FR3096846A1 - Dispositif de connexion pour réseaux HVDC - Google Patents

Dispositif de connexion pour réseaux HVDC Download PDF

Info

Publication number
FR3096846A1
FR3096846A1 FR1905552A FR1905552A FR3096846A1 FR 3096846 A1 FR3096846 A1 FR 3096846A1 FR 1905552 A FR1905552 A FR 1905552A FR 1905552 A FR1905552 A FR 1905552A FR 3096846 A1 FR3096846 A1 FR 3096846A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
arm
sub
module
connection device
point
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR1905552A
Other languages
English (en)
Other versions
FR3096846B1 (fr
Inventor
Ahmed Zama
Kosei SHINODA
Abdelkrim Benchaib
Sébastien Silvant
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SuperGrid Institute SAS
Original Assignee
SuperGrid Institute SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SuperGrid Institute SAS filed Critical SuperGrid Institute SAS
Priority to FR1905552A priority Critical patent/FR3096846B1/fr
Publication of FR3096846A1 publication Critical patent/FR3096846A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR3096846B1 publication Critical patent/FR3096846B1/fr
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4833—Capacitor voltage balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Filters And Equalizers (AREA)

Abstract

Dispositif de connexion pour réseaux HVDC Dispositif de connexion (12) comprenant au moins un premier bras (40) comprenant un premier demi-bras supérieur (42) et un premier demi-bras inférieur (44), au moins un deuxième bras (52) comprenant un deuxième demi-bras supérieur (54) et un deuxième demi-bras inférieur (56),chaque demi-bras comprenant une pluralité de sous-modules commandables, le dispositif de connexion comprenant en outre au moins une première liaison supérieure (64), une première liaison intermédiaire (68) et une première liaison inférieure (72), au moins l’une des premières liaisons supérieure et inférieure étant munie d’un module de filtrage comprenant au moins un condensateur et une inductance. Figure pour l’abrégé : Fig. 2.

