WO2017071977A1 - Circuit de conversion statique d'energie electrique a architecture cascadee et a controle modulaire decentralise - Google Patents

Circuit de conversion statique d'energie electrique a architecture cascadee et a controle modulaire decentralise Download PDF

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WO2017071977A1
WO2017071977A1 PCT/EP2016/074751 EP2016074751W WO2017071977A1 WO 2017071977 A1 WO2017071977 A1 WO 2017071977A1 EP 2016074751 W EP2016074751 W EP 2016074751W WO 2017071977 A1 WO2017071977 A1 WO 2017071977A1
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active
local
local control
static
control module
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Application number
PCT/EP2016/074751
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English (en)
Inventor
Marc COUSINEAU
Philippe Ladoux
Nicola SERBIA
Original Assignee
Institut National Polytechnique De Toulouse
Centre National De La Recherche Scientifique
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage

Definitions

  • the present invention relates to a static electric energy conversion circuit with cascaded architecture and decentralized modular control, said circuit forming a branch of a static conversion system of electrical energy.
  • the present invention is particularly applicable in the context of HVDC (English High Voltage Direct Current) technology to "high voltage" cascaded architecture converters, that is to say operating at voltages ranging from a few tens of kV to a few hundred kV and "high power" regimes ranging from a few hundred MW to GW, used for DC power transmission networks as a multi-level modular converter (MMC) or alternating current as than a reactive power compensator of the STATCOM type.
  • MMC multi-level modular converter
  • STATCOM reactive power compensator of the STATCOM type
  • the present invention utilizes the principle of distributed and non-centralized control applied to an electrical energy conversion assembly having an architecture based on serialization of elementary static converters or identical static conversion blocks whose storage elements are identical. energy are independent.
  • the distributed and non-centralized control of such an architecture is achieved by means of modules or proximity control circuits, provided with a generic structure and individually associated with each elementary static converter forming the conversion system. These electronic control circuits communicate with each other, in a chained and looped configuration, to ensure balance and control of the conversion assembly.
  • the voltage of the input capacitors of symmetrical H bridges is imposed by a source external to the set of control elements, which avoids the need for voltage balancing regulation between the electrically isolated input capacitors.
  • a first technical problem is to increase the degree of local integration of the converter control functions within the local control modules, in particular the local integration of the balancing function voltages present at the terminals of the capacitors of the elementary converters of the system.
  • a second technical problem is to reduce the volume of information to be exchanged between a supervisor and the elementary static converters for the implementation of a decentralized control to a high degree, and consequently to reduce wiring the converter control to a global level.
  • the subject of the invention is a static electric energy conversion circuit with a cascaded architecture, intended to provide a differential output voltage V a and an output current I a , comprising:
  • each active elementary static conversion block also having a different pair of block input terminals, a different input capacitor Ci, connected between the input terminals of said pair of input terminals and at least one switching cell elementary electronics, consisting of two unidirectional electronic voltage switches operating in a complementary manner, and the input capacitors Ci being electrically isolated from each other;
  • two active local control modules adjacent within the active communication chain and having respective rank i, i + 1 in the chain, being connected by a single and different communication link L , i + i, i being an integer between 1 and Na, with i-1 equal to Na when i is equal to 1, and i + 1 equal to 1 when i is equal to Na;
  • each active local control module of rank i for i varying from 1 to Na, comprising respectively: a local unit for generating a self-winding triangular voltage carrier with automatic phase correction, the local generation unit of the triangular carrier of said local control module of rank i being configured to control the positioning of a phase of a phase of interleaving of its carrier generated within all of the interleaved triangular carriers of the local control modules based only on the triangular carrier signals of the two active modules of respective rank i-1, i + 1 adjacent to the rank i module through of the two corresponding active communication links, i being between 1 and Na, with i-1 equal to Na when i is equal to 1, and i + 1 equal to 1 when i is equal to Na.
  • each active local control module of rank i comprises respectively a local unit for local equalization of the input capacitance voltages of the elementary static conversion blocks, l local unit of local equalization of the input capacitance voltages of the conversion blocks associated with any local control module of rank i being configured, when activated in a slave mode, to locally equalize the voltages of the capacitors input of the elementary static conversion blocks by determining a local correction Av mi to apply to a modulating signal v m common to all the local control modules to obtain a corrected modulating signal v mi specific to the local control module of rank i, the local correction Av mi being determined from the measured value V d of the voltage of the input capacitor C, of the elementary static conversion block associated with the local control module of rank i and the average value of the measured voltages V C (ii), V C (i + i), of the respective input capacitors CM, C i + i of the blocks of adjacent elementary static conversion associated with the respective active local control modules of
  • the static control circuit with decentralized control comprises one or more of the following characteristics: the static electrical energy conversion circuit further comprises: a global supervision module of the static conversion circuit, external to the active local control modules, configured to determine a setpoint f) equal to the square of a total voltage V D c predetermined divided by the integer Na number of active elementary static conversion blocks, the total voltage V D c being equal to the sum of the voltages Vci of the input capacitors on all of the conversion blocks associated with Na local control modules associated assets; at least one voltage regulator, configured when it is activated to impose from the set point f) generated by the global supervision module the total voltage V D c divided by the number Na of active conversion blocks across the capacitance input of a conversion block associated with an active local control module, considered as the only local control module active in master mode by the supervision module; and a current regulator configured to equalize a current i measured my representative of the output current i a through the conversion circuit with a reference current i r ef-corrected horn,
  • the voltage regulator is configured to determine a correction variable representative of the active component ac -Active of the branch current of the circuit by a prior cancellation through a first correction filter Cor v (s) of the difference between the square of the voltage present at the terminals of the input capacitor of the conversion block associated with the active control module set in master mode and the external setpoint, followed by a multiplication of the output quantity of the first correction filter by a sinusoidal signal v Sync phase timing hro with a predetermined voltage corresponding to the voltage of a network to which is connected the converter circuit;
  • the current regulator is configured to generate the modulating signal v m by prior addition of the external reference current i ref to the correction variable representative of the active component i ac -Active of the branch current of the circuit to form the current of corrected reference i ref- cor, followed by the cancellation of the difference between the reference current corrected i ref -cor and the current measured i mes through a second correction filter Cor ⁇ s);
  • the reference current i ref is representative of the continuous component l D c of a multi-level modular converter MMC or the reactive alternative component.
  • STATCOM reactive power power compensator whose circuit is a branch;
  • one or more active local control modules each comprising a pair of a voltage regulator and a current regulator interconnected with each other, and an input port for receiving global data from the static converter comprising: quadratic voltage f), the sinusoidal v syr signal, phase timing chro with the mains voltage to which is connected the static conversion circuit, the measured current i my representative of current i a through the static converter circuit, the current external reference i ref representative of the continuous component l D c of a multi-level modular converter MMC or the reactive alternative component
  • a STATCOM-type reactive power power compensator whose circuit is a branch, and each of which is capable of serving in a master mode when it receives an activation command which invites it therein exclusively; and the global supervisory module (1 62; 310) of the static conversion circuit, external to the local control modules, is devoid of voltage regulator (208) and current (210), and configured to further provide the modules of control adapted to serve in the master mode synchronous sync sinusoidal signal, the measured current i mes , and the external reference current i ref ;
  • a single local control circuit comprises a pair of a voltage regulator and a current regulator interconnected with one another, and is configured to operate in master mode, when it is commanded to do so, or each circuit of local control includes a different pair of voltage regulator and current controller interconnected with each other, the pair being activated when the local control module is activated in master mode, and deactivated when the local control module is activated in slave mode ;
  • the supervision module comprises a pair of a voltage regulator and a current regulator interconnected with each other, and a port input having one or more input terminals for receiving: the sinusoidal signal V sync hro phase in synchronization with the mains voltage to which is connected the static conversion circuit; the measured current i my representative of current i a through the circuit, the voltage Vci sent by the local controller module in master mode and measured at the terminals of capacitor Ci input elemental conversion block associated with said master module; the reference external current l ref representative of the DC component l D c of a multi-level modular converter MMC or the reactive AC component STATCOM reactive power power compensator whose circuit is a branch; and an output terminal for providing the modulating signal vm to the common reference modulator, to the local control module set in master mode and to the Na-1 modules remaining in slave mode; and each local control module has an input terminal for receiving the modulated signal v m determined by the supervision module;
  • each active local control module is devoid of the pair formed by a voltage regulator and a current regulator interconnected with one another, or comprises a pair of a voltage regulator and a current regulator which are deactivated, and the module active local control, configured and enabled in master mode, does not have a local equalizer unit for input capabilities, or has a capacitance local equalizer unit disabled;
  • the local generation unit of the triangular carrier of an arbitrary local control module of rank i is configured to control the positioning of its interleaving phase within all of the interleaved triangular carriers according to only the signals of triangular carriers of the two modules of respective rank i-1, i + 1 adjacent to any module through the two corresponding communication links, i being between 1 and Na, with i-1 equal to Na when i is equal to 1, and i + 1 equal to 1 when i is equal to Na, one of the Na-carriers being of non-modifiable, fixed phase and externally imposed;
  • each active local control module of any rank i, the active control modules adjacent to this rank module i-1, i + 1, and the corresponding active communication links Li_, L i> i + 1 are configured to exchange relevant information concerning the control module of any rank i taken from the voltage V ci across the input capacitance of the conversion block associated with the rank control module i, the voltages ⁇ ⁇ - ⁇ , V ci + 1 across the input capacitors conversion blocks associated with the adjacent active control module of rank i-1, i + 1, triangular carrier signals V Ti, V x T i, V Ti + 1 active control module of any rank i and active local control modules adjacent to this module of rank i-1, i + 1, i being between 1 and Na, with i-1 equal to Na when i is equal to at 1, and i + 1 equal to 1 when i is equal to Na;
  • each active local control module of rank i comprises a first connection port and a second connection port configured to be connected externally to a first communication link U- I and to a second communication link Lg + i next a same generic interface, and internally to the various local units of said active module of rank i, and each active local control module of rank i comprises a disconnection / connection unit of the first and second connection ports of / to the local units and parallel connection / disconnection first and second ports between them, switching between a first state in which the first and second ports are connected only to the local units of the rank i module, and a second state in which the first and second ports are disconnected local units of the rank i module and connected directly to each other, being implemented by a control signal external to the module or by an internal signal developed within the module;
  • each active local control module comprises a local unit for generating the triangular carrier, a unit for locally equalizing the voltages of the input capacitors, a voltage regulator, a current regulator, the local unit for generating the carrier, the unit of local equalization of the voltages of the input capacitors, the voltage regulator, the current regulator being disengageable separately and the assembly formed by the unit of local equalization of the voltages of the input capacitors , the voltage regulator, the current regulator, a local generation unit of the triangular carrier being detachable jointly; each active local control module and its associated active elementary conversion block comprises a first device for supporting a first function for detecting failure and for short-circuiting the elementary conversion block when a failure of said block is detected.
  • the support device of the first function comprising at least one sensor for determining the operating state of the active elementary conversion block, and means for short-circuiting the elementary conversion block when a failure of said block is detected ;
  • the support device of the first function is also configured to, when a fault is detected, short circuit the defective elementary conversion block, put the local control module in an inactive state regardless of the state of the bit of the activation signal "Enable" of the control module; and establish direct communication between the neighboring active control modules; and send a "fault" or fault status signal to the supervisory module;
  • each local control module and its associated elementary conversion block comprises a device for supporting a second additional management function of the master function, configured for, when a failure event occurs by being detected by the first device and that the active control module concerned of rank i is in master mode, send to the next active control module of rank i + 1 a binary control signal, designated by "M," , initially put in a first predetermined state, and set in a second state complementary to the first state by an electronic unit; the sending of the signal Mi being effected through an additional output terminal 486 and the second state of the signal Mi commanding the following control module i + 1 to become the master in turn while the module and its conversion block defective elementary rank i withdraws from the chain of modules and the circuit;
  • M binary control signal
  • each elementary conversion block is an H-bridge of two switching cells
  • each active local control module comprises a first block and a second cascaded carrier generation block, the second block performing a reversal of a triangular signal. initial compared to its average value
  • the active elementary static conversion blocks included in the set formed by the unidirectional blocks in voltage and bidirectional in current, the bidirectional voltage and unidirectional current blocks, and bidirectional voltage and bidirectional current blocks, and the active elementary static conversion blocks comprise one or more arms, and the arm or arms comprise a single switching cell or are multicellular.
  • the static electrical energy conversion circuit furthermore comprises: an integer Nd, greater than or equal to 0, of dormant elementary static conversion blocks, and the same number Nd of dormant local control modules each associated with a single and different dormant elementary static conversion block; the Nd dormant elementary static conversion blocks and the Nd dormant local control modules being configured and inserted respectively in the branch of the active elementary Na static conversion blocks and in the communication chain of the active local control modules Na so as to form, independently of the value of an integer Nv varying between 0 and Nd, when Nv dormant elementary static conversion blocks and associated Nv associated dormant control modules are activated, a branch of Na + Nv active elementary static conversion blocks and a closed chain of communication of Na + Nv active local control modules.
  • the invention also relates to a system for static conversion of electrical energy comprising at least one static conversion circuit of electrical energy as defined above, the static conversion system of electrical energy being included in the set formed by modular multi-level MMC converters and reactive power compensators of the STATCOM type.
  • FIG. 1 is a general view of a static cascaded architecture and decentralized control electric power conversion circuit, having a total number N of elementary conversion blocks and of respectively associated active local control modules, and placed in a configuration in which the number Na of active local control modules and associated elementary conversion blocks is equal to N;
  • FIGS. 2A, 2B, 2C are the respective views of a first, second, third embodiment of an elementary static conversion block of the static conversion circuit of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a schematic view of a generic architecture and interfaces of a local control module of the conversion circuit of FIG. 1, in which four main internal functions are integrated;
  • FIG. 4 is a view of an example of means for automatic reconfiguration of the communication chain between control modules, applied to the triangular carrier generation function and to the local equalization function of the capacitance voltages of FIG. input of the elementary conversion blocks in the case of the deletion of a control module of the chain and the short-circuiting of the associated conversion block;
  • FIG. 5 is a detailed view of the four internal functions integrated in the generic local control module and their implementation within this module when the control module is in master mode;
  • FIG. 6 is a detailed view of the four internal functions integrated in the generic local control module and their implementation within this module when the control module is in slave mode;
  • FIG. 7 is a view of a first embodiment of architecture of the static conversion circuit with Na active control modules of FIG. 1 in which the only voltage and current regulation functions used to control a local control module, considered and put in master mode in the chain of control modules to serve as a reference to local equalization functions of input floating capacitance voltages, performed in the remaining active Na-1 local control modules put in slave mode, are performed within the master local control module;
  • FIG. 8 is a view of a second embodiment of architecture of the static conversion circuit with Na control modules of FIG. 1 in which the only voltage and current regulation functions used to control a module of FIG. active local control, considered and put in master mode in the chain of active control modules to serve as a reference for local equalization functions of capacitance voltages floating input, executed in the remaining active Na-1 local control modules put into slave mode, are performed within the supervision module;
  • FIG. 9 is a view of the reconfiguration of the static conversion circuit organized according to the first architecture of FIG. 7 when an active local control module of the channel is deactivated;
  • FIG. 10 is a view of the reconfiguration of the static conversion circuit organized according to the second architecture of FIG. 8 when an active local control module of the channel is deactivated;
  • FIG. 11 is a block diagram of the implementation of a first additional protection and security function at the active control module and its associated static conversion block;
  • FIG. 12 is an implementation diagram of a second additional dynamic management function of the position of the active local control module set in master mode in the chain;
  • FIGS. 13A and 13B are respectively a detailed view of a symmetrical H-bridge conversion block composed of four power transistors, and a view of the control signals of the transistors derived from the comparison of two carriers. triangular (V Ta , V Tb ) and a common modulator V m ;
  • Figure 14 is a view of a local control module, configured to drive an H-bridge elementary conversion block as described in Figure 1 3A.
