FR3131131A1 - Conversion module comprising an electrical energy recovery circuit - Google Patents
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Abstract
Module de conversion comprenant un circuit de récupération d’énergie électrique. Module de conversion (10) comprenant un interrupteur (14), un dispositif de commande locale (16) configuré pour commander la mise en position ouverte ou la mise en position fermée de l’interrupteur, un circuit de récupération d’énergie électrique (18) comprenant un transformateur (20) comportant un enroulement primaire (20a) ayant un nombre de spires supérieur au nombre de spire d’un enroulement secondaire, l’enroulement primaire étant connecté dans une boucle primaire (22), en série avec un condensateur de découplage (24), le circuit de récupération d’énergie électrique comprenant un dispositif de stockage d’énergie électrique (28) connecté dans une boucle secondaire (30) et étant configuré pour emmagasiner de l’énergie électrique et pour restituer au moins une partie de cette énergie électrique au dispositif de commande locale. Figure pour l’abrégé : Fig. 1.Conversion module comprising an electrical energy recovery circuit. Conversion module (10) comprising a switch (14), a local control device (16) configured to control the placing in the open position or the placing in the closed position of the switch, an electrical energy recovery circuit (18 ) comprising a transformer (20) comprising a primary winding (20a) having a number of turns greater than the number of turns of a secondary winding, the primary winding being connected in a primary loop (22), in series with a capacitor of decoupling (24), the electrical energy recovery circuit comprising an electrical energy storage device (28) connected in a secondary loop (30) and being configured to store electrical energy and to restore at least a part of this electrical energy to the local control device. Figure for abstract: Fig. 1.
Description
La présente invention concerne le domaine technique des convertisseurs de tension, notamment pour les installations d’alimentation électrique en courant continu haute tension (HVDC pour « High Voltage Direct Current » en langue anglaise). La présente invention concerne plus précisément les chaines de conversion, également appelées valves, pour des convertisseurs de tension, par exemple des convertisseurs commutés par la ligne (LCC pour « Line-Commutated Converters » en langue anglaise) ou des convertisseurs source de tension (VSC pour «Voltage Source Converters » en langue anglaise). Ces convertisseurs peuvent être de type AC/DC, DC/AC ou encore DC/DC.The present invention relates to the technical field of voltage converters, in particular for high voltage direct current power supply installations (HVDC for "High Voltage Direct Current" in English). The present invention relates more specifically to conversion chains, also called valves, for voltage converters, for example line-commutated converters (LCC) or voltage source converters (VSC for “Voltage Source Converters” in English). These converters can be of the AC/DC, DC/AC or even DC/DC type.
Les chaines de conversion des convertisseurs de tension connues comprennent généralement une pluralité de modules de conversion connectés en série dans la chaine de conversion. Traditionnellement, ces modules de conversion comprennent chacun un interrupteur, par exemple un thyristor, pouvant être ouvert ou fermé au moyen d’un dispositif de commande. Ce dispositif de commande est de préférence dédié audit interrupteur et doit être alimenté en énergie électrique puisée localement afin de limiter les contraintes d’isolation dudit dispositif de commande.The conversion chains of known voltage converters generally comprise a plurality of conversion modules connected in series in the conversion chain. Traditionally, these conversion modules each comprise a switch, for example a thyristor, which can be opened or closed by means of a control device. This control device is preferably dedicated to said switch and must be supplied with locally pulsed electrical energy in order to limit the insulation constraints of said control device.
On connait des modules de conversion pour des chaines de conversion dans lesquels un circuit d’amortissement passif, constitué d’une résistance et d’un condensateur montés en série, est connecté aux bornes de l’interrupteur. Ce circuit d’amortissement forme un chemin de courant auxiliaire permettant de contourner au moins partiellement l’interrupteur, afin d’ajuster la tension entre les terminaux du module de conversion et afin d’équilibrer la tension de la chaine de conversion entre les différents modules de conversion. Il est connu de récupérer une partie de l’énergie dissipée au sein de ce circuit d’amortissement afin d’alimenter en énergie électrique le dispositif de commande du module de conversion.Conversion modules are known for conversion chains in which a passive damping circuit, consisting of a resistor and a capacitor connected in series, is connected to the terminals of the switch. This damping circuit forms an auxiliary current path making it possible to at least partially bypass the switch, in order to adjust the voltage between the terminals of the conversion module and in order to balance the voltage of the conversion chain between the different modules. conversion. It is known to recover part of the energy dissipated within this damping circuit in order to supply electrical energy to the control device of the conversion module.
Pour ce faire, il est connu de connecter un condensateur d’alimentation en série avec le condensateur du circuit d’amortissement, afin de former un pont diviseur capacitif. La tension aux bornes du condensateur d’alimentation est délivrée à un dispositif de stockage d’énergie lui permettant ensuite de fournir de l’énergie électrique au dispositif de commande.To do this, it is known to connect a supply capacitor in series with the capacitor of the snubber circuit, in order to form a capacitive divider bridge. The voltage across the supply capacitor is supplied to an energy storage device which then allows it to supply electrical energy to the control device.
