FR3096849A1 - DC / DC voltage converter including a transformer - Google Patents

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FR3096849A1
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voltage converter
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Pierre-Baptiste STECKLER
Piotr Dworakowski
Jean-Yves GAUTHIER
Xuefang LIN-SHI
François WALLART
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Claude Bernard Lyon 1 UCBL
Ecole Centrale de Lyon
Institut National des Sciences Appliquees de Lyon
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Claude Bernard Lyon 1 UCBL
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Institut National des Sciences Appliquees de Lyon
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Abstract

Convertisseur de tension DC/DC comprenant un transformateur Convertisseur de tension comprenant un bras (20) et un second bras (30) comportant chacun une pluralité de chaines (21,22,23,31,32,33) de sous-modules connectées en série dans le bras, chacune desdites chaines de sous-modules présentant un point supérieur (21a,22a,23a) et un point inférieur (21b,22b,23b) entre laquelle elle s’étend et comprenant une pluralité de sous-modules commandables individuellement par un organe de commande et au moins un dispositif de stockage d’énergie connectable, et un transformateur comportant une pluralité d’enroulements primaires et secondaires, chacune des chaines de sous-modules étant connectée en parallèle avec au moins un condensateur (34,36,38,44,46,48) et un des enroulements du transformateur, au moins un des condensateurs étant connecté électriquement à un des points supérieurs ou inférieurs d’une des chaines de sous-modules par une connexion électrique passive. Figure pour l’abrégé : Fig. 1.DC/DC voltage converter comprising a transformer Voltage converter comprising an arm (20) and a second arm (30) each comprising a plurality of chains (21,22,23,31,32,33) of sub-modules connected in series in the arm, each of said chains of sub-modules having an upper point (21a, 22a, 23a) and a lower point (21b, 22b, 23b) between which it extends and comprising a plurality of individually controllable sub-modules by a control unit and at least one connectable energy storage device, and a transformer comprising a plurality of primary and secondary windings, each of the chains of sub-modules being connected in parallel with at least one capacitor (34, 36 ,38,44,46,48) and one of the windings of the transformer, at least one of the capacitors being electrically connected to one of the upper or lower points of one of the chains of sub-modules by a passive electrical connection. Figure for abstract: Fig. 1.

Description

Convertisseur de tension DC/DC comprenant un transformateurDC/DC voltage converter comprising a transformer

La présente invention concerne le domaine technique des convertisseurs de tension permettant de convertir une première tension continue en une seconde tension continue. Ces convertisseurs sont également appelés convertisseurs de tension DC/DC. Ce type de convertisseurs est particulièrement adapté pour être implanté dans des installations d’alimentation électrique en courant continu haute tension (HVCD pour « High Voltage Direct Current » en langue anglaise).The present invention relates to the technical field of voltage converters making it possible to convert a first DC voltage into a second DC voltage. These converters are also called DC/DC voltage converters. This type of converter is particularly suitable for installation in high voltage direct current power supply installations (HVCD for “High Voltage Direct Current”).

Les convertisseurs de tension DC/DC permettent la connexion d’un premier réseau d’alimentation électrique continu et d’un second réseau d’alimentation électrique continu.DC/DC voltage converters allow the connection of a first DC power supply network and a second DC power supply network.

Les convertisseurs de tension les plus couramment utilisés dans les installations d’alimentation électrique HVDC sont les convertisseurs modulaires multi-niveaux (MMC pour « Modular Multilevel Converter » en langue anglaise). Ces convertisseurs MMC offrent un excellent rendement, sont facilement commandables et leurs propriétés ne se dégradent pas lorsqu’ils sont soumis à de très hautes tensions. Un inconvénient de ces convertisseurs est qu’ils comprennent de très nombreux composants.The voltage converters most commonly used in HVDC power supply installations are modular multilevel converters (MMC). These MMC converters offer excellent efficiency, are easily controllable and their properties do not deteriorate when subjected to very high voltages. A disadvantage of these converters is that they include very many components.

On connait des convertisseurs type AC/DC de tension ayant un nombre de composants réduit, tels que le convertisseur décrit dans EP 3 352 354. Ce convertisseur comprend un bras s’étendant entre des premier et second terminaux continus dans lequel sont connectées en série une pluralité de chaines de sous-modules verticaux, chacune des chaines de sous-modules verticaux s’étendant entre un point supérieur et un point inférieur. Ce convertisseur comprend en outre un transformateur comportant une pluralité d’enroulements secondaires, chacune des chaines de sous-modules verticaux étant connectée en parallèle avec un des enroulements secondaires du transformateur et avec une pluralité de sous-modules horizontaux. Lesdits sous-modules horizontaux et ledit enroulement secondaire sont connectés en série les uns par rapports aux autres dans une branche.AC/DC type voltage converters having a reduced number of components are known, such as the converter described in EP 3 352 354. This converter comprises an arm extending between first and second continuous terminals in which are connected in series a a plurality of chains of vertical sub-modules, each of the chains of vertical sub-modules extending between an upper point and a lower point. This converter further comprises a transformer comprising a plurality of secondary windings, each of the chains of vertical sub-modules being connected in parallel with one of the secondary windings of the transformer and with a plurality of horizontal sub-modules. Said horizontal sub-modules and said secondary winding are connected in series with respect to each other in a branch.

Chacune des branches de ce convertisseur comprend plusieurs dizaines de sous-modules horizontaux. Or, chaque sous-module horizontal comprend une pluralité d’éléments de commande connectés en parallèle avec un dispositif de stockage d’énergie. Les éléments de commande comprennent chacun un transistor de type IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor en langue anglaise) connecté en parallèle avec une diode antiparallèle.Each of the branches of this converter comprises several tens of horizontal sub-modules. However, each horizontal sub-module comprises a plurality of control elements connected in parallel with an energy storage device. The control elements each comprise an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) type transistor connected in parallel with an antiparallel diode.

Ce convertisseur est toutefois d’un autre type que le convertisseur selon la présente invention et est par conséquent très éloigné de la présente invention. En particulier, ce convertisseur selon la technique antérieur ne permet pas de connecter entre eux deux réseaux d’alimentation électrique continus.This converter is however of a different type than the converter according to the present invention and is therefore very far from the present invention. In particular, this converter according to the prior art does not allow two continuous power supply networks to be connected together.

Par ailleurs, un inconvénient de ce convertisseur est que le nombre de composants reste très important. Aussi, ce convertisseur est très lourd, volumineux et encombrant. En outre, sa fabrication est particulièrement difficile et couteuse.Furthermore, a drawback of this converter is that the number of components remains very high. Also, this converter is very heavy, bulky and bulky. In addition, its manufacture is particularly difficult and expensive.

De plus, d’importantes ressources doivent être utilisées afin de contrôler l’ensemble des éléments de commande de ce convertisseur. Le contrôle du convertisseur est donc particulièrement coûteux et complexe.In addition, significant resources must be used to control all the control elements of this converter. The control of the converter is therefore particularly costly and complex.

Un but de la présente invention est de proposer un convertisseur de tension remédiant aux problèmes précités.An object of the present invention is to propose a voltage converter remedying the aforementioned problems.

Pour ce faire, l’invention porte sur un convertisseur de tension permettant de convertir une première tension continue en une seconde tension continue, le convertisseur comprenant :
- des premier et second terminaux continus configurés pour être reliés électriquement à un premier réseau d’alimentation électrique continu ;
- des troisième et quatrième terminaux continus configurés pour être reliés électriquement à un second réseau d’alimentation électrique continu ;
- un premier bras s’étendant entre les premier et second terminaux continus ;
- un second bras s’étendant entre les troisième et quatrième terminaux continus,
les premier et second bras comportant chacun une pluralité de chaines de sous-modules connectées en série respectivement dans le premier bras et dans le second bras, chacune desdites chaines de sous-modules présentant un point supérieur et un point inférieur entre laquelle elle s’étend, chacune des chaines de sous-modules comprenant une pluralité de sous-modules commandables individuellement par un organe de commande propre à chaque sous-module et chaque sous-module comprenant au moins un dispositif de stockage d’énergie connectable en série respectivement dans le premier bras et dans le second bras lorsque l’organe de commande du sous-module est dans un état commandé,
le convertisseur de tension comprenant en outre un transformateur comportant une pluralité d’enroulements primaires et une pluralité d’enroulements secondaires, chacune des chaines de sous-modules étant connectée en parallèle avec au moins un condensateur et un des enroulements primaires ou secondaires du transformateur, ledit condensateur et ledit enroulement primaire ou secondaire étant connectés en série l’un par rapport à l’autre, au moins un des condensateurs étant connecté électriquement à un des points supérieurs ou inférieurs d’une des chaines de sous-modules par une connexion électrique passive.
To do this, the invention relates to a voltage converter making it possible to convert a first DC voltage into a second DC voltage, the converter comprising:
- First and second DC terminals configured to be electrically connected to a first DC power supply network;
- Third and fourth DC terminals configured to be electrically connected to a second DC power supply network;
- a first arm extending between the first and second continuous terminals;
- a second arm extending between the third and fourth continuous terminals,
the first and second arms each comprising a plurality of chains of sub-modules connected in series respectively in the first arm and in the second arm, each of said chains of sub-modules having an upper point and a lower point between which it extends , each of the chains of sub-modules comprising a plurality of individually controllable sub-modules by a control unit specific to each sub-module and each sub-module comprising at least one energy storage device connectable in series respectively in the first arm and in the second arm when the control member of the sub-module is in a controlled state,
the voltage converter further comprising a transformer comprising a plurality of primary windings and a plurality of secondary windings, each of the chains of sub-modules being connected in parallel with at least one capacitor and one of the primary or secondary windings of the transformer, said capacitor and said primary or secondary winding being connected in series relative to each other, at least one of the capacitors being electrically connected to one of the upper or lower points of one of the chains of sub-modules by an electrical connection passive.

Le convertisseur de tension selon l’invention peut être aisément connecté dans une installation électrique HVDC, entre un premier réseau d’alimentation électrique continu et un second réseau d’alimentation électrique continu. Le convertisseur selon l’invention forme un convertisseur haute tension DC/DC. Le convertisseur DC/DC selon l’invention est en outre réversible. Par haute tension, on entend une tension supérieure à 1000 volts. Le convertisseur comprend avantageusement au moins deux chaines de sous-modules par bras.The voltage converter according to the invention can be easily connected in an HVDC electrical installation, between a first DC power supply network and a second DC power supply network. The converter according to the invention forms a high voltage DC/DC converter. The DC/DC converter according to the invention is also reversible. By high voltage, we mean a voltage greater than 1000 volts. The converter advantageously comprises at least two chains of sub-modules per arm.

Les chaines de sous-modules du premier bras sont avantageusement connectées en parallèles des enroulements secondaires du transformateur. Les chaines de sous-modules du second bras sont avantageusement connectées en parallèles des enroulements primaires du transformateur.The chains of sub-modules of the first arm are advantageously connected in parallel with the secondary windings of the transformer. The chains of sub-modules of the second arm are advantageously connected in parallel with the primary windings of the transformer.

De préférence, chacun des enroulements primaires et secondaires du transformateur présente une première borne connectée à un condensateur et une seconde borne connectée à un point inférieur d’une des chaines de sous-modules. Sans sortir du cadre de l’invention, le transformateur peut être formé d’un unique transformateur ayant plusieurs phases ou d’une pluralité de transformateurs monophasés ayant chacun un enroulement primaire et un enroulement secondaire.Preferably, each of the primary and secondary windings of the transformer has a first terminal connected to a capacitor and a second terminal connected to a lower point of one of the chains of sub-modules. Without departing from the scope of the invention, the transformer can be formed from a single transformer having several phases or from a plurality of single-phase transformers each having a primary winding and a secondary winding.