  • an elementary static converter or elementary static conversion block is defined as a static converter comprising an input terminal with two input terminals and a output port with two output terminals, at least one switching cell and an input capacitor connected between the two input terminals of the input port.
  • each elementary converter can be made multicellular, that is to say be composed of one or more arms, an arm at least may comprise several switching cells.
  • the circuit of FIG. 1 is for example an elementary branch of a reactive power compensator (type STATCOM) for an alternating electric power transmission network or a branch of an AC / DC converter (MMC type) for carrying electrical power transmission in high voltage direct current.
  • a reactive power compensator type STATCOM
  • MMC type AC / DC converter
  • a static electrical energy conversion circuit 2 with cascaded architecture and decentralized control, forming a branch of a static electrical energy conversion system comprises a first circuit output terminal 4 and a second terminal Release 6 circuit configured for delivering a differential output voltage V a between the two output terminals 4, 6.
  • the static conversion circuit 2 is configured to deliver and through which a current path the one issued to an inductor 8 connected in series with said static power conversion circuit 2 by the second output terminal 6.
  • the static conversion circuit 2 comprises a total number N of elementary static conversion blocks 12, 14, 1 6, 18, 20 each having a different pair 22; 24; 26; 28; Block output terminals 32, 33; 34, 35; 36, 37; 38, 39; 40, 41, and being connected in series by their block output terminals between the first circuit output terminal 4 and the second circuit output terminal 6, the same total number N of local control modules 52, 54, 56 , 58, 60, and a chain 62 of N communication links 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84 connecting in a closed loop (in English Daisy chain) the local control modules 52, 54, 56, 58 , 60.
  • the total number N of the elementary static conversion blocks or their associated control modules is the sum of a number Na of active elementary static conversion blocks or their associated control modules, of a number Nf of defective elementary static conversion blocks or their associated control modules, and an Nd number of dormant basic static conversion blocks or their associated control modules.
  • the described configuration of the static conversion circuit 2 is that of a circuit in which the number Na of active elementary static conversion blocks is equal to the total number N of elementary static conversion blocks, the number Nf of defective elementary static conversion blocks and the number Nd of dormant elementary static conversion blocks being assumed to be zero.
  • the number Na of active elementary static conversion blocks is greater than or equal to 3, the minimum structure of a static conversion circuit being that of three active elementary blocks associated in series on a branch.
  • Each elementary static conversion block 12, 14, 16, 18, 20 is respectively associated with a local control module 52, 54, 56, 58, 60, which is unique and different, and a pair 22, 24, 26, 28, 30 block input terminals, unique and different.
  • Any local control module, an elementary static conversion block, a pair of associated block input terminals share an identical rank i of positioning within the communication chain 62 and the branch of the circuit, between 1 and N.
  • the total number N of active elementary static conversion blocks, associated active local control modules, and block input terminal pairs is greater than or equal to 7. Only five active control modules are represented here, a first active local control module 52 having a rank i equal to 1, a second active local control module 54 having an index rank i-1 and preceding a third active local control module 56 of current index rank i, a fourth active local control module 58 having an index rank i + 1 and being an adjacent control module succeeding the third active local control module 56 of current index rank i, a fifth active local control module 60 having a rank i equal to N and being an adjacent control module preceding the first active local control module 52 of rank 1.
  • Any two adjacent active control modules of the communication chain 62, having the ranks i and i + 1, respectively, within the communication chain 62 are connected by a single and different communication link, denoted by L +1 .
  • the links 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84 are also respectively designated by L 1 ⁇ 2 , U- -i, -, 1 ⁇ 2 + i, ⁇ ⁇ + ⁇ , ⁇ + 2 > ⁇ ⁇ - ⁇ , ⁇ > ⁇ ⁇ , ⁇ ⁇
  • Each elementary static conversion block active 12; 14; 1 6; 18; 20 respectively comprises a different input capacitor Ci or different storage element 92; 94; 96; 98; 100, electrically isolated from the other input capacitors by having a floating input capacitance, respectively connected between a pair 102; 104; 106; 108; 1 10 of block input terminals 1 12, 1 13; 1, 14, 1, 15; 1, 6, 1, 17; 18, 19; 120, 121, and charged under a positive voltage, designated respectively by V C i, VCM,
  • Each pair 22; 24; 26; 28; 30 of static elementary conversion block output terminals 32, 33; 34, 35; 36, 37; 38, 39; 40, 41 is configured to respectively provide a differential block voltage V u , i-iu, V iu , V i + i u , V Nu and interconnected so that the differential voltage V a of the converter is the sum of the differential voltages according to the relationship :
  • 20 comprises at least one elementary electronic switching cell consisting of two voltage unidirectional electronic switches operating in a complementary manner.
  • the active elementary static conversion blocks may comprise a plurality of switching cells constituted by electronic switches.
  • static conversion blocks are included in the set consisting of unidirectional voltage and bidirectional current blocks, bidirectional voltage and unidirectional current blocks, and bidirectional voltage and bidirectional current blocks.
  • the elementary static conversion blocks are included in the set formed by the single switching cell 132 to two transistors 134 and two diodes 136 antiparallel mounted on said transistors, the asymmetrical H-bridge 138, and the symmetrical H-bridge 140, as illustrated in Figures 2A, 2B and 2C.
  • the active static elementary blocks may also include multi-voltage arms whose topologies are conventionally known as Neutral Point Clamped Neutral Point Clustered Topology (FC). Flying Capacitor), and multi-cell stack converter topology SMC (Stacked Multicell Converter).
  • FC Neutral Point Clamped Neutral Point Clustered Topology
  • SMC Multi-cell stack converter topology
  • Each active local control module 52, 54, 56, 58, 60 of respective positioning rank 1, i-1, i, i + 1, N within the active communication chain 62 is respectively connected to its elementary block of associated static active conversion 12, 14, 1 6, 18, 20 through a single and different link 152, 154, 156, 158, 1 60 for sending one or more commands representative of one or more signals of type Pulse Width Modulation PWM (PWM) modulation for one or more switching cells of the active static conversion element block concerned 12, 14, 1 6, 18, 20.
  • PWM Pulse Width Modulation PWM
  • the links 152, 154, 156, 158, 160 of the MLI-type commands are also designated respectively by Cd-1, Cdi-1, Cd, Cd i + 1, Cd N.
  • Each active local control module 52, 54, 56, 58, 60 of respective positioning rank 1, i-1, i, i + 1, N within the communication chain 62 is respectively connected to a supervision module 162 configured to implement one or more centralized functions vis-à-vis the active local control modules, by a single and different supervision link, designated respectively by Si, SM, S ,, S i + i, S N.
  • each active local control module 52, 54, 56, 58, 60 respectively comprises:
  • a local unit unique and different, for generating one or more self-correcting triangular voltage carriers with automatic phase correction
  • the local generation unit of the triangular carrier of a current local control module 56 of rank i is configured to control the positioning an interleaving phase of its carrier generated within all the interleaved triangular carriers of the local control modules as a function only of the triangular carrier signals of the two active modules 54, 58 of respective rank i-1, i + 1 adjacent to the module 56 rank i through the two corresponding communication links 76, 78, i being between 1 and N, with i-1 equal to N when i is equal to 1, and i + 1 equal to 1 when i is equal to N.
  • the unit of local equalization of the input capacitance voltages of the elementary static conversion blocks of a current control module 56 of rank i is configured, when it is activated in a slave mode, to locally equalize the voltages of the input capacitances of the conversion blocks by determining a local correction AV mi to apply to a modulating signal v m common to the control modules to obtain a corrected modulating signal v mi specific to the local control module of rank i, the local correction AV mi being determined from the value of the voltage Vci of the input capacitor of the active elementary static conversion block associated with the active local control module 54 of rank i and the average value of the voltages V C ( i + -i), V C (ii) respective input capacitors C (i + 1), C (i-1) of the active elementary conversion blocks respectively associated with the active local control modules 54, 58 of respective ranks i-1, i + 1 adjacent to the active local control module of rank i through the two corresponding communication links, i being between 1 and N, with i-1 equal to N
  • the global supervision module 1 62 of the static conversion circuit 2, external to the active local control modules, is configured to provide an external setpoint C equal to the square of a predetermined total voltage V D c divided by the number Na of blocks. basic static conversion assets or operational, here N.
  • the predetermined total voltage V D c is equal to the sum of the respective voltages Vci of the input capacitors on all of the N active conversion blocks associated with the N active local control modules.
  • static conversion circuit 2 comprises: .- at least a voltage regulator configured, when activated, to force the total voltage V c divided by the number N of active conversion blocks across the input capacitor of an active conversion block associated with an active local control module, considered as the only local control module active in master mode by the supervision module, and
  • a current controller configured to equalize a current i measured my representative of the output current i a through the static converter circuit with a reference current i ref -COR corrected, the equalization is done by generating a modulating signal v m common to all active local control modules which cancels the difference between the reference current i ref -COR corrected and the measured current i meas.
  • the architecture of the static conversion circuit 2 of FIG. 1 makes it possible to carry out:
  • the static conversion circuit 2 proposed in FIG. 1 also allows a very significant reduction in the number of signals or information exchanged between the centralized supervision device and the elementary electrical circuit and the control of each elementary conversion block.
  • a generic module 202 with its interfaces, representative of an active local control module 52, 54, 56, 58, 60 of the conversion circuit 2 of FIG. respective local units 204, 206, 208, 210 for supporting four main internal functions necessary for the implementation of a decentralized control of the invention.
  • the architecture of an elementary conversion block considered as example is that of a single switching cell as described in Figure 3A.
  • the active associated control module 202 is configured to determine the value of the local cyclic ratio of a single PWM signal to be applied to the elementary conversion block 21 1 associated therewith.
  • an active control module is configured to determine the value of one or more cyclic ratios which will be applied through one or more PWM signals according to the same local modulating signal Vmi, the number of PWM signals depending on the structure of the active elementary conversion block.
  • the four local units 204, 206, 208, 210 of respective support of the four main internal functions necessary for the implementation of a decentralized control of the invention are respectively the following: a local generator or local generation unit 204 phase-correcting carrier arrangement which provides automatic command interleaving for any number of active local control modules using the intermodule communications chain 62; the operation of this local unit is required for any active local control modules, put in master or slave mode;
  • a local equalization unit 206 of the input capacitor voltages of the active elementary conversion blocks also using the chained configuration 62 of the inter-module communications; the operation of this local unit is required exclusively for all active local control modules, put into slave mode;
  • a voltage regulator 208 configured when it is activated to impose the total voltage V D c divided by the number Na of active conversion blocks at the terminals of the input capacitor of an active elementary conversion block associated with a active local control module, considered as the only local control module active in master mode by the supervision module; The operation of this unit is required for an active local control module, put in master mode and in charge of developing the common modulating signal v m ;
  • a current local controller 210 configured to equalize a current i measured my representative of the output current i a through the static converter circuit with a reference current i ref-corrected horn, equalization is performed by generating a modulating signal v m common to the set of local control modules which cancels the difference between the corrected reference current i ref -cor and the current measured i mes ; The operation of this unit is required for an active local control module, put in master mode and in charge of developing the common modulating signal v m .
  • the inter-module local communications are configured to allow the exchange of the following signals .
  • V- ⁇ designates the carrier of the active control module 202 considered as active current module of the rank chain i, this carrier being generated internally of said active current module and being respectively provided to the preceding active module of rank i-1 and the next active module of rank i + 1 through a first output terminal 212 and a second output terminal 214.
  • the signal V T ii designating the internally generated carrier of the previous active module of rank i-1 and signal V T i + i denoting the internally generated carrier of the next active module of rank i + 1 are respectively provided to a first input terminal 21 6 and a second input terminal 218 of the control module active local of current rank i.
  • V C i denotes a signal representative of the voltage at the terminals of the input local capacitor C, of the current active conversion block of rank i, taken at with the aid of a voltage tap 220, the signal V C i being received by the current rank active control module i at a third input terminal 222 and supplied respectively to the preceding active module of rank i-1 and to the next i + 1 active module through a third output terminal 224 and a fourth output terminal 226.
  • the signal V C i is also provided to the global supervision module through an additional terminal 227 in the case where the module local control considered operates in master mode and the global supervision module develops the modulating signal v m .
  • the signals V C ii and V C i + i respectively denote a signal representative of the voltage at the terminals of the input local capacitor CM of the preceding active elementary conversion block of rank i-1 and a signal representative of the voltage across the terminals of the local input capacitor C i + i of the next active elementary conversion block of rank i + 1.
  • the Va- ⁇ and V signals ci + 1 are respectively supplied by the previous active local controller module of rank i-1 and the active local controller module according of rank i + 1 to a fourth input terminal 228 and a fifth input terminal 230 of the active local control module of current rank i.
  • a general or global signal designated by v synchro and used to synchronize the reference of a current i ac Active according to its active component with the AC network where is connected the branch formed by the static conversion circuit 2, is provided to a sixth input terminal 232 of the local control module 202, shown on the left of Figure 3.
  • V m the modulating signal representing the outcome of the current controller to be applied to all active local control modules of the static converter circuit of Figure 1 to obtain the current path i is a desired signal or an input of output vis-à-vis the active local control module considered according to the place of implementation of the generation function of the modulator v m .
  • the modulating signal is supplied by the supervision module to all the active local control modules, including the active local control module set in master mode, in an eighth terminal 236.
  • modulator signal v m is provided by the active control module, put in master mode through the eighth input terminal 236 then functioning as a fifth output terminal, to Na-1 local control modules put in slave mode at through their respective eighth input terminals.
  • a signal i ref representing a second setpoint current or reference current is supplied to a ninth input terminal 238 when the static conversion circuit is configured to determine the modulator vm by the activated voltage regulation units 208 and current 210 of the active control module set to master mode.
  • the second setpoint represents the DC component (DC) of the current (l D c) in the case where the conversion circuit is an MMC converter or the AC reactive component AC reactive in the case of a STATCOM converter (ACeactive). ) -
  • a signal, designated by i mes , measuring the current flowing in the branch formed by the circuit 2 of Figure 1 is supplied to a tenth terminal input 240 when the static conversion circuit is configured to cause the modulator v m to be determined by the activated voltage regulation 208 and current 210 units of the active control module set to master mode.
  • an external sensor measures this quantity in order to supply it to all the active local control modules of the branch 2.
  • a control signal denoted by E n or "Enable" bit, is supplied to an eleventh input terminal 242 to make the considered control module of rank i active or inactive.
  • the control module is deactivated by this control signal, the local inter-module communications are maintained by means of a switching system which puts the previous module of rank i-1 directly in communication with the following module of rank i + 1 the upper electronic switch 252 of the static conversion unit designated by the "High-side” switch is turned on and the lower electronic switch 254 designated by the "Low side” switch is turned off.
  • a short circuit is realized, for example by an auxiliary mechanical switch, placed directly in parallel with the switch "Low-side”.
  • a two-state signal designated by M aster is supplied to a twelfth input terminal 256 to define from the global supervision module whether the active module of rank i is the "master" module, being reminded that there is has only one active module set in master mode among the Na active control modules of the branch formed by the circuit 2.