Un inconvénient de ce module de conversion est que le condensateur du circuit d’amortissement et le condensateur d’alimentation doivent présenter une capacité importante afin de pouvoir fournir au dispositif de stockage d’énergie une énergie électrique suffisante pour alimenter le dispositif de commande. Ces condensateurs à forte capacité, et par conséquent ce module de conversion, sont particulièrement encombrants et coûteux. Il n’est pas possible de remplacer ces condensateurs par des condensateurs de plus faible capacité moins encombrants sans compromettre l’alimentation du dispositif de commande et donc le contrôle de l’interrupteur.A disadvantage of this conversion module is that the capacitor of the snubber circuit and the supply capacitor must have a large capacitance in order to be able to supply the energy storage device with sufficient electrical energy to supply the control device. These high-capacitance capacitors, and consequently this conversion module, are particularly bulky and expensive. It is not possible to replace these capacitors with less bulky smaller capacity capacitors without compromising the power supply to the control device and therefore the control of the switch.
Un but de la présente invention est de proposer un module de conversion pour une chaine de conversion d’un convertisseur de tension remédiant aux problèmes précités.An object of the present invention is to propose a conversion module for a conversion chain of a voltage converter remedying the aforementioned problems.
Pour ce faire, l’invention porte sur un module de conversion pour une chaine de conversion d’un convertisseur de tension, par exemple de type convertisseur à courant continu haute tension (HVDC), le module de conversion présentant un terminal supérieur et un terminal inférieur entre lesquels il s’étend, le module de conversion comprenant:
- une ligne électrique principale s’étendant entre ledit terminal supérieur et ledit terminal inférieur;
- un interrupteur connecté dans ladite ligne électrique principale et pouvant prendre au moins une position ouverte dans lequel il bloque la circulation d’un courant électrique dans ladite ligne électrique principale et une position fermée dans lequel il autorise la circulation d’un courant électrique dans ladite ligne électrique principale ;
- un dispositif de commande locale relié électriquement à l’interrupteur et configuré pour commander la mise en position ouverte ou la mise en position fermée de l’interrupteur ;
- un circuit de récupération d’énergie électrique configuré pour alimenter en énergie électrique ledit dispositif de commande locale, ledit circuit de récupération d’énergie électrique étant connecté électriquement entre le terminal supérieur et le terminal inférieur dudit module de conversion et comprenant un transformateur ayant comportant un enroulement primaire ayant une pluralité de spires, ainsi qu’un enroulement secondaire ayant une pluralité de spires, le nombre de spires de l’enroulement primaire étant supérieur au nombre de spires de l’enroulement secondaire, l’enroulement primaire étant connecté dans une boucle primaire, en série avec un condensateur de découplage, entre le terminal supérieur et le terminal inférieur dudit module de conversion, le circuit de récupération d’énergie électrique comprenant en outre un dispositif de stockage d’énergie électrique connecté dans une boucle secondaire comprenant ledit enroulement secondaire, le dispositif de stockage d’énergie électrique étant relié électriquement audit dispositif de commande locale, ledit dispositif de stockage d’énergie électrique étant configuré pour emmagasiner de l’énergie électrique résultant de la circulation d’un courant électrique dans ladite boucle secondaire, et pour restituer au moins une partie de cette énergie électrique au dispositif de commande locale, afin d’alimenter ledit dispositif de commande locale en énergie électrique.To do this, the invention relates to a conversion module for a conversion chain of a voltage converter, for example of the high voltage direct current (HVDC) converter type, the conversion module having an upper terminal and a terminal lower part between which it extends, the conversion module comprising:
- a main electrical line extending between said upper terminal and said lower terminal;
- a switch connected in said main electric line and capable of taking at least one open position in which it blocks the flow of an electric current in said main electric line and a closed position in which it authorizes the flow of an electric current in said main power line;
- A local control device electrically connected to the switch and configured to control the placing in the open position or the placing in the closed position of the switch;
- an electrical energy recovery circuit configured to supply electrical energy to said local control device, said electrical energy recovery circuit being electrically connected between the upper terminal and the lower terminal of said conversion module and comprising a transformer having comprising a primary winding having a plurality of turns, and a secondary winding having a plurality of turns, the number of turns of the primary winding being greater than the number of turns of the secondary winding, the primary winding being connected in a primary loop, in series with a decoupling capacitor, between the upper terminal and the lower terminal of said conversion module, the electrical energy recovery circuit further comprising an electrical energy storage device connected in a secondary loop comprising said secondary winding, the electric energy storage device being electrically connected to said local control device, said electric energy storage device being configured to store electric energy resulting from the circulation of an electric current in said secondary loop , and to restore at least part of this electrical energy to the local control device, in order to supply said local control device with electrical energy.