Description

Dispositif de connexion pour réseaux HVDC
La présente invention concerne le domaine technique des réseaux d’alimentation électrique en courant continu haute tension (HVCD pour «High Voltage Direct Current» en langue anglaise) et plus particulièrement un dispositif de connexion permettant de connecter entre eux un premier réseau d’alimentation électrique HVDC et un second réseau d’alimentation électrique HVDC.
Les réseaux d’alimentation électrique HVDC comprennent généralement une partie continue permettant le transport d’électricité sur de longues distances au moyen de lignes à courant continu de plusieurs centaines de kilomètres. Ils sont particulièrement utiles pour le transport électrique depuis ou jusqu’à des parcs éoliens offshore. Par haute tension, on entend que la tension de la partie continue de ces réseaux est supérieure à 1 kilo-volt.
Les réseaux d’alimentation électrique HVDC peuvent présenter des caractéristiques très différentes en fonction des fabricants. Ils peuvent notamment présenter différentes topologies telles que les topologies monopôle symétrique, monopôle asymétrique ou bi-pôles. En outre, lesdits réseaux d’alimentation électrique HVDC peuvent présenter des tensions nominales très différentes. Il est donc nécessaire de développer des dispositifs de connexion afin de pouvoir connecter ces réseaux entre eux.
Il est connu des dispositifs de connexion comprenant deux convertisseurs modulaires multi-niveaux disposés en regard l’un de l’autre. Ces dispositifs de connexion sont également nommés «front to front MMC» en langue anglaise. Un inconvénient de ce type de dispositifs est qu’il ne permet pas de connecter entre eux tous les types de réseaux d’alimentation électrique HVDC, quelle que soit leur topologie. Par exemple, ces dispositifs ne permettent pas de connecter entre eux des réseaux ayant une topologie de type monopôle symétrique ou encore de type bi-pôles.
Il est en outre nécessaire de leur associer un transformateur afin de permettre la connexion entre deux réseaux d’alimentation électrique HVDC ayant des topologies différentes. De tels transformateurs sont toutefois encombrants, coûteux et complexes à mettre en œuvre.
On connait également des dispositifs de connexion comprenant un convertisseur modulaire multi-niveaux présentant une configuration dite en double « Y » («Double Wye Modular Multilevel Converter» en langue anglaise). Ces dispositifs ne sont pas adaptés pour connecter entre-eux des réseaux d’alimentation électrique HVDC présentant une topologie de type monopôle symétrique. En outre, ils n’assurent pas une bonne isolation galvanique entre lesdits réseaux.
Par ailleurs, les dispositifs de connexion de l’art antérieur comprennent un nombre important de composants et de bras dans lesquels sont montés lesdits composants.
Un but de la présente invention est de proposer un dispositif de connexion remédiant aux problèmes précités.
Pour ce faire, l’invention porte sur un dispositif de connexion pour connecter entre eux un premier réseau d’alimentation électrique en courant continu haute tension (HVDC) et un second réseau d’alimentation électrique HVDC comprenant chacun une partie continue ayant au moins une première et une deuxième lignes conductrices, le dispositif de connexion comprenant :
- au moins un premier bras comprenant un premier demi-bras supérieur s’étendant entre un premier point supérieur et un premier point intermédiaire, et un premier demi-bras inférieur s’étendant entre un premier point inférieur et ledit premier point intermédiaire, les premiers points supérieur et inférieur étant configurés pour être connectés respectivement aux première et deuxième lignes conductrices de la partie continue du premier réseau d’alimentation électrique HVDC ;
- au moins un deuxième bras comprenant un deuxième demi-bras supérieur s’étendant entre un deuxième point supérieur et un deuxième point intermédiaire, et un deuxième demi-bras inférieur s’étendant entre un deuxième point inférieur et ledit deuxième point intermédiaire, les deuxièmes points supérieur et inférieur étant configurés pour être connectés respectivement aux première et deuxième lignes conductrices de la partie continue du second réseau d’alimentation électrique HVDC,
chaque demi-bras comprenant une pluralité de sous-modules commandables individuellement par un organe de commande propre à chaque sous-module et chaque sous-module comprenant un condensateur connectable en série dans le demi-bras lorsque l’organe de commande du sous-module est dans un état commandé, le dispositif de connexion comprenant en outre au moins :
- une première liaison supérieure reliant électriquement les premier et deuxième points supérieurs ;
- une première liaison intermédiaire reliant électriquement les premier et deuxième points intermédiaires; et
- une première liaison inférieure reliant électriquement les premier et deuxième points inférieurs,
au moins l’une des premières liaisons supérieure et inférieure étant munie d’un module de filtrage comprenant au moins un condensateur et au moins une inductance.
Le dispositif de connexion selon l’invention permet de connecter entre eux deux réseaux d’alimentation électrique HVDC, indépendamment de leurs topologies. En outre, les premier et second réseaux d’alimentation électrique HVDC peuvent avoir des topologies similaires ou différentes. Plus précisément, le dispositif de connexion est configuré pour relier électriquement les parties continues des premier et second réseaux d’alimentation électrique HVDC.
Le dispositif de connexion selon l’invention permet notamment de connecter entre eux indifféremment des premier et second réseaux d’alimentation électrique HVDC présentant une topologie de type monopôle symétrique, monopôle asymétrique, monopôle avec retour à la terre, monopôle avec retour métallique ou encore bi-pôles.
De plus, les premières liaisons supérieure et inférieure permettent avantageusement de compenser une différence de potentiel respectivement entre les premier et deuxième points supérieurs et entre les premier et deuxième points inférieurs.
Le dispositif selon l’invention permet donc de compenser une différence de potentiel entre les points de connexion des premier et second réseaux d’alimentation électrique HVDC, afin de les connecter.
Il n’est donc pas nécessaire d’utiliser un transformateur supplémentaire, ce qui réduit les coûts de fabrication et l’encombrement du dispositif et en facilite la réalisation et la mise en œuvre.
Les premier et second réseaux d’alimentation électrique HVDC comprennent de préférence chacun un premier terminal et un second terminal, formés respectivement d’un convertisseur de tension alternative en tension continue et d’un convertisseur de tension continue en tension alternative. Lesdits premier et second terminaux sont connectés entre eux par la partie continue et donc par lesdites première et deuxième lignes conductrices du réseau d’alimentation électrique HVDC correspondant.
De manière non-limitative, la deuxième ligne conductrice de la partie continue des premier et second réseaux d’alimentation électrique HVDC peut être une ligne de masse ayant un potentiel nul, par exemple lorsque ledit réseau d’alimentation électrique HVDC est de type monopôle avec retour à la terre. En variante, la deuxième ligne conductrice de la partie continue des premier et second réseaux d’alimentation électrique HVDC peut être une ligne ayant un potentiel non nul, positif ou négatif, par exemple lorsque ledit réseau d’alimentation électrique HVDC est de type monopôle symétrique.
Par ailleurs, le dispositif de connexion selon l’invention permet de connecter entre eux deux réseaux d’alimentation électrique HVDC ayant des tensions nominales différentes, considérées entre leurs première et deuxième lignes conductrices respectives.
Le dispositif de connexion selon l’invention se comporte comme un convertisseur de tension continue en une autre tension continue. Il comprend une première section continue configurée pour être reliée électriquement au premier réseau d’alimentation électrique HVDC et une seconde section continue configurée pour être reliée électriquement au second réseau d’alimentation électrique HVDC.
Les sous-modules des demi-bras du dispositif de connexion sont similaires aux sous-modules traditionnellement utilisés dans les convertisseurs modulaires multi-niveaux.
Chacun des demi-bras comprend avantageusement une inductance placée en série avec les sous-modules dudit demi-bras.
L’ensemble des sous-modules connectés dans chacun des demi-bras peut être modélisé par une source de tension modulée connectée dans ledit demi-bras. Ladite source de tension modulée est associée à un rapport cyclique, appelé indice de modulation, dépendant du nombre de condensateurs mis en série dans le demi-bras correspondant. En outre, chaque source de tension modulée peut être associée en parallèle à un condensateur modélisé correspondant à une capacité totale du demi-bras. Ladite source de tension modulée présente à ses bornes une tension insérée dans le demi-bras notée vm.
Avantageusement, la tension insérée dans le premier demi-bras supérieur est notée vu m1et la tension insérée dans le premier demi-bras inférieur est notée vl m1. La tension insérée dans le deuxième demi-bras supérieur est notée vu m2et la tension insérée dans le deuxième demi-bras inférieur est notée vl m2.
Les sous-modules du premier bras permettent de générer une première tension continue modulée notée vdc m1dans le premier bras, vérifiant l’équation :
En outre, l’équation suivante est vérifiée :
vL1est la somme des tensions aux bornes des inductances du premier bras et vdc 1est la tension nominale du premier réseau d’alimentation électrique HVDC.
De plus, les sous-modules du deuxième bras permettent de générer une deuxième tension continue modulée notée vdc m2dans le deuxième bras, vérifiant l’équation :
En outre, l’équation suivante est vérifiée :
vL2est la somme des tensions aux bornes des inductances du deuxième bras et vdc 2est la tension nominale du second réseau d’alimentation électrique HVDC.
Ces première et deuxième tensions continues modulées sont synthétisées afin de permettre le contrôle du dispositif de connexion mais n’apparaissent pas physiquement. Elles peuvent être contrôlées indépendamment en régulant les tensions insérées dans chacun des demi-bras.
La génération de la première tension continue modulée a pour conséquence de générer un premier courant continu circulant dans le premier bras et dans la partie continue du premier réseau d’alimentation électrique HVDC. Ce premier courant continu est généré grâce à la tension résultant de la différence entre la tension nominale du premier réseau d’alimentation électrique HVDC et la première tension continue modulée. Cette tension correspond à la tension aux bornes des inductances du premier bras.
La circulation de ce premier courant continu permet un échange de puissance entre le premier réseau d’alimentation électrique HVDC et le dispositif de connexion selon l’invention. La génération de la deuxième tension continue modulée a pour conséquence de générer un deuxième courant continu circulant dans le deuxième bras et dans la partie continue du second réseau d’alimentation électrique HVDC. La circulation de ce deuxième courant continu permet un échange de puissance entre le second réseau d’alimentation électrique HVDC et le dispositif de connexion selon l’invention.