  • Two PWM type logic control signals are supplied to the active elementary conversion block by two additional output terminals 260, 262 in order to control the switching cell and more generally the switching cells of the conversion block.
  • Each switching cell consists of two switches labeled High-side and Low-side, which are controlled in a complementary manner, the two switches being never closed at the same time.
  • the activation state of any unit of an active local control module in the assembly formed by the local carrier generation unit 204, the local equalization unit 206 of the voltages of the input capacitors of the elementary conversion blocks, the voltage regulator 208, the current regulator 210 is represented by a circle surrounding the numerical reference designating the unit when said unit is active, and by a square when the numerical reference denoting the unit when said unit is deactivated.
  • a switching device 282 made within each local control module described in FIGS. 1 and 3, is configured to guarantee that the inter-module communications chain 62 is always closed when it is decided disable one of the active local control modules of circuit 2.
  • the internal switches 284, 285, 286, 287 of the switching device are configured so that the carrier of the module Previous asset 292 V T ii is sent directly to the next active module 294 of rank i + 1.
  • the carrier of the following control module 294 V T i + i is sent to the preceding active module 292 of rank i-1.
  • the internal switches 288, 289, 290, 291 of the switching device are configured such that the voltage of the preceding active module 292 V C ii is directly sent to the next active module 294 of rank i + 1 and the voltage of the active control module according to 294 V C i + i sent to the preceding active module 292 of rank i-1.
  • the neighboring active modules 292, 294 of rank i-1 and i + 1 communicate directly with each other without taking into account the information of the deactivated module 202.
  • the internal switches 284, 286, 288, 290 are respectively matched to the internal switches 285, 287, 289, 291 for forming four different two-way internal switches, each having the same generic structure.
  • the first four channels are associated and include the internal switches 284, 286, 288, 290, each represented by a single segment tilted in Figure 4, while the four second channels are associated and include the internal switches 285, 287, 289, 291, each represented by a segment leaning on Figure 4 which is attached a small circle.
  • each local control module of rank i comprises a first connection port and a second connection port.
  • the first and second connection ports are configured to be connected externally, respectively to a first LM J communication link and to a second Lij + communication link according to the same generic interface, and internally to the various local units of the rank module.
  • Each local control module rank i comprises a disconnection / connection unit of the first and second connection ports of / to local units and in parallel connection / disconnection of the first and second ports together.
  • a switch between a first state in which the first and second ports are connected only to the local units of the rank i module, and a second state in which the first and second ports are disconnected from the local units of the rank i module, and connected between they are implemented by an external control signal E n to the module or by an internal signal developed within the module.
  • the internal operating detail of the units of a decentralized active control module 296 is described in the case where the module
  • the decentralized active control system 296 is configured in master mode and is responsible for internally generating the common modulating signal v m locally.
  • the carrier local generation unit 204, the voltage regulator 208, and the current regulator 210 are active while the local equalization unit 206 of the input capacitance voltages is turned off.
  • the voltage regulator 208 of the active control module considered in master mode is configured to determine a correction variable i ac Active representative of the active component l ac tif of the branch current of the circuit 2 by a prior cancellation by means of a first correction filter integrator type Cor v (s) of the difference between the square of the voltage present across the capacitor V C i of the elementary conversion block considered as master and the external setpoint equal to the square of the total voltage V D c divided by the number Na of operational elementary conversion blocks.
  • the amplitude of the active component of the current I ac tive, output from the corrector filter Cor v (s) is then multiplied by the sine signal V sync hro phase in synchronization with a predetermined voltage corresponding to the voltage of the network which The conversion circuit 2 is connected thereto. Then, the voltage regulator 208 supplies the current regulator 210 with the correction variable i ac Active thus determined, representative of the active component l ac tif of the branch current of the circuit 2.
  • the current regulator 210 of the active control module considered in master mode is configured to receive first of the voltage regulator 208 the correction amount i ac Active representative of the active component ctif of the branch current.
  • the current regulator 210 is configured to generate the modulating signal v m by prior addition of the external reference current i ref to the correction variable representative of the active component l ac tif of the branch current of the circuit to form the corrected reference current. i ref- cor, followed by the cancellation of the difference between the corrected reference current i re f_or and the measured current i mes through a second corrector filter Cor ⁇ s).
  • the signal i ref is representative respectively of the DC component or DC (in English).
  • modulating signal v m is common to all the active local control modules of circuit 2 of FIG. 1.
  • the modulating signal v m can be calculated externally by the supervision module by implementing the voltage regulator and the current regulator as described in FIG. 5.
  • the voltage and current regulators 208 , 210 built into the active control module put into master mode can be rendered inactive or even physically deleted.
  • the inactive voltage and current regulators of the active control modules in slave mode can also be eliminated, simplifying the circuit but making it less flexible in terms of reconfiguration.
  • the local equalization unit of the voltages 206 of the active control module put in master mode is inactive, that the master active control module does not require the use of any local correction Av mi to apply to the signal modulating common v m , and that the modulating signal can be used directly for determining the PWM control signal (s).
  • the carrier generation unit 204 with phase correction or self-interleaving is configured to generate its own triangular carrier and impose its phase, ie its time position, as a function of the other interleaved carriers of the circuit 2.
  • each local control module corrects the phase of the triangular carrier that it generates internally to place this carrier in the center of the carriers of adjacent or adjacent active modules.
  • all carriers correct their phases relatively to eventually converge to a perfect interleaving, regardless of the number of active local control modules used.
  • the carrier generation unit 204 is described in detail in the article by Marc Cousineau et al., Entitled “Triangular Carrier Self-Alignment Using Modular Approach for Interleaved Converter Control", EPE 201 1: 14th European Conference on Power Electronics and Applications, Birmingham, UK, 1 st September 201 1.
  • one of the carrier carriers Na generated respectively by the carrier generation units corresponding to Na active local control modules may be fixed phase non-modifiable, and imposed externally.
  • the internal operating detail of the units of a decentralized active control module is described in the case where the decentralized active control module is configured in slave mode 298.
  • the capacity equalizer unit 206 and the carrier generation unit 204 are active while the voltage regulator 208 and the current regulator 210 are inactive.
  • the modulating signal v m is received by each active control module. 298 put into slave mode through its respective input terminal 300.
  • Input terminal 300 corresponds to the eighth input terminal 236 of the generic control module of FIG. 4.
  • the active carrier generation unit 204 of the slave active local control module 298 has the same architecture and operating mode as the carrier generation unit of the master active control module of FIG. 5.
  • the active capacitance equalization unit 206 of the active slave control module 298 is configured to equalize the voltages of the various capacitors of the elementary conversion blocks of the circuit 2 by calculating a local correction Av mi to be applied to the modulating common signal v m to obtain a modulating signal "local corrected" v mi .
  • the capacitance equalization unit 206 is configured to first compare the value of the input capacitor voltage Ci of its associated active rank i elementary conversion block with the average of the voltages of the capacitors of the adjacent active modules of ranks i-1, i + 1 equal to v C ( i + i ) + vc ( i - i ) and f or rn j run corresponding distance designated by ⁇ £ .
  • the capacitance equalization unit 206 comprises a correction filter CA (S) to then determine a local modulator correction Av mi to bring to the local module considered to cancel this gap. This modulator correction causes an active power exchange which makes it possible to adjust the voltage of the capacitance of the module.
  • a signal l ac is used representing the AC component of the branch current. It is important to remember that on the "master” control module, this capacitance correction function is disabled. Indeed, the control module "master” itself regulates its voltage capacity to V D c / Na.
  • the modulating voltage v m is calculated by a master active local control module and sent to all the other active slave local control modules. In this case, there remains only one centralized calculation to be performed, that of the capacity voltage setpoint with Na denoting the number of active control modules. This calculation
  • the supervision module is realized by the supervision module.
  • the modulating voltage v m is calculated centrally and sent to all the active local control modules by the supervision module.
  • the notion of local master module remains however present in the sense that the voltage of the capacity of the active conversion block associated with the master active local control module is used for the calculation of the general modulator v m , whereas the local control modules Slave devices equalize their input capacitor voltage associated with local communications.
  • Table 1 gives a summary of the possible configurations according to the architecture considered.
  • the voltage capacity of the master master module is taken into account in the calculation
  • a static conversion circuit 302 is an example of the first architecture # 1 of the circuit of FIG. 1 in which the internal functions or deactivated units of the modules have their reference number framed by a square border.
  • Na active elementary static conversion blocks having their associated active local control modules, are placed in series like the circuit of FIG. 1.
  • only three active local control modules with their associated active elementary static conversion blocks are represented without restriction of generality in terms of the number Na.
  • it is a first module 304, a second module 306, a third module 308, of respective ranks i-1, i, i + 1, assuming that the second module 306 of rank [ plays the role of the master.
  • the second module 306 Only the internal function carried by the capacity equalization unit of the master module, that is to say the second module 306 is deactivated and has its reference number framed by a square border.
  • the master module 306 calculates the modulating voltage v m which is supplied to the other active slave Na-1 local control modules, in particular the first and third active modules 304, 308. All the active local control modules communicate with their neighbors for implementation of "capacitance equalization” functions for slave modules and “carrier generator” for all local control modules.
  • the communication chain is closed, that is, the rank module Na communicates with the preceding module of rank Na-1 and the next module of rank 1, and the rank 1 module communicates with the previous module of rank Na and the next module of rank 2.
  • circuit 302 The overall data of circuit 302 are as follows:
  • the local data is supplied to all the local control modules of the circuit and is managed by a centralized circuit of low complexity, called the supervision module 310.
  • the supervision module 310 is also configured to control the "Enable” and “Master” bits of the modules and to manage the value Na of the number of active local control modules.
  • the common modulator signal v m is determined by the second rank i local control module 306 set in master mode, and sent via a common wire to the remaining active local control modules set in slave mode.
  • a local correction Av mj is calculated by the slave modules of rank j, with j varying from 1 to Na and different from the rank i of the master module to obtain an equalization of the capacitance voltages.
  • a static conversion circuit 402 is an example of the second architecture # 2 of the circuit of FIG. 1 in which the internal functions or units of the deactivated modules have their reference number framed by a square border.
  • the static conversion circuit 402 comprises Na individually structured elementary static conversion blocks and arranged in the same manner as the active elementary conversion blocks Na Na of the circuit 302 of FIG. 7.
  • only three active local control modules with their associated active elementary static conversion blocks are represented without restriction of generality in terms of the number Na.
  • it is a first active local control module 404, a second active local control module 406, a third active local control module 408, of respective ranks i-1, i, i + 1, assuming that the second active local control module 406 of rank i plays the role of the master.
  • the internal functions carried by the current 210 and voltage 208 control units of all active local control modules, including the active control module 406 in master mode are deactivated and have their reference number framed by a square on the Figure 8, while the carrier generation units 204 of all the active control modules Na are active.
  • the second active control module 406 Only the internal function carried by the local capacity equalization unit of the master module 206, i.e. the second active control module 406, is deactivated and has its reference number framed while all the control units are connected. local equalization of the capabilities 206 of the Na-1 active local control modules in slave mode, in particular the active local control modules 404, 408, are active.
  • the master active local control module 406 supplies the value of its capacitance voltage V C i to the supervision module 410.
  • the supervision module 410 is configured to determine the common modulator signal v m , based on the value of its input capacitor voltage V C i provided by the master active local control module 406, and transmit this signal to all Active local control modules, including modules 404, 406, 408.
  • the active slave local control modules are configured to calculate the local corrections to be made to equalize the voltages of the input capacitors of the associated active elementary conversion blocks.
  • the overall number of interconnections between the active local control modules and between the supervision module and the active local control modules is smaller.
  • FIG. 9 a reconfiguration of the circuit 302 having a structured control according to the first architecture of FIG. 7 is illustrated in the case of a withdrawal and deactivation of an active local control module 432 of rank p in slave mode whose previous active module 434 of rank p-1 and the following active module 436 of rank p + 1 are also put in slave mode.
  • the active local control module put in master mode and in charge of the generation of the modulating signal although existing is not represented here.
  • the deactivated module 432 of rank p implements a direct connection 438 between the input and the output of the associated static conversion block.
  • the deactivated module 432 also sets up a direct communication 440 between its two active neighboring modules 434, 436 and becomes in fact "transparent". It ensures that the inter-module communications chain 62 is always closed.
  • a "backup" control module is added to the chain, this backup module having been previously inserted in the circuit in a “dormant” state, by passing its "Enable” activation bit of ⁇ ' at .
  • the emergency module implements its insertion in the chain by cutting the direct communications of its neighbors and exchanging the carrier information and voltages capacity with the latter, and canceling the direct connection 438 between the input and the output of the conversion block.
  • control module in the communications chain can be done in two ways, statically, by setting active modules and inactive modules to startup, and dynamically modifying the number of active elementary conversion blocks in operation for security reasons (local failure, local thermal heating, etc.) or optimizing the performance of the entire circuit.
  • FIG. 10 a reconfiguration of the circuit 402 having a structured control according to the second architecture of FIG. 8 is illustrated in the case of a withdrawal and a deactivation of a p-mode local control module 442 in slave mode. whose previous module 444 of rank p-1 and the following module 446 of rank p + 1 are also put into slave mode.
  • FIG. 11 an exemplary implementation of a first additional protection or security function at the level of a control module and its elementary conversion block is illustrated schematically.
  • This first additional function constitutes a first improvement of the modular control by allowing a reduction of the response time of the control facing a failure event on a conversion block.
  • a first device 462 for supporting the first additional function is configured to implement a first fault detection step and a second step of removing the failed conversion block 463.
  • the first step of fault detection includes, for example, the steps of:
  • the second step of removing the conversion block, executed when a failure of the block is detected comprises the steps of:
  • This type of local decision-making offers the advantage of being able to considerably reduce the reaction time of the control in the event of a failure event.
  • the first device 462 for supporting the first additional function comprises, in addition to the auxiliary switch 464, two comparators 466, 468, for detecting a possible fault on the block 463, an electronic unit 470 for generating a fault signal, and an additional output terminal 472 of the control module for outputting the fault signal.
  • a first support device for the first function comprises at least one sensor for determining the operating state of the active elementary conversion block, and means for short circuiting the elementary conversion block when a failure said block is detected.
  • the support device of the first function is also configured for, when a failure is detected:
  • the second additional function is to automatically define a new "master" module in the chain if the active master is affected by a failure event.
  • a second device 482 for supporting the second additional function is configured to implement the following step:
  • the second additional function and the second device supporting it make it possible to ensure that the static conversion circuit and its decentralized control chain always contain a basic conversion block in master mode with its associated control module.
  • the second device 482 for supporting the second additional function is configured to implement also the following step of: .- when the next module of rank i + 1 has been instructed by the rank module i to switch to master mode, validate this reconfiguration by the supervision module by disabling the rank i module by setting the bit of the signal E n to ⁇ 'and controlling the module of rank i in the slave mode by the last ⁇ ' signal M IT re ⁇
  • FIGS. 13A and 13B an exemplary implementation of the control of an elementary conversion block having two switching cells like those of FIGS. 2B and 2C is illustrated.
  • FIG. 13B the desired waveforms and timing diagrams for each control module are shown, it being noted that in the conversion block structure of FIG. 2B, only the signals H s and b L s are used.
  • FIG. 13A shows a conversion block 502 composed of two switching cells 504, 506, respectively designated CCa and CCb, each consisting of two switches T a Hs- a Ls and T b Hs-bLs.
  • the first switching cell CCa a first carrier 520 V Ta is generated.