Les sous-modules des chaines de sous-modules sont connectés en série les uns par rapport aux autres.The submodules of the submodule chains are connected in series with respect to each other.

Selon une variante non limitative, le convertisseur de tension peut comprendre deux chaines de sous-modules par bras et le transformateur peut comporter deux enroulements primaires et deux enroulements secondaires. Dans cette variante, le transformateur peut être formé de deux transformateurs monophasés.According to a non-limiting variant, the voltage converter can comprise two chains of sub-modules per arm and the transformer can comprise two primary windings and two secondary windings. In this variant, the transformer can be formed by two single-phase transformers.

De manière non limitative, les organes de commandes des sous-modules peuvent comprendre des éléments de commutation commandables de type interrupteur IGBT et une diode antiparallèle. De manière non limitative, les organes de commandes peuvent être placés dans l’état commandé en réponse à un ordre de commande, provenant par exemple d’un module de commande, ou encore en fonction du signe du courant circulant dans le bras correspondant et traversant la chaine de sous-modules. Le dispositif de stockage d’énergie des sous-modules peut comprendre un condensateur.In a non-limiting manner, the control units of the sub-modules can comprise controllable switching elements of the IGBT switch type and an antiparallel diode. In a non-limiting way, the control devices can be placed in the controlled state in response to a control order, coming for example from a control module, or even according to the sign of the current flowing in the corresponding arm and crossing the chain of submodules. The energy storage device of the sub-modules may include a capacitor.

Les sous-modules peuvent être commandés selon une séquence choisie pour faire varier progressivement le nombre d’éléments de stockage d’énergie qui sont connectés en série dans le premier bras et dans le second bras du convertisseur de tension, de façon à fournir plusieurs niveaux de tension dans lesdits bras.The sub-modules can be controlled according to a sequence chosen to progressively vary the number of energy storage elements which are connected in series in the first arm and in the second arm of the voltage converter, so as to provide several levels tension in said arms.

Par connexion électrique passive on entend une connexion sans composants actifs (diode, transistor, circuit intégré, interrupteur). Cela signifie notamment qu’elle n’est pas commandable, par exemple pour passer d’un état conducteur à un état non-conducteur (ce qui est le cas quand un interrupteur est placé dans une connexion électrique, qui est alors active). Le condensateur est donc connecté électriquement au point supérieur ou inférieur de la chaine de sous-modules associée de manière permanente. Aucun moyen de commande ne permet d’interrompre la connexion électrique entre le condensateur et ledit point supérieur ou inférieur de la chaine de sous-modules.By passive electrical connection is meant a connection without active components (diode, transistor, integrated circuit, switch). This means in particular that it cannot be controlled, for example to switch from a conductive state to a non-conductive state (which is the case when a switch is placed in an electrical connection, which is then active). The capacitor is therefore electrically connected to the upper or lower point of the chain of sub-modules permanently associated. No control means makes it possible to interrupt the electrical connection between the capacitor and said upper or lower point of the chain of sub-modules.

Par exemple, la connexion électrique passive peut consister en des connecteurs électriques et un câble ou un fil électrique, une barre conductrice, une piste métallique imprimée sur un support, une traversée.For example, the passive electrical connection may consist of electrical connectors and an electrical cable or wire, a conductive bar, a metallic track printed on a support, a bushing.

De préférence, le courant traversant le condensateur est sensiblement identique au courant au niveau du point supérieur, respectivement du point inférieur, de la chaine de sous-modules.Preferably, the current flowing through the capacitor is substantially identical to the current at the level of the upper point, respectively of the lower point, of the chain of sub-modules.

Aussi, la branche dans laquelle le condensateur est connecté électriquement, de manière passive, ne comporte pas de sous-module commandable.Also, the branch in which the capacitor is electrically connected, passively, does not include a controllable sub-module.

Le condensateur peut être connecté par une connexion électrique passive au point supérieur ou au point inférieur de la chaine de sous-modules associée. De manière non limitative, un autre condensateur peut être connecté dans la branche, de sorte qu’un premier condensateur est connecté par une connexion électrique passive au point supérieur de la chaine de sous-modules associée tandis qu’un second condensateur est connecté par une connexion électrique passive au point inférieur de ladite chaine de sous-modules.The capacitor can be connected by a passive electrical connection to the upper point or to the lower point of the chain of associated sub-modules. In a non-limiting way, another capacitor can be connected in the branch, so that a first capacitor is connected by a passive electrical connection to the upper point of the chain of associated sub-modules while a second capacitor is connected by a passive electrical connection at the lower point of said chain of sub-modules.

Chacune des chaines de sous-modules permet de générer une tension contrôlable insérée dans le bras entre ses points supérieur et inférieur. Ladite tension insérée présente une composante continue et une composante alternative. La composante continue de la tension insérée permet de contrôler un courant continu circulant dans le bras correspondant. La composante alternative de la tension insérée, générée par une chaine de sous-modules, permet de contrôler un courant alternatif traversant le condensateur et l’enroulement primaire ou secondaire du transformateur, connectés en parallèle de ladite chaine de sous-modules. Ces courants alternatifs étant contrôlables en phase et en amplitude, la puissance active et la puissance réactive du convertisseur peuvent également être contrôlées.Each of the chains of sub-modules makes it possible to generate a controllable voltage inserted in the arm between its upper and lower points. Said inserted voltage has a DC component and an AC component. The DC component of the inserted voltage makes it possible to control a DC current flowing in the corresponding arm. The alternating component of the inserted voltage, generated by a chain of sub-modules, makes it possible to control an alternating current passing through the capacitor and the primary or secondary winding of the transformer, connected in parallel to said chain of sub-modules. These alternating currents being controllable in phase and in amplitude, the active power and the reactive power of the converter can also be controlled.

Par ailleurs, la somme des composantes alternatives des tensions insérées dans le premier bras, respectivement dans le second bras, générées par les chaines de sous-module, est nulle, de sorte que la circulation d’un courant alternatif dans le premier bras, respectivement dans le second bras, est empêchée.Furthermore, the sum of the alternating components of the voltages inserted in the first arm, respectively in the second arm, generated by the sub-module chains, is zero, so that the circulation of an alternating current in the first arm, respectively in the second arm, is prevented.

Les inventeurs ont constaté qu’il est possible de s’affranchir de l’utilisation de sous-modules horizontaux connectés en parallèles des chaines de sous-modules, tels que décrits dans EP 3 352 354.The inventors have observed that it is possible to dispense with the use of horizontal sub-modules connected in parallel to the chains of sub-modules, as described in EP 3 352 354.

L’utilisation, selon l’invention, d’un condensateur connecté électriquement et de manière passive au point supérieur ou inférieur d’une chaine de sous-modules permet de bloquer la circulation d’un courant continu dans l’enroulement correspondant du transformateur tout en autorisant la circulation d’un courant alternatif. Ce courant alternatif est contrôlable grâce aux chaines de sous-modules. Ceci rend possible les échanges de puissance entre les premier et second bras et notamment entre les chaines de sous-modules du premier bras et les chaines de sous-modules du second bras.The use, according to the invention, of a capacitor electrically and passively connected to the upper or lower point of a chain of sub-modules makes it possible to block the circulation of a direct current in the corresponding winding of the transformer while by allowing the circulation of an alternating current. This alternating current is controllable thanks to the chains of sub-modules. This makes it possible to exchange power between the first and second arms and in particular between the chains of sub-modules of the first arm and the chains of sub-modules of the second arm.

En particulier, les échanges de puissance entre les premier et second bras sont contrôlés en commandant les chaines de sous-modules afin d’ajuster le déphasage des composantes alternatives des tensions insérées par les chaines de sous-modules entre le premier bras et le second bras. De plus la fréquence desdites tensions alternatives peut être contrôlée, ce qui permet de réduire la taille et le poids des composants passifs, tels que les condensateurs.In particular, the power exchanges between the first and second arms are controlled by controlling the chains of sub-modules in order to adjust the phase shift of the alternating components of the voltages inserted by the chains of sub-modules between the first arm and the second arm . Moreover, the frequency of said alternating voltages can be controlled, which makes it possible to reduce the size and weight of passive components, such as capacitors.

Le convertisseur de tension selon l’invention offre donc les degrés de contrôle nécessaires pour compenser une différence de potentiel entre les premier et troisième terminaux continus et donc entre les points de connexion du convertisseur aux premier et second réseaux d’alimentation électrique continus. Le convertisseur de tension selon l’invention permet donc de connecter entre eux deux réseaux d’alimentation électrique continus ayant des tensions nominales différentes. En particulier, l’adaptation de tension entre le premier bras et le second bras est facilitée par le transformateur et n’est pas compromise par l’utilisation d’un condensateur connecté au point supérieur ou inférieur d’une chaine de sous-modules par une connexion électrique passive.The voltage converter according to the invention therefore offers the degrees of control necessary to compensate for a potential difference between the first and third DC terminals and therefore between the connection points of the converter to the first and second DC power supply networks. The voltage converter according to the invention therefore makes it possible to connect together two DC power supply networks having different nominal voltages. In particular, the voltage adaptation between the first arm and the second arm is facilitated by the transformer and is not compromised by the use of a capacitor connected to the upper or lower point of a chain of sub-modules by a passive electrical connection.

Un intérêt de l’invention, par rapport aux convertisseurs de l’art antérieur, est donc de réduire le poids et l’encombrement du convertisseur en se dispensant d’un nombre important de sous-modules et donc d’éléments de commutation et d’éléments de stockage en parallèles des chaines de sous-modules. L’isolation et le refroidissement du convertisseur de tension sont améliorés. En outre, la fabrication du convertisseur est facilitée et les coûts de fabrication sont réduits.An advantage of the invention, compared to the converters of the prior art, is therefore to reduce the weight and the size of the converter by dispensing with a large number of sub-modules and therefore of switching elements and storage elements in parallel chains of sub-modules. The insulation and cooling of the voltage converter are improved. Furthermore, the manufacture of the converter is facilitated and the manufacturing costs are reduced.

De plus, le convertisseur de tension selon l’invention permet de connecter entre eux deux réseaux d’alimentation électrique continus ayant des topologies différentes. De préférence, le convertisseur de tension est réversible de sorte qu’il permet les échanges de puissance du premier bras vers le second bras et inversement.In addition, the voltage converter according to the invention makes it possible to connect together two DC power supply networks having different topologies. Preferably, the voltage converter is reversible so that it allows power exchanges from the first arm to the second arm and vice versa.

Par ailleurs, le nombre d’éléments commandables du convertisseur selon l’invention étant limité, le contrôle du convertisseur est également facilité.Furthermore, the number of controllable elements of the converter according to the invention being limited, the control of the converter is also facilitated.

De préférence, tous les condensateurs sont reliés électriquement aux points supérieurs ou inférieurs des chaines de sous-modules par des connexions électriques passives.Preferably, all the capacitors are electrically connected to the upper or lower points of the chains of sub-modules by passive electrical connections.

De préférence, ledit au moins un des condensateurs est connecté directement audit point supérieur ou inférieur. Aussi, une ligne électrique dépourvue de composant ou de nœud électrique connecte une électrode du condensateur et le point supérieur ou inférieur de la chaine de sous-modules. A titre indicatif, cela implique qu’il n’y a pas de nœud électrique entre le condensateur et le point supérieur ou inférieur de la chaine de sous-modules, et que le courant qui circule dans la connexion électrique passive n’est pas divisé entre deux branches entre le condensateur et le point supérieur ou inférieur. Le potentiel du point supérieur ou inférieur est donc sensiblement égal au potentiel de ladite électrode du condensateur. Un intérêt est là encore de réduire le nombre de composants et donc le poids et l’encombrement du convertisseur de tension.Preferably, said at least one of the capacitors is connected directly to said upper or lower point. Also, an electrical line devoid of electrical component or node connects an electrode of the capacitor and the upper or lower point of the chain of sub-modules. As an indication, this implies that there is no electrical node between the capacitor and the upper or lower point of the chain of sub-modules, and that the current which circulates in the passive electrical connection is not divided between two branches between the capacitor and the upper or lower point. The potential of the upper or lower point is therefore substantially equal to the potential of said electrode of the capacitor. Here again, there is an interest in reducing the number of components and therefore the weight and size of the voltage converter.