Par ailleurs, les sous-modules du premier bras permettent de générer une première tension alternative équivalente interne notée vac m1, vérifiant les équations :
Les tensions insérées dans le premier demi-bras supérieur et dans le premier demi-bras inférieur sont de préférence régulées de manière à vérifier les équations suivantes :
De même, les sous-modules du deuxième bras permettent de générer une deuxième tension alternative équivalente interne notée vac m2, vérifiant les équations :
Les tensions insérées dans le deuxième demi-bras supérieur et dans le deuxième demi-bras inférieur sont de préférence régulées de manière à vérifier les équations suivantes :
Les première et deuxième tensions alternatives équivalentes internes n’apparaissent pas physiquement mais traduisent la tension perçue respectivement depuis les premier et deuxième points intermédiaires. Aussi, la tension vue aux premier et deuxième points intermédiaires est alternative et sinusoïdale. Ceci entraine la génération d’un courant alternatif circulant dans chacun des demi-bras.
Les sous-modules des premier et deuxième bras sont donc configurés pour générer un courant alternatif circulant dans la première liaison intermédiaire et dans les premières liaisons supérieure et inférieure.
La circulation de ce courant alternatif permet un échange d’énergie entre le premier bras et le deuxième bras du dispositif de connexion.
En particulier, en raison du courant continu circulant dans le premier bras, l’énergie dans le premier bras risque d’augmenter, respectivement de diminuer. Les échanges d’énergie entre le premier bras et le deuxième bras permettent de consommer le surplus d’énergie, respectivement de compenser le déficit d’énergie, dans le premier bras et réduisent ainsi le risque d’augmentation, respectivement de diminution, de l’énergie dans le premier bras.
La présence de sous-modules commandables dans chacun des demi-bras permet de contrôler facilement et rapidement la tension aux bornes des premier et deuxième bras, le potentiel aux premier et deuxième points intermédiaires ainsi que l’énergie dans les premier et deuxième bras.
Le dispositif de connexion selon l’invention permet de connecter deux réseaux d’alimentation électriques HVDC en utilisant un nombre réduit de composants et de sous-modules.
De manière non limitative, seule la première liaison supérieure peut être munie d’un module de filtrage, qui forme alors un module de filtrage supérieur. En variante, seule la première liaison inférieure peut être munie d’un module de filtrage, qui forme alors un module de filtrage inférieur. Selon une autre variante non limitative, les première liaisons supérieure et inférieure peuvent chacune être munies d’un module de filtrage.
Le condensateur du module de filtrage permet d’empêcher efficacement la circulation d’un courant continu dans la première liaison supérieure, respectivement dans la première liaison inférieure, tout en conduisant un courant alternatif. Il est en outre peu coûteux et peut être facilement réalisé et implanté. Le module de filtrage est de préférence configuré pour filtrer ledit courant continu à la fréquence de fonctionnement du dispositif de connexion. Cette fréquence est un paramètre de conception du dispositif de connexion. Les éléments du dispositif de connexion, et en particulier le module de filtrage et les sous-modules sont dimensionnés en fonction de cette fréquence de fonctionnement, notamment de manière à réduire les pertes par commutation. Le module de filtrage forme un filtre LC.
Le module de filtrage présente avantageusement une impédance nulle à la fréquence de fonctionnement du dispositif de connexion.
En d’autres mots, le module de filtrage est configuré pour se comporter comme un isolant pour la composante continue d’un courant électrique le traversant. Il filtre le courant continu. Un intérêt est d’empêcher la circulation d’un courant continu dans la première liaison supérieure, respectivement dans la première liaison inférieure, entre les premier et deuxième bras.
Ceci permet d’isoler efficacement le second réseau d’alimentation électrique HVDC du premier réseau d’alimentation électrique HVDC, réduisant ainsi les risques d’endommagement du dispositif de connexion selon l’invention par un courant continu circulant dans la première liaison supérieure, respectivement dans la première liaison inférieure.
En outre, contrairement aux dispositifs de l’art antérieur, le dispositif de connexion selon l’invention empêche la circulation d’un courant alternatif dans les premier et second réseaux d’alimentation électrique HVDC quand bien même une de leurs lignes conductrices serait reliée à la terre. Ceci permet de connecter tous types de réseaux d’alimentation électrique HVDC entre eux.
Un intérêt est donc d’isoler les premier et second réseaux d’alimentation électrique HVDC l’un par rapport à l’autre, tout en permettant la circulation d’un courant alternatif dans la boucle supérieure formée par les premier et deuxième demi-bras supérieurs, la première liaison supérieure et la première liaison intermédiaire. Cela permet également la circulation d’un courant alternatif dans la boucle inférieure formée par les premier et deuxième demi-bras inférieurs, la première liaison inférieure et la première liaison intermédiaire. Ceci permet donc les échanges d’énergie entre le premier bras et le deuxième bras.
Le module de filtrage comprenant un condensateur, la tension aux bornes dudit module de filtrage risque d’osciller, notamment à la fréquence de fonctionnement du dispositif de connexion, ce qui risque d’endommager le dispositif de connexion ainsi que les réseaux d’alimentation électrique connectés au dispositif de connexion.
L’inductance du module de filtrage connectée dans la première liaison supérieure, respectivement dans la première liaison inférieure, permet de réduire, de préférence supprimer les oscillations de la tension aux bornes du module de filtrage supérieur, respectivement du module de filtrage inférieur, à la fréquence de fonctionnement du dispositif de connexion.
Ceci permet de limiter les interactions indésirables entre les premier et second réseaux d’alimentation électrique HVDC et les risques d’endommagement de ces réseaux et du dispositif de connexion.
Le module de filtrage, et notamment le condensateur et l’inductance de ce module de filtrage sont de préférence dimensionnés de sorte que l’impédance dudit module de filtrage est faible et de préférence sensiblement nulle à la fréquence de fonctionnement du dispositif de connexion.
Lorsque la première liaison supérieure est munie d’un module de filtrage, ledit module de filtrage est de préférence dimensionné de sorte que la tension entre les premier et deuxième points supérieurs est égale à la différence entre le potentiel de la première ligne conductrice du second réseau d’alimentation électrique HVDC et le potentiel de la première ligne conductrice du premier réseau d’alimentation électrique HVDC.
Le module de filtrage permet de créer un chemin de courant de manière à éviter la circulation d’un courant alternatif dans les premier et second réseaux d’alimentation électrique HVDC.
L’inductance et le condensateur sont de préférence connectés en série, de sorte que le module de filtrage forme un filtre, de préférence un filtre LC. L’inductance et le condensateur sont avantageusement dimensionnés de sorte que le module de filtrage présente une impédance nulle à la fréquence de fonctionnement du dispositif de connexion.
De manière non limitative, le module de filtrage peut comprendre une unique inductance et un unique condensateur. En variante, le module de filtrage peut comprendre une pluralité de condensateurs et une pluralité d’inductances.
De manière non limitative, le module de filtrage peut comprendre d’autres composants passifs, par exemple une résistance. L’utilisation de composants passifs permet de réduire les pertes de puissance par rapport à des composants actifs.
De préférence, ledit module de filtrage comprend au moins un composant actif.
On entend par composant actif un composant commandable apte à générer une tension ou un courant contrôlé. De manière non limitative, il peut s’agir d’un semi-conducteur, tel un transistor ou encore d’un sous-module comprenant au moins un semi-conducteur.
Avantageusement, le module de filtrage supérieur, respectivement le module de filtrage inférieur, comprend un disjoncteur.
De manière avantageuse, le module de filtrage est muni d’au moins un sous-module commandable par un organe de commande propre audit sous-module, le sous-module comprenant un condensateur connectable en série dans la première liaison supérieure, respectivement dans la première liaison inférieure, lorsque l’organe de commande du sous-module est dans un état commandé.
Un intérêt est de fournir un degré de liberté supplémentaire réglable afin de permettre un contrôle de la tension entre les premier et deuxième points supérieurs, respectivement entre les premier et deuxième points inférieurs. Ceci permet d’empêcher plus efficacement le passage du courant continu dans la première liaison supérieure, respectivement dans la première liaison inférieure, afin de mieux le filtrer. En outre, en cas de perturbation sur un des premier ou second réseaux d’alimentation électrique HVDC, ledit sous-module permet d’empêcher la propagation de ladite perturbation sur la première liaison supérieure, respectivement sur la première liaison inférieure, et donc vers l’autre réseau d’alimentation électrique HVDC.
On comprend que le module de filtrage permet alors de stocker de l’énergie dans les condensateurs de ses sous-modules.
Dans ce mode de réalisation non limitatif, le module de filtrage peut être modélisé par une source de tension modulée associée à un rapport cyclique, appelé indice de modulation, dépendant du nombre de condensateurs connectés dans la première liaison supérieure, respectivement inférieure. Ladite source de tension modulée est commandable et contrôlable.
Préférentiellement, la première liaison supérieure est munie d’un module de filtrage supérieur comprenant au moins un condensateur et une inductance, et la première liaison inférieure est munie d’un module de filtrage inférieur comprenant au moins un condensateur et une inductance.
Un intérêt est d’isoler d’autant plus efficacement le second réseau d’alimentation électrique HVDC du premier réseau d’alimentation électrique HVDC, en empêchant la circulation d’un courant continu dans la première liaison supérieure et dans la première liaison inférieure. En outre, les inductances du module de filtrage supérieur et du module de filtrage inférieur permettent de réduire, de préférence d’annuler, les oscillations de la tension aux bornes desdits modules de filtrage supérieur et inférieur.
Selon un aspect particulièrement avantageux, la première liaison intermédiaire est munie d’un module de filtrage intermédiaire comprenant au moins un condensateur.