  • the modulating signal 524 V m taken here to simplify the description, with this carrier 520 V Ta , two MLI signals 526, 528 are obtained, designated respectively by a H s and a L s-
  • These two signals 526, 528 to control respectively the electronic switches T aH s and T aL s-
  • control module having a carrier generation unit is replaced by a control module 552 having a generation unit 554 of a family of two triangular carriers as described in FIG. 14.
  • This second generation function 564 differs from the first function 204 in that it performs a reversal of the triangular signal with respect to its average value.
  • a control module comprises a unit for generating one or more different carriers, the number of carriers used being a function of the topological structure of the elementary static conversion block used.
  • a static electrical energy conversion circuit comprises circuit 2 and its variants as described above, an integer Nd, greater than or equal to 0, of dormant elementary static conversion blocks, and the same number Nd of dormant local control modules, each associated respectively with a single and different dormant basic static conversion block.
  • the Nd dormant elementary static conversion blocks and the Nd dormant local control modules are configured and inserted respectively in the branch of the active elementary Na static conversion blocks and in the communication chain of the Na moduli. local control active so as to form, regardless of the value of an integer Nv ranging between 1 and Nd, when Nv dormant elementary static conversion blocks and Nv associated dormant local control modules are activated, a branch of Na + Nv blocks of elementary static asset conversion and a closed communication chain of Na + Nv active local control modules.
  • the branch of Na + Nv active elementary static conversion blocks and the closed communication chain of Na + Nv active local control modules have a similar structure and operation to the branch of Na active elementary static conversion blocks and the closed chain of communication of the active local control modules as described above to the number of active elementary static conversion blocks and active local control modules.
  • the main applications of the invention relate to the field of static reactive power compensators for ac network (STATCOM) and the field of modular multilevel converters (MMC) for high voltage direct current (HVDC) network.
  • STATCOM static reactive power compensators for ac network
  • MMC modular multilevel converters
  • HVDC high voltage direct current
  • the application of the invention to the field of MMC converters for HVDC network is of great interest because it facilitates the implementation of the control of multilevel modular converters (MMC) working at high voltage while delivering a quasi-sinusoidal voltage, these converters are necessary for the implementation of HVDC links which constitute a key element of the development of green electricity for the 21st century.
  • MMC multilevel modular converters
  • the application of the invention to the field of railway traction is also promising.
  • the static conversion circuit according to the invention makes it possible to control, in a decentralized manner, a number of elementary static conversion blocks whatever, greater than or equal to 3, without adding complexity to the control of the assembly.
  • the decentralized static conversion circuit according to the invention described above makes it possible to remove or add one or more elementary static conversion blocks, without increasing the complexity of the control of the assembly, to perform a flexible and fast reconfiguration of the conversion circuit in the event of a failure of one of its conversion blocks without affecting the availability of the conversion service offered by the circuit.
  • the static control circuit with decentralized control makes it possible to avoid bringing a large number of signals back to a central control unit, in particular the voltages representative of the floating input capacitors of the elementary conversion blocks, which results in by reducing manufacturing costs, in particular by a considerable reduction in cabling, and results in a simplification of the implementation of the control.
  • This improvement has a major impact on reducing costs for the implementation of MMC and / or STATCOM type converters.

Landscapes

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Abstract

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

Description

CIRCUIT DE CONVERSION STATIQUE D'ENERGIE ELECTRIQUE A ARCHITECTURE CASCADEE ET A CONTROLE MODULAIRE
DECENTRALISE La présente invention concerne un circuit de conversion statique d'énergie électrique à architecture cascadée et à contrôle modulaire décentralisé, ledit circuit formant une branche d'un système de conversion statique d'énergie électrique.
La présente invention s'applique notamment dans le cadre de la technologie HVDC (en anglais High Voltage Direct Current) aux convertisseurs à architecture cascadée « haute tension », c'est à dire fonctionnant sous des tensions allant de quelques dizaines de kV à quelques centaines de kV et à des régimes de « forte puissance » allant de quelques centaines de MW au GW, utilisés pour les réseaux de transport d'énergie électrique en courant continu en tant que convertisseur modulaire multi- niveaux (MMC) ou en courant alternatif en tant que compensateur de puissance réactive de type STATCOM. Ces structures nécessitent la mise en série d'un nombre considérable de convertisseurs élémentaires, de l'ordre de la centaine, et présentant des capacités flottantes dont il faut contrôler la tension.
La présente invention utilise le principe d'un contrôle distribué et non centralisé, appliqué à un ensemble de conversion d'énergie électrique ayant une architecture basée sur une mise en série de convertisseurs statiques élémentaires ou blocs de conversion statique identiques dont les éléments de stockage d'énergie sont indépendants. Le contrôle distribué et non centralisé d'une telle architecture est réalisé à l'aide de modules ou circuits de contrôle de proximité, dotés d'une structure générique et associés individuellement à chaque convertisseur statique élémentaire formant le système de conversion. Ces circuits électroniques de contrôle communiquent entre eux, dans une configuration chaînée et bouclée, afin d'assurer l'équilibre et le contrôle de l'ensemble de conversion.
La demande de brevet WO 2014/005973A1 décrit un contrôle modulaire et décentralisé de convertisseurs à architecture parallèle ou série de plusieurs cellules de commutation dans lequel le degré d'intégration locale des fonctions de contrôle du convertisseur au sein des modules de contrôle local a été augmenté.
Cette demande de brevet WO 2014/005973A1 ne décrit pas un contrôle modulaire et décentralisé d'un circuit de conversion d'énergie électrique à architecture cascadée de convertisseurs statiques élémentaires, comme par exemple celle rencontrée dans le cas de la mise en série massive d'une grande quantité de convertisseurs élémentaires de type hacheur ou onduleur de tension.
Par ailleurs, l'absence de dualité stricte entre les architectures parallèles (équilibrage de courant d'inductances) ou celles séries à cellules imbriquées (équilibrage de tensions de capacités) et celles des architectures cascadées de la présente invention ne permet pas d'utiliser directement, ni de transposer de manière évidente les concepts et les résultats décrits dans la demande de brevet WO 2014/005973A1 . En effet, en raison du fait que les capacités des convertisseurs élémentaires sont flottantes, c'est-à-dire présentent des valeurs indépendantes en n'étant pas directement liées les unes aux autres électriquement, une telle dualité stricte n'existe pas et l'ajout de singularités dans les stratégies de contrôle est nécessaire.
L'article de Brendan P. McGrath et al., intitulé « A decentralized Controller Architecture for a Cascaded H-Bridge Multilevel Converter », IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 61 , No. 3, March 2014, décrit un contrôle décentralisé pour la régulation des courants d'un onduleur triphasé multi-niveaux à ponts en H symétriques cascadés. Une interconnexion chaînée des éléments de contrôle modulaires des ponts en H symétriques permet de réaliser des échanges entre un superviseur et les éléments de contrôle qui sont tous interconnectés indépendamment de la branche à laquelle ils appartiennent. Si le contrôle proposé dans l'article est décentralisé à un certain degré, la tension des condensateurs d'entrée des ponts en H symétriques est imposée par une source, externe à l'ensemble des éléments de contrôle, ce qui évite le besoin d'une régulation d'équilibrage des tensions entre les condensateurs d'entrée électriquement isolés.
Un premier problème technique est d'augmenter le degré d'intégration locale des fonctions de contrôle du convertisseur au sein des modules de contrôle local, en particulier l'intégration locale de la fonction d'équilibrage des tensions présentes aux bornes des condensateurs des convertisseurs élémentaires du système.
De manière connexe au premier problème technique, un deuxième problème technique est de diminuer le volume d'informations à échanger entre un superviseur et les convertisseurs statiques élémentaires pour la mise en œuvre d'une commande décentralisée à un degré élevé, et par conséquent de réduire le câblage de la commande du convertisseur à un niveau global.
A cet effet, l'invention a pour objet un circuit de conversion statique d'énergie électrique à architecture cascadée, destiné à fournir une tension différentielle de sortie Vun et un courant de sortie lun, comprenant :
.- une première borne de sortie et une deuxième borne de sortie de la tension différentielle de sortie Vun, un nombre entier total Na, supérieur ou égal à trois, de blocs de conversion statique élémentaires actifs ayant chacun une paire différente de bornes de sortie de bloc et étant associés en série par leurs bornes de sortie de tension différentielle élémentaire de bloc entre la première borne de sortie et la deuxième borne de sortie de la tension différentielle de sortie Vun, Na modules de contrôle local actifs, et une chaîne de Na liaisons de communications actives reliant suivant une boucle fermée les modules de contrôle local actifs; chaque bloc de conversion statique élémentaire actif ayant également une paire différente de bornes d'entrée de bloc, un condensateur d'entrée différent Ci, branché entre les bornes d'entrée de ladite paire de bornes d'entrée et au moins une cellule de commutation électronique élémentaire, constituée de deux interrupteurs électroniques unidirectionnels en tension fonctionnant de manière complémentaire, et les condensateurs d'entrée Ci étant électriquement isolés entre eux;
.- deux modules de contrôle local actifs, adjacents au sein de la chaîne de communication active et ayant pour rang respectif i, i+1 dans la chaîne, étant reliés par une liaison de communication unique et différente L,, i+i , i étant un entier compris entre 1 et Na, avec i-1 égal à Na lorsque i est égal à 1 , et i+1 égal à 1 lorsque i est égal à Na ;
chaque module de contrôle local actif de rang i, pour i variant de 1 à Na, comprenant respectivement : .- une unité locale de génération d'une porteuse propre triangulaire en tension à correction automatique de phase, l'unité locale de génération de la porteuse triangulaire dudit module de contrôle local de rang i étant configurée pour contrôler le positionnement d'une phase d'entrelacement de sa porteuse générée au sein de la totalité des porteuses triangulaires entrelacées des modules de contrôle local en fonction seulement des signaux de porteuses triangulaires des deux modules actifs de rang respectif i- 1 , i+1 adjacents au module de rang i au travers des deux liaisons de communication actives correspondantes, i étant compris entre 1 et Na, avec i- 1 égal à Na lorsque i est égal à 1 , et i+1 égal à 1 lorsque i est égal à Na. Le circuit de conversion statique d'énergie électrique à architecture cascadée est caractérisé en ce que chaque module de contrôle local actif de rang i comprend respectivement une unité locale d'égalisation locale des tensions des capacités d'entrée des blocs de conversion statique élémentaires, l'unité locale d'égalisation locale des tensions des capacités d'entrée des blocs de conversion associée à un module de contrôle local quelconque de rang i étant configurée, lorsqu'elle est activée dans un mode esclave, pour égaliser localement les tensions des capacités d'entrée des blocs de conversion statique élémentaires en déterminant une correction locale Avmi à appliquer à un signal modulant vm commun à tous les modules de contrôle local pour obtenir un signal modulant corrigé vmi propre au module de contrôle local de rang i, la correction locale Avmi étant déterminée à partir de la valeur mesurée Vd de la tension du condensateur d'entrée C, du bloc de conversion statique élémentaire associé au module de contrôle local de rang i et la valeur moyenne des tensions mesurées VC(i-i ), VC(i+i ), des condensateurs d'entrée respectifs CM , Ci+i des blocs de conversion statique élémentaires adjacents, associés aux modules de contrôle local actifs de rangs respectif i-1 , i+1 eux-mêmes adjacents au module de contrôle local actif de rang i au travers des deux liaisons de communication correspondantes Lj.-i , , L,, i étant compris entre 1 et Na, avec i-1 égal à Na lorsque i est égal à 1 , et i+1 égal à 1 lorsque i est égal à Na.