Le module de conversion est adapté pour être connecté dans une chaine de conversion comprenant plusieurs modules de conversion connectés en série, une telle chaine de conversion étant également appelée valve. Ce type de module de conversion est particulièrement adapté pour être implantée dans un convertisseur de tension de type HVDC. De préférence, un tel convertisseur peut être de type AC/DC ou DC/AC, de sorte qu’il permet de convertir une tension alternative en une tension continue, et inversement, ou encore de type DC/DC, de sorte qu’il permet de convertir une première tension continue en une seconde tension continue. De manière non limitative, un tel convertisseur de tension peut être de type VSC ou LCC.The conversion module is adapted to be connected in a conversion chain comprising several conversion modules connected in series, such a conversion chain also being called a valve. This type of conversion module is particularly suitable for being installed in an HVDC type voltage converter. Preferably, such a converter can be of the AC/DC or DC/AC type, so that it makes it possible to convert an alternating voltage into a direct voltage, and vice versa, or even of the DC/DC type, so that it converts a first DC voltage into a second DC voltage. In a non-limiting manner, such a voltage converter can be of the VSC or LCC type.
L’interrupteur est avantageusement apte à supporter des tensions importantes à ses bornes, par exemple des tensions supérieures à 6 kilovolts, généralement de l’ordre de 10 kilovolts. L’interrupteur est un composant commandable, dont la mise en position ouverte ou fermée peut être contrôlée au moyen du dispositif de commande.The switch is advantageously able to withstand high voltages at its terminals, for example voltages greater than 6 kilovolts, generally of the order of 10 kilovolts. The switch is a controllable component, the opening or closing of which can be controlled by means of the control device.
Par dispositif de commande locale, on entend un dispositif de commande configuré pour commander un nombre réduit d’interrupteurs, de préférence uniquement l’interrupteur du module de conversion, par opposition à un dispositif de commande centralisée commandant l’ensemble des interrupteurs d’une chaine de conversion ou d’un convertisseur. Le dispositif de commande est de préférence disposé physiquement à proximité de l’interrupteur.By local control device is meant a control device configured to control a reduced number of switches, preferably only the switch of the conversion module, as opposed to a centralized control device controlling all the switches of a conversion chain or converter. The control device is preferably placed physically close to the switch.
Le dispositif de commande locale doit être alimenté en énergie électrique pour fonctionner. Il comprend avantageusement une carte électronique de commande reliée au dispositif de stockage d’énergie.The local control device must be supplied with electrical energy to operate. It advantageously comprises an electronic control card connected to the energy storage device.
Le dispositif de commande locale est avantageusement configuré pour émettre un signal de commande à destination de l’interrupteur, afin de commander son ouverture ou sa fermeture. Dans le cas où l’interrupteur est un thyristor ou un transistor à grille isolée, le signal de commande est avantageusement envoyé vers la gâchette ou la grille de l’interrupteur.The local control device is advantageously configured to send a control signal to the switch, in order to control its opening or closing. In the case where the switch is a thyristor or an insulated-gate transistor, the control signal is advantageously sent to the gate or the gate of the switch.
Le dispositif de commande locale comprend de préférence un pilote de grille (« Gate driver » en langue anglaise) configuré pour transmettre les signaux de commande audit interrupteur.The local control device preferably comprises a gate driver configured to transmit the control signals to said switch.
Le transformateur du module de conversion selon l’invention présente un rapport de transformation, correspondant au rapport entre le nombre de spires de l’enroulement secondaire et le nombre de spires de l’enroulement primaire, strictement inférieur à 1. En approximation, le rapport de transformation du transformateur est environ égal au rapport entre la tension aux bornes de l’enroulement secondaire et la tension aux bornes de l’enroulement primaire du module de conversion.The transformer of the conversion module according to the invention has a transformation ratio, corresponding to the ratio between the number of turns of the secondary winding and the number of turns of the primary winding, strictly less than 1. As an approximation, the ratio transformation of the transformer is approximately equal to the ratio between the voltage at the terminals of the secondary winding and the voltage at the terminals of the primary winding of the conversion module.
De préférence, mais de manière non limitative, le nombre de spires de l’enroulement primaire est au moins deux fois supérieur au nombre de spires de l’enroulement secondaire.Preferably, but not limited to, the number of turns of the primary winding is at least twice the number of turns of the secondary winding.