Là-encore, un intérêt est d’améliorer l’isolation entre les premier et second réseaux d’alimentation électrique HVDC tout en permettant la circulation d’un courant alternatif à la fréquence de fonctionnement du dispositif de connexion, dans la boucle formée par les premier et deuxième demi-bras inférieurs, la première liaison inférieure et la première liaison intermédiaire, ainsi que dans la boucle formée par les premier et deuxième demi-bras supérieurs, la première liaison supérieure et la première liaison intermédiaire. Ceci favorise également les échanges d’énergie entre le premier bras et le deuxième bras.
De préférence, le module de filtrage intermédiaire comprend au moins une inductance.
Un intérêt est là-encore de réduire, de préférence supprimer, les oscillations de la tension aux bornes du module de filtrage intermédiaire afin de limiter davantage les interactions indésirables entre les premier et second réseaux d’alimentation HVDC et les risques d’endommagement de ces réseaux et du dispositif de connexion.
L’inductance et le condensateur du module de filtrage intermédiaire sont de préférence connectés en série dans la première liaison intermédiaire, de sorte que le module de filtrage intermédiaire forme un filtre LC.
Avantageusement, le module de filtrage intermédiaire comprend au moins un composant actif.
De manière non limitative, le module de filtrage intermédiaire peut comprendre des composants passifs et actifs associés.
De manière avantageuse, le module de filtrage intermédiaire comprend un disjoncteur. Ce disjoncteur permet d’isoler mécaniquement les premier et second réseaux d’alimentation électriques HVDC en cas de perturbation susceptible d’endommager le dispositif de connexion selon l’invention ou l’un desdits réseaux d’alimentation électrique HVDC.
Le disjoncteur peut être un disjoncteur à courant alternatif ou un disjoncteur à courant continu.
Préférentiellement, le module de filtrage intermédiaire comprend au moins un sous-module commandable par un organe de commande propre audit sous-module, le sous-module comprenant un condensateur connectable en série dans la première liaison intermédiaire lorsque l’organe de commande du sous-module est dans un état commandé.
Un intérêt est de fournir un degré de liberté supplémentaire permettant de contrôler la tension entre les premier et deuxième points intermédiaires. Ceci permet notamment d’ajuster ces grandeurs en fonctions des perturbations susceptibles d’apparaitre sur les premier et second réseaux d’alimentation électrique HVDC.
Selon une variante non limitative, le premier point intermédiaire peut être relié directement au deuxième point intermédiaire. Dans cette variante, la première liaison électrique ne comprend pas de composant, ni de module de filtrage intermédiaire.
Selon un aspect particulièrement avantageux de l’invention, le dispositif de connexion comprend un module de contrôle configuré pour réguler la tension continue entre les premiers points supérieur et inférieur du dispositif de connexion et entre les deuxièmes points supérieur et inférieur, le module de contrôle étant en outre configuré pour réguler l’énergie stockée dans les condensateurs des sous-modules des premier et deuxième bras, en commandant les organes de commande des sous-modules desdits premier et second bras.
On comprend que la tension continue entre les premiers points supérieur et inférieur correspond à la première tension continue modulée et que la tension continue entre les deuxièmes points supérieur et inférieur correspond à la deuxième tension continue modulée .
Le module de contrôle permet de commander les sous-modules du premier bras de manière à réguler la tension insérée dans le premier demi-bras supérieur et la tension insérée dans le premier demi-bras inférieur De cette manière, le module de contrôle permet de réguler ladite tension continue, dite première tension continue modulée , entre les premiers points supérieur et inférieur.
De même, le module de contrôle permet de commander les sous-modules du deuxième bras de manière à réguler la tension insérée dans le deuxième demi-bras supérieur et la tension insérée dans le deuxième demi-bras inférieur De cette manière, le module de contrôle permet de réguler ladite tension continue, dite deuxième tension continue modulée , entre les deuxièmes points supérieur et inférieur.
La tension continue entre les premiers points supérieur et inférieur est de préférence régulée de manière à être égale à la tension nominale du premier réseau d’alimentation électrique HVDC.
La tension continue entre les deuxièmes points supérieur et inférieur est de préférence régulée de manière à être égale à la tension nominale du second réseau d’alimentation électrique HVDC
En conséquence, le module de contrôle permet de réguler le premier courant continu circulant dans le premier bras et le deuxième courant continu circulant dans le deuxième bras.
De préférence, le module de contrôle est configuré pour réguler la tension aux bornes de chaque condensateur de chaque bras, de manière à générer un courant alternatif circulant entre le premier point intermédiaire et le deuxième point intermédiaire à la fréquence de fonctionnement du dispositif de connexion.
Le module de contrôle permet de réguler le courant alternatif circulant dans les premières liaisons supérieure, inférieure et intermédiaire et donc les échanges d’énergie entre le premier bras et le deuxième bras.
Selon une variante avantageuse de l’invention, le dispositif de connexion comprend au moins un troisième bras comprenant un troisième demi-bras supérieur s’étendant entre le premier point supérieur et un troisième point intermédiaire, et un troisième demi-bras inférieur s’étendant entre le premier point inférieur et ledit troisième point intermédiaire, le deuxième demi-bras inférieur étant connecté entre le deuxième point intermédiaire et un quatrième point intermédiaire, le deuxième bras comprenant un deuxième demi-bras supplémentaire supérieur s’étendant entre ledit quatrième point intermédiaire et un cinquième point intermédiaire et un deuxième demi-bras supplémentaire inférieur s’étendant entre ledit cinquième point intermédiaire et ledit deuxième point inférieur, les troisièmes demi-bras supérieur et inférieur et les deuxièmes demi-bras supplémentaires supérieur et inférieur comprenant chacun une pluralité de sous-modules commandables individuellement par un organe de commande propre à chaque sous-module et chaque sous-module comprenant un condensateur connectable en série dans le demi-bras lorsque l’organe de commande du sous-module est dans un état commandé, le dispositif de connexion comprenant en outre :
- une deuxième liaison intermédiaire reliant électriquement le premier point supérieur et le quatrième point intermédiaire ;
- une troisième liaison intermédiaire reliant électriquement le premier point inférieur et le quatrième point intermédiaire ; et
- une quatrième liaison intermédiaire reliant électriquement les troisième et cinquième points intermédiaires.
L’invention porte également sur un procédé de contrôle d’un dispositif de connexion tel que décrit précédemment.
De préférence, le procédé comprend en outre les étapes de :
- régulation de la tension continue aux bornes du premier bras ou aux bornes du deuxième bras;
- régulation de l’énergie stockée dans les condensateurs des sous-modules de l’autre bras ;
- génération d’un courant alternatif circulant entre le premier point intermédiaire et le deuxième point intermédiaire;
- régulation d’une tension alternative générée par les sous-modules des demi-bras supérieur et inférieur du bras dans lequel l’énergie stockée dans les condensateurs des sous-modules a été régulée ; et
- régulation de l’énergie stockée dans les condensateurs des sous-modules du bras dont la tension continue aux bornes a été régulée précédemment.
Lorsque le module de filtrage est muni d’au moins un sous-module, le procédé comprend de préférence une étape de régulation de l’énergie stockée dans le condensateur dudit sous-module.
L’invention porte également sur une installation de transport de courant continu haute tension comprenant un premier réseau d’alimentation électrique HVDC, un second réseau d’alimentation électrique HVDC et un dispositif de connexion tel que décrit précédemment, ledit dispositif de connexion étant configuré pour connecter électriquement lesdits premier et second réseaux d’alimentation électrique HVDC entre eux.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
la figure 1 illustre une installation de transport de courant continu haute tension comprenant un dispositif de connexion selon l’invention;
la figure 2 illustre un premier mode de réalisation du dispositif de connexion, selon l’invention, de l’installation de la figure 1;
la figure 3 illustre un exemple de sous-module du dispositif de connexion de la figure 2 ;
la figure 4 illustre une représentation équivalente du dispositif de connexion de la figure 2 ;
la figure 5 illustre un second mode de réalisation d’un dispositif de connexion selon l’invention ; et
la figure 6 illustre un troisième mode de réalisation d’un dispositif de connexion selon l’invention.
L’invention porte sur un dispositif de connexion permettant de connecter entre eux un premier réseau d’alimentation électrique en courant continu haute tension (HVDC) et un second réseau d’alimentation électrique HVDC.
La figure1illustre une installation10de transport de courant continu haute tension comprenant un dispositif de connexion12selon l’invention permettant de connecter entre eux un premier réseau d’alimentation électrique HVDC14et un second réseau d’alimentation électrique HVDC16. Le premier réseau d’alimentation électrique HVDC14comprend de manière non limitative des premier18et deuxième20convertisseurs de tension modulaires multiniveaux. De même, le second réseau d’alimentation électrique HVDC16comprend des troisième22et quatrième2 4convertisseurs de tension modulaires multiniveaux. Lesdits convertisseurs permettent de convertir une tension alternative en une tension continue et inversement.
Le premier convertisseur18est connecté entre une première partie alternative26et une partie continue28du premier réseau d’alimentation électrique HVDC14. Le deuxième convertisseur20est connecté entre une deuxième partie alternative30et la partie continue28du premier réseau d’alimentation électrique HVDC14. Le troisième convertisseur22est connecté entre une première partie alternative32et une partie continue34du second réseau d’alimentation électrique HVDC16. Le quatrième convertisseur24est connecté entre une deuxième partie alternative36et la partie continue34du second réseau d’alimentation électrique HVDC16.
Le premier réseau d’alimentation électrique HVDC14présente une topologie de type monopôle symétrique, de sorte qu’il comprend une première ligne conductrice28 aayant un potentiel positif et reliant électriquement les premier18et deuxième20convertisseurs. Le premier réseau d’alimentation électrique HVDC14comprend en outre une seconde ligne conductrice28 bayant un potentiel négatif et reliant également les premier18et deuxième20convertisseurs. Ladite partie continue28du premier réseau d’alimentation électrique HVDC14présente une première tension continue nominale vdc 1entre sa première ligne conductrice28 aet sa seconde ligne conductrice28 b.