Suivant des modes particuliers de réalisation, le circuit de conversion statique à contrôle décentralisé comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : .- le circuit de conversion statique d'énergie électrique comprend en outre : un module de supervision globale du circuit de conversion statique, externe aux modules de contrôle local actifs, configuré pour déterminer une consigne f ) égale au carré d'une tension totale VDc prédéterminée divisée par le nombre entier Na de blocs de conversion statiques élémentaires actifs, la tension totale VDc étant égale à la somme des tensions Vci des condensateurs d'entrée sur la totalité des blocs de conversion associés aux Na modules de contrôle local actifs associés ; au moins un régulateur de tension, configuré lorsqu'il est activé pour imposer à partir de la consigne f ) générée par le module de supervision globale la tension totale VDc divisée par le nombre Na de blocs de conversion actifs aux bornes de la capacité d'entrée d'un bloc de conversion associé à un module de contrôle local actif, considéré comme l'unique module de contrôle local actif en mode maître par le module de supervision ; et un régulateur de courant configuré pour égaliser un courant mesuré imes représentatif du courant de sortie iun traversant le circuit de conversion avec un courant de référence corrigé iref-cor, l'égalisation étant effectuée par génération d'un signal modulant vm commun à l'ensemble des modules de contrôle local actifs qui annule la différence entre le courant de référence corrigé iref-cor et le courant mesuré imes ;
.- le régulateur de tension est configuré pour déterminer une grandeur de correction représentative de la composante active iac-Actif du courant de branche du circuit par une annulation préalable au travers d'un premier filtre correcteur Corv(s) de la différence entre le carré de la tension présente aux bornes du condensateur d'entrée du bloc de conversion associé au module de contrôle actif mis en mode maître et la consigne externe, suivie d'une multiplication de la grandeur de sortie du premier filtre correcteur par un signal sinusoïdal vsynChro de synchronisation en phase avec une tension prédéterminée correspondant à la tension d'un réseau auquel est raccordé le circuit de conversion ;
.- le régulateur de courant est configuré pour générer le signal modulant vm par addition préalable du courant de référence externe iref à la grandeur de correction représentative de la composante active iac-Actif du courant de branche du circuit pour former le courant de référence corrigé iref- cor , suivie de l'annulation de la différence entre le courant de référence corrigé iref-cor et le courant mesuré imes au travers d'un deuxième filtre correcteur Cor^s) ;
.- le courant de référence iref est représentatif de la composante continue lDc d'un convertisseur modulaire multi-niveaux MMC ou la composante alternative réactive
Figure imgf000008_0001
compensateur de puissance de puissance réactive de type STATCOM dont le circuit est une branche ;
.- un ou plusieurs modules de contrôle local actifs comportent chacun une paire d'un régulateur de tension et d'un régulateur de courant interconnectés entre eux, et un port d'entrée pour recevoir des données globales du convertisseur statique comportant : la consigne de tension quadratique f ) , le signal sinusoïdal vsyr,chro de synchronisation en phase avec la tension du réseau auquel est raccordé le circuit de conversion statique, le courant mesuré imes représentatif du courant iun traversant le circuit de conversion statique, le courant de référence externe iref représentatif de la composante continue lDc d'un convertisseur modulaire multi-niveaux MMC ou la composante alternative réactive
Figure imgf000008_0002
compensateur de puissance de puissance réactive de type STATCOM dont le circuit est une branche, et chacun est apte à servir dans un mode maître lorsqu'il reçoit une commande d'activation qui l'y invite de manière exclusive; et le module de supervision globale (1 62 ; 310) du circuit de conversion statique, externe aux modules de contrôle local, est dépourvu de régulateur de tension (208) et de courant (210), et configuré pour fournir en outre aux modules de contrôle aptes à servir en mode maître le signal sinusoïdal synchro de synchronisation, le courant mesuré imes , et le courant de référence externe iref ;
.- un seul circuit de contrôle local comporte une paire d'un régulateur de tension et d'un régulateur de courant interconnectés entre eux, et est configuré pour servir en mode maître, lorsqu'il est commandé de le faire, ou chaque circuit de contrôle local comporte une paire différente d'un régulateur de tension et un régulateur de courant interconnectés entre eux, la paire étant activée lorsque le module de contrôle local est activé en mode maître, et désactivée lorsque le module de contrôle local est activé en mode esclave ;
.- le module de supervision comporte une paire d'un régulateur de tension et d'un régulateur de courant interconnectés entre eux, et un port d'entrée ayant une ou plusieurs bornes d'entrée pour recevoir : le signal sinusoïdal vsynChro de synchronisation en phase avec la tension du réseau auquel est raccordé le circuit de conversion statique ; le courant mesuré imes représentatif du courant iun traversant le circuit, la tension Vci envoyée par le module de contrôle local en mode maître et mesurée aux bornes du condensateur d'entrée Ci du bloc de conversion élémentaire associée audit module maître ; le courant de référence externe lref représentatif de la composante continue lDc d'un convertisseur modulaire multi-niveaux MMC ou la composante alternative réactive
Figure imgf000009_0001
compensateur de puissance de puissance réactive de type STATCOM dont le circuit est une branche ; et une borne de sortie pour fournir le signal modulant vm au modulant commun de référence, au module de contrôle local mis en mode maître et au Na-1 modules restant mis en mode esclave ; et chaque module de contrôle local comporte une borne d'entrée pour recevoir le signal modulé vm déterminé par le module de supervision ;
.- chaque module de contrôle local actif est dépourvu de la paire formée par un régulateur de tension et un régulateur de courant interconnectés entre eux, ou comporte une paire d'un régulateur de tension et d'un régulateur de courant désactivés, et le module de contrôle local actif, configuré et activé en mode maître, est dépourvu d'une unité d'égalisation locale des capacités d'entrée ou comporte une unité d'égalisation locale des capacités désactivée ;
.- l'unité locale de génération de la porteuse triangulaire d'un module local de contrôle quelconque de rang i est configuré pour contrôler le positionnement de sa phase d'entrelacement au sein de la totalité des porteuses triangulaires entrelacées en fonction seulement des signaux de porteuses triangulaires des deux modules de rang respectif i-1 , i+1 adjacents au module quelconque au travers des deux liaisons de communication correspondante, i étant compris entre 1 et Na, avec i-1 égal à Na lorsque i est égal à 1 , et i+1 égal à 1 lorsque i est égal à Na, l'une des porteuses parmi les Na pouvant être de phase fixe non modifiable, et imposée de façon externe ;
.- chaque module de contrôle local actif d'un rang quelconque i, les modules de contrôle actifs adjacents à ce module de rang i-1 , i+1 , et les liaisons de communication actives correspondantes Li_ , Li>i+1 sont configurés pour échanger des informations pertinentes concernant le module de contrôle de rang quelconque i prises parmi la tension Vci aux bornes de la capacité d'entrée du bloc de conversion associé au module de contrôle de rang i, les tensions να-\ , Vci+1 aux bornes des condensateurs d'entrée des blocs de conversion associés aux module de contrôle actifs adjacents de rang i-1 , i+1 , les signaux de porteuse triangulaire VTi , VTi-x , VTi+1 du module actif de contrôle d'un rang quelconque i et des modules de contrôle local actifs adjacents à ce module de rang i-1 , i+1 , i étant compris entre 1 et Na, avec i-1 égal à Na lorsque i est égal à 1 , et i+1 égal à 1 lorsque i est égal à Na ;
.- chaque module de contrôle local actif de rang i comprend un premier port de connexion et un deuxième port de connexion configurés pour être raccordés en externe à une première liaison de communication U-IJ et à une deuxième liaison de communication Lg+i suivant une même interface générique, et en interne aux diverses unités locales dudit module actif de rang i , et chaque module de contrôle local actif de rang i comprend une unité de déconnexion/connexion des premier et deuxième ports de connexion des/aux unités locales et en parallèle de connexion/déconnexion premier et deuxième ports entre eux, la commutation entre un premier état dans lequel les premier et deuxième ports sont connectés seulement aux unités locales du module de rang i, et un deuxième état dans lequel les premier et deuxième ports sont déconnectés des unités locales du module de rang i et connectés directement entre eux, étant mise en œuvre par un signal de commande externe au module ou par un signal interne élaboré au sein du module ;
.- chaque module de contrôle local actif comporte une unité locale de génération de la porteuse triangulaire, une unité d'égalisation locale des tensions des capacités d'entrée, un régulateur de tension, un régulateur de courant, l'unité locale de génération de la porteuse, l'unité d'égalisation locale des tensions des capacités d'entrée, le régulateur de tension, le régulateur de courant étant débrayable séparément et l'ensemble formé par l'unité d'égalisation locale des tensions des capacités d'entrée, le régulateur de tension, le régulateur de courant, une unité locale de génération de la porteuse triangulaire étant débrayable solidairement ; .- chaque module de contrôle local actif et son bloc de conversion élémentaire actif associé comprend un premier dispositif de support d'une première fonction de détection de panne et de mise en court circuit du bloc de conversion élémentaire lorsqu'une panne dudit bloc est détectée, le dispositif de support de la première fonction comportant au moins un capteur permettant de déterminer l'état de fonctionnement du bloc de conversion élémentaire actif, et un moyen de mise en court circuit du bloc de conversion élémentaire lorsqu'une panne dudit bloc est détectée ; le dispositif de support de la première fonction étant également configuré pour, lorsqu'une panne est détectée, mettre en court-circuit le bloc de conversion élémentaire défectueux, mettre le module de contrôle local dans un état inactif indépendamment de l'état du bit du signal d'activation « Enable » du module de contrôle; et établir une communication directe entre les modules de contrôle actifs voisins ; et envoyer un signal de « défaut » ou de statut de défectuosité au module de supervision ;
.- chaque module de contrôle local et son bloc de conversion élémentaire associé comprend un dispositif de support d'une deuxième fonction supplémentaire de gestion de la fonction maître, configuré pour, lorsqu'un événement de défaillance intervient en étant détecté par le premier dispositif et que le module de contrôle actif concerné de rang i est en mode maître, envoyer au module de contrôle actif suivant de rang i+1 un signal binaire de commande, désigné par « M, », initialement mis dans un premier état prédéterminé, et mis dans un deuxième état complémentaire au premier état par une unité électronique ; l'envoi du signal Mi étant effectué au travers d'une borne de sortie supplémentaire 486 et le deuxième état du signal Mi commandant au module de contrôle suivant i+1 de devenir le maître à son tour alors que le module et son bloc de conversion élémentaire défectueux de rang i se retire de la chaîne des modules et du circuit ;
.- chaque bloc de conversion élémentaire est un pont en H de deux cellules de commutation, et chaque module de contrôle local actif comporte un premier bloc et un deuxième bloc de génération de porteuses cascadés, le deuxième bloc réalisant une inversion d'un signal triangulaire initial par rapport à sa valeur moyenne ;
.- les blocs de conversion statique élémentaires actifs compris dans l'ensemble formé par les blocs unidirectionnels en tension et bidirectionnels en courant, les blocs bidirectionnels en tension et unidirectionnels en courant, et les blocs bidirectionnels en tensions et bidirectionnels en courant, et les blocs de conversion statique élémentaires actifs comprennent un ou plusieurs bras, et le ou les bras comportent une unique cellule de commutation ou sont multicellulaire.
.- le circuit de conversion statique d'énergie électrique comprend en outre : un nombre entier Nd, supérieur ou égal à 0, de blocs de conversion statique élémentaires dormants, et un même nombre Nd de modules de contrôle local dormants associés chacun à un unique et différent bloc de conversion statique élémentaire dormant ; les Nd blocs de conversion statique élémentaires dormants et les Nd modules de contrôle local dormants étant configurés et insérés respectivement dans la branche des Na blocs de conversion statique élémentaires actifs et dans la chaîne de communication des Na modules de contrôle local actifs de sorte à former, indépendamment de la valeur d'un entier Nv variant entre 0 et Nd, lorsque Nv blocs de conversion statique élémentaires dormants et Nv modules de contrôle local dormant associés sont activés, une branche de Na+Nv blocs de conversion statique élémentaires actifs et une chaîne fermée de communication de Na+Nv modules de contrôle local actifs.
L'invention a également pour objet un système de conversion statique d'énergie électrique comprenant au moins un circuit de conversion statique d'énergie électrique tel que défini ci-dessus, le système de conversion statique d'énergie électrique étant compris dans l'ensemble formé par les convertisseurs modulaires multi-niveaux MMC et les compensateurs de puissance de puissance réactive de type STATCOM.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description de plusieurs formes de réalisation qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
.- la Figure 1 est une vue générale d'un circuit de conversion statique d'énergie électrique à architecture cascadée et à contrôle modulaire décentralisé, ayant un nombre total N de blocs de conversion élémentaires et de modules de contrôle local actifs respectivement associés, et placé dans une configuration dans laquelle le nombre Na de modules de contrôle local actifs et de blocs de conversion élémentaires associés est égal à N ; .- les Figures 2A, 2B, 2C sont les vues respectives d'un premier, deuxième, troisième mode de réalisation d'un bloc de conversion statique élémentaire du circuit de conversion statique de la Figure 1 ;
.- la Figure 3 est une vue schématique d'une architecture générique et des interfaces d'un module de contrôle local du circuit de conversion de la Figure 1 , dans laquelle quatre fonctions internes principales sont intégrées ;
.- la Figure 4 est une vue d'un exemple de moyens de reconfiguration automatique de la chaîne de communication entre modules de contrôle, appliqués à la fonction de génération de porteuses triangulaires et à la fonction d'égalisation locale des tensions des capacités d'entrée des blocs de conversion élémentaires dans le cas de la suppression d'un module de contrôle de la chaîne et de la mise en court-circuit du bloc de conversion associé ;
.- la Figure 5 est une vue détaillée des quatre fonctions internes intégrées dans le module générique de contrôle local et leur mise en œuvre au sein de ce module lorsque le module de contrôle est en mode maître ;
.- la Figure 6 est une vue détaillée des quatre fonctions internes intégrées dans le module générique de contrôle local et leur mise en œuvre au sein de ce module lorsque le module de contrôle est en mode esclave ;
.- la Figure 7 est une vue d'un premier mode de réalisation d'architecture du circuit de conversion statique à Na modules de contrôle actifs de la Figure 1 dans laquelle les seules fonctions de régulation en tension et en courant actives servant à piloter un module de contrôle local, considéré et mis en mode maître dans la chaîne des modules de contrôle pour servir de référence aux fonctions d'égalisation locales des tensions des capacités flottantes d'entrée, exécutées dans les Na-1 modules de contrôle local actifs restants mis en mode esclave, sont réalisées au sein du module de contrôle local maître ;
.- la Figure 8 est une vue d'un deuxième mode de réalisation d'architecture du circuit de conversion statique à Na modules de contrôle de la Figure 1 dans laquelle les seules fonctions de régulation en tension et en courant servant à piloter un module de contrôle local actif, considéré et mis en mode maître dans la chaîne des modules de contrôle actifs pour servir de référence aux fonctions d'égalisation locales des tensions des capacités flottantes d'entrée, exécutées dans les Na-1 modules de contrôle local actifs restants mis en mode esclave, sont réalisées au sein du module de supervision ;
.- la Figure 9 est une vue de la reconfiguration du circuit de conversion statique organisé selon la première architecture de la Figure 7 lorsqu'un module de contrôle local actif de la chaîne est désactivé ;
.- la Figure 1 0 est une vue de la reconfiguration du circuit de conversion statique organisé selon la deuxième architecture de la Figure 8 lorsqu'un module de contrôle local actif de la chaîne est désactivé ;
.- la Figure 1 1 est un schéma de principe de l'implémentation d'une première fonction supplémentaire de protection et de sécurité au niveau du module de contrôle actif et de son bloc de conversion statique associé ;
.- la Figure 1 2 est un schéma d'implémentation d'une deuxième fonction supplémentaire de gestion dynamique de la position du module de contrôle local actif mis en mode maître dans la chaîne ;
.- les Figures 1 3A et 1 3B sont respectivement une vue détaillée d'un bloc de conversion de type pont en H symétrique, composé de quatre transistors de puissance, et une vue des signaux de commande des transistors issus de la comparaison de deux porteuses triangulaires (VTa,VTb) et d'une modulante commune Vm ;
.- la Figure 14 est une vue d'un module de contrôle local, configuré pour piloter un bloc de conversion élémentaire de type pont en H tel que décrit dans la Figure 1 3A.
De manière générale et par la suite, un convertisseur statique élémentaire ou bloc de conversion statique élémentaire est défini comme un convertisseur statique comportant un port d'entrée à deux bornes d'entrée et un port de sortie à deux bornes de sortie, au moins une cellule de commutation et un condensateur d'entrée connecté entre les deux bornes d'entrée du port d'entrée. Il est à remarquer que chaque convertisseur élémentaire peut être réalisé de manière multicellulaire, c'est-à-dire être composé d'un ou plusieurs bras, un bras au moins pouvant comporter plusieurs cellules de commutation.
D'un point de vue application, le circuit de la figure 1 est par exemple une branche élémentaire d'un compensateur de puissance réactive (type STATCOM) pour un réseau de transport d'énergie électrique alternatif ou une branche d'un convertisseur alternatif-continu (type MMC) pour réaliser le transport d'énergie électrique en courant continu haute tension.
Suivant la Figure 1 , un circuit de conversion statique d'énergie électrique 2 à architecture cascadée et contrôle décentralisé, formant une branche d'un système de conversion statique d'énergie électrique, comprend une première borne de sortie 4 de circuit et une deuxième borne de sortie 6 de circuit, configurées pour délivrer une tension différentielle de sortie Vun entre les deux bornes de sortie 4, 6.
Le circuit de conversion statique 2 est configuré pour délivrer et être traversé par un courant de branche lun, délivré à une inductance 8, connectée en série audit circuit de conversion statique d'énergie 2 par la deuxième borne de sortie 6.
Le circuit de conversion statique 2 comprend un nombre total N de blocs de conversion statique élémentaires 12, 14, 1 6, 18, 20 ayant chacun une paire différente 22 ; 24 ; 26 ; 28 ; 30 de bornes de sortie de bloc 32, 33 ; 34, 35; 36, 37 ; 38, 39 ; 40, 41 , et étant associés en série par leurs bornes de sortie de blocs entre la première borne de sortie 4 de circuit et la deuxième borne de sortie 6 de circuit, un même nombre total N de modules de contrôle local 52, 54, 56, 58, 60, et une chaîne 62 de N liaisons de communication 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84 reliant suivant une boucle fermée (en anglais Daisy chain) les modules de contrôle local 52, 54, 56, 58, 60.
De manière générale, le nombre total N des blocs de conversion statique élémentaires ou de leurs modules de contrôle associés est la somme d'un nombre Na de blocs de conversion statiques élémentaires actifs ou de leurs modules de contrôle associés, d'un nombre Nf de blocs de conversion statiques élémentaires défectueux ou de leurs modules de contrôle associés, et d'un nombre Nd de blocs de conversion statique élémentaires dormants ou de leurs modules de contrôle associés.
Ici dans la Figure 1 , la configuration décrite du circuit de conversion statique 2 est celle d'un circuit dans lequel le nombre Na de blocs de conversion statique élémentaires actifs est égal au nombre total N de blocs de conversion statiques élémentaires, le nombre Nf de blocs de conversion statiques élémentaires défectueux et le nombre Nd de blocs de conversion statique élémentaires dormants étant supposés égaux à zéro. De manière générale, la configuration d'un circuit de conversion statique est définie par les quatre nombres N, Na, Nd, Nf avec N=Na+Nf+Nd.