Dans la mesure où le nombre de spires de l’enroulement primaire est supérieur au nombre de spires de l’enroulement secondaire, la tension aux bornes de l’enroulement primaire est donc supérieure à la tension aux bornes de l’enroulement secondaire. Le transformateur est dit abaisseur de tension entre son enroulement primaire et son enroulement secondaire. De ce fait, le transformateur est configuré pour imposer un courant circulant dans l’enroulement secondaire, et donc dans la boucle secondaire, supérieur à un courant circulant dans l’enroulement primaire, et donc dans la boucle primaire. En d’autres mots, le transformateur permet d’augmenter le courant entre son enroulement primaire et son enroulement secondaire.Insofar as the number of turns of the primary winding is greater than the number of turns of the secondary winding, the voltage at the terminals of the primary winding is therefore greater than the voltage at the terminals of the secondary winding. The transformer is said to reduce the voltage between its primary winding and its secondary winding. Therefore, the transformer is configured to impose a current flowing in the secondary winding, and therefore in the secondary loop, greater than a current flowing in the primary winding, and therefore in the primary loop. In other words, the transformer makes it possible to increase the current between its primary winding and its secondary winding.
Le transformateur est avantageusement un transformateur configuré pour fonctionner à 50 Hz. Le transformateur est avantageusement un transformateur basse-tension, configuré pour supporter une tension inférieure à 1000 Volts à ses enroulements. Un intérêt est de pouvoir utiliser un transformateur peu coûteux et peu encombrant.The transformer is advantageously a transformer configured to operate at 50 Hz. The transformer is advantageously a low-voltage transformer, configured to withstand a voltage of less than 1000 volts at its windings. One advantage is to be able to use an inexpensive and compact transformer.
De préférence, le transformateur est apte à délivrer une tension égale à 50 Volts aux bornes de son enroulement secondaire à partir d’une tension de 230 Volts aux bornes de son enroulement primaire. Un tel transformateur peut être aisément fabriqué ou trouvé dans le commerce et présente un encombrement et un coût réduits.Preferably, the transformer is able to deliver a voltage equal to 50 Volts across its secondary winding from a voltage of 230 Volts across its primary winding. Such a transformer can be easily manufactured or found commercially and has a reduced size and cost.
Le circuit de récupération d’énergie électrique est connecté en parallèle de l’interrupteur.The electrical energy recovery circuit is connected in parallel with the switch.
Le dispositif de stockage d’énergie électrique est avantageusement connecté en série avec l’enroulement secondaire du transformateur, dans la boucle secondaire.The electrical energy storage device is advantageously connected in series with the secondary winding of the transformer, in the secondary loop.
Lorsque le module de conversion est traversé par un courant électrique, ce courant circule en partie dans la ligne électrique principale et en partie dans le circuit de récupération d’énergie électrique, si l’interrupteur est fermé, ou intégralement dans le circuit de récupération d’énergie électrique, si l’interrupteur est ouvert. Un courant primaire circule par conséquent dans la boucle primaire, le transformateur entrainant la circulation d’un courant secondaire dans la boucle secondaire. Le rapport entre ledit courant primaire et ledit courant secondaire correspond, en approximation, au rapport de transformation du transformateur.When the conversion module is crossed by an electric current, this current flows partly in the main electric line and partly in the electric energy recovery circuit, if the switch is closed, or entirely in the energy recovery circuit. electrical energy, if the switch is open. A primary current therefore circulates in the primary loop, the transformer causing the circulation of a secondary current in the secondary loop. The ratio between said primary current and said secondary current corresponds, in approximation, to the transformation ratio of the transformer.
Ce courant secondaire traverse le dispositif de stockage d’énergie électrique permettant à ce dernier d’emmagasiner de l’énergie électrique qu’il est ensuite apte à restituer au dispositif de commande locale pour l’alimenter. Le dispositif de commande locale est donc alimenté localement par une énergie électrique puisée localement et issue du module de conversion en fonctionnement. Le dispositif de commande locale n’est pas alimenté par une source d’énergie externe au module de conversion. Un intérêt est de réduire les contraintes relatives à l’isolation du dispositif de commande locale.This secondary current passes through the electrical energy storage device allowing the latter to store electrical energy which it is then able to return to the local control device to supply it. The local control device is therefore supplied locally by electrical energy drawn locally and coming from the conversion module in operation. The local control device is not powered by an energy source external to the conversion module. One advantage is to reduce the constraints relating to the insulation of the local control device.
Afin que le dispositif de stockage d’énergie puisse emmagasiner suffisamment d’énergie pour alimenter le dispositif de commande locale, un courant secondaire important doit circuler dans la boucle secondaire, de préférence un courant supérieur à 50 mA.In order for the energy storage device to store enough energy to supply the local control device, a large secondary current must flow in the secondary loop, preferably a current greater than 50 mA.
L’utilisation d’un transformateur selon l’invention permet de réaliser un pont diviseur de tension formé par le condensateur de découplage et l’enroulement primaire du transformateur.The use of a transformer according to the invention makes it possible to produce a voltage divider bridge formed by the decoupling capacitor and the primary winding of the transformer.
Dans ce pont diviseur de tension, le transformateur de tension est avantageusement choisi de manière à présenter aux bornes de son enroulement primaire une tension très inférieure à la tension aux bornes de l’interrupteur. Ledit condensateur de découplage présente en conséquence une tension importante à ses bornes, du même ordre de grandeur que la tension aux bornes de l’interrupteur lorsque ce dernier est ouvert.In this voltage divider bridge, the voltage transformer is advantageously chosen so as to present at the terminals of its primary winding a voltage much lower than the voltage at the terminals of the switch. Said decoupling capacitor therefore has a high voltage at its terminals, of the same order of magnitude as the voltage at the terminals of the switch when the latter is open.
Grâce à l’invention, le transformateur permet d’imposer un courant circulant dans la boucle secondaire supérieur au courant circulant dans la boucle primaire. En d’autres mots, il permet « d’augmenter le courant » entre l’enroulement primaire et l’enroulement secondaire. Il peut donc être choisi de manière à permettre la circulation d’un courant secondaire dans la boucle secondaire suffisamment important pour alimenter le dispositif de commande locale à partir d’un faible courant primaire circulant dans la boucle primaire, de préférence un courant inférieur à 10 mA, par exemple un courant primaire de l’ordre de 5 mA. Un avantage de l’invention est de permettre l’utilisation d’un condensateur de découplage de faible capacité présentant un encombrement et un coût réduits. En effet, la tension aux bornes de l’enroulement primaire du transformateur est avantageusement maintenue sensiblement constante. L’invention offrant la possibilité de maintenir un courant primaire faible dans la boucle primaire tout en permettant l’alimentation du dispositif de commande local, un condensateur de forte impédance et donc de faible capacité peut être utilisé. Le module de conversion selon l’invention est donc moins encombrant et moins coûteux que les modules de conversion selon l’art antérieur, tout en permettant l’alimentation du dispositif de commande locale.Thanks to the invention, the transformer makes it possible to impose a current circulating in the secondary loop greater than the current circulating in the primary loop. In other words, it allows "to increase the current" between the primary winding and the secondary winding. It can therefore be chosen so as to allow the circulation of a secondary current in the secondary loop large enough to supply the local control device from a low primary current circulating in the primary loop, preferably a current lower than 10 mA, for example a primary current of the order of 5 mA. An advantage of the invention is to allow the use of a low capacitance decoupling capacitor with reduced bulk and cost. Indeed, the voltage across the terminals of the primary winding of the transformer is advantageously maintained substantially constant. Since the invention offers the possibility of maintaining a low primary current in the primary loop while allowing the local control device to be supplied, a high impedance and therefore low capacitance capacitor can be used. The conversion module according to the invention is therefore less bulky and less expensive than the conversion modules according to the prior art, while allowing the supply of the local control device.
Par ailleurs, la tension aux bornes de l’interrupteur, lorsqu’il est ouvert, présente une forte composante continue, qui ne peut pas être supportée par le transformateur. L’utilisation d’un transformateur est facilitée par l’introduction du condensateur de découplage connecté dans la boucle primaire. En effet, ce condensateur de découplage permet de filtrer et de bloquer cette composante continue. Un intérêt est d’empêcher la saturation du transformateur.Furthermore, the voltage across the terminals of the switch, when it is open, has a strong DC component, which cannot be supported by the transformer. The use of a transformer is facilitated by the introduction of the decoupling capacitor connected in the primary loop. Indeed, this decoupling capacitor makes it possible to filter and block this DC component. One interest is to prevent saturation of the transformer.
De préférence, mais de manière non-limitative, le condensateur de découplage est un composant haute-tension, apte à supporter une tension à ses bornes supérieure à 1000 Volts.Preferably, but in a non-limiting manner, the decoupling capacitor is a high-voltage component, able to withstand a voltage at its terminals greater than 1000 Volts.
De préférence, le transformateur présente un rapport de transformation compris entre 0 et 0.5 entre son enroulement primaire et son enroulement secondaire. Ce rapport de transformation correspond au rapport du nombre de spires de l’enroulement secondaire sur le nombre de spires de l’enroulement primaire. On comprend que l’enroulement primaire comprend alors au moins deux fois plus de spires que l’enroulement secondaire. Un intérêt est de permettre la circulation d’un courant secondaire dans la boucle secondaire au moins deux fois plus élevé que le courant primaire circulant dans la boucle primaire. Ceci permet de conserver un courant secondaire suffisant pour alimenter le dispositif de commande locale tout en limitant davantage le courant circulant dans la boucle primaire, afin de pouvoir réduire d’autant plus la capacité du condensateur de découplage et donc l’encombrement du module de conversion.Preferably, the transformer has a transformation ratio of between 0 and 0.5 between its primary winding and its secondary winding. This transformation ratio corresponds to the ratio of the number of turns of the secondary winding to the number of turns of the primary winding. It is understood that the primary winding then comprises at least twice as many turns as the secondary winding. An interest is to allow the circulation of a secondary current in the secondary loop at least twice as high as the primary current circulating in the primary loop. This makes it possible to maintain a secondary current sufficient to supply the local control device while further limiting the current circulating in the primary loop, in order to be able to further reduce the capacitance of the decoupling capacitor and therefore the size of the conversion module. .
Avantageusement, l’enroulement primaire du transformateur comprend entre 5 et 50 fois plus de spires que l’enroulement secondaire. Un intérêt est de réduire d’autant plus l’intensité du courant circulant dans la boucle primaire. On comprend que le courant circulant dans la boucle primaire est avantageusement entre 5 et 50 fois inférieur au courant circulant dans la boucle secondaire. Encore de préférence, l’enroulement primaire du transformateur comprend environ 10 fois plus de spires que l’enroulement secondaire.Advantageously, the primary winding of the transformer comprises between 5 and 50 times more turns than the secondary winding. One advantage is to further reduce the intensity of the current flowing in the primary loop. It is understood that the current circulating in the primary loop is advantageously between 5 and 50 times lower than the current circulating in the secondary loop. Again preferably, the primary winding of the transformer comprises approximately 10 times more turns than the secondary winding.
Préférentiellement, l’interrupteur est un composant semi-conducteur, par exemple un thyristor, un transistor bipolaire à grille isolée ou une diode.Preferably, the switch is a semiconductor component, for example a thyristor, an insulated-gate bipolar transistor or a diode.
Si l’interrupteur principal est un thyristor, alors il comprend une anode, une cathode et une gâchette permettant de commander son ouverture et sa fermeture. Auquel cas, la position ouverte de l’interrupteur correspond à l’état bloqué du thyristor et la position fermée de l’interrupteur correspond à l’état passant du thyristor. Le dispositif de commande locale est avantageusement configuré pour délivrer un signal de commande à destination de ladite gâchette afin de placer le thyristor dans l’état bloqué ou dans l’état passant.If the main switch is a thyristor, then it includes an anode, a cathode and a trigger to control its opening and closing. In this case, the open position of the switch corresponds to the off state of the thyristor and the closed position of the switch corresponds to the on state of the thyristor. The local control device is advantageously configured to deliver a control signal to said gate in order to place the thyristor in the off state or in the on state.
De préférence, le dispositif de stockage d’énergie électrique comprend au moins un condensateur connecté dans la boucle secondaire en série avec l’enroulement secondaire du transformateur. Un tel condensateur présente l’avantage d’être peu coûteux et peu encombrant. Ledit condensateur se charge progressivement avec la circulation d’un courant dans la boucle secondaire. Ledit condensateur est avantageusement connecté directement au dispositif de commande locale et configuré pour se décharger au moins en partie et alimenter ledit dispositif de commande locale. Autrement dit, le dispositif de commande locale puise son énergie d’alimentation dans ledit condensateur.Preferably, the electrical energy storage device comprises at least one capacitor connected in the secondary loop in series with the secondary winding of the transformer. Such a capacitor has the advantage of being inexpensive and compact. Said capacitor gradually charges with the circulation of a current in the secondary loop. Said capacitor is advantageously connected directly to the local control device and configured to discharge at least in part and supply said local control device. In other words, the local control device draws its supply energy from said capacitor.
Ledit condensateur du dispositif de stockage d’énergie présente avantageusement une capacité comprise entre 100 microfarads et 100 millifarads. Le condensateur est avantageusement un composant basse-tension configuré pour supporter une tension inférieure à 1000 Volts, encore de préférence inférieure à 200 Volts.Said capacitor of the energy storage device advantageously has a capacitance of between 100 microfarads and 100 millifarads. The capacitor is advantageously a low-voltage component configured to withstand a voltage lower than 1000 Volts, more preferably lower than 200 Volts.
De manière avantageuse, le circuit de récupération d’énergie électrique comprend en outre une résistance connectée en série avec le condensateur de découplage et l’enroulement primaire du transformateur dans la boucle primaire. Cette résistance permet d’amortir les oscillations de la tension aux bornes de l’enroulement primaire du transformateur, réduisant le risque d’endommagement dudit transformateur.Advantageously, the electrical energy harvesting circuit further comprises a resistor connected in series with the decoupling capacitor and the primary winding of the transformer in the primary loop. This resistance makes it possible to damp the oscillations of the voltage at the terminals of the primary winding of the transformer, reducing the risk of damage to said transformer.
De préférence, le condensateur de découplage présente une capacité comprise entre 10 et 50 nanofarads. Un tel condensateur est peu coûteux, peut être facilement trouvé dans le commerce et présente un faible encombrement.Preferably, the decoupling capacitor has a capacitance of between 10 and 50 nanofarads. Such a capacitor is inexpensive, can be easily found commercially and has a small footprint.
De préférence, le circuit de récupération d’énergie électrique comprend en outre un montage redresseur connecté en parallèle du dispositif de stockage d’énergie électrique, le montage redresseur étant configuré pour imposer aux bornes du dispositif de stockage d’énergie électrique une tension redressée. Un intérêt est d’imposer aux bornes du dispositif de stockage d’énergie électrique une tension uniquement positive ou uniquement négative, permettant ainsi d’alimenter directement le dispositif de commande locale. En effet, les composants couramment utilisés comme pilotes de grille doivent généralement être alimenté avec une tension de polarité constante.Preferably, the electrical energy recovery circuit further comprises a rectifier assembly connected in parallel with the electrical energy storage device, the rectifier assembly being configured to impose a rectified voltage across the terminals of the electrical energy storage device. An interest is to impose on the terminals of the electrical energy storage device a voltage that is only positive or only negative, thus making it possible to directly supply the local control device. Indeed, the components commonly used as gate drivers must generally be supplied with a voltage of constant polarity.
Le courant circulant dans le dispositif de stockage d’énergie électrique peut présenter une oscillation résiduelle (« ripple » en langue anglaise).The current flowing in the electrical energy storage device may exhibit a residual oscillation (“ripple”).
Le montage redresseur comprend de préférence au moins une diode, encore de préférence quatre diodes.The rectifier assembly preferably comprises at least one diode, more preferably four diodes.
Le montage redresseur est avantageusement configuré pour imposer une tension redressée positive aux bornes du dispositif de stockage d’énergie électrique.The rectifier assembly is advantageously configured to impose a positive rectified voltage across the terminals of the electrical energy storage device.
Avantageusement, le montage redresseur est un montage redresseur pleine onde. De tels montages redresseurs comprennent une pluralité de diodes. Ils sont peu encombrants et peu coûteux.Advantageously, the rectifier assembly is a full-wave rectifier assembly. Such rectifier assemblies comprise a plurality of diodes. They are space-saving and inexpensive.
Préférentiellement, le montage redresseur comprend un pont de diodes comprenant quatre diodes, ledit pont de diodes étant configuré de sorte que seules deux des quatre diodes sont passantes à la fois.Preferably, the rectifier assembly comprises a diode bridge comprising four diodes, said diode bridge being configured so that only two of the four diodes are conductive at a time.
Un tel pont de diodes est également appelé pont de Graetz. Il comporte deux paires de diodes, chaque paire de diodes étant alternativement passante puis bloquée tandis que, pendant le même temps, l’autre paire de diodes est alternativement bloquée puis passante, suivant l’évolution sinusoïdale du courant secondaire circulant dans la boucle secondaire. Un montage redresseur en pont de Graetz permet de s’affranchir d’une prise centrale pour l’enroulement secondaire du transformateur.Such a diode bridge is also called a Graetz bridge. It comprises two pairs of diodes, each pair of diodes being alternately on then blocked while, during the same time, the other pair of diodes is alternately blocked then on, following the sinusoidal evolution of the secondary current circulating in the secondary loop. A Graetz bridge rectifier assembly eliminates the need for a central tap for the secondary winding of the transformer.
De préférence, le dispositif de commande locale est dédié à l’interrupteur du module de conversion. Le dispositif de commande locale commande dans ce cas uniquement ledit interrupteur dudit module de conversion et ne commande pas les interrupteurs d’autres modules de conversion. En d’autres, mots, ledit dispositif de commande locale est propre audit module de conversion et la commande n’est pas centralisée.Preferably, the local control device is dedicated to the switch of the conversion module. The local control device controls in this case only said switch of said conversion module and does not control the switches of other conversion modules. In other words, said local control device is specific to said conversion module and the control is not centralized.
L’invention porte par ailleurs sur une chaine de conversion d’un convertisseur de tension, par exemple de type convertisseur à courant continu haute tension (HVDC), la chaine de conversion comprenant au moins un module de conversion tel que décrit précédemment.The invention also relates to a conversion chain of a voltage converter, for example of the high voltage direct current (HVDC) converter type, the conversion chain comprising at least one conversion module as described previously.
Le dispositif de commande locale de chaque module de conversion de la chaine de conversion commande avantageusement uniquement l’interrupteur dudit module de conversion correspondant.The local control device of each conversion module of the conversion chain advantageously only controls the switch of said corresponding conversion module.
L’invention porte également sur un convertisseur de tension, par exemple de type convertisseur à courant continu haute tension (HVDC), comprenant au moins une chaine de conversion telle que décrite précédemment.The invention also relates to a voltage converter, for example of the high voltage direct current (HVDC) converter type, comprising at least one conversion chain as described above.
Ce convertisseur de tension peut être de type AC/DC, de type DC/AC ou encore de type DC/DC. De manière non limitative, un tel convertisseur de tension peut être de type VSC ou LCC.This voltage converter can be of the AC/DC type, of the DC/AC type or else of the DC/DC type. In a non-limiting manner, such a voltage converter can be of the VSC or LCC type.
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:
Claims (13)
- une ligne électrique principale (12) s’étendant entre ledit terminal supérieur et ledit terminal inférieur;
- un interrupteur (14) connecté dans ladite ligne électrique principale et pouvant prendre au moins une position ouverte dans lequel il bloque la circulation d’un courant électrique dans ladite ligne électrique principale et une position fermée dans lequel il autorise la circulation d’un courant électrique dans ladite ligne électrique principale ;
- un dispositif de commande locale (16) relié électriquement à l’interrupteur et configuré pour commander la mise en position ouverte ou la mise en position fermée de l’interrupteur ;
- un circuit de récupération d’énergie électrique (18) configuré pour alimenter en énergie électrique ledit dispositif de commande locale, ledit circuit de récupération d’énergie électrique étant connecté électriquement entre le terminal supérieur et le terminal inférieur dudit module de conversion et comprenant un transformateur (20) comportant un enroulement primaire (20a) ayant une pluralité de spires, ainsi qu’un enroulement secondaire (20b) ayant une pluralité de spires, le nombre de spires de l’enroulement primaire étant supérieur au nombre de spires de l’enroulement secondaire, l’enroulement primaire étant connecté dans une boucle primaire (22), en série avec un condensateur de découplage (24), entre le terminal supérieur et le terminal inférieur dudit module de conversion, le circuit de récupération d’énergie électrique comprenant en outre un dispositif de stockage d’énergie électrique (28) connecté dans une boucle secondaire (30) comprenant ledit enroulement secondaire, le dispositif de stockage d’énergie électrique étant relié électriquement audit dispositif de commande locale, ledit dispositif de stockage d’énergie électrique étant configuré pour emmagasiner de l’énergie électrique résultant de la circulation d’un courant électrique dans ladite boucle secondaire, et pour restituer au moins une partie de cette énergie électrique au dispositif de commande locale, afin d’alimenter ledit dispositif de commande locale en énergie électrique.Conversion module (10) for a conversion chain of a voltage converter, for example of the high voltage direct current (HVDC) converter type, the conversion module having an upper terminal (10a) and a lower terminal (10b) between which it extends, the conversion module comprising:
- a main electrical line (12) extending between said upper terminal and said lower terminal;
- a switch (14) connected in said main electric line and able to assume at least one open position in which it blocks the flow of an electric current in said main electric line and a closed position in which it authorizes the flow of a current electrical in said main electrical line;
- a local control device (16) electrically connected to the switch and configured to control the placing in the open position or the placing in the closed position of the switch;
- an electrical energy recovery circuit (18) configured to supply electrical energy to said local control device, said electrical energy recovery circuit being electrically connected between the upper terminal and the lower terminal of said conversion module and comprising a transformer (20) comprising a primary winding (20a) having a plurality of turns, and a secondary winding (20b) having a plurality of turns, the number of turns of the primary winding being greater than the number of turns of the secondary winding, the primary winding being connected in a primary loop (22), in series with a decoupling capacitor (24), between the upper terminal and the lower terminal of said conversion module, the electrical energy recovery circuit comprising further an electrical energy storage device (28) connected in a secondary loop (30) comprising said secondary winding, the electrical energy storage device being electrically connected to said local control device, said energy storage device being configured to store electrical energy resulting from the circulation of an electrical current in said secondary loop, and to restore at least part of this electrical energy to the local control device, in order to supply said local control device into electrical energy.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| FR2113843A FR3131131A1 (en) | 2021-12-17 | 2021-12-17 | Conversion module comprising an electrical energy recovery circuit |
| PCT/EP2022/085068 WO2023110643A1 (en) | 2021-12-17 | 2022-12-08 | Conversion module comprising an electrical energy recovery circuit |
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| FR2113843A FR3131131A1 (en) | 2021-12-17 | 2021-12-17 | Conversion module comprising an electrical energy recovery circuit |
| FR2113843 | 2021-12-17 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| FR3131131A1 true FR3131131A1 (en) | 2023-06-23 |
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|---|---|---|---|
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| Country | Link |
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| WO (1) | WO2023110643A1 (en) |
Citations (4)
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| FR3108457A1 (en) * | 2020-03-17 | 2021-09-24 | Supergrid Institute | Conversion chain equipped with damping circuits |
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2021
- 2021-12-17 FR FR2113843A patent/FR3131131A1/en active Pending
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2022
- 2022-12-08 WO PCT/EP2022/085068 patent/WO2023110643A1/en unknown
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023110643A1 (en) | 2023-06-22 |
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