Le second réseau d’alimentation électrique HVDC16présente une topologie de type monopôle asymétrique avec retour à la terre. Il comprend une première ligne conductrice34aayant un potentiel positif et reliant électriquement les troisième et quatrième convertisseurs22,24. Il comprend de plus une ligne de terre formant une seconde ligne conductrice34bayant un potentiel sensiblement nul et reliant électriquement les troisième et quatrième convertisseurs22,24. Ladite partie continue34du second réseau d’alimentation électrique HVDC16présente une seconde tension continue nominale vdc 2entre sa première ligne conductrice34aet sa seconde ligne conductrice34b.
Comme on le constate sur la figure1, le dispositif de connexion12comprend une première section continue12 areliée électriquement au premier réseau d’alimentation électrique HVDC14et plus précisément aux première et seconde lignes conductrices28 a,28 b. Il comprend par ailleurs une seconde section continue12 breliée électriquement au second réseau d’alimentation électrique HVDC16 et plus précisément aux première et seconde lignes conductrices34a,34b.
La figure2illustre un premier mode de réalisation du dispositif de connexion12, selon l’invention, de l’installation10de la figure1. Dans cet exemple non limitatif, le dispositif de connexion12comprend un premier bras40comportant un premier demi-bras supérieur42et un premier demi-bras inférieur44. Le premier demi-bras supérieur42est connecté entre un premier point supérieur46et un premier point intermédiaire48. Le premier demi-bras inférieur44est connecté entre ledit premier point intermédiaire48et un premier point inférieur50. Aussi, le premier bras40est connecté entre ledit premier point supérieur46et ledit premier point inférieur50.
De plus, le dispositif de connexion12comprend un deuxième bras52comportant un deuxième demi-bras supérieur54et un deuxième demi-bras inférieur56. Le deuxième demi-bras supérieur54est connecté entre un deuxième point supérieur58et un deuxième point intermédiaire60. Le deuxième demi-bras inférieur56est connecté entre ledit deuxième point intermédiaire60et un deuxième point inférieur62. Aussi, le deuxième bras52est connecté entre ledit deuxième point supérieur58et ledit deuxième point inférieur62.
Chacun des premiers et deuxièmes demi-bras supérieurs et inférieurs42,44,54,56comprend une pluralité de sous-modulesSMqui peuvent être commandés suivant une séquence souhaitée.
Comme illustré en figure3, chaque sous-moduleSMcomporte un élément de stockage d’énergie, en l’espèce un condensateurC SM , et un organe de commande pour connecter sélectivement cet élément de stockage en série entre les bornes du sous-module ou pour le contourner.
Dans ce sous-module, l’organe de commande comporte un premier élément de commutation électroniqueT1tel qu’un transistor bipolaire à grille isolée (« IGBT : Insulated Gate Bipolar Transistor » en langue anglaise) connecté en série avec le condensateurC SM . Ce premier élément de commutationT1et ce condensateurC SM sont montés en parallèle d’un deuxième élément de commutation électroniqueT2, également un transistor bipolaire à grille isolée (IGBT). Ce deuxième élément de commutation électroniqueT2est couplé entre les bornes d’entrée et de sortie du sous-module SM. Les premier et deuxième éléments de commutationT1etT2sont tous deux associés à une diode antiparallèle représentée sur la figure3.
En fonctionnement, le sous-moduleSMpeut être commandé dans deux états de commande.
Dans un premier état dit état « on » ou commandé, le premier élément de commutationT1et le deuxième élément de commutationT2sont configurés de manière à connecter l’élément de stockage d’énergie CSMen série avec les autres sous-modules. Dans un deuxième état dit état « off » ou non-commandé, le premier élément de commutationT1et le deuxième élément de commutationT2sont configurés de sorte à court-circuiter l’élément de stockage d’énergie CSM.
Les sous-modulesSMsont commandés selon une séquence choisie pour faire varier progressivement le nombre d’éléments de stockage d’énergie qui sont connectés en série dans chacun des demi-bras du dispositif de connexion, de façon à fournir plusieurs niveaux de tension.
De manière non limitative, chacun des premiers et deuxièmes demi-bras supérieurs et inférieurs comprend un composant passif, telle qu’une inductance, connectée en série avec les sous-modules.
Le dispositif de connexion12comprend de plus une première liaison supérieure64reliant électriquement le premier point supérieur46et le deuxième point supérieur58. De manière non limitative, ladite première liaison supérieure64est munie d’un module de filtrage, formant un module de filtrage supérieur66. Par ailleurs, le dispositif de connexion12comprend une première liaison intermédiaire68reliant le premier point intermédiaire48et le deuxième point intermédiaire60. De manière non limitative, ladite première liaison intermédiaire68est munie d’un module de filtrage formant un module de filtrage intermédiaire70. Le dispositif de connexion comprend de plus une première liaison inférieure72reliant électriquement le premier point inférieur50et le deuxième point inférieur62. De manière non limitative, ladite première liaison inférieure72est munie d’un module de filtrage formant un module de filtrage inférieur74.
Sans sortir du cadre de l’invention, le dispositif de connexion pourrait ne comprendre qu’un module de filtrage supérieur66ou un module de filtrage inférieur74.
Le premier point supérieur46est relié électriquement à la première ligne conductrice28 ade la partie continue28du premier réseau d’alimentation électrique HVDC14et le premier point inférieur50est relié à la seconde ligne conductrice28 bde ladite partie continue28. Aussi, le dispositif de connexion12est connecté à ladite partie continue28du premier réseau d’alimentation électrique HVDC14. En outre, le deuxième point supérieur58est relié électriquement à la première ligne conductrice34 ade la partie continue34du second réseau d’alimentation électrique HVDC16et le deuxième point inférieur62est relié électriquement à la seconde ligne conductrice34b, qui est une ligne de terre, de ladite partie continue34. Aussi, le dispositif de connexion12est connecté à ladite partie continue34du second réseau d’alimentation électrique HVDC16.
L’ensemble des sous-modules de chacun des demi-bras42,44,54,56est modélisable par une source de tension modulée, présentant à ses bornes une tension insérée dans le demi-bras correspondant, dont le rapport cyclique, appelé indice de modulation, dépend du nombre de sous-modules commandés.
Les tensions insérées dans les premiers demi-bras supérieur42et inférieur44sont notées respectivement vu m1et vl m1. Les tensions insérées dans les deuxièmes demi-bras supérieur54et inférieur56sont notées respectivement vu m2et vl m2.
Sur la figure4, les ensembles de sous-modules de chacun des demi-bras ont été remplacés par des sources de tensions modulées. Aussi, les premiers demi-bras supérieur42et inférieur44comprennent respectivement des premières sources de tension modulées supérieure80et inférieure82. Les deuxièmes demi-bras supérieur54et inférieur56comprennent respectivement des deuxièmes sources de tension modulées supérieure84et inférieure86.
Tel qu’illustré en figure4, selon l’invention, le module de filtrage supérieur66comprend un condensateur supérieur90et une inductance supérieure95 connectés en série dans la première liaison supérieure. Le module de filtrage inférieur74comprend un condensateur inférieur94et une inductance inférieure96connectés en série dans la première liaison inférieure72. Ces composants sont des composants passifs. Les condensateurs des modules de filtrage supérieur et inférieur empêchent le passage du courant continu de sorte que lesdits modules de filtrage se comportent comme des isolants pour la composante continue d’un courant électrique les traversant.
Aussi, selon l’invention, les modules de filtrage supérieurs66et inférieur74sont configurés pour conduire un courant alternatif et empêcher le passage d’un courant continu, respectivement dans la première liaison supérieure64et dans la première liaison inférieure72.
Aussi, lesdits modules de filtrage supérieur66et inférieur74permettent d’isoler efficacement le second réseau d’alimentation électrique HVDC du premier réseau d’alimentation électrique HVDC, réduisant ainsi les risques d’endommagement du dispositif de connexion selon l’invention par un courant continu circulant dans la première liaison supérieure, respectivement dans la première liaison inférieure
Les inductances supérieure95et inférieure96permettent de réduire, de préférence annuler, l’impédance respectivement des liaisons supérieure64et inférieure72, afin de réduire la composante alternative d’une tension aux bornes des modules de filtrage supérieur66et inférieur74. Ceci permet de réduire, de préférence supprimer, les oscillations de ladite tension aux bornes du module de filtrage supérieur, respectivement du module de filtrage inférieur, et par conséquent les interactions entre les premier et second réseaux d’alimentation électrique HVDC14,16à la fréquence de fonctionnement du dispositif de connexion. Les risques d’endommagement de ces réseaux et du dispositif de connexion sont réduits.
En outre, les modules de filtrage supérieur66et inférieur74forment des filtres LC.
Sans sortir du cadre de l’invention, le dispositif de connexion10peut ne comprendre qu’un seul module de filtrage, supérieur ou inférieur, comprenant une inductance et un condensateur.
Le module de filtrage intermédiaire70comprend pas ailleurs une pluralité de sous-modules similaires aux sous-modules des demi-bras du dispositif de connexion. Ces sous-modules sont également commandables par un organe de commande et comprennent chacun un condensateur connectable en série dans la première liaison intermédiaire68, lorsque l’organe de commande du sous-module est dans un état commandé. Chacun des sous-modules du module de filtrage intermédiaire70forme un composant actif.
L’ensemble des sous-modules du module de filtrage intermédiaire70est également modélisable par une source de tension modulée. Aussi, sur la figure4, les sous-modules du module de filtrage intermédiaires sont représentés par une source de tension modulée71.
De manière non limitative, le module de filtrage intermédiaire70est également configuré pour empêcher le passage d’un courant continu mais permettre la circulation d’un courant alternatif dans la première liaison intermédiaire68.
En outre, le module de filtrage intermédiaire70comprend une inductance intermédiaire88permettant de réduire, de préférence supprimer, les oscillations de la tension aux bornes du module de filtrage intermédiaire.
Le module de filtrage intermédiaire forme également un filtre.
En variante, et sans sortir du cadre de l’invention, la première liaison intermédiaire peut ne pas comprendre de composant ni de module de filtrage intermédiaire, de sorte que le premier point intermédiaire48est relié directement au deuxième point intermédiaire60.
Le dispositif de connexion12comprend par ailleurs un module de contrôle76configuré pour commander les sous-modules dudit dispositif de connexion.
Les sous-modules du premier bras40permettent de générer une première tension continue modulée notée vdc m1dans le premier bras, vérifiant l’équation :
En outre, l’équation suivante est vérifiée :
vL1est la somme des tensions aux bornes des inductances du premier bras et vdc 1est la tension nominale du premier réseau d’alimentation électrique HVDC.