De manière générale, le nombre Na de blocs de conversion statique élémentaires actifs est supérieur ou égal à 3, la structure minimale d'un circuit de conversion statique étant celle de trois blocs élémentaires actifs associés en série sur une branche.
Chaque bloc de conversion statique élémentaire 12, 14, 16, 18,20 est associé respectivement à un module de contrôle local 52, 54, 56, 58, 60, unique et différent, et une paire 22, 24, 26, 28, 30 de bornes d'entrée de bloc, unique et différente.
Un module de contrôle local quelconque, un bloc de conversion statique élémentaire, une paire de bornes d'entrée de bloc, associés partagent un même rang entier i de positionnement au sein de la chaîne de communication 62 et de la branche du circuit, compris entre 1 et N.
A titre d'exemple sur la Figure 1 , le nombre total N de blocs élémentaires actifs de conversion statique, de modules de contrôle local actifs associés, et de paires de bornes d'entrée de bloc est supérieur ou égal à 7. Seuls, cinq modules de contrôle actifs sont ici représentés, un premier module de contrôle local actif 52 ayant un rang i égal à 1 , un deuxième module de contrôle local actif 54 ayant un rang d'indice i-1 et précédent un troisième module de contrôle local actif 56 de rang d'indice courant i, un quatrième module de contrôle local actif 58 ayant un rang d'indice i+1 et étant un module de contrôle adjacent succédant au troisième module de contrôle local actif 56 de rang d'indice courant i, un cinquième module de contrôle local actif 60 ayant un rang i égal à N et étant un module de contrôle adjacent précédent le premier module de contrôle local actif 52 de rang 1 .
Deux modules de contrôle actifs adjacents quelconques de la chaîne de communication 62, ayant respectivement les rangs i et i+1 au sein de la chaîne de communication 62 sont reliés par une liaison de communication unique et différente, désignée par L +1 .
Le module de contrôle actif adjacent successeur au module de contrôle actif de rang N étant le module actif de rang 1 , respectivement le module de contrôle actif adjacent précédent le module actif de rang 1 étant le module de rang N, la liaison de communication correspondante est désignée par LN 1 .
Suivant la Figure 1 , les liaisons 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84 sont également et respectivement désignées par L1<2 , U- -i , - , ½+i , ^ί + Ι,ί+2 > ^Ν-Ι,Ν > ^Ν,Ι ■
Chaque bloc de conversion statique élémentaire actif 12 ; 14 ; 1 6 ; 18 ; 20 comporte respectivement un condensateur d'entrée différent Ci ou élément de stockage différent 92 ; 94 ; 96 ; 98 ; 100, électriquement isolé des autres condensateurs d'entrée en ayant une capacité flottante d'entrée, branché respectivement entre une paire 102 ; 104 ; 106 ; 108 ; 1 10 de bornes d'entrée de bloc 1 12, 1 13 ; 1 14, 1 15 ; 1 1 6, 1 17 ; 1 18, 1 19 ; 120, 121 , et chargé sous une tension positive, désignée respectivement par VCi , VCM ,
Figure imgf000017_0001
Chaque paire 22 ; 24 ; 26 ; 28 ; 30 de bornes de sortie de bloc de conversion statique élémentaire 32, 33 ; 34, 35; 36, 37 ; 38, 39 ; 40, 41 est configurée pour fournir respectivement une tension différentielle de bloc V u, i-iu, Viu, Vi+iu, VNu et interconnectées de sorte que la tension différentielle Vun du convertisseur est la somme des tensions différentielles selon la relation :
N 1
Chaque bloc de conversion statique élémentaire actif 12 ; 14 ; 1 6 ; 18 ;
20 comporte au moins une cellule de commutation électronique élémentaire constituée de deux interrupteurs électroniques unidirectionnels en tension fonctionnant de manière complémentaire.
Selon les propriétés de réversibilité en tension et en courant souhaitées pour le circuit de la Figure 1 , les blocs de conversion statique élémentaires actifs pourront comporter plusieurs cellules de commutation constituées d'interrupteurs électroniques.
Par exemple, les blocs de conversion statique sont compris dans l'ensemble formé par les blocs unidirectionnels en tension et bidirectionnels en courant, les blocs bidirectionnels en tension et unidirectionnels en courant, et les blocs bidirectionnels en tension et bidirectionnels en courant.
Par exemple, les blocs élémentaires de conversion statique sont compris dans l'ensemble formé par la cellule unique de commutation 132 à deux transistors 134 et à deux diodes 136 montées en antiparallèle sur lesdits transistors, le pont en H asymétrique 138, et le pont en H symétrique 140, comme illustrés sur les Figures 2A, 2B et 2C.
Les blocs élémentaires de conversion statique actifs peuvent aussi inclure des bras à plusieurs niveaux de tension dont les topologies sont connues classiquement sous les noms de topologie à point neutre clampé NPC (en anglais Neutral Point Clamped) , de topologie à capacité flottante FC (en anglais Flying Capacitor), et de topologie de convertisseur à empilement multi-cellules SMC (en anglais Stacked Multicell Converter).
Chaque module de contrôle local actif 52, 54, 56, 58, 60 de rang de positionnement respectif 1 , i-1 , i, i+1 , N au sein de la chaîne active de communication 62 est respectivement connecté à son bloc élémentaire de conversion statique actif associé 12, 14, 1 6, 18, 20 au travers d'une liaison unique et différente 152, 154, 156, 158, 1 60 d'envoi d'une ou plusieurs commandes représentatives d'un ou plusieurs signaux de type Modulation en Largeur d'Impulsion MLI (en anglais Puise Width Modulation PWM) destiné à une ou plusieurs cellules de commutation du bloc élémentaire de conversion statique actif concerné 12, 14, 1 6, 18, 20.
Les liaisons 152, 154, 156, 158, 1 60 d'envoi des commandes de type MLI sont aussi respectivement désignées par Cd-ι , Cdi-i , Cd,, Cdi+i , CdN.
Chaque module de contrôle local actif 52, 54, 56, 58, 60 de rang de positionnement respectif 1 , i-1 , i, i+1 , N au sein de la chaîne de communication 62 est respectivement connecté à un module de supervision 162, configuré pour mettre en œuvre une ou plusieurs fonctions centralisées vis-à-vis des modules de contrôle local actifs, par une liaison de supervision unique et différente, désigné respectivement par S-i, SM , S,, Si+i, SN.
Suivant la Figure 1 , chaque module de contrôle local actif 52, 54, 56, 58, 60 comprend respectivement :
.- une unité locale, unique et différente, de génération d'une ou plusieurs porteuses propres triangulaires en tension à correction automatique de phase,
.- une unité locale d'égalisation locale des tensions des capacités d'entrée des blocs de conversion, unique et différente,
L'unité locale de génération de la porteuse triangulaire d'un module de contrôle local courant 56 de rang i est configuré pour contrôler le positionnement d'une phase d'entrelacement de sa porteuse générée au sein de la totalité des porteuses triangulaires entrelacées des modules de contrôle local en fonction seulement des signaux de porteuses triangulaires des deux modules actifs 54, 58 de rang respectif i-1 , i+1 adjacents au module 56 de rang i au travers des deux liaisons de communication 76, 78 correspondantes, i étant compris entre 1 et N, avec i-1 égal à N lorsque i est égal à 1 , et i+1 égal à 1 lorsque i est égal à N.
L'unité d'égalisation locale des tensions des capacités d'entrée des blocs de conversion statique élémentaires d'un module de contrôle courant 56 de rang i est configurée, lorsqu'elle est activée dans un mode esclave, pour égaliser localement les tensions des capacités d'entrée des blocs de conversion en déterminant une correction locale AVmi à appliquer à un signal modulant vm commun aux modules de contrôle pour obtenir un signal modulant corrigé vmi propre au module de contrôle local de rang i, la correction locale AVmi étant déterminée à partir de la valeur de la tension Vci du condensateur d'entrée du bloc de conversion statique élémentaire actif associé au module de contrôle local actif 54 de rang i et la valeur moyenne des tensions VC(i+-i), VC(i-i) des condensateurs d'entrée respectives C(i+1 ), C(i- 1 ) des blocs de conversion élémentaires actifs associés respectivement aux modules de contrôle local actifs 54, 58 de rangs respectif i-1 , i+1 adjacent au module de contrôle local actif de rang i au travers des deux liaisons de communication correspondantes, i étant compris entre 1 et N, avec i-1 égal à N lorsque i est égal à 1 , et i+1 égal à 1 lorsque i est égal à N.
Le module de supervision global 1 62 du circuit de conversion statique 2, externe aux modules de contrôle local actifs, est configuré pour fournir une consigne externe Ç- égale au carré d'une tension totale VDc prédéterminée divisée par le nombre Na de blocs de conversion statique élémentaires actifs ou opérationnels, ici N.
La tension totale VDc prédéterminée est égale à la somme des tensions Vci respectives des condensateurs d'entrée sur la totalité des N blocs de conversion actifs associés aux N modules de contrôle local actifs.
Suivant la Figure 1 , le circuit de conversion statique 2 comporte : .- au moins un régulateur de tension configuré, lorsqu'il est activé, pour imposer la tension totale VDc divisée par le nombre N de blocs de conversion actifs aux bornes du condensateur d'entrée d'un bloc de conversion actif associé à un module de contrôle local actif, considéré comme l'unique module de contrôle local actif en mode maître par le module de supervision, et
.- un régulateur de courant configuré pour égaliser un courant mesuré imes représentatif du courant de sortie iun traversant le circuit de conversion statique avec un courant de référence corrigé iref-cor , l'égalisation étant effectuée par génération d'un signal modulant vm commun à l'ensemble des modules de contrôle local actifs qui annule la différence entre le courant de référence corrigé iref-cor et le courant mesuré imes.
Ainsi, l'architecture du circuit de conversion statique 2 de la Figure 1 permet de réaliser :
.- le contrôle du courant dans le circuit I (iun)
.- l'équilibrage des tensions entre les condensateurs Ci
Figure imgf000020_0001
Vci = VDC avec
Vci N ' '
.- l'entrelacement des commandes des blocs de façon à obtenir pour la tension vun une forme d'onde dite « multiniveaux » avec une fréquence apparente de découpage égale à N.fd (fd étant la fréquence de découpage de la tension de sortie d'un bloc) ;
.- une reconfiguration dynamique de l'entrelacement des commandes des blocs et de l'équilibrage des tensions aux bornes des condensateurs lorsque le nombre de blocs en série est modifié (généralement suite à un défaut interne à un bloc).
Le circuit de conversion statique 2 proposé dans la Figure 1 permet également une réduction très significative du nombre de signaux ou d'informations échangés entre le dispositif centralisé de supervision et le circuit électrique élémentaire et la commande de chaque bloc de conversion élémentaire.
Suivant la Figure 3 et un exemple d'architecture générique, un module générique 202 avec ses interfaces, représentatif d'un module de contrôle local actif 52, 54, 56, 58, 60 du circuit de conversion 2 de la Figure 1 , intègre quatre unités locales 204, 206, 208, 210 de support respectifs de quatre fonctions internes principales nécessaires à la mise en œuvre d'un contrôle décentralisé de l'invention.
Ici, pour des raisons pratiques d'une description simplifiée, l'architecture d'un bloc de conversion élémentaire considérée à titre d'exemple est celle d'une cellule unique de commutation telle que décrite dans la Figure 3A. Dans ce cas, le module de contrôle associé actif 202 est configuré pour déterminer la valeur du rapport-cyclique local d'un seul signal MLI à appliquer au bloc de conversion élémentaire 21 1 qui lui est associé.
De manière générale, un module de contrôle actif est configuré pour déterminer la valeur d'un ou plusieurs rapports cycliques qui seront appliqués au travers d'un ou plusieurs signaux MLI fonction d'un même signal modulant local Vmi, le nombre de signaux MLI dépendant de la structure du bloc de conversion élémentaire actif.
Les quatre unités locales 204, 206, 208, 210 de support respectif des quatre fonctions internes principales nécessaires à la mise en œuvre d'un contrôle décentralisé de l'invention sont respectivement les suivantes : .- un générateur local ou unité de génération locale 204 de porteuse à correction automatique de phase qui permet d'obtenir un entrelacement des commandes automatique pour un nombre Na quelconque de modules de contrôle local actif en utilisant la chaîne 62 de communications intermodules ; le fonctionnement de cette unité locale est requise pour tous modules de contrôle local actifs, mis en mode maître ou esclave ;
.- une unité d'égalisation locale 206 des tensions des condensateurs d'entrée des blocs de conversion élémentaire actifs en utilisant également la configuration chaînée 62 des communications inter-modules ; le fonctionnement de cette unité locale est requis exclusivement pour tous modules de contrôle local actifs, mis en mode esclave ;
.- un régulateur de tension 208 configuré, lorsqu'il est activé pour imposer la tension totale VDc divisée par le nombre Na de blocs de conversion actifs aux bornes du condensateur d'entrée d'un bloc de conversion élémentaire actif associé à un module de contrôle local actif, considéré comme l'unique module de contrôle local actif en mode maître par le module de supervision ; Le fonctionnement de cette unité est requis pour un module de contrôle local actif, mis en mode maître et en charge de l'élaboration du signal modulant commun vm ;
.- un régulateur local de courant 210 configuré pour égaliser un courant mesuré imes représentatif du courant de sortie iun traversant le circuit de conversion statique avec un courant de référence corrigé iref-cor , l'égalisation étant effectuée par génération d'un signal modulant vm commun à l'ensemble des modules de contrôle local qui annule la différence entre le courant de référence corrigé i ref-cor et le courant mesuré imes ; Le fonctionnement de cette unité est requis pour un module de contrôle local actif, mis en mode maître et en charge de l'élaboration du signal modulant commun vm.
Suivant la Figure 3, les signaux d'interfaces échangés par le module générique de contrôle local et leurs bornes de transit correspondantes sont décrits ci-dessous.
Afin d'obtenir un entrelacement automatique des commandes pour Na blocs de conversion avec Na un entier quelconque fixé, et obtenir un équilibrage des tensions sur les condensateurs d'entrée, les communications locales inter-modules sont configurées pour permettre l'échange des signaux suivants.
Pour l'entrelacement des porteuses, V-π désigne la porteuse du module de contrôle actif 202 considéré comme module courant actif de la chaîne de rang i, cette porteuse étant générée en interne dudit module courant actif et étant fournie respectivement au module actif précédent de rang i-1 et au module actif suivant de rang i+1 au travers d'une première borne de sortie 212 et d'une deuxième borne de sortie 214. Le signal VTi-i désignant la porteuse générée en interne du module précédent actif de rang i-1 et signal VTi+i désignant la porteuse générée en interne du module actif suivant de rang i+1 sont fournis respectivement à une première borne d'entrée 21 6 et une deuxième borne d'entrée 218 du module de contrôle local actif de rang courant i.
Pour l'équilibrage des tensions des condensateurs d'entrée des blocs de conversion élémentaires actifs, VCi désigne un signal représentatif de la tension aux bornes du condensateur local d'entrée C, du bloc de conversion actif courant de rang i, prélevée à l'aide d'une prise de tension 220, le signal VCi étant reçu par le module de contrôle actif de rang courant i en une troisième borne d'entrée 222 et fourni respectivement au module actif précédent de rang i-1 et au module actif suivant de rang i+1 au travers d'une troisième borne de sortie 224 et d'une quatrième borne de sortie 226.