De manière non limitative, ledit condensateur peut former l’unique composant connecté entre ledit enroulement secondaire et le point supérieur ou inférieur de la chaine de sous-modules.In a non-limiting way, said capacitor can form the only component connected between said secondary winding and the upper or lower point of the chain of sub-modules.

Avantageusement, le premier bras et le second bras comprennent chacun trois chaines de sous-modules et le transformateur comprend trois enroulements primaires et trois enroulements secondaires, chacune des trois chaines de sous-modules du premier bras étant connectée en parallèle avec un des trois enroulements secondaires du transformateur, chacune des trois chaines de sous-modules du second bras étant connectée en parallèle avec un des trois enroulements primaires du transformateur.Advantageously, the first arm and the second arm each comprise three chains of sub-modules and the transformer comprises three primary windings and three secondary windings, each of the three chains of sub-modules of the first arm being connected in parallel with one of the three secondary windings of the transformer, each of the three chains of sub-modules of the second arm being connected in parallel with one of the three primary windings of the transformer.

De préférence le transformateur est triphasé. En variante, et sans sortir du cadre de l’invention, le transformateur triphasé peut être formé de trois transformateurs monophasés ayant chacun un enroulement primaire et un enroulement secondaire.Preferably the transformer is three-phase. Alternatively, and without departing from the scope of the invention, the three-phase transformer can be formed from three single-phase transformers each having a primary winding and a secondary winding.

Préférentiellement, les sous-modules des chaines de sous-modules des premier et second bras présentent une topologie demi-pont ou une topologie pont complet. Sans sortir du cadre de l’invention, d’autres topologies de sous-modules peuvent être envisagées.Preferably, the sub-modules of the chains of sub-modules of the first and second arms have a half-bridge topology or a full-bridge topology. Without departing from the scope of the invention, other topologies of sub-modules can be envisaged.

L’organe de commande d’un sous-module en demi-pont (« Half Bridge » en langue anglaise) comporte un premier élément de commutation électronique connecté en série avec le dispositif de stockage d’énergie et un deuxième élément de commutation électronique couplé entre les bornes d’entrée et de sortie du sous-module. The control member of a half-bridge sub-module comprises a first electronic switching element connected in series with the energy storage device and a second electronic switching element coupled between the input and output terminals of the submodule .

L’organe de commande d’un sous-module pont-complet (« Full Bridge » en langue anglaise) comporte quatre éléments de commutation.The control unit of a Full Bridge sub-module comprises four switching elements.

Dans ces deux topologies, l’organe de commande comprend avantageusement une diode antiparallèle connectée en parallèle de chacun des éléments de commutation.In these two topologies, the control unit advantageously comprises an antiparallel diode connected in parallel with each of the switching elements.

De manière avantageuse, les sous-modules des chaines de sous-modules du premier bras présentent une topologie en demi-pont et les sous-modules des chaines de sous-modules du second bras présentent une topologie en pont complet.Advantageously, the sub-modules of the chains of sub-modules of the first arm have a half-bridge topology and the sub-modules of the chains of sub-modules of the second arm have a full-bridge topology.

Un intérêt est de permettre de connecter entre eux deux réseaux d’alimentation électrique continus hétérogènes. En particulier, un réseau d’alimentation électrique continu comprenant un convertisseur de tension de type convertisseur source de tension (VSC pour « Voltage Source Converter » en langue anglaise) peut être connecté aux premier et second terminaux continu et un réseau d’alimentation électrique continu comprenant un convertisseur de tension de type convertisseur commuté par ligne (LCC pour « Line Commutated Converter » en langue anglaise) peut être connecté aux troisième et quatrième terminaux continus.One interest is to allow two heterogeneous DC power supply networks to be connected to each other. In particular, a DC power supply network comprising a voltage converter of the voltage source converter (VSC) type can be connected to the first and second DC terminals and a DC power supply network comprising a line commutated converter type voltage converter (LCC for "Line Commutated Converter" in English) can be connected to the third and fourth DC terminals.

Sans sortir du cadre de l’invention, chacun des bras peut comprend une combinaison de sous-modules en pont complet et de sous-modules en demi-pont.Without departing from the scope of the invention, each of the arms may comprise a combination of full-bridge sub-modules and half-bridge sub-modules.

Selon un aspect particulièrement avantageux de l’invention, le convertisseur de tension comprend au moins un module de filtrage connecté en série avec le premier bras ou le second bras et configuré pour empêcher la circulation d’un courant alternatif dans ledit bras. Un module de filtrage est donc connecté en série avec le premier bras et/ou avec le second bras et est configuré pour empêcher la circulation d’un courant alternatif dans ledit bras. Un module de filtrage peut donc être connecté dans le premier bras, dans le second bras ou dans les deux bras.According to a particularly advantageous aspect of the invention, the voltage converter comprises at least one filter module connected in series with the first arm or the second arm and configured to prevent the circulation of an alternating current in said arm. A filter module is therefore connected in series with the first arm and/or with the second arm and is configured to prevent the circulation of an alternating current in said arm. A filter module can therefore be connected in the first arm, in the second arm or in both arms.

Les chaines de sous-modules des premier et second bras du convertisseur de tension s’opposent efficacement à la circulation d’un courant alternatif dans lesdits bras. Cependant, en cas de perturbation ou de déséquilibre sur un des réseaux d’alimentation électrique continus connectés au convertisseur selon l‘invention, il arrive que la tension résultant de la somme des tensions insérées dans l’un des bras, générées par les chaines de sous-modules dudit bras, présente une composante alternative résiduelle de sorte qu’un courant alternatif subsiste dans le bras correspondant.The chains of sub-modules of the first and second arms of the voltage converter effectively oppose the circulation of an alternating current in said arms. However, in the event of disturbance or imbalance on one of the DC power supply networks connected to the converter according to the invention, it happens that the voltage resulting from the sum of the voltages inserted in one of the arms, generated by the chains of sub-modules of said arm, has a residual alternating component so that an alternating current remains in the corresponding arm.

Un intérêt du module de filtrage est de filtrer et donc de supprimer cette composante alternative de la tension totale dans le bras correspondant, de manière à garantir la circulation dans ce bras d’un unique courant continu.One interest of the filtering module is to filter and therefore to remove this alternating component from the total voltage in the corresponding arm, so as to guarantee the circulation in this arm of a single direct current.

Le module de filtrage est avantageusement connecté en série avec les chaines de sous-modules du bras correspondant, entre les premier et second terminaux continus ou entre les troisième et quatrième terminaux continus du convertisseur.The filter module is advantageously connected in series with the chains of sub-modules of the corresponding arm, between the first and second DC terminals or between the third and fourth DC terminals of the converter.

De préférence, le module de filtrage comprend au moins un composant passif et/ou un composant actif.Preferably, the filtering module comprises at least one passive component and/or one active component.

On entend par composant passif un composant ne produisant pas d’énergie, de tension ou de courant. Un tel composant passif permet de stocker ou conserver une énergie. De manière non limitative, il peut s’agir d’une résistance ou d’un condensateur.By passive component, we mean a component that does not produce energy, voltage or current. Such a passive component makes it possible to store or conserve energy. In a non-limiting manner, it may be a resistor or a capacitor.

Le module de filtrage peut ne comprendre que des composants passifs de sorte qu’il forme un module de filtrage passif. Les composants passifs sont alors avantageusement dimensionnés de sorte que le module de filtrage présente une grande impédance à sa fréquence de résonance, afin de filtrer efficacement la composante alternative du courant dans le bras dans lequel il est connecté.The filtering module may comprise only passive components so that it forms a passive filtering module. The passive components are then advantageously sized so that the filter module has a high impedance at its resonant frequency, in order to effectively filter the AC component of the current in the arm in which it is connected.

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 interrupteur, d’un semi-conducteur, tel un transistor ou encore d’un sous-module comprenant au moins un semi-conducteur.By active component is meant a controllable component capable of generating a controlled voltage or current. In a non-limiting way, it can be a switch, a semiconductor, such as a transistor or even a sub-module comprising at least one semiconductor.

Le module de filtrage peut comprendre au moins un composant actif, de sorte qu’il forme un module de filtrage actif.The filtering module can comprise at least one active component, so that it forms an active filtering module.

De préférence, le module de filtrage comprend une inductance et une capacité connectées en parallèle l’une de l’autre. Encore de préférence, le module de filtrage consiste en une inductance et une capacité connectées en parallèle l’une de l’autre, en série du bras correspondant.Preferably, the filter module comprises an inductor and a capacitor connected in parallel with each other. Still preferably, the filtering module consists of an inductance and a capacitor connected in parallel to each other, in series with the corresponding arm.

Le module de filtrage forme alors un filtre empêchant la circulation du courant alternatif dans ledit bras.The filtering module then forms a filter preventing the flow of alternating current in said arm.

Préférentiellement, le module de filtrage comprend une chaine de sous-modules supplémentaire comprenant une pluralité de sous-modules commandables individuellement par un organe de commande propre à chaque sous-module et chaque sous-module de ladite chaine de sous-modules supplémentaire comprenant au moins un dispositif de stockage d’énergie connectable en série avec le premier bras et/ou le second bras lorsque l’organe de commande du sous-module est dans un état commandé.Preferably, the filter module comprises a chain of additional sub-modules comprising a plurality of individually controllable sub-modules by a control unit specific to each sub-module and each sub-module of said chain of additional sub-modules comprising at least an energy storage device connectable in series with the first arm and/or the second arm when the control member of the sub-module is in a controlled state.

La chaîne de sous-modules supplémentaire permet de générer une tension alternative à ses bornes ayant une amplitude égale à celle de la composante alternative de la tension totale aux bornes de l’ensemble des chaines de sous-modules du bras dans lequel le module de filtrage est connecté, et ayant une phase opposée.The chain of additional sub-modules makes it possible to generate an alternating voltage at its terminals having an amplitude equal to that of the alternating component of the total voltage at the terminals of all the chains of sub-modules of the arm in which the filter module is connected, and having opposite phase.

De manière avantageuse, chacune des chaines de sous-modules du premier bras et du second bras est en outre connectée en parallèle avec une inductance, ladite inductance étant connectée en série avec ledit condensateur et ledit enroulement primaire ou secondaire du transformateur.Advantageously, each of the chains of sub-modules of the first arm and of the second arm is also connected in parallel with an inductor, said inductor being connected in series with said capacitor and said primary or secondary winding of the transformer.

L’inductance est de préférence disposée entre ledit enroulement primaire ou secondaire et ledit condensateur.The inductor is preferably arranged between said primary or secondary winding and said capacitor.

Avantageusement, le convertisseur de tension comprend un module de démarrage configuré pour charger les dispositifs de stockage d’énergie des sous-modules d’au moins un des bras du convertisseur lorsqu’il est placé dans un premier état. Lors de la charge des dispositifs de stockage d’énergie, la tension aux bornes des chaines de sous-modules augmente progressivement jusqu’à atteindre une valeur nominale.Advantageously, the voltage converter comprises a start-up module configured to charge the energy storage devices of the sub-modules of at least one of the arms of the converter when it is placed in a first state. When charging the energy storage devices, the voltage at the terminals of the sub-module strings gradually increases until it reaches a nominal value.

Le module de démarrage est avantageusement connecté en série avec un des bras du convertisseur.The starter module is advantageously connected in series with one of the arms of the converter.

Le module de démarrage est de préférence connecté entre un des terminaux continus du convertisseur de tension et un point inférieur d’une des chaines de sous-modules.The starter module is preferably connected between one of the DC terminals of the voltage converter and a lower point of one of the chains of sub-modules.

De préférence, le module de démarrage comprend au moins un premier interrupteur connecté à un des terminaux continus du convertisseur et une résistance de limitation connectée en parallèle dudit interrupteur, ledit interrupteur étant ouvert lorsque le module de démarrage est placé dans le premier état.Preferably, the starter module comprises at least a first switch connected to one of the DC terminals of the converter and a limiting resistor connected in parallel with said switch, said switch being open when the starter module is placed in the first state.

Dans le premier état, un courant non-contrôlé apparait dans le bras en série duquel est connecté le module de démarrage. Ce courant non-contrôlé est limité par la résistance de limitation et charge progressivement les organes de stockage des sous-modules dudit bras, jusqu’à une valeur de pré-charge prédéfinie.In the first state, an uncontrolled current appears in the series arm to which the starter module is connected. This uncontrolled current is limited by the limiting resistor and gradually charges the storage devices of the sub-modules of said arm, up to a predefined pre-charge value.

Cette valeur de pré-charge prédéfinie est notamment choisie de manière à permettre l’alimentation d’un module de contrôle.This pre-charged pre-charge value is chosen in particular so as to allow the supply of a control module.

De préférence, le module de démarrage peut être placé dans un second état, dans lequel ledit au moins un interrupteur est fermé, de manière à court-circuiter ladite résistance de limitation.Preferably, the starter module can be placed in a second state, in which said at least one switch is closed, so as to short-circuit said limiting resistor.

Le module de limitation est d’abord maintenu dans le premier état jusqu’à ce que les organes de stockage des sous-modules atteignent la valeur de pré-charge prédéfinie. Les chaines de sous-modules sont alors commandables et peuvent être commandées pour augmenter progressivement l’énergie stockée dans leurs organes de stockage. Lorsque la tension aux bornes de chaque chaine de sous-modules atteint une valeur finale sensiblement égale à la tension du réseau d’alimentation électrique continu associé, le module de démarrage est placé dans le second état.The limiting module is first maintained in the first state until the storage organs of the sub-modules reach the pre-set pre-charge value. The chains of sub-modules are then controllable and can be controlled to gradually increase the energy stored in their storage devices. When the voltage at the terminals of each chain of sub-modules reaches a final value substantially equal to the voltage of the associated DC power supply network, the starter module is placed in the second state.

L’ensemble des organes de stockage d’énergie des sous-modules du bras en série duquel est connecté le module de démarrage sont chargés à une valeur de charge finale. Le contrôle du courant continu circulant dans ledit bras et des courants alternatifs circulant dans les branches du convertisseur est alors rétabli et le convertisseur de tension fonctionne alors normalement.All of the energy storage devices of the sub-modules of the arm in series to which the starter module is connected are charged to a final charge value. Control of the direct current flowing in said arm and of the alternating currents flowing in the branches of the converter is then restored and the voltage converter then operates normally.

De manière non limitative, le convertisseur peut comprendre un premier module de démarrage et un second module de démarrage connectés respectivement en série avec le premier bras et avec le second bras.In a non-limiting way, the converter can comprise a first starting module and a second starting module connected respectively in series with the first arm and with the second arm.

Préférentiellement, le convertisseur de tension comprend un module de contrôle configuré pour commander les organes de commande des sous-modules des chaines de sous-modules du premier bras et du second bras, de manière à réguler les tensions aux bornes desdites chaines de sous-modules.Preferably, the voltage converter comprises a control module configured to control the control members of the sub-modules of the chains of sub-modules of the first arm and of the second arm, so as to regulate the voltages at the terminals of said chains of sub-modules .

Le module de contrôle est configuré pour réguler l’énergie stockée dans les condensateurs des sous-modules des chaines de sous-modules du premier bras et du second bras et, de préférence, de la chaine de sous-modules supplémentaire, en commandant les organes de commande des sous-modules.The control module is configured to regulate the energy stored in the capacitors of the sub-modules of the chains of sub-modules of the first arm and of the second arm and, preferably, of the chain of additional sub-modules, by controlling the organs control of the sub-modules.

Le module de contrôle permet notamment de réguler les composantes continues et alternatives des tensions insérées dans les premier et second bras, générées par les chaines de sous-modules.The control module makes it possible in particular to regulate the DC and AC components of the voltages inserted in the first and second arms, generated by the chains of sub-modules.

En conséquence, le module de contrôle permet de réguler le courant continu circulant dans les premier et second bras et donc le courant alternatif circulant dans les condensateurs et les enroulements primaires et secondaires connectés en parallèles des chaines de sous-modules.Consequently, the control module makes it possible to regulate the direct current circulating in the first and second arms and therefore the alternating current circulating in the capacitors and the primary and secondary windings connected in parallel to the chains of sub-modules.

L’invention porte également sur une installation de transport de courant continu haute tension comprenant un premier réseau d’alimentation électrique continu, un second réseau d’alimentation électrique continu et un convertisseur de tension tel que décrit précédemment, ledit convertisseur de tension étant configuré pour connecter électriquement lesdits réseaux d’alimentation électrique continus entre eux.The invention also relates to a high voltage direct current transmission installation comprising a first direct current power supply network, a second direct power supply network and a voltage converter as described above, said voltage converter being configured to electrically connecting said DC power supply networks to each other.

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 :The invention will be better understood on reading the following description of embodiments of the invention given by way of non-limiting examples, with reference to the appended drawings, in which:

La figure 1 illustre une installation HVDC comprenant un premier mode de réalisation d’un convertisseur de tension selon l’invention ; FIG. 1 illustrates an HVDC installation comprising a first embodiment of a voltage converter according to the invention;

La figure 2 illustre un sous-module en demi-pont du convertisseur de tension de la figure 1; Figure 2 illustrates a half-bridge sub-module of the voltage converter of Figure 1;

La figure 3 illustre un sous-module en pont complet du convertisseur de tension de la figure 1 ; Figure 3 illustrates a full-bridge sub-module of the voltage converter of Figure 1;

La figure 4 illustre une installation HVDC comprenant un second mode de réalisation d’un convertisseur de tension selon l’invention ; FIG. 4 illustrates an HVDC installation comprising a second embodiment of a voltage converter according to the invention;

La figure 5 illustre une installation HVDC comprenant un troisième mode de réalisation d’un convertisseur de tension selon l’invention ; FIG. 5 illustrates an HVDC installation comprising a third embodiment of a voltage converter according to the invention;

La figure 6 illustre une première variante d’un module de filtrage du convertisseur de tension de la figure 4 ; FIG. 6 illustrates a first variant of a filter module of the voltage converter of FIG. 4;

La figure 7 illustre une seconde variante d’un module de filtrage du convertisseur de tension de la figure 4 ; et FIG. 7 illustrates a second variant of a filter module of the voltage converter of FIG. 4; And

La figure 8 illustre une installation HVDC comprenant un quatrième mode de réalisation d’un convertisseur de tension selon l’invention. FIG. 8 illustrates an HVDC installation comprising a fourth embodiment of a voltage converter according to the invention.

L’invention porte sur un convertisseur de tension permettant de convertir une première tension continue en une seconde tension continue.The invention relates to a voltage converter for converting a first DC voltage into a second DC voltage.

La figure1illustre une installation HVDC8comprenant un premier mode de réalisation d’un convertisseur de tension10selon l’invention, connectant entre eux un premier réseau d’alimentation électrique continu12et un second réseau d’alimentation électrique continu14 de l’installation. Le convertisseur de tension10selon l’invention forme donc un convertisseur DC/DC.The figure1illustrates an HVDC installation8comprising a first embodiment of a voltage converter10according to the invention, interconnecting a first DC power supply network12and a second DC power supply network14 of the facility. The voltage converter10according to the invention therefore forms a DC/DC converter.

Comme on le constate sur la figure1, le convertisseur de tension10comprend un premier terminal continu16et un deuxième terminal continu18configurés pour être reliés électriquement au premier réseau d’alimentation électrique continu12. La tensionV DC 1 du premier réseau d’alimentation électrique continu12est illustrée entre le premier terminal continu16et le deuxième terminal continu18.As can be seen in FIG. 1 , the voltage converter 10 comprises a first DC terminal 16 and a second DC terminal 18 configured to be electrically connected to the first DC power supply network 12 . The voltage V DC 1 of the first DC power supply network 12 is illustrated between the first DC terminal 16 and the second DC terminal 18 .

Le convertisseur de tension comprend un premier bras20s’étendant entre le premier terminal continu16et le deuxième terminal continu18. Le premier bras20comprend des première21, deuxième22et troisième23chaines de sous-modulesSM. Les première, deuxième et troisième chaines21,22,23de sous-modules sont connectées en série dans le premier bras20.The voltage converter comprises a first arm 20 extending between the first DC terminal 16 and the second DC terminal 18 . The first arm 20 comprises first 21 , second 22 and third 23 chains of sub-modules SM . The first, second and third chains 21 , 22 , 23 of sub-modules are connected in series in the first arm 20 .

La première chaine21de sous-modules s’étend entre un premier point supérieur21aet un premier point inférieur21b. La deuxième chaine22de sous-modules s’étend entre un deuxième point supérieur22aet un deuxième point inférieur22b. La troisième chaine23de sous-modules s’étend entre un troisième point supérieur23aet un troisième point inférieur23b.The first chain 21 of sub-modules extends between a first upper point 21a and a first lower point 21b . The second chain 22 of sub-modules extends between a second upper point 22a and a second lower point 22b . The third chain 23 of sub-modules extends between a third upper point 23a and a third lower point 23b .

Par ailleurs, le convertisseur de tension10comprend un troisième terminal continu24et un quatrième terminal continu26configurés pour être reliés électriquement au second réseau d’alimentation électrique continu14. La tensionV DC 2 du second réseau d’alimentation électrique continu14est illustrée entre le troisième terminal continu24et le quatrième terminal continu26.Furthermore, the voltage converter 10 comprises a third DC terminal 24 and a fourth DC terminal 26 configured to be electrically connected to the second DC power supply network 14 . The voltage V DC 2 of the second DC power supply network 14 is illustrated between the third DC terminal 24 and the fourth DC terminal 26 .

Le convertisseur de tension comprend un second bras30s’étendant entre le premier terminal continu24et le deuxième terminal continu26. Le second bras3 0comprend des quatrième3 1, cinquième3 2et sixième33chaines de sous-modulesSM. Les quatrième, cinquième et sixième chaines3 1,3 2,3 3de sous-modules sont connectées en série dans le second bras30.The voltage converter comprises a second arm 30 extending between the first DC terminal 24 and the second DC terminal 26 . The second arm 30 comprises fourth 31 , fifth 32 and sixth 33 chains of sub-modules SM . The fourth, fifth and sixth chains 3 1 , 3 2 , 3 3 of sub-modules are connected in series in the second arm 30 .

La quatrième chaine3 1de sous-modules s’étend entre un quatrième point supérieur3 1aet un quatrième point inférieur3 1b. La cinquième chaine3 2de sous-modules s’étend entre un cinquième point supérieur3 2aet un cinquième point inférieur3 2b. La sixième chaine3 3de sous-modules s’étend entre un sixième point supérieur3 3aet un sixième point inférieur3 3b.The fourth chain 31 of sub-modules extends between a fourth upper point 31a and a fourth lower point 31b . The fifth chain 32 of sub-modules extends between a fifth upper point 32a and a fifth lower point 32b . The sixth chain 33 of sub-modules extends between a sixth upper point 33a and a sixth lower point 33b .

Chacune des chaines de sous-modules des premier et second bras20,30comprend une pluralité de sous-modulesSMqui peuvent être commandés suivant une séquence souhaitée. Chaque chaine de sous-modules peut comprendre de deux à plusieurs dizaines de sous-modulesSM.Each of the chains of sub-modules of the first and second arms 20 , 30 comprises a plurality of sub-modules SM which can be controlled according to a desired sequence. Each chain of sub-modules can comprise from two to several tens of SM sub-modules.

Comme illustré en figure2et3, chaque sous-moduleSMcomporte un dispositif de stockage d’énergie comprenant dans cet exemple un condensateurC SM , et un organe de commande pour connecter sélectivement ce condensateur en série entre les bornes du sous-moduleSMou pour le contourner.As illustrated in Figures 2 and 3 , each SM sub-module comprises an energy storage device comprising in this example a capacitor C SM , and a control device for selectively connecting this capacitor in series between the terminals of the SM sub-module or to circumvent it.

La figure2illustre un sous-module ayant une topologie en demi-pont (« Half-bridge » en langue anglaise). Dans ce sous-module en demi-pont, 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-moduleSM. Les premier et deuxième éléments de commutationT1etT2sont tous deux associés à une diode antiparallèleDreprésentée sur la figure2.FIG. 2 illustrates a sub-module having a half-bridge topology. In this half-bridge sub-module, the control device comprises a first electronic switching element T1 such as an insulated gate bipolar transistor ("IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor" in English) connected in series with the capacitor C SM . This first switching element T1 and this capacitor C SM are mounted in parallel with a second electronic switching element T2 , also an insulated-gate bipolar transistor (IGBT). This second electronic switching element T2 is coupled between the input and output terminals of the sub-module SM . The first and second switching elements T1 and T2 are both associated with an antiparallel diode D represented in FIG .

En fonctionnement, le sous-module peut être placé dans deux états distincts.In operation, the sub-module can be placed in two distinct states.

Dans un premier état dit état « on » ou commandé, le premier élément de commutationT1et le deuxième élément de commutationT2sont configurés de manière à connecter le condensateurC SM en série avec les autres sous-modules de la chaine de 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 contourner le condensateurC SM .In a first state called the "on" or controlled state, the first switching element T1 and the second switching element T2 are configured so as to connect the capacitor C SM in series with the other sub-modules of the chain of sub-modules . In a second state called the “off” or non-controlled state, the first switching element T1 and the second switching element T2 are configured so as to bypass the capacitor C SM .

Les sous-modules sont commandés selon une séquence choisie pour faire varier progressivement le nombre d’éléments de stockage d’énergie, et donc le nombre de condensateurs, qui sont connectés en série dans la chaine de sous-modules correspondante et donc dans le premier bras20et dans le second bras30du convertisseur de tension10, de façon à fournir plusieurs niveaux de tension dans ces bras.The sub-modules are controlled according to a sequence chosen to gradually vary the number of energy storage elements, and therefore the number of capacitors, which are connected in series in the chain of corresponding sub-modules and therefore in the first arm 20 and in the second arm 30 of the voltage converter 10 , so as to provide several voltage levels in these arms.

La figure3illustre une variante du sous-module de la figure2, dans laquelle le sous-module présente une topologie en pont complet (« Full-bridge » en langue anglaise). Dans cette topologie, le sous-module comprend quatre éléments de commutationT ’1,T ’2,T ’3,T ’4, chacun étant associé en parallèle avec une diode antiparallèleD.FIG. 3 illustrates a variant of the sub-module of FIG. 2 , in which the sub-module has a full-bridge topology. In this topology, the sub-module comprises four switching elements T′1 , T′2 , T′3 , T′4 , each being associated in parallel with an antiparallel diode D.

De manière non limitative, les sous-modules des chaines de sous-modules du premier bras peuvent présenter une topologie en demi-pont et les sous-modules des chaines de sous-modules du second bras peuvent présenter une topologie en pont complet. Ceci permet connecter entre eux deux réseaux d’alimentation électrique continus hétérogènes. En particulier, le premier réseau d’alimentation électrique continu12peut comprendre un convertisseur de tension de type convertisseur source de tension (VSC pour « Voltage Source Converter » en langue anglaise). Le second réseau d’alimentation électrique continu14peut comprendre un convertisseur de tension de type convertisseur commuté par ligne (LCC pour « Line Commutated Converter » en langue anglaise).In a non-limiting way, the sub-modules of the chains of sub-modules of the first arm can have a half-bridge topology and the sub-modules of the chains of sub-modules of the second arm can have a full-bridge topology. This allows to connect between them two heterogeneous continuous power supply networks. In particular, the first DC power supply network 12 may comprise a voltage converter of the voltage source converter (VSC) type. The second DC power supply network 14 may comprise a voltage converter of the line-commutated converter (LCC) type.

Dans cet exemple non limitatif, le convertisseur de tension10comprend en outre un transformateur4 0comprenant des premier4 1a, deuxième4 2aet troisième4 3aenroulements primaires associés respectivement à des premier4 1b, deuxième4 2bet troisième4 3benroulements secondaires.In this non-limiting example , the voltage converter 10 further comprises a transformer 40 comprising first 41a , second 42a and third 43a primary windings respectively associated with first 41b , second 42b and third 43b secondary windings .

Le convertisseur de tension10comprend de plus un premier condensateur34, un deuxième condensateur36, un troisième condensateur38, un quatrième condensateur44,un cinquième condensateur46et un sixième condensateur48.Voltage converter 10 further includes first capacitor 34 , second capacitor 36 , third capacitor 38 , fourth capacitor 44, fifth capacitor 46 , and sixth capacitor 48 .

Le premier condensateur34et le premier enroulement secondaire4 1 bsont connectés en série l’un par rapport à l’autre dans une première branche60s’étendant entre le premier point supérieur21 aet le premier point inférieur21 b de la première chaine de sous-modules21. Le premier condensateur34et le premier enroulement secondaire4 1bsont donc connectés en parallèle de la première chaine21de sous-modules.The first capacitor34and the first secondary winding4 1 bare connected in series with respect to each other in a first branch60extending between the first upper point21 Toand the first lower point21 b of the first chain of submodules21. The first capacitor34and the first secondary winding4 1bare therefore connected in parallel to the first chain21of sub-modules.

Selon l’invention, le premier condensateur34est relié électriquement au premier point supérieur21ade la première chaine21de sous-modules par une première liaison électrique35formant une connexion électrique passive, dépourvue de moyens commandables et de composants actifs.According to the invention, the first capacitor 34 is electrically connected to the first upper point 21a of the first chain 21 of sub-modules by a first electrical connection 35 forming a passive electrical connection, devoid of controllable means and active components.

Un intérêt est de s’affranchir de l’utilisation de sous-modules dans ladite première branche6 0, afin de réduire le nombre de composants du convertisseur de tension10et ainsi réduire son poids, son encombrement et son coût de fabrication.One benefit is to dispense with the use of sub-modules in said first branch 60 , in order to reduce the number of components of the voltage converter 10 and thus reduce its weight, its size and its manufacturing cost .

Le premier condensateur34est en outre relié directement au premier point supérieur, de sorte qu’aucun composant ni aucun nœud n’est disposé entre le premier condensateur34et le premier point supérieur21a.The first capacitor 34 is also connected directly to the first upper point, so that no component or node is placed between the first capacitor 34 and the first upper point 21a .

Le deuxième condensateur36et le deuxième enroulement secondaire4 2 bsont connectés en série l’un par rapport à l’autre dans une deuxième branche6 2s’étendant entre le deuxième point supérieur22 aet le deuxième point inférieur22 bde la deuxième chaine de sous-modules22. Le deuxième condensateur36et le deuxième enroulement secondaire4 2 bsont donc connectés en parallèle de la deuxième chaine de sous-modules22.The second capacitor 36 and the second secondary winding 42b are connected in series with respect to each other in a second branch 62 extending between the second upper point 22a and the second lower point 22b of the second chain of sub-modules 22 . The second capacitor 36 and the second secondary winding 4 2 b are therefore connected in parallel with the second chain of sub-modules 22 .

Selon l’invention, le deuxième condensateur36est relié électriquement au deuxième point supérieur22apar une deuxième liaison électrique37formant une connexion électrique passive, dépourvue de moyens commandables. Le deuxième condensateur36est relié directement au deuxième point supérieur22ade la deuxième chaine de sous-modules.According to the invention, the second capacitor 36 is electrically connected to the second upper point 22a by a second electrical connection 37 forming a passive electrical connection, devoid of controllable means. The second capacitor 36 is connected directly to the second upper point 22a of the second chain of sub-modules.

Le troisième condensateur38et le troisième enroulement secondaire4 3 bsont connectés en série l’un par rapport à l’autre dans une troisième branche6 4s’étendant entre le troisième point supérieur23 aet le troisième point inférieur23 b de la troisième chaine de sous-modules. Le troisième condensateur38et le troisième enroulement secondaire4 3 bsont donc connectés en parallèle de la troisième chaine de sous-modules23.The third capacitor38and the third secondary winding4 3 bare connected in series with respect to each other in a third branch6 4extending between the upper third point23 Toand the third lower point23 b of the third chain of submodules. The third capacitor38and the third secondary winding4 3 bare therefore connected in parallel with the third chain of sub-modules23.

Selon l’invention, le troisième condensateur38est relié électriquement au troisième point supérieur23 apar une troisième liaison électrique39formant une connexion électrique passive, dépourvue de moyens commandables. Le troisième condensateur est relié directement au troisième point supérieur.According to the invention, the third capacitor 38 is electrically connected to the third upper point 23a by a third electrical connection 39 forming a passive electrical connection, devoid of controllable means. The third capacitor is connected directly to the third upper point.

Le quatrième condensateur44et le premier enroulement primaire4 1asont connectés en série l’un par rapport à l’autre dans une quatrième branche66s’étendant entre le quatrième point supérieur31 aet le quatrième point inférieur31 bde la quatrième chaine de sous-modules31. Le quatrième condensateur44et le premier enroulement primaire41asont donc connectés en parallèle de la quatrième chaine de sous-modules31.The fourth capacitor 44 and the first primary winding 41a are connected in series with respect to each other in a fourth branch 66 extending between the fourth upper point 31a and the fourth lower point 31b of the fourth chain of sub-modules 31 . The fourth capacitor 44 and the first primary winding 41a are therefore connected in parallel with the fourth chain of sub-modules 31 .

Selon l’invention, le quatrième condensateur44est relié électriquement au quatrième point supérieur31 apar une quatrième liaison électrique45formant une connexion électrique passive, dépourvue de moyens commandables. Le quatrième condensateur est relié directement au quatrième point supérieur.According to the invention, the fourth capacitor 44 is electrically connected to the fourth upper point 31 a by a fourth electrical connection 45 forming a passive electrical connection, devoid of controllable means. The fourth capacitor is connected directly to the fourth upper point.

Le cinquième condensateur46et le deuxième enroulement primaire4 2asont connectés en série l’un par rapport à l’autre dans une cinquième branche68s’étendant entre le cinquième point supérieur32 aet le cinquième point inférieur32 bde la cinquième chaine de sous-modules32. Le cinquième condensateur46et le deuxième enroulement primaire42asont donc connectés en parallèle de la cinquième chaine de sous-modules32.The fifth capacitor 46 and the second primary winding 42a are connected in series with respect to each other in a fifth branch 68 extending between the fifth upper point 32a and the fifth lower point 32b of the fifth chain of sub-modules 32 . The fifth capacitor 46 and the second primary winding 42a are therefore connected in parallel with the fifth chain of sub-modules 32 .

Selon l’invention, le cinquième condensateur46est relié électriquement au cinquième point supérieur32 apar une cinquième liaison électrique47formant une connexion électrique passive, dépourvue de moyens commandables. Le cinquième condensateur est relié directement au cinquième point supérieur.According to the invention, the fifth capacitor 46 is electrically connected to the fifth upper point 32a by a fifth electrical connection 47 forming a passive electrical connection, devoid of controllable means. The fifth capacitor is connected directly to the fifth upper point.

Le sixième condensateur48et le troisième enroulement secondaire4 3 asont connectés en série l’un par rapport à l’autre dans une sixième branche70s’étendant entre le sixième point supérieur33aet le sixième point inférieur33 bde la sixième chaine de sous-modules. Le sixième condensateur48et le troisième enroulement primaire4 3 asont donc connectés en parallèle de la sixième chaine de sous-modules33.The sixth capacitor 48 and the third secondary winding 43a are connected in series with respect to each other in a sixth branch 70 extending between the sixth upper point 33a and the sixth lower point 33b of the sixth chain . of sub-modules. The sixth capacitor 48 and the third primary winding 43a are therefore connected in parallel with the sixth chain of sub-modules 33 .

Selon l’invention, le sixième condensateur48est relié électriquement au sixième point supérieur33 apar une sixième liaison électrique49formant une connexion électrique passive, dépourvue de moyens commandables. Le sixième condensateur est relié directement au sixième point supérieur.According to the invention, the sixth capacitor 48 is electrically connected to the sixth upper point 33a by a sixth electrical connection 49 forming a passive electrical connection, devoid of controllable means. The sixth capacitor is connected directly to the sixth upper point.

En variante, et sans sortir du cadre de l’invention, lesdits condensateurs pourraient être reliés électriquement aux points inférieurs des chaines de sous-modules associées par des connexions électriques passives.Alternatively, and without departing from the scope of the invention, said capacitors could be electrically connected to the lower points of the chains of associated sub-modules by passive electrical connections.

Selon une autre variante, de manière non limitative, chacune des branches pourrait comprendre deux condensateurs, à savoir un premier condensateur connecté au point supérieur de la chaine de sous-modules associée par une connexion électrique passive et un second condensateur connecté au point inférieur de la chaine de sous-modules associée par une connexion électrique passive.According to another variant, in a non-limiting manner, each of the branches could comprise two capacitors, namely a first capacitor connected to the upper point of the chain of associated sub-modules by a passive electrical connection and a second capacitor connected to the lower point of the chain of sub-modules associated by a passive electrical connection.

De manière non limitative, chacun des enroulements primaires41a,42a,43aet secondaires41b,42b,43bprésente une borne supérieure reliée directement au condensateur correspondant et une borne inférieure reliée au point inférieur de la chaine de sous-modules associée en parallèle.In a non-limiting manner, each of the primary 41a , 42a , 43a and secondary 41b , 42b , 43b windings has an upper terminal connected directly to the corresponding capacitor and a lower terminal connected to the lower point of the chain of sub-modules associated in parallel.

Le convertisseur comprend par ailleurs un module de contrôle72configuré pour commander les organes de commande des sous-modulesSMdes chaines de sous-modules21,22,23 ,31,32,33du premier bras et du second bras, de manière à réguler les tensions aux bornes desdites chaines de sous-modules.The converter further comprises a control module 72 configured to control the control members of the sub-modules SM of the chains of sub-modules 21 , 22 , 23 , 31 , 32 , 33 of the first arm and of the second arm, so as to regulating the voltages at the terminals of said chains of sub-modules.

Le fonctionnement du convertisseur de tension10de la figure1, selon l’invention va maintenant être détaillé.The operation of the voltage converter 10 of FIG. 1 , according to the invention will now be detailed.

Chacune des première, deuxième, troisième, quatrième, cinquième et sixième chaines21,22,23,31,32,33de sous-modulesSMse comporte comme une source de tension et permet de générer respectivement dans le premier bras20et dans le second bras30une tension insérée. Aussi, les première, deuxième et troisième chaines de sous-modules sont configurées pour générer respectivement une première tension inséréev m1 , une deuxième tension inséréev m2 et une troisième tension inséréev m3 dans le premier bras20, chacune dépendant du nombre de sous-modules commandés.Each of the first, second, third, fourth, fifth and sixth chains 21 , 22 , 23 , 31 , 32 , 33 of SM sub-modules behaves like a voltage source and makes it possible to generate respectively in the first arm 20 and in the second arm 30 an inserted voltage. Also, the first, second and third chains of sub-modules are configured to respectively generate a first inserted voltage v m1 , a second inserted voltage v m2 and a third inserted voltage v m3 in the first arm 20 , each depending on the number of sub -modules ordered.

De même, les quatrième, cinquième et sixième chaines de sous-modules sont configurées pour générer respectivement une quatrième tension inséréev m4 , une cinquième tension inséréev m5 et une sixième tension inséréev m6 dans le second bras30, chacune dépendant du nombre de sous-modules commandés.Similarly, the fourth, fifth and sixth chains of sub-modules are configured to respectively generate a fourth inserted voltage v m4 , a fifth inserted voltage v m5 and a sixth inserted voltage v m6 in the second arm 30 , each depending on the number of sub-modules ordered.

Lesdites tensionsv m1 ,v m2 ,v m3 , v m4 ,v m5 ,v m6 insérées respectivement dans le premier bras 20 et dans le second bras30sont contrôlables grâce au module de contrôle72qui permet de commander les sous-modules des chaines de sous-modules. Lesdites tensions insérées présentent une composante continue et une composante alternative contrôlables indépendamment l’une de l’autre.Said voltagesv m1 ,v m2 ,v m3 , v m4 ,v m5 ,v m6 respectively inserted into the first arm 20 and in the second arm30are controllable thanks to the control module72which allows to control the sub-modules of the chains of sub-modules. Said inserted voltages have a DC component and an AC component that can be controlled independently of each other.

Les composantes continues des première, deuxième et troisième tensions inséréesv m1 , v m2 , v m3 ont pour conséquence de générer un premier courant continui DC 1 circulant dans le premier bras20 et traversant les chaines de sous-modules de ce premier bras. Les composantes continues des quatrième, cinquième et sixième tensions inséréesv m4 ,v m5 ,v m6 ont pour conséquence de générer un second courant continui DC 2 circulant dans le second bras3 0et traversant les chaines de sous-modules de ce second bras.The DC components of the first, second and third inserted voltagesv m1 , v m2 , v m3 have the consequence of generating a first direct currentI DC 1 flowing in the first arm20 and crossing the chains of sub-modules of this first arm. The DC components of the fourth, fifth and sixth inserted voltagesv m4 ,v m5 ,v m6 result in the generation of a second direct currentI DC 2 flowing in the second arm3 0and crossing the chains of sub-modules of this second arm.

La composante alternative de chacune des tensions insérées dans le premier bras et dans le second bras, générées par chacune des chaines de sous-modules, permet de générer un courant alternatif circulant dans la branche associée.The alternating component of each of the voltages inserted in the first arm and in the second arm, generated by each of the chains of sub-modules, makes it possible to generate an alternating current circulating in the associated branch.

Aussi, un premier courant alternatifi AC 1 circule dans la première branche6 0et traverse le premier condensateur34et le premier enroulement secondaire41 b. De même, un deuxième courant alternatifi AC 2 circule dans la deuxième branche6 2et traverse le deuxième condensateur36et le deuxième enroulement secondaire4 2b. En outre, un troisième courant alternatifi AC 3 circule dans la troisième branche6 4et traverse le troisième condensateur38et le troisième enroulement secondaire4 3b.Also, a first alternating current i AC 1 flows in the first branch 60 and crosses the first capacitor 34 and the first secondary winding 41 b . Similarly, a second alternating current i AC 2 flows in the second branch 6 2 and passes through the second capacitor 36 and the second secondary winding 4 2b . In addition, a third alternating current i AC 3 flows in the third branch 6 4 and crosses the third capacitor 38 and the third secondary winding 4 3b .

Il en résulte un quatrième courant alternatifi AC 4 circulant dans la quatrième branche66et traversant le quatrième condensateur44et le premier enroulement primaire41a. Le quatrième courant alternatifi AC 4 est proportionnel au premier courant alternatifi AC 1 d’un facteur égal au rapport de transformation du transformateur entre les premiers enroulements primaires et secondaires. De plus, un cinquième courant alternatifi AC 5 circule dans la cinquième branche68et traverse le cinquième condensateur46et le deuxième enroulement primaire42a. Enfin, un sixième courant alternatifi AC 6 circule dans la sixième branche70et traverse le sixième condensateur48et le troisième enroulement primaire43a.This results in a fourth alternating current i AC 4 flowing in the fourth branch 66 and crossing the fourth capacitor 44 and the first primary winding 41a . The fourth alternating current i AC 4 is proportional to the first alternating current i AC 1 by a factor equal to the transformation ratio of the transformer between the first primary and secondary windings. In addition, a fifth alternating current i AC 5 flows in the fifth branch 68 and passes through the fifth capacitor 46 and the second primary winding 42a . Finally, a sixth alternating current i AC 6 flows in the sixth branch 70 and passes through the sixth capacitor 48 and the third primary winding 43a .

Le flux de puissance entre le premier et le deuxième bras est ajusté en contrôlant l’amplitude des tensions insérées. Le flux de puissance est plus particulièrement ajusté en contrôlant le déphasage respectivement entre les composantes alternatives des première et quatrième tensions insérées v m1 , v m4 , des deuxième et cinquième tensions inséréesv m2 , v m5 et des troisième et sixième tensions insérées v m3 , v m6 . Ceci permet en effet de contrôler les premier, deuxième troisième et courants alternatifsi AC1 ,i AC2 et i AC3 et par voie de conséquence les quatrième, cinquième et sixième courants alternatifsi AC 4 ,i AC 5 et i AC 6 . The power flow between the first and second arms is adjusted by controlling the magnitude of the inserted voltages. The power flow is more particularly adjusted by controlling the phase shift respectively between the alternating components of the first and fourth voltages inserted v m1 , v m4 , second and fifth voltages insertedv m2 , v m5 and third and sixth voltages inserted v m3 , v m6 . This in fact makes it possible to control the first, second, third and alternating currentsI AC1 ,I AC2 And I AC3 and consequently the fourth, fifth and sixth alternating currentsI AC 4 ,I AC 5 And I AC 6 .

Le premier condensateur34étant connecté directement et par une connexion passive au premier point supérieur21 a, le potentiel de l’électrode du condensateur connectée à la première liaison35est sensiblement égal au potentiel du premier point supérieur21a. Il en est de même pour les deuxième, troisième, quatrième, cinquième et sixième condensateurs36,38,44,46,48.The first capacitor 34 being connected directly and by a passive connection to the first upper point 21a , the potential of the electrode of the capacitor connected to the first connection 35 is substantially equal to the potential of the first upper point 21a . It is the same for the second, third, fourth, fifth and sixth capacitors 36 , 38 , 44 , 46 , 48 .

Par ailleurs, les premier, deuxième et troisième condensateurs34,36,38permettent de bloquer le passage d’un courant électrique continu respectivement dans les première, deuxième et troisième branches6 0,6 2,6 4. De même, les quatrième, cinquième et sixième condensateurs44,4 6,4 8permettent de bloquer le passage d’un courant électrique continu respectivement dans les quatrième, cinquième et sixième branches66,68,70. Aussi, lesdits condensateurs permettent de découpler la composante continue de la composante alternative des tensions insérées, générées par les chaines de sous-modules.Furthermore, the first, second and third capacitors34,36,38make it possible to block the passage of a direct electric current respectively in the first, second and third branches6 0,6 2,6 4. Similarly, the fourth, fifth and sixth capacitors44,4 6,4 8make it possible to block the passage of a direct electric current respectively in the fourth, fifth and sixth branches66,68,70. Also, said capacitors make it possible to decouple the DC component from the AC component of the inserted voltages, generated by the chains of sub-modules.

Le contrôle de l’amplitude et du déphasage entre les composantes alternatives des tensions insérées du premier bras et du second bras permet de contrôler les échanges de puissance entre les premier et second bras et notamment entre les chaines de sous-modules du premier bras et les chaines de sous-modules du second bras.The control of the amplitude and the phase difference between the AC components of the inserted voltages of the first arm and the second arm makes it possible to control the exchanges of power between the first and second arms and in particular between the chains of sub-modules of the first arm and the chains of sub-modules of the second arm.

De plus, la fréquence des tensions alternatives circulant dans les branches peuvent être contrôlées, ce qui permet de réduire la taille et le poids des composants passifs, tels que les condensateurs des branches et les transformateurs.Additionally, the frequency of AC voltages flowing through the branches can be controlled, reducing the size and weight of passive components, such as branch capacitors and transformers.

En outre, le transformateur40facilite l’adaptation de tension entre le premier bras et le deuxième bras.Further, transformer 40 facilitates voltage matching between the first arm and the second arm.

Le convertisseur de tension10permet donc de connecter entre eux deux réseaux d’alimentation électrique continus ayant des tensions nominales différentes. En particulier, l’utilisation de condensateurs connectés aux points supérieurs des chaines de sous-modules par des connexions électriques passives permet de réduire le poids et l’encombrement du convertisseur en se dispensant d’un nombre important de sous-modules. En outre, la fabrication du convertisseur est facilitée, le hardware de commande est simplifié et les coûts de fabrication sont réduits.The voltage converter 10 therefore makes it possible to connect together two DC power supply networks having different nominal voltages. In particular, the use of capacitors connected to the upper points of the chains of sub-modules by passive electrical connections makes it possible to reduce the weight and the size of the converter by dispensing with a large number of sub-modules. Furthermore, the manufacture of the converter is facilitated, the control hardware is simplified and the manufacturing costs are reduced.

La figure4illustre une installation HVDC8comprenant un second mode de réalisation du convertisseur de tension10selon l’invention. Ce second mode de réalisation est une variante du convertisseur de tension10de la figure1.FIG. 4 illustrates an HVDC installation 8 comprising a second embodiment of the voltage converter 10 according to the invention. This second embodiment is a variant of the voltage converter 10 of FIG .

Dans cette variante, le convertisseur de tension10est en outre muni d’un module de filtrage8 0connecté en série avec le premier bras20, entre les premier et deuxième terminaux continus16,18, et plus précisément entre le premier terminal continu16et le premier point supérieur21ade la première chaine21de sous-modules. Le module de filtrage8 0est configuré pour filtrer la composante alternative de la tension totale résultant de la somme des tensions inséréesv m1 , v m2 , v m3 dans le premier bras20, de manière à empêcher la circulation d’un courant alternatif dans le premier bras et à garantir la circulation dans le premier bras d’un unique courant continui DC 1 .In this variant, the voltage converter 10 is further provided with a filter module 80 connected in series with the first arm 20 , between the first and second DC terminals 16 , 18 , and more precisely between the first DC terminal 16 and the first upper point 21a of the first chain 21 of sub-modules. The filter module 80 is configured to filter the alternating component of the total voltage resulting from the sum of the voltages v m1 , v m2 , v m3 inserted into the first arm 20 , so as to prevent the circulation of an alternating current in the first arm and to guarantee the circulation in the first arm of a single direct current i DC 1 .

De manière non limitative, un second module de filtrage pourrait être connecté en série avec le second bras30.In a non-limiting way, a second filter module could be connected in series with the second arm 30 .

Une première variante d’un module de filtrage est illustrée en figure6. Dans cet exemple, le module de filtrage8 0comprend une inductance8 2et une capacité8 4connectées en parallèle l’une de l’autre. Ces deux composants sont passifs de sorte que le module de filtrage8 0est également passif. Ladite inductance8 2et ladite capacité8 4forment un filtre.A first variant of a filtering module is illustrated in FIG . In this example, the filtering module 80 comprises an inductor 82 and a capacitor 84 connected in parallel to each other. These two components are passive so that the filter module 80 is also passive. Said inductance 8 2 and said capacitor 8 4 form a filter.

La figure7illustre une seconde variante d’un module de filtrage8 0. Dans cet exemple, le module de filtrage8 0comprend une chaine de sous-modules supplémentaire8 6comprenant une pluralité de sous-modulesSMcommandables individuellement par un organe de commande propre à chaque sous-module et chaque sous-module de ladite chaine de sous-modules supplémentaire comprenant au moins un dispositif de stockage d’énergie connectable en série avec le premier bras ou dans le second bras lorsque l’organe de commande du sous-module est dans un état commandé. Ladite chaine de sous-modules est sensiblement identique aux première, deuxième et troisième chaines21,22,23de sous-modules. Sans sortir du cadre de l’invention, le module de filtrage pourrait comprendre des sous-modules de type Full Bridge tandis que les chaines de sous-modules du premier bras pourraient être de type Half-Bridge.FIG . 7 illustrates a second variant of a filter module 80 . In this example, the filtering module 80 comprises a chain of additional sub-modules 86 comprising a plurality of sub-modules SM individually controllable by a control unit specific to each sub-module and each sub-module of said chain of additional sub-modules comprising at least one energy storage device connectable in series with the first arm or in the second arm when the control member of the sub-module is in a controlled state. Said chain of sub-modules is substantially identical to the first, second and third chains 21 , 22 , 23 of sub-modules. Without departing from the scope of the invention, the filter module could comprise Full Bridge type sub-modules while the chains of sub-modules of the first arm could be of the Half-Bridge type.

La chaîne de sous-module supplémentaire8 6permet de générer une tension alternativev m à ses bornes ayant une amplitude égale à celle de la composante alternative de la tension totale aux bornes de l’ensemble des chaines de sous-modules du bras dans laquelle le module de filtrage est connecté, et ayant une phase opposéeThe additional sub-module chain 86 makes it possible to generate an alternating voltage v m at its terminals having an amplitude equal to that of the alternating component of the total voltage at the terminals of all the sub-module chains of the arm in which the filter module is connected, and having an opposite phase

En se référant de nouveau à la figure4, on constate que le convertisseur de tension10comprend de plus, de manière non limitative, une première inductance74connectée en série avec le premier bras20et une seconde inductance76connectée en série avec le second bras30. La première inductance74est connectée entre le module de filtrage50et la première chaine de sous-module21.Referring again to Figure 4 , it can be seen that the voltage converter 10 further comprises, in a non-limiting manner, a first inductor 74 connected in series with the first arm 20 and a second inductor 76 connected in series with the second. arm 30 . The first inductor 74 is connected between the filter module 50 and the first chain of sub-modules 21 .

Toujours sur la figure4, on remarque que le convertisseur de tension10comprend en outre un module de démarrage88. Dans cet exemple non limitatif, le module de démarrage comprend un interrupteur90connecté au deuxième terminal continu18du convertisseur de tension et une résistance de limitation92connectée en parallèle dudit interrupteur90. Le module de démarrage88est configuré pour charger les dispositifs de stockage d’énergieC SM des sous-modulesSMdes chaines de sous-modules afin de permettre le démarrage du convertisseur de tension10et le contrôle des courants continu et alternatifs circulant dans le convertisseur de tension.Still in FIG. 4 , it can be seen that the voltage converter 10 also comprises a starter module 88 . In this non-limiting example, the starter module comprises a switch 90 connected to the second DC terminal 18 of the voltage converter and a limiting resistor 92 connected in parallel with said switch 90 . The starting module 88 is configured to charge the energy storage devices C SM of the sub-modules SM of the chains of sub-modules in order to allow the starting of the voltage converter 10 and the control of the direct and alternating currents circulating in the voltage converter.

Lorsque le module de démarrage est placé dans un premier état, ledit interrupteur90est ouvert de sorte qu’un courant non-contrôlé apparait et circule dans le premier bras20.When the starter module is placed in a first state, said switch 90 is open so that an uncontrolled current appears and flows in the first arm 20 .

Les dispositifs de stockage d’énergie des sous-modules du bras se chargent et la tension aux bornes des chaines de sous-modules augmente progressivement. Les sous-modules sont ensuite commandés pour augmenter progressivement l’énergie stockée dans leurs organes de stockage. Lorsque la tension aux bornes de chaque chaine de sous-modules atteint une valeur finale sensiblement égale à la tension du réseau d’alimentation électrique continu associé, l’interrupteur90est alors fermé de manière à contourner ladite résistance de limitation92. Le module de démarrage est alors placé dans un second état.The energy storage devices of the sub-modules of the arm are charging and the voltage at the terminals of the chains of sub-modules increases progressively. The sub-modules are then controlled to gradually increase the energy stored in their storage elements. When the voltage across the terminals of each chain of sub-modules reaches a final value substantially equal to the voltage of the associated DC power supply network, switch 90 is then closed so as to bypass said limiting resistor 92 . The start-up module is then placed in a second state.

Le contrôle du courant continu circulant dans les bras et des courants alternatifs circulant dans les branches du convertisseur est alors rétabli et le convertisseur de tension fonctionne alors normalement.Control of the direct current circulating in the arms and of the alternating currents circulating in the branches of the converter is then restored and the voltage converter then operates normally.

En variante, le module de démarrage88pourrait être connecté entre le premier terminal continu16et le premier point supérieur21a. Le module de démarrage88pourrait également être connecté entre le second réseau d’alimentation électrique continu14et le convertisseur, et plus précisément entre le quatrième terminal continu26et le sixième point inférieur33b ou entre le troisième terminal continu24et le quatrième point supérieur31a.Alternatively, the start module88could be connected between the first continuous terminal16and the first upper point21a. The starter module88could also be connected between the second DC power supply network14and the converter, and more precisely between the fourth DC terminal26and the lower sixth point33b or between the third continuous terminal24and the fourth upper point31a.

La figure5illustre une installation HVDC8comprenant un troisième mode de réalisation du convertisseur de tension10selon l’invention. Ce troisième mode de réalisation est une variante du convertisseur de tension10de la figure4.FIG. 5 illustrates an HVDC installation 8 comprising a third embodiment of the voltage converter 10 according to the invention. This third embodiment is a variant of the voltage converter 10 of FIG .

Dans cette variante, les condensateurs sont connectés, via des connexions électriques passives, aux points inférieurs des chaines de sous-modules associées.In this variant, the capacitors are connected, via passive electrical connections, to the lower points of the chains of associated sub-modules.

En variante, chacune des branches peut comprendre deux condensateurs, de sorte de sorte qu’un premier condensateur est connecté par une connexion électrique passive au point supérieur de la chaine de sous-modules associée tandis qu’un second condensateur est connecté par une connexion électrique passive au point inférieur de ladite chaine de sous-modules.Alternatively, each of the branches may include two capacitors, so that a first capacitor is connected by a passive electrical connection to the top point of the associated chain of sub-modules while a second capacitor is connected by an electrical connection passive at the lower point of said chain of sub-modules.

La figure8illustre une installation8comprenant un quatrième mode de réalisation d’un convertisseur de tension10selon l’invention. Dans cet exemple non limitatif, chacun des bras du convertisseur de tension ne comprend que deux chaines de sous-modules. Aussi, le premier bras20 du convertisseur comprend une première et une deuxième chaines de sous-modules21’,22’connectées respectivement entre des premier points supérieur et inférieur21a’,21b’et entre des deuxième points supérieur et inférieur22a’,22b’. Le second bras 30 comprend une troisième et une quatrième chaines de sous-modules31’,32’connectées respectivement entre des troisième points supérieur et inférieur31a’,31b’et entre des quatrième points supérieur et inférieur32a’,32b’.The figure8illustrates an installation8comprising a fourth embodiment of a voltage converter10according to the invention. In this non-limiting example, each of the arms of the voltage converter comprises only two chains of sub-modules. Also, the first arm20 'of the converter comprises a first and a second chain of sub-modules21',22'respectively connected between upper and lower first points21a',21b'and between upper and lower second points22a',22b'. The second arm 30 'includes third and fourth chains of submodules31',32'respectively connected between upper and lower third points31a',31b'and between upper and lower fourth points32a',32b'.

Par ailleurs, le transformateur40ne comprend qu’un premier et un deuxième enroulements primaires41a ,42a et un premier et un deuxième enroulements secondaires41b ,42b .Furthermore, the transformer 40 comprises only a first and a second primary windings 41a ' , 42a ' and a first and a second secondary windings 41b ' , 42b ' .

Chacun des condensateurs est connecté en série avec un enroulement correspondant du transformateur dans une branche60’,64’,66’,70’et relié au point supérieur correspondant via une connexion électrique passive35’,37’,45’,47’.Each of the capacitors is connected in series with a corresponding winding of the transformer in a leg 60' , 64' , 66' , 70' and connected to the corresponding upper point via a passive electrical connection 35' , 37' , 45' , 47' .

Chacune des première, deuxième, troisième et quatrième chaine de sous-modules permet de générer une tension inséréev m1 ,v m2 ,v m3 ,v m4 .Each of the first, second, third and fourth chains of sub-modules makes it possible to generate an inserted voltage v m1 , v m2 , v m3 , v m4 .

Claims (14)

Convertisseur de tension (10) permettant de convertir une première tension continue en une seconde tension continue, le convertisseur comprenant :
- des premier et second terminaux continus (16,18) configurés pour être reliés électriquement à un premier réseau d’alimentation électrique continu (12);
- des troisième et quatrième terminaux continus (24,26) configurés pour être reliés électriquement à un second réseau d’alimentation électrique continu (14);
- un premier bras (20) s’étendant entre les premier et second terminaux continus ;
- un second bras (30) s’étendant entre les troisième et quatrième terminaux continus,
les premier et second bras comportant chacun une pluralité de chaines (21,22,23,31,32,33) de sous-modules connectées en série respectivement dans le premier bras et dans le second bras, chacune desdites chaines de sous-modules présentant un point supérieur (21a,22a,23a,31a,32a,33a) et un point inférieur (21b,22b,23b,31b,32b,33b) entre laquelle elle s’étend, chacune des chaines de sous-modules comprenant une pluralité de sous-modules (SM) commandables individuellement par un organe de commande (T1,T2) propre à chaque sous-module et chaque sous-module comprenant au moins un dispositif de stockage d’énergie (CSM) connectable en série respectivement dans le premier bras et dans le second bras lorsque l’organe de commande du sous-module est dans un état commandé,
le convertisseur de tension comprenant en outre un transformateur (40) comportant une pluralité d’enroulements primaires (41a,42a,43a) et une pluralité d’enroulements secondaires (41b,42b,43b), chacune des chaines de sous-modules étant connectée en parallèle avec au moins un condensateur (34,36,38,44,46,48) et un des enroulements primaires ou secondaires du transformateur, ledit condensateur et ledit enroulement primaire ou secondaire étant connectés en série l’un par rapport à l’autre, au moins un des condensateurs étant connecté électriquement à un des points supérieurs ou inférieurs d’une des chaines de sous-modules par une connexion électrique passive (35,37,39,45,47,49).
A voltage converter (10) for converting a first DC voltage to a second DC voltage, the converter comprising:
- first and second DC terminals (16,18) configured to be electrically connected to a first DC power supply network (12);
- third and fourth DC terminals (24,26) configured to be electrically connected to a second DC power supply network (14);
- a first arm (20) extending between the first and second continuous terminals;
- a second arm (30) extending between the third and fourth continuous terminals,
the first and second arms each comprising a plurality of chains (21,22,23,31,32,33) of sub-modules connected in series respectively in the first arm and in the second arm, each of the said chains of sub-modules having an upper point (21a,22a,23a,31a,32a,33a) and a lower point (21b,22b,23b,31b,32b,33b) between which it extends, each of the chains of sub-modules comprising a plurality sub-modules (SM) individually controllable by a control unit (T1, T2) specific to each sub-module and each sub-module comprising at least one energy storage device (C SM ) connectable in series respectively in the first arm and in the second arm when the control member of the sub-module is in a controlled state,
the voltage converter further comprising a transformer (40) having a plurality of primary windings (41a,42a,43a) and a plurality of secondary windings (41b,42b,43b), each of the chains of sub-modules being connected in parallel with at least one capacitor (34,36,38,44,46,48) and one of the primary or secondary windings of the transformer, said capacitor and said primary or secondary winding being connected in series with respect to each other other, at least one of the capacitors being electrically connected to one of the upper or lower points of one of the chains of sub-modules by a passive electrical connection (35,37,39,45,47,49).
Convertisseur de tension selon la revendication 1, dans lequel ledit au moins un des condensateurs (34,36,38,44,46,48) est connecté directement audit point supérieur (21a,22a,23a,31a,32a,33a) ou inférieur.A voltage converter according to claim 1, wherein said at least one of the capacitors (34,36,38,44,46,48) is connected directly to said upper (21a,22a,23a,31a,32a,33a) or lower point . Convertisseur de tension selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le premier bras (20) et le second bras (30) comprennent chacun trois chaines (21,22,23,31,32,33) de sous-modules et dans lequel le transformateur (40) comprend trois enroulements primaires (41a,42a,43a) et trois enroulements secondaires (41b,42b,43b), chacune des trois chaines de sous-modules du premier bras étant connectée en parallèle avec un des trois enroulements secondaires du transformateur, chacune des trois chaines de sous-modules du second bras étant connectée en parallèle avec un des trois enroulements primaires du transformateur.Voltage converter according to claim 1 or 2, in which the first arm (20) and the second arm (30) each comprise three chains (21,22,23,31,32,33) of sub-modules and in which the transformer (40) comprises three primary windings (41a,42a,43a) and three secondary windings (41b,42b,43b), each of the three chains of sub-modules of the first arm being connected in parallel with one of the three secondary windings of the transformer , each of the three chains of sub-modules of the second arm being connected in parallel with one of the three primary windings of the transformer. Convertisseur de tension selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les sous-modules des chaines (21,22,23,31,32,33) de sous-modules des premier et second bras (20,30) présentent une topologie demi-pont ou une topologie pont complet.Voltage converter according to any one of Claims 1 to 3, in which the submodules of the chains (21,22,23,31,32,33) of submodules of the first and second arms (20,30) have a half-bridge topology or a full-bridge topology. Convertisseur de tension selon la revendication 4, dans lequel les sous-modules des chaines de sous-modules (21,22,23) du premier bras (20) présentent une topologie en demi-pont et dans lequel les sous-modules des chaines de sous-modules (31,32,33) du second bras (30) présentent une topologie en pont complet.Voltage converter according to claim 4, in which the sub-modules of the chains of sub-modules (21,22,23) of the first arm (20) have a half-bridge topology and in which the sub-modules of the chains of sub-modules (31,32,33) of the second arm (30) have a full-bridge topology. Convertisseur de tension selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant au moins un module de filtrage (80) connecté en série avec le premier bras (20) ou le second bras (30) et configuré pour empêcher la circulation d’un courant alternatif dans ledit bras.Voltage converter according to any one of claims 1 to 5, comprising at least one filter module (80) connected in series with the first arm (20) or the second arm (30) and configured to prevent the circulation of a alternating current in said arm. Convertisseur de tension selon la revendication 6, dans lequel le module de filtrage (80) comprend au moins un composant passif et/ou un composant actif.Voltage converter according to claim 6, in which the filter module (80) comprises at least one passive component and/or one active component. Convertisseur de tension selon la revendication 6 ou 7, dans lequel le module de filtrage (80) comprend une inductance (82) et une capacité (84) connectées en parallèle l’une de l’autre.A voltage converter according to claim 6 or 7, wherein the filter module (80) comprises an inductance (82) and a capacitor (84) connected in parallel with each other. Convertisseur de tension selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel le module de filtrage (80) comprend une chaine de sous-modules supplémentaire (86) comprenant une pluralité de sous-modules (SM) commandables individuellement par un organe de commande propre à chaque sous-module et chaque sous-module de ladite chaine de sous-modules supplémentaire comprenant au moins un dispositif de stockage d’énergie connectable en série avec le premier bras (20) et/ou le second bras (30) lorsque l’organe de commande du sous-module est dans un état commandé.Voltage converter according to any one of Claims 6 to 8, in which the filtering module (80) comprises a chain of additional sub-modules (86) comprising a plurality of sub-modules (SM) individually controllable by a control specific to each sub-module and each sub-module of said chain of additional sub-modules comprising at least one energy storage device connectable in series with the first arm (20) and/or the second arm (30) when the control member of the sub-module is in a controlled state. Convertisseur de tension selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant un module de démarrage (88) configuré pour charger les dispositifs de stockage d’énergie (CSM) des sous-modules d’au moins un des bras du convertisseur lorsqu’il est placé dans un premier état.Voltage converter according to any one of claims 1 to 9, comprising a start-up module (88) configured to charge the energy storage devices (C SM ) of the sub-modules of at least one of the arms of the converter when he is placed in a first state. Convertisseur de tension selon la revendication 10, dans lequel le module de démarrage (88) comprend au moins un premier interrupteur (90) connecté à un des terminaux continus du convertisseur et une résistance de limitation (92) connectée en parallèle dudit interrupteur, ledit interrupteur étant ouvert lorsque le module de démarrage est placé dans le premier état.A voltage converter according to claim 10, wherein the start module (88) comprises at least a first switch (90) connected to one of the DC terminals of the converter and a limiting resistor (92) connected in parallel with said switch, said switch being open when the start module is placed in the first state. Convertisseur de tension selon la revendication 11, dans lequel le module de démarrage (88) peut être placé dans un second état, dans lequel ledit au moins un interrupteur (90) est fermé, de manière à court-circuiter ladite résistance de limitation (92).Voltage converter according to claim 11, wherein the start module (88) can be placed in a second state, in which said at least one switch (90) is closed, so as to short-circuit said limiting resistor (92 ). Convertisseur de tension selon l’une quelconque des revendication 1 à 12, comprenant en outre un module de contrôle (72) configuré pour commander les organes de commande des sous-modules des chaines (21,22,23,31,32,33) de sous-modules du premier bras (20) et du second bras (30), de manière à réguler les tensions aux bornes desdites chaines de sous-modules.A voltage converter according to any one of claims 1 to 12, further comprising a control module (72) configured to control the controllers of the sub-modules of the strings (21,22,23,31,32,33) of sub-modules of the first arm (20) and of the second arm (30), so as to regulate the voltages at the terminals of said chains of sub-modules. Installation de transport de courant continu haute tension (8) comprenant un premier réseau d’alimentation électrique continu (12), un second réseau d’alimentation électrique continu (14) et un convertisseur de tension (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, ledit convertisseur de tension étant configuré pour connecter électriquement lesdits réseaux d’alimentation électrique continus entre eux.High voltage direct current transmission installation (8) comprising a first direct current power supply network (12), a second direct current power supply network (14) and a voltage converter (10) according to any one of the claims 1 to 13, said voltage converter being configured to electrically connect said DC power supply networks to each other.
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