De plus, les sous-modules du deuxième bras52permettent de générer une deuxième tension continue modulée notée vdc m2aux bornes du deuxième bras, entre le deuxième point supérieur58et le deuxième point inférieur62, vérifiant l’équation :
En outre, l’équation suivante est vérifiée :
vL2est la somme des tensions aux bornes des inductances du deuxième bras et vdc 2est la tension nominale du second réseau d’alimentation électrique HVDC.
La génération de ces première et deuxième tensions continues modulées a pour conséquence de générer un premier courant continu idc 1circulant dans le premier bras40et dans la partie continue28du premier réseau d’alimentation électrique HVDC14, ainsi qu’un deuxième courant continu idc 2circulant dans le deuxième bras52et dans la partie continue34du second réseau d’alimentation électrique HVDC. Lesdits courants sont générés par les tensions résultant de la différence entre les tensions nominales des premier et second réseaux d’alimentation électrique HVDC et respectivement les première et deuxième tensions continues modulées. Ces tensions résultantes correspondent aux tensions vL1,vL2aux bornes des inductances respectivement du premier et du deuxième bras.
Les modules de filtrage supérieur66, intermédiaire70et inférieur74sont configurés pour bloquer la circulation desdits premier et deuxième courants continus idc 1et idc 2dans les premières liaisons supérieure64, intermédiaire68et inférieure72. L’isolation entre les premier et second réseaux d’alimentation électrique HVDC14,16est donc garantie.
Par ailleurs, les sous-modules du premier bras40permettent de générer une première tension alternative équivalente interne notée vac m1, vérifiant l’équation :
Les tensions insérées dans le premier demi-bras supérieur et dans le premier demi-bras inférieur sont de préférence régulées de manière à vérifier les équations suivantes :
De même, les sous-modules du deuxième bras52permettent de générer une deuxième tension alternative équivalente interne notée vac m2, vérifiant l’équation :
Les tensions insérées dans le deuxième demi-bras supérieur et dans le deuxième demi-bras inférieur sont de préférence régulées de manière à vérifier les équations suivantes :
Les première et deuxième tensions alternatives équivalentes internes vac m1,vac m2n’apparaissent pas physiquement mais traduisent la tension perçue respectivement depuis les premier et deuxième points intermédiaires48,60. Aussi, la tension vue aux premier et deuxième points intermédiaires est alternative et sinusoïdale.
La génération de ces première et deuxième tensions alternatives équivalentes internes vac m1,vac m2entraine la génération d’un courant alternatif intermédiaire iac. Dans la mesure où le module de filtrage intermédiaire70est configuré pour conduire un courant alternatif, ledit courant alternatif intermédiaire iaccircule dans la première liaison intermédiaire68et permet donc des échanges d’énergie entre le premier bras40et le deuxième bras52.
Les modules de filtrage supérieur66et inférieur74étant également configurés pour conduire un courant alternatif, un courant alternatif supérieur iac 1circule dans les premier et deuxième demi-bras supérieurs42,54ainsi que dans la première liaison supérieure64. De plus, un courant alternatif inférieur iac 2circule dans les premier et deuxième demi-bras inférieurs44,56ainsi que dans la première liaison inférieure72 .
Les modules de filtrage supérieur66et inférieur74 et notamment les inductances et condensateurs de ces modules sont dimensionnés de sorte qu’ils présentent une faible impédance, de préférence une impédance nulle, à la fréquence de fonctionnement du convertisseur.
Lesdits courants alternatifs supérieur iac 1et inférieur iac 2suivent les chemins de moindre impédance et ne circulent donc pas dans les premier et second réseaux d’alimentation électrique HVDC14,16.
Les étapes de mise en œuvre du procédé de contrôle selon l’invention sont détaillées ci-dessous.
Dans un premier temps, les sous-modules de chacun des demi-bras génèrent les première et deuxième tensions continues modulées vdc m1et vdc m2et donc les premiers et deuxième courants continus idc 1et idc 2.
Dans cet exemple non limitatif, le module de contrôle76est d’abord configuré pour commander les sous-modules des premiers demi-bras supérieur et inférieur42,44du dispositif de connexion12de manière à réguler la première tension continue modulée vdc m1.
En parallèle, le module de contrôle76régule l’énergie stockée dans les sous-modules des deuxièmes demi-bras supérieur54et inférieur56. Ceci permet de réguler les échanges de puissance entre le second réseau d’alimentation électrique HVDC16et le dispositif de connexion12selon l’invention.
Le module de contrôle76régule ensuite l’énergie stockée dans les condensateurs des sous-modules du module de filtrage intermédiaire70de sorte que ledit module de filtrage intermédiaire bloque le courant continu et conduise le courant alternatif.
En particulier, le module de contrôle76 commande les sous-modules du module de filtrage intermédiaire70de sorte qu’il génère une tension insérée dans la première liaison intermédiaire68et que l’énergie stockée dans leurs condensateurs reste sensiblement constante. Ceci a pour conséquence d’empêcher la circulation d’un courant continu dans ladite première liaison intermédiaire.
La présence de sous-module dans le module de filtrage intermédiaire70offre un degré de liberté réglable supplémentaire permettant de contrôler la tension entre les premier et deuxième points intermédiaires48,60ainsi que le courant alternatif circulant dans la première liaison intermédiaire68.
Ceci permet d’isoler efficacement les premier et second réseaux d’alimentation électrique HVDC14,16.
Dans un deuxième temps, le module de contrôle76commande les organes de commande des sous-modules des premiers demi-bras supérieur42et inférieur44de sorte que la tension insérée vu m1dans le premier demi-bras supérieur42est déphasée de 180° par rapport à la tension vl m1insérée dans le premier demi-bras inférieur44. De même, le module de contrôle commande les organes de commande des sous-modules des deuxième demi-bras supérieur54et inférieur56de sorte que la tension insérée vu m2dans le deuxième demi-bras supérieur est déphasée de 180° par rapport à la tension insérée vl m2dans le deuxième demi-bras inférieur.
Les sous-modules de chacun des demi-bras génèrent alors les premières et deuxième tensions alternatives équivalentes internes vac m1,vac m2, ce qui entraine la génération d’un courant alternatif intermédiaire iaccirculant dans la première liaison intermédiaire68. Il en résulte des courants alternatifs supérieur iac 1et inférieur iac 2circulant dans les premières liaisons supérieure64et inférieure72.
Ceci permet le transfert d’énergie au sein du dispositif de connexion1 2entre les premier40et deuxième52bras.
Le module de contrôle76régule alors la deuxième tension alternative équivalente interne vac m2dans le deuxième bras52ainsi que l’énergie stockée dans les condensateurs des sous-modules du premier bras40.
La figure5illustre un deuxième mode de réalisation du dispositif de connexion12selon invention. Dans ce deuxième mode de réalisation, le dispositif de connexion12permet de connecter entre eux un premier et un second réseaux d’alimentation électrique HVDC14,16présentant chacun une topologie de type monopôle symétrique. La première liaison supérieure64est munie d’un module de filtrage supérieur66’, comportant de manière non limitative une inductance supérieure92’et une pluralité de sous-module similaires aux sous-modules des demi-bras du dispositif de connexion12.
Ces sous-modules sont également commandables par un organe de commande et comprennent chacun un condensateur connectable en série dans la première liaison supérieure, lorsque l’organe de commande du sous-module est dans un état commandé. L’ensemble des sous-modules du module de filtrage supérieur66’est également modélisable par une source de tension modulée. Aussi, sur la figure5, les sous-modules du module de filtrage supérieur66’sont représentés par une source de tension modulée90’.
De même, la première liaison inférieure72est munie d’un module de filtrage inférieur74’comprenant une inductance inférieure96’et un ensemble de sous-modules représentés par une source de tension modulée94’. La première liaison intermédiaire68est munie d’un module de filtrage intermédiaire70’comprenant une inductance intermédiaire88’et un ensemble de sous-modules représentés par une source de tension modulée71’.
La figure6illustre un troisième mode de réalisation d’un dispositif de connexion selon l’invention, dans lequel un troisième bras100est connecté en parallèle du premier bras40, et dans lequel le deuxième bras52comprend davantage de sous-modules.
Dans cet exemple non limitatif, le dispositif de connexion12comporte un troisième bras100comprenant un troisième demi-bras supérieur102s’étendant entre le premier point supérieur46et un troisième point intermédiaire108. Le troisième bras100comprend de plus un troisième demi-bras inférieur104s’étendant entre le premier point inférieur50et ledit troisième point intermédiaire108. Ledit troisième bras100est donc connecté en parallèle du premier bras40.
Par ailleurs, dans cet exemple non limitatif, le deuxième demi-bras inférieur56s’étend toujours entre le deuxième point intermédiaire60et le deuxième point inférieur62. Plus précisément, le deuxième demi-bras inférieur56est connecté entre le deuxième point intermédiaire60et un quatrième point intermédiaire110. Le deuxième bras62comprend de plus un deuxième demi-bras supplémentaire supérieur112s’étendant entre ledit quatrième point intermédiaire110et un cinquième point intermédiaire114et un deuxième demi-bras supplémentaire inférieur116s’étendant entre ledit cinquième point intermédiaire114et ledit deuxième point inférieur62.
On comprend que le deuxième demi-bras inférieur s’étend entre le deuxième point inférieur62et le deuxième point intermédiaire60et encore plus précisément entre le cinquième point intermédiaire114et ledit deuxième point inférieur62. Les deuxièmes demi-bras supplémentaires supérieur112et inférieur116sont donc connectés en série avec les deuxièmes demi-bras supérieur54et inférieur56.
Le dispositif de connexion comprenant de plus une deuxième liaison intermédiaire118reliant électriquement le premier point supérieur46et le quatrième point intermédiaire110. Il comprend également une troisième liaison intermédiaire120reliant électriquement le premier point inférieur50et le quatrième point intermédiaire110. Enfin, le dispositif de connexion comprend une quatrième liaison intermédiaire122reliant électriquement les troisième108et cinquième114points intermédiaires.
Les troisièmes demi-bras supérieur102et inférieur104, les deuxièmes demi-bras supplémentaires supérieur112et inférieur116et les deuxième118et troisième liaisons120intermédiaires comprennent chacun une pluralité de sous-modules commandables individuellement par un organe de commande propre à chaque sous-module et chaque sous-module comprend un condensateur connectable en série dans le demi-bras ou la liaison correspondant lorsque l’organe de commande du sous-module est dans un état commandé.
Cette structure permet d’augmenter la puissance nominale du convertisseur.