Le signal VCi est également fourni au module de supervision global au travers d'une borne supplémentaire 227 dans le cas où le module de contrôle local considéré fonctionne en mode maître et le module de supervision global élabore le signal modulant vm.
Les signaux VCi-i et VCi+i désignent respectivement un signal représentatif de la tension aux bornes du condensateur local d'entrée CM du bloc de conversion élémentaire actif précédent de rang i-1 et un signal représentatif de la tension aux bornes du condensateur local d'entrée Ci+i du bloc de conversion élémentaire actif suivant de rang i+1 . Les signaux Va-\ et Vci+1 sont fournis respectivement par le module de contrôle local actif précédent de rang i-1 et le module de contrôle local actif suivant de rang i+1 à une quatrième borne d'entrée 228 et une cinquième borne d'entrée 230 du module de contrôle local actif de rang courant i.
Un signal général ou global, désigné par vsynchro et utilisé pour synchroniser la référence d'un courant iac Actif suivant sa composante active avec le réseau alternatif où est connectée la branche formée par le circuit de conversion statique 2, est fourni à une sixième borne d'entrée 232 du module de contrôle local 202, représentée sur la gauche de la Figure 3.
Un signal externe, permettant de définir la tension à imposer aux bornes du condensateur d'entrée d'un bloc de conversion élémentaire actif considéré comme élément « maître » et désigné par le
Figure imgf000023_0001
module de supervision globale au module de contrôle local actif associé au bloc de conversion actif considéré comme maître en une septième borne d'entrée 234 dans le cas où il est prévu que ledit module de contrôle actif, mis en mode maître par l'activation de ses unités de régulation en tension 208 et en courant 210, détermine un signal de modulante vm de référence « maître » partagé avec les Na-1 modules de contrôle local actifs restants mis en mode « esclave ».
Il est à remarquer que le module de contrôle local actif, mis en mode « maître » imposant la valeur de tension sur son propre condensateur au travers du signal externe consigne, n'utilisera pas sa fonction
Figure imgf000023_0002
interne d'égalisation des tensions 206 qui devra être désactivée comme représenté sur la Figure 3 par un carré entourant la référence 206.
Lorsqu'un module de contrôle local actif est configuré en mode esclave aucun signal de consigne (^ j n'est requis, les unités de régulation en courant 210 et en tension 208 sont désactivées et l'unité d'égalisation des condensateurs d'entrée 206 des blocs de conversion élémentaires est activée.
Le signal vm représentant la modulante issue du régulateur de courant à appliquer à l'ensemble des modules de contrôle local actifs du circuit de conversion statique de la Figure 1 pour obtenir le courant de branche iun désiré est un signal d'entrée ou de sortie vis-à-vis du module de contrôle local actif considéré en fonction du lieu d'implémentation de la fonction de génération de la modulante vm.
Dans le cas où la génération de la modulante vm est réalisée par une unité de régulation de courant et une unité de régulation de tension, respectivement identiques à l'unité de régulation de courant 210 et l'unité de régulation de tension 208 du module de contrôle local 202, et implanté dans le module de supervision, le signal de modulante est fourni par le module de supervision à tous les modules de contrôle local actifs, y compris le module de contrôle local actif mis en mode maître, en une huitième borne d'entrée 236.
Dans le cas où la génération de la modulante vm est réalisée par l'unité de régulation de courant 210 et l'unité de régulation de tension 208 activées du module de contrôle local actif 202 mis en mode maître comme sur la Figure 3, le signal de modulante vm est fourni par le module de contrôle actif, mis en mode maître au travers de la huitième borne d'entrée 236 fonctionnant alors comme une cinquième borne de sortie, aux Na-1 modules de contrôle local mis en mode esclave au travers de leur huitième bornes d'entrée respectives.
Un signal iref représentant une deuxième consigne en courant ou courant de référence est fourni à une neuvième borne d'entrée 238 lorsque le circuit de conversion statique est configuré pour faire déterminer la modulante vm par les unités activées de régulation en tension 208 et en courant 210 du module de contrôle actif mis en mode maître. La deuxième consigne représente la composante continue ou DC (en anglais Direct Current) du courant (lDc) dans le cas où le circuit de conversion est un convertisseur MMC ou la composante alternative AC réactive dans le cas d'un convertisseur STATCOM (ÎACréactif)-
Un signal, désigné par imes , de mesure du courant circulant dans la branche formée par le circuit 2 de la Figure 1 est fourni à une dixième borne d'entrée 240 lorsque le circuit de conversion statique est configuré pour faire déterminer la modulante vm par les unités activées de régulation en tension 208 et en courant 210 du module de contrôle actif mis en mode maître. Dans ce cas un capteur externe mesure cette grandeur afin de la fournir à l'ensemble des modules de contrôle local actif de la branche 2.
Un signal de commande, désigné par En ou bit « Enable » est fourni à une onzième borne d'entrée 242 pour permettre de rendre actif ou inactif le module de contrôle considéré de rang i. Lorsque le module de contrôle est désactivé par ce signal de commande, les communications locales inter- modules sont maintenues grâce à un système d'aiguillage qui met directement en communication le module précédent de rang i-1 avec le module suivant de rang i+1 , l'interrupteur électronique supérieur 252 du bloc de conversion statique désigné par interrupteur « High-side » est mis ouvert et l'interrupteur électronique inférieur 254 désigné par interrupteur « Low- side » est mis fermé. En variante, un court-circuit est réalisé, par exemple par un interrupteur mécanique auxiliaire, placé directement en parallèle avec l'interrupteur « Low-side ».
Un signal à deux états désigné par Master est fourni à une douzième borne d'entrée 256 pour définir depuis le module de supervision global si le module actif considéré de rang i est le module « maître », étant rappelé qu'il n'y a qu'un seul module actif mis en mode maître parmi les Na modules de contrôle actifs de la branche formé par le circuit 2.
Deux signaux logiques de commande de type MLI, issus des calculs internes du module de contrôle local actif, sont fournis au bloc de conversion élémentaire actif par deux bornes de sortie supplémentaires 260, 262 afin de contrôler ici la cellule de commutation et de manière plus générale les cellules de commutation du bloc de conversion. Chaque cellule de commutation est constituée de deux interrupteurs notés High-side et Low- side pilotés de manière complémentaire, les deux interrupteurs n'étant jamais fermés en même temps.
Par la suite, l'état d'activation d'une unité quelconque d'un module de contrôle local actif dans l'ensemble formé par l'unité de génération locale 204 de porteuse, l'unité d'égalisation locale 206 des tensions des capacités d'entrée des blocs de conversion élémentaires, le régulateur de tension 208, le régulateur de courant 210 est représenté par un cercle entourant la référence numérique désignant l'unité lorsque ladite unité est active, et par un carré lorsque la référence numérique désignant l'unité lorsque ladite unité est désactivée.
Suivant la Figure 4, un dispositif d'aiguillage 282, réalisé au sein de chaque module de contrôle local décrit dans les Figures 1 et 3, est configuré pour garantir que la chaîne 62 de communications inter-module soit toujours fermée lorsqu'il est décidé de désactiver l'un des modules de contrôle local actif du circuit 2.
L'unité de génération de porteuse 204 et l'unité d'égalisation locale des tensions des capacités d'entrée 206, internes au module de contrôle local 202, fournissent respectivement les signaux V-π (signal de porteuse triangulaire) et VCi (tension aux bornes de la capacité du CVS local) au dispositif d'aiguillage 282.
Lorsque le bit du signal de commande En, fourni au module de contrôle local 202 et par suite au dispositif d'aiguillage 282, est mis égal à Ί ', des interrupteurs internes 284, 285, 286, 287, 288, 289, 290, 291 du dispositif d'aiguillage 282 sont configurés de telle sorte que les deux signaux VTi , VCi sont envoyés aux modules de contrôle voisins 292, 294 de rangs i-1 et i+1 . Le module de contrôle 202 considéré de rang i est actif et fait partie de la chaîne de communication 62.
Lorsque le bit du signal de commande En, fourni au dispositif d'aiguillage 282, est mis égal à Ό' , les interrupteurs internes 284, 285, 286, 287 du dispositif d'aiguillage sont configurés de telle sorte que la porteuse du module actif précédent 292 VTi-i est directement envoyée au module actif suivant 294 de rang i+1 . La porteuse du module de contrôle suivant 294 VTi+i est envoyée au module actif précédent 292 de rang i-1 . De manière analogue, les interrupteurs internes 288, 289, 290, 291 du dispositif d'aiguillage sont configurés de telle sorte que la tension du module actif précédent 292 VCi-i est directement envoyée au module actif suivant 294 de rang i+1 et la tension du module de contrôle actif suivant 294 VCi+i envoyée au module actif précédent 292 de rang i-1 . De la sorte, les modules actifs voisins 292, 294 de rang i-1 et i+1 communiquent directement entre eux sans prendre en considération les informations du module désactivé 202.
Suivant la Figure 4, les interrupteurs internes 284, 286, 288, 290 sont appariés respectivement aux interrupteurs internes 285, 287 289, 291 pour former quatre commutateurs internes à deux voies séparées différentes, ayant chacun une même structure générique. Les quatre premières voies sont associées et incluent les interrupteurs internes 284, 286, 288, 290, représentés chacun par un simple segment penché sur la Figure 4, tandis que les quatre deuxième voies sont associées et incluent les interrupteurs internes 285, 287, 289, 291 , représentés chacun par un segment penché sur la Figure 4 auquel est accolé un petit cercle. Lorsque le bit du signal de commande EN, fourni au module de contrôle local 202 et par suite au dispositif d'aiguillage 282, est mis égal à Ύ, les interrupteurs internes 284, 286, 288, 290 de premières voies sont fermés tandis que les interrupteurs internes 285, 287, 289, 291 de deuxièmes voies sont ouverts. A l'inverse, lorsque le bit du signal de commande EN, fourni au module de contrôle local 202 et par suite au dispositif d'aiguillage 282, est mis égal à Ό', les interrupteurs internes 284, 286, 288, 290 de premières voies sont ouverts tandis que les interrupteurs internes 285, 287, 289, 291 de deuxièmes voies sont fermés.
De manière générale, chaque module de contrôle local de rang i comprend un premier port de connexion et un deuxième port de connexion. Les premier et deuxième ports de connexion sont configurés pour être raccordés en externe, respectivement à une première liaison de communication LM J et à une deuxième liaison de communication Lij+ suivant un même interface générique, et en interne aux diverses unités locales du module de rang i. Chaque module de contrôle local de rang i comprend une unité de déconnexion/connexion des premier et deuxième ports de connexion des/aux unités locales et en parallèle de connexion/déconnexion des premier et deuxième ports entre eux. Une commutation entre un premier état dans lequel les premier et deuxième ports sont connectés seulement aux unités locales du module de rang i, et un deuxième état dans lequel les premier et deuxième ports sont déconnectés des unités locales du module de rang i, et connectés entre eux, est mise en œuvre par un signal de commande externe En au module ou par un signal interne élaboré au sein du module.
Suivant la Figure 5, le détail de fonctionnement interne des unités d'un module de contrôle actif décentralisé 296 est décrit dans le cas où le module de contrôle actif décentralisé 296 est configuré en mode maître et en charge de générer localement en interne le signal modulant commun vm.
Dans cette configuration, l'unité de génération locale 204 de porteuse, le régulateur de tension 208, et le régulateur de courant 210 sont actifs tandis que l'unité d'égalisation locale 206 des tensions des capacités d'entrée est désactivée.
Le régulateur de tension 208 du module de contrôle actif considéré en mode maître est configuré pour déterminer une grandeur de correction iac Actif représentative de la composante active lactif du courant de branche du circuit 2 par une annulation préalable au moyen d'un premier filtre correcteur de type intégrateur Corv(s) de la différence entre le carré de la tension présente aux bornes de la capacité VCi du bloc de conversion élémentaire considéré comme maître et la consigne externe, égale au carré de la tension totale VDc divisée par le nombre Na de blocs de conversion élémentaires opérationnels. L'amplitude de la composante active du courant lactif , fournie en sortie du filtre correcteur Corv(s), est ensuite multipliée par le signal sinusoïdal VsynChro de synchronisation en phase avec une tension prédéterminée correspondant à la tension du réseau auquel est raccordé le circuit de conversion 2. Puis, le régulateur de tension 208 fournit au régulateur de courant 210 la grandeur de correction iac Actif ainsi déterminée, représentative de la composante active lactif du courant de branche du circuit 2.
Le régulateur de courant 210 du module de contrôle actif considéré en mode maître est configuré pour recevoir d'abord du régulateur de tension 208 la grandeur de correction iac Actif représentative de la composante active ctif du courant de branche.
Le régulateur de courant 210 est configuré pour générer le signal modulant vm par addition préalable du courant de référence externe iref à la grandeur de correction représentative de la composante active lactif du courant de branche du circuit pour former le courant de référence corrigé iref- cor , suivie de l'annulation de la différence entre le courant de référence corrigé iref_cor et le courant mesuré imes au travers d'un deuxième filtre correcteur Cor^s) .
Suivant les cas d'application, MMC ou STATCOM, le signal iref est représentatif respectivement de la composante continue ou DC (en anglais Direct Current) du courant (lDc) dans le cas où le circuit de conversion est un convertisseur MMC ou de la composante alternative AC réactive dans le cas d'un convertisseur STATCOM (ÏACréactif)-
Il est à remarquer que le signal modulant vm est commun à tous les modules de contrôle local actifs du circuit 2 de la Figure 1 .
En variante, le signal modulant vm peut être calculé de façon externalisée par le module de supervision en y implémentant le régulateur de tension et le régulateur de courant tels que décrits dans la Figure 5. Dans ce cas les régulateurs de tension et de courant 208, 210 intégrés dans le module de contrôle actif mis en mode maître peuvent être rendues inactifs voire physiquement supprimées. En variante, les régulateurs de tension et de courant inactifs des modules de contrôle actifs en mode esclave peuvent également être supprimés, ce qui simplifie le circuit mais le rend moins flexible en termes de reconfiguration.
II est à remarquer que l'unité d'égalisation locale des tensions 206 du module de contrôle actif mis en mode maître est inactive, que le module de contrôle actif maître ne requiert l'usage d'aucune correction locale Avmi à appliquer au signal commun modulant vm , et que le signal modulant peut être utilisée directement pour la détermination du ou des signaux de commande MLI.
Enfin, l'unité de génération de porteuse 204 à correction de phase ou auto-entrelacement est configurée pour générer sa propre porteuse triangulaire et imposer sa phase, c'est à dire sa position temporelle, en fonction des autres porteuses entrelacées du circuit 2. Dans son principe, chaque module de contrôle local corrige la phase de la porteuse triangulaire qu'il génère en interne pour placer cette porteuse au centre des porteuses des modules actifs voisins ou adjacents. Comme tous les modules actifs du système font de même et sont placés dans une configuration de communications chaînée, toutes les porteuses corrigent leurs phases de façon relative pour converger à terme vers un entrelacement parfait, indépendamment du nombre de modules de contrôle local actif utilisés. La réalisation de l'unité de génération de porteuse 204 est décrite de manière détaillée dans l'article de Marc Cousineau et al., intitulé « Triangular Carrier Self-Alignment Using Modular Approach for Interleaved Converter Control », EPE 201 1 : 14th European Conférence on Power Electronics and Applications, Birmingham, UK, 1 st September 201 1 . De manière particulière, une des porteuses parmi les Na porteuses générées respectivement par les unités de génération de porteuse correspondant aux Na modules de contrôle local actifs pourra être de phase fixe non modifiable, et imposée de façon externe.
Suivant la Figure 6, le détail de fonctionnement interne des unités d'un module de contrôle actif décentralisé est décrit dans le cas ou le module de contrôle actif décentralisé est configuré en mode esclave 298.
Dans le mode esclave du module de contrôle local actif 298, l'unité d'égalisation des capacités 206 et l'unité de génération de porteuse 204 sont actives tandis que le régulateur de tension 208 et le régulateur de courant 210 sont inactives.
Le signal modulant vm , commun à tous les modules de contrôle actifs du circuit 2, et déterminé soit par le module de contrôle local « maître », soit de façon externe centralisée par le module de supervision, est reçu par chaque module de contrôle actif 298 mis en mode esclave au travers de sa borne d'entrée respective 300. La borne d'entrée 300 correspond à la huitième borne d'entrée 236 du module de contrôle générique de la Figure 4.
L'unité active de génération de porteuse 204 du module de contrôle local actif esclave 298 possède une architecture et un mode de fonctionnement identiques à ceux de l'unité de génération de porteuse du module de contrôle actif maître de la Figure 5.
L'unité active d'égalisation des tensions des capacités 206 du module de contrôle actif esclave 298 est configurée pour égaliser les tensions des divers condensateurs des blocs de conversion élémentaires du circuit 2 en calculant une correction locale Avmi à appliquer au signal commun modulant vm pour obtenir un signal modulant « local corrigé » vmi.
Par l'utilisation des communications de proximité, l'unité d'égalisation des tensions des capacités 206 est configurée pour d'abord comparer la valeur de la tension du condensateur d'entrée Ci de son bloc de conversion élémentaire actif associé de rang i avec la moyenne des tensions des condensateurs des modules actifs voisins de rangs i-1 , i+1 égale à vC(i+i) +vc(i-i) et fou rnjr u n écart correspondant désigné par ε£. L'unité d'égalisation des tensions des capacités 206 comporte un filtre correcteur CA(S) pour déterminer ensuite une correction locale de modulante Avmi à apporter au module local considéré pour annuler cet écart. Cette correction de modulante entraine un échange de puissance active qui permet d'ajuster la tension de la capacité du module. Pour cela, on utilise un signal lac représentant la composante AC du courant de branche. Il est important de rappeler que, sur le module de contrôle « maître », cette fonction de correction de tension de capacité est désactivée. En effet, le module de contrôle « maître » régule lui-même sa tension capacité à VDc/Na.
A l'aide des modules de contrôle local actifs décrits dans les Figures 5 et 6, deux architectures peuvent être réalisées pour le contrôle du circuit 2 et dérivées de l'architecture de la Figure 1 .
Dans une première architecture, désignée par architecture #1 et représentée par la Figure 7, la tension modulante vm est calculée par un module de contrôle local actif maître et envoyée à l'ensemble des autres modules de contrôle local actifs esclaves. Dans ce cas, il ne reste qu'un seul calcul centralisé à réaliser, celui de la consigne de tension de capacité avec Na désignant le nombre de modules de contrôle actifs. Ce calcul
Figure imgf000031_0001
restant, externe aux modules de contrôle local actifs, est réalisé par le module de supervision.
Dans une deuxième architecture, désignée par architecture #2 et représentée par la Figure 8, la tension modulante vm est calculée de façon centralisée et envoyée à l'ensemble des modules de contrôle local actifs par le module de supervision. La notion de module local maître reste cependant présente dans le sens où la tension de la capacité du bloc de conversion actif associé au module de contrôle local actif maître est utilisée pour le calcul de la modulante générale vm, alors que les modules de contrôle local actifs esclaves égalisent leur tension de condensateur d'entrée associée par des communications locales.
Le tableau 1 suivant donne une synthèse des configurations possibles suivant l'architecture considérée.
Fonction Architecture #1 Architecture #2
Régulation de la Dans le module maître Centralisée.
tension capacité du La tension capacité du module maître maître est prise en compte dans le calcul
Figure imgf000032_0001
Tableau 1
Suivant la Figure 7, un circuit de conversion statique 302 est un exemple de la première architecture #1 du circuit de la Figure 1 dans laquelle les fonctions internes ou unités désactivées des modules ont leur numéro de référence encadré par une bordure carrée.
Na blocs de conversion statique élémentaires actifs, disposant de leurs modules de contrôle local actifs associés, sont mis disposés en série à l'instar du circuit de la Figure 1 . Ici, seuls trois modules de contrôle local actifs avec leurs blocs de conversion statique élémentaires actifs associés sont représentés sans restriction de généralité en termes du nombre Na. Ici, il s'agit d'un premier module 304, d'un deuxième module 306, d'un troisième module 308, de rangs respectifs i-1 , i, i+1 , en supposant que le deuxième module 306 de rang [ joue le rôle du maître.
Les fonctions internes portées par les unités de régulation en courant et en tension des modules esclaves représentés sur la Figure 7, c'est-à-dire les premier et troisième modules 304, 308 sont désactivées et ont leur numéro de référence encadré par une bordure carrée.
Seule la fonction interne portée par l'unité d'égalisation de capacité du module maître, c'est-à-dire le deuxième module 306 est désactivée et a son numéro de référence encadré par une bordure carrée.
Le module maître 306 calcule la tension modulante vm qui est fournie aux autres Na-1 modules de contrôle local actifs esclaves, notamment les premier et troisième modules actifs 304, 308. Tous les modules de contrôle local actifs communiquent avec leurs voisins pour la mise en œuvre des fonctions « égalisation des tensions de capacités » pour les modules esclaves et « générateur de porteuse » pour tous les modules de contrôle local.
Suivant la Figure 7, la chaîne de communication est fermée, c'est-à- dire que le module de rang Na communique avec le module précédent de rang Na-1 et le module suivant de rang 1 , et le module de rang 1 communique avec le module précédent de rang Na et le module suivant de rang 2.
Les données globales du circuit 302 sont les suivantes :
.- le signal de synchronisation du courant avec le réseau vsynChro,
.- la mesure du courant de la branche imes,
.- la consigne en courant iref , et
.- la consigne de la valeur quadratique de la tension des condensateurs (VDC/Na)2.
Les données locales sont fournies à tous les modules de contrôle local du circuit et sont gérées par un circuit centralisé de faible complexité, appelé module de supervision 310.
Le module de supervision 310 est configuré également pour contrôler les bits « Enable » et « Master » des modules et gérer la valeur Na du nombre de modules de contrôle local actifs.
Suivant la Figure 7, le signal de modulante commun vm est déterminé par le deuxième module 306 de contrôle local de rang i mis en mode maître, et envoyé via un fil commun aux autres modules restants actifs de contrôle local mis en mode esclave. Une correction locale Avmj est calculée par les modules esclaves de rang j, avec j variant de 1 à Na et différent du rang i du module maître pour obtenir une égalisation des tensions des capacités.
Suivant la Figure 8, un circuit de conversion statique 402 est un exemple de la deuxième architecture #2 du circuit de la Figure 1 dans laquelle les fonctions internes ou unités des modules désactivées ont leur numéro de référence encadré par une bordure carrée.
Le circuit de conversion statique 402 comporte Na blocs de conversion statiques élémentaires structurés individuellement et agencés de manière identiques que les Na blocs de conversion élémentaires actifs du circuit 302 de la Figure 7. Ici, seuls trois modules de contrôle local actifs avec leurs blocs de conversion statique élémentaires actifs associés sont représentés sans restriction de généralité en termes du nombre Na. Ici, il s'agit d'un premier module de contrôle local actif 404, d'un deuxième module de contrôle local actif 406, d'un troisième module de contrôle local actif 408, de rangs respectifs i-1 , i, i+1 , en supposant que le deuxième module de contrôle local actif 406 de rang i joue le rôle du maître.
Les fonctions internes portées par les unités de régulation en courant 210 et en tension 208 de tous les modules de contrôle local actifs, y compris le module de contrôle actif 406 en mode maître sont désactivées et ont leur numéro de référence encadré par un carré sur la Figure 8, tandis que les unités de génération de porteuses 204 de la totalité des Na modules de contrôle actifs sont actives.
Seule la fonction interne portée par l'unité d'égalisation locale de capacité du module maître 206, c'est-à-dire le deuxième module de contrôle actif 406, est désactivée et a son numéro de référence encadré tandis que toutes les unités d'égalisation locale des capacités 206 des Na-1 modules de contrôle local actifs en mode esclave, notamment les modules de contrôle local actifs 404, 408, sont actives.
Dans cette architecture #2, le module de contrôle local actif maître 406 fournit la valeur de sa tension capacité VCi au module de supervision 410.
Le module de supervision 410 est configuré pour déterminer le signal de modulante commun vm, fondé sur la valeur de sa tension de condensateur d'entrée VCi fournie par le module de contrôle local actif maître 406, et transmettre ce signal à tous les modules de contrôle local actifs, notamment les modules 404, 406, 408.
Les modules de contrôle local esclaves actifs sont configurés pour calculer les corrections locales à apporter pour égaliser les tensions des condensateurs d'entrée des blocs de conversion élémentaires actifs associés.
Dans ce cas, le nombre global d'interconnexions entre les modules de contrôle local actifs et entre le module de supervision et les modules de contrôle local actifs est plus réduit.
Suivant la Figure 9, une reconfiguration du circuit 302 ayant un contrôle structuré selon la première architecture de la Figure 7 est illustrée dans le cas d'un retrait et d'une désactivation d'un module de contrôle local actif 432 de rang p en mode esclave dont le module actif précédent 434 de rang p-1 et le module actif suivant 436 de rang p+1 sont également mis en mode esclave.
Le module de contrôle local actif, mis en mode maître et en charge de la génération du signal modulant bien qu'existant n'est pas représenté ici.
On observe que le module désactivé 432 de rang p met en place une connexion directe 438 entre l'entrée et la sortie du bloc de conversion statique associé. Le module désactivé 432 met également en place une communication directe 440 entre ses deux modules voisins actifs 434, 436 et devient de fait « transparent ». Il assure ainsi que la chaîne de communications 62 inter-modules est toujours bien fermée.
Suivant un cas réciproque, un module de contrôle de « secours » est ajouté dans la chaîne, ce module de secours ayant été préalablement inséré dans le circuit dans un état « dormant », en faisant passer son Bit « Enable » d'activation de Ό' à . Dans ce cas, le module de secours met en œuvre son insertion dans la chaîne en coupant les communications directes de ses voisins et en échangeant les informations de porteuses et de tensions capacité avec ces derniers, et en annulant la connexion directe 438 entre l'entrée et la sortie du bloc de conversion.
Il est à remarquer que l'ajout ou le retrait d'un module de contrôle dans la chaîne de communications peut se faire de deux façons, de manière statique, en définissant au démarrage les modules actifs et les modules inactifs, et de manière dynamique en modifiant le nombre de blocs de conversion élémentaires actifs en fonctionnement pour des raisons de sécurité (panne locale, échauffement thermique local, etc..) ou d'optimisation de performances de l'ensemble du circuit.
Il est à remarquer qu'en cas de défaillance d'un bloc de conversion élémentaire et/ou de son module de contrôle local associé, la déconnection d'un bloc de conversion élémentaire et de son module de contrôle local est mise en œuvre. Cela nécessite la mise en court-circuit de l'interrupteur du bas seulement de l'unique cellule de commutation formant ici le bloc de conversion statique élémentaire comme illustré sur la Figure 9. En pratique, ce court-circuit peut être effectué par un interrupteur auxiliaire (non représenté ici mais représenté sur les Figures 1 1 et 12), directement connecté entre l'entrée et la sortie de la cellule et dont l'état (passant ou non) est assuré par le circuit de contrôle. Dans notre cas, le contrôle de ce troisième interrupteur pourrait être représenté au niveau du dispositif d'aiguillage de la Figure 4.
Suivant la Figure 10, une reconfiguration du circuit 402 ayant un contrôle structuré selon la deuxième architecture de la Figure 8 est illustrée dans le cas d'un retrait et d'une désactivation d'un module de contrôle local 442 de rang p en mode esclave dont le module précédent 444 de rang p-1 et le module suivant 446 de rang p+1 sont également mis en mode esclave.
Le principe de reconfiguration du circuit 402 pour les cas d'ajout et/ou de retrait d'un module de contrôle est identique en tout point à celui décrit dans la Figure 9 pour un circuit 302 régi par une première architecture de contrôle.
Suivant la Figure 1 1 , un exemple d'implémentation d'une première fonction supplémentaire de protection ou de sécurité au niveau d'un module de contrôle et de son bloc de conversion élémentaire est illustré de manière schématique.
Cette première fonction supplémentaire de détection de panne et reconfiguration s'inscrit dans le cadre des nouvelles perspectives offertes par le principe du contrôle décentralisé en termes de performances dynamiques au niveau du circuit complet.
Cette première fonction supplémentaire constitue une première amélioration du contrôle modulaire en permettant une réduction du temps de réponse de la commande face à un événement de défaillance sur un bloc de conversion.
Suivant la Figure 1 1 , un premier dispositif 462 de support de la première fonction supplémentaire, est configuré pour mettre en œuvre une première étape de détection de panne et une deuxième étape de retrait du bloc de conversion 463 détecté en panne.
La première étape de détection de panne comprend, par exemple, les étapes consistant à :
.- comparer la tension VCi de la capacité d'entrée C, du bloc de conversion 463 avec une tension VCmax et prendre la décision de retirer le bloc de conversion 463 de la chaîne (protection en cas de surtension), et/ou .- comparez la ou les températures de jonction des interrupteurs électroniques, avec une température Tmax et prendre la décision de retirer le bloc de conversion 463 de la chaîne du circuit (protection en cas de dérive excessive en température).
La deuxième étape de retrait du bloc de conversion, exécutée lorsqu'une panne du bloc est détectée comprend les étapes consistant à :
.- fermer un interrupteur auxiliaire 464 T0FF de mise en court circuit du bloc de conversion élémentaire 463 ou rendre toujours passant le transistor inférieur TjLs de la cellule électronique formant le bloc ;
.- mettre le module de contrôle local dans un état inactif indépendamment de l'état du bit du signal d'activation « Enable » du module de contrôle ;
.- Etablir une communication directe entre les modules de contrôle voisins,
.- Envoyer un signal de « défaut » ou de statut de défectuosité au module de supervision.
Ce type de prise de décision locale offre l'avantage de pouvoir réduire considérablement les temps de réaction de la commande face à un événement de défaillance.
Le premier dispositif 462 de support de la première fonction supplémentaire comprend en supplément de l'interrupteur auxiliaire 464, deux comparateurs 466, 468, pour détecter un défaut éventuel sur le bloc 463, une unité électronique 470 de génération d'un signal de défaut, et une borne de sortie supplémentaire 472 du module de contrôle pour délivrer le signal de défaut.
De manière générale, un premier dispositif de support de la première fonction comporte au moins un capteur permettant de déterminer l'état de fonctionnement du bloc de conversion élémentaire actif, et un moyen de mise en court circuit du bloc de conversion élémentaire lorsqu'une panne dudit bloc est détectée.
Le dispositif de support de la première fonction est également configuré pour, lorsqu'une panne est détectée :
.- mettre le module de contrôle local dans un état inactif indépendamment de l'état du bit du signal d'activation « Enable » du module de contrôle; et .- Etablir une communication directe entre les modules de contrôle actifs voisins ; et
.- Envoyer un signal de « défaut » ou de statut de défectuosité au module de supervision.
Suivant la Figure 12, l'implémentation d'une deuxième fonction supplémentaire de gