnels en courant (138), et les blocs bidirectionnels en tensions et bidirectionnels en courant (140), et les blocs de conversion statique élémentaires actifs (12, 14, 16, 18, 20) comprennent un ou plusieurs bras, et le ou les bras comportent une unique cellule de commutation ou sont multicellulaire.
18. 18. Circuit de conversion statique d’énergie électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 17, comprenant en outre Un nombre entier Nd, supérieur ou égal à 0, de blocs de conversion statique élémentaires dormants, et un même nombre Nd de modules de contrôle local dormants associés chacun à un unique et différent bloc de conversion statique élémentaire dormant, Les Nd blocs de conversion statique élémentaires dormants et les Nd modules de contrôle local dormants étant configurés et insérés respectivement dans la branche des Na blocs de conversion statique élémentaires actifs et dans la chaîne de communication des Na modules de contrôle local actifs de sorte à former, indépendamment de la valeur d’un entier Nv variant entre 0 et Nd, lorsque Nv blocs de conversion statique élémentaires dormants et Nv modules de contrôle local dormant associés sont activés, une branche de Na+Nv blocs de conversion statique élémentaires actifs et une chaîne fermée de communication de Na+Nv modules de contrôle local actifs.
19. 19. Système de conversion statique d’énergie électrique comprenant au moins un circuit de conversion statique d’énergie électrique défini selon l’une quelconque des revendications 1 à 18, Le système de conversion statique d’énergie électrique étant compris dans l’ensemble formé par les convertisseurs modulaires multi-niveaux MMC et les compensateurs de puissance de puissance réactive de type STATCOM.