Claims (14)

  1. Dispositif de connexion (12) pour connecter entre eux un premier réseau d’alimentation électrique en courant continu haute tension (HVDC) (14) et un second réseau d’alimentation électrique HVDC (16) comprenant chacun une partie continue (28,34) ayant au moins une première (28a,34a) et une deuxième (28b,34b) lignes conductrices, le dispositif de connexion comprenant :
    - au moins un premier bras (40) comprenant un premier demi-bras supérieur (42) s’étendant entre un premier point supérieur (46) et un premier point intermédiaire (48), et un premier demi-bras inférieur (44) s’étendant entre un premier point inférieur (50) et ledit premier point intermédiaire (48), les premiers points supérieur et inférieur étant configurés pour être connectés respectivement aux première et deuxième lignes conductrices de la partie continue du premier réseau d’alimentation électrique HVDC ;
    - au moins un deuxième bras (52) comprenant un deuxième demi-bras supérieur (54) s’étendant entre un deuxième point supérieur (58) et un deuxième point intermédiaire (60), et un deuxième demi-bras inférieur (56) s’étendant entre un deuxième point inférieur (62) et ledit deuxième point intermédiaire, les deuxièmes points supérieur et inférieur étant configurés pour être connectés respectivement aux première et deuxième lignes conductrices de la partie continue du second réseau d’alimentation électrique HVDC,
    chaque demi-bras comprenant une pluralité de sous-modules commandables individuellement par un organe de commande propre à chaque sous-module et chaque sous-module comprenant un condensateur connectable en série dans le demi-bras lorsque l’organe de commande du sous-module est dans un état commandé, le dispositif de connexion comprenant en outre au moins :
    - une première liaison supérieure (64) reliant électriquement les premier et deuxième points supérieurs ;
    - une première liaison intermédiaire (68) reliant électriquement les premier et deuxième points intermédiaires; et
    - une première liaison inférieure (72) reliant électriquement les premier et deuxième points inférieurs,
    au moins l’une des premières liaisons supérieure et inférieure étant munie d’un module de filtrage comprenant au moins un condensateur et au moins une inductance.
  2. Dispositif de connexion selon la revendication 1, dans lequel ledit module de filtrage comprend au moins un composant actif.
  3. Dispositif de connexion selon la revendication 2, dans lequel le module de filtrage (66,72) est muni d’au moins un sous-module commandable par un organe de commande propre audit sous-module, le sous-module comprenant un condensateur connectable en série dans la première liaison supérieure, respectivement dans la première liaison inférieure, lorsque l’organe de commande du sous-module est dans un état commandé.
  4. Dispositif de connexion selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la première liaison supérieure est munie d’un module de filtrage supérieur comprenant au moins un condensateur et une inductance, et dans laquelle la première liaison inférieure est munie d’un module de filtrage inférieur comprenant au moins un condensateur et une inductance.
  5. Dispositif de connexion selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la première liaison intermédiaire est munie d’un module de filtrage intermédiaire (70) comprenant au moins un condensateur.
  6. Dispositif de connexion selon la revendication 5, dans lequel le module de filtrage intermédiaire (70) comprend au moins une inductance.
  7. Dispositif de connexion selon la revendication 5 ou 6, dans lequel le module de filtrage intermédiaire (70) comprend au moins un composant actif (71).
  8. Dispositif de connexion selon la revendication 7, dans lequel le module de filtrage intermédiaire (70) comprend un disjoncteur.
  9. Dispositif de connexion selon la revendication 7 ou 8, dans lequel le module de filtrage intermédiaire comprend au moins un sous-module commandable par un organe de commande propre audit sous-module, le sous-module comprenant un condensateur connectable en série dans la première liaison intermédiaire lorsque l’organe de commande du sous-module est dans un état commandé.
  10. Dispositif de connexion selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant en outre un module de contrôle (76) configuré pour réguler la tension continue entre les premiers points supérieur (46) et inférieur (50) du dispositif de connexion (12) et entre les deuxièmes points supérieur (58) et inférieur (62), le module de contrôle étant en outre configuré pour réguler l’énergie stockée dans les condensateurs des sous-modules des premier (40) et deuxième (52) bras, en commandant les organes de commande des sous-modules desdits premier et second bras.
  11. Dispositif de connexion selon la revendication 10, dans lequel le module de contrôle (76) est configuré pour réguler la tension aux bornes de chaque condensateur de chaque bras (40,52), de manière à générer un courant alternatif circulant entre le premier point intermédiaire (48) et le deuxième point intermédiaire (60).
  12. Dispositif de connexion selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant au moins un troisième bras (100) comprenant un troisième demi-bras supérieur (102) s’étendant entre le premier point supérieur (46) et un troisième point intermédiaire (108), et un troisième demi-bras inférieur (104) s’étendant entre le premier point inférieur (50) et ledit troisième point intermédiaire, le deuxième demi-bras inférieur étant connecté entre le deuxième point intermédiaire (60) et un quatrième point intermédiaire (110), le deuxième bras comprenant un deuxième demi-bras supplémentaire supérieur (112) s’étendant entre ledit quatrième point intermédiaire et un cinquième point intermédiaire (114) et un deuxième demi-bras supplémentaire inférieur (116) s’étendant entre ledit cinquième point intermédiaire et ledit deuxième point inférieur (62), les troisièmes demi-bras supérieur et inférieur et les deuxièmes demi-bras supplémentaires supérieur et inférieur comprenant chacun une pluralité de sous-modules commandables individuellement par un organe de commande propre à chaque sous-module et chaque sous-module comprenant un condensateur connectable en série dans le demi-bras lorsque l’organe de commande du sous-module est dans un état commandé, le dispositif de connexion comprenant en outre :
    - une deuxième liaison intermédiaire (118) reliant électriquement le premier point supérieur et le quatrième point intermédiaire ;
    - une troisième liaison intermédiaire (120) reliant électriquement le premier point inférieur et le quatrième point intermédiaire ; et
    - une quatrième liaison intermédiaire (122) reliant électriquement les troisième et cinquième points intermédiaires.
  13. Procédé de contrôle d’un dispositif de connexion selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, comprenant en outre les étapes de :
    - régulation de la tension continue aux bornes du premier bras (40) ou aux bornes du deuxième bras (52);
    - régulation de l’énergie stockée dans les condensateurs des sous-modules de l’autre bras ;
    - génération d’un courant alternatif circulant entre le premier point intermédiaire (48) et le deuxième point intermédiaire (60);
    - régulation d’une tension alternative générée par les sous-modules des demi-bras supérieur et inférieur du bras dans lequel l’énergie stockée dans les condensateurs des sous-modules a été régulée ; et
    - régulation de l’énergie stockée dans les condensateurs des sous-modules du bras dont la tension continue aux bornes a été régulée précédemment.
  14. Installation (10) de transport de courant continu haute tension comprenant un premier réseau d’alimentation électrique HVDC (14), un second réseau d’alimentation électrique HVDC (16) et un dispositif de connexion (12) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, ledit dispositif de connexion étant configuré pour connecter électriquement lesdits premier et second réseaux d’alimentation électrique HVDC entre eux.
FR1905552A 2019-05-27 2019-05-27 Dispositif de connexion pour réseaux HVDC Expired - Fee Related FR3096846B1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1905552A FR3096846B1 (fr) 2019-05-27 2019-05-27 Dispositif de connexion pour réseaux HVDC

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1905552A FR3096846B1 (fr) 2019-05-27 2019-05-27 Dispositif de connexion pour réseaux HVDC
FR1905552 2019-05-27

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR3096846A1 true FR3096846A1 (fr) 2020-12-04
FR3096846B1 FR3096846B1 (fr) 2021-06-18

Family

ID=69104477

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR1905552A Expired - Fee Related FR3096846B1 (fr) 2019-05-27 2019-05-27 Dispositif de connexion pour réseaux HVDC

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR3096846B1 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4383549A1 (fr) * 2022-12-05 2024-06-12 Siemens Aktiengesellschaft Convertisseur continu-continu modulaire

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3098958A1 (fr) * 2015-05-29 2016-11-30 Siemens Aktiengesellschaft Systeme de convertisseur de tension a couplage capacitif

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3098958A1 (fr) * 2015-05-29 2016-11-30 Siemens Aktiengesellschaft Systeme de convertisseur de tension a couplage capacitif

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
VIDAL RICARDO ET AL: "A multilevel modular DC-DC converter topology", MATHEMATICS AND COMPUTERS IN SIMULATION, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 131, 30 December 2015 (2015-12-30), pages 128 - 141, XP029749867, ISSN: 0378-4754, DOI: 10.1016/J.MATCOM.2015.12.004 *
ZHU HANG ET AL: "Topology and operation mechanism of monopolarto-bipolar DC-DC converter interface for DC grid", 2016 IEEE 8TH INTERNATIONAL POWER ELECTRONICS AND MOTION CONTROL CONFERENCE (IPEMC-ECCE ASIA), IEEE, 22 May 2016 (2016-05-22), pages 3728 - 3733, XP032924879, DOI: 10.1109/IPEMC.2016.7512892 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4383549A1 (fr) * 2022-12-05 2024-06-12 Siemens Aktiengesellschaft Convertisseur continu-continu modulaire
WO2024120668A1 (fr) * 2022-12-05 2024-06-13 Innomotics Gmbh Convertisseur cc-cc modulaire

Also Published As

Publication number Publication date
FR3096846B1 (fr) 2021-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2870686B1 (fr) Convertisseurs statiques modulaires à architecture parallèle ou série et à commande modulaire decentralisée
EP2845302A1 (fr) Dispositif de controle non-lineaire d'un convertisseur dc/dc pour application au transport de courant hvdc
WO1993002501A1 (fr) Dispositif electronique de conversion d'energie electrique
FR3019699A1 (fr) Convertisseur de puissance multi-niveaux
FR3096846A1 (fr) Dispositif de connexion pour réseaux HVDC
WO2012089966A1 (fr) Circuit de compensation d'energie reactive et procede mis en oeuvre dans un tel circuit
FR3068842A1 (fr) Convertisseur muni d'un module de gestion de l'energie en partie alternative
FR3027469A1 (fr) Convertisseur dc/dc isole
EP3656030B1 (fr) Dispositif de contrôle de flux de puissance pour contrôler la répartition des courants dans un réseau maillé
FR3059855B1 (fr) Convertisseur dc/dc pour reseaux electriques
FR3112042A1 (fr) Convertisseur de tension AC/DC triphasé comprenant uniquement deux modules de conversion électrique
FR3112037A1 (fr) Convertisseur de tension DC/DC comprenant un module supérieur et un module inférieur
CA3029698A1 (fr) Module de controle de l'energie interne d'un convertisseur
FR3122296A1 (fr) Convertisseur de tension DC/DC non-isolé
FR3096849A1 (fr) Convertisseur de tension DC/DC comprenant un transformateur
EP3707800B1 (fr) Procédé de commande d'un chargeur de batterie d'accumulateurs électriques
FR3096848A1 (fr) Convertisseur de tension AC/DC comprenant un transformateur
FR3136323A1 (fr) Système électrique comprenant trois convertisseurs électriques
FR3108457A1 (fr) Chaine de conversion munie de circuits d’amortissement
WO2005034320A1 (fr) Convertisseur elevateur de tension
FR3131131A1 (fr) Module de conversion comprenant un circuit de récupération d’énergie électrique
FR3105626A1 (fr) Convertisseur de tension DC/DC muni d’un dispositif coupe-circuit
FR3138019A1 (fr) Convertisseur DC/DC comprenant deux modules de conversion électrique
WO2020136179A1 (fr) Système intégrant une solution de reconfiguration de connexion d'un dispositif de contrôle de flux de puissance dans un réseau maillé
EP3605775A1 (fr) Module de stockage d'énergie électrique, système et procédé associés

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20201204

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3

ST Notification of lapse

Effective date: 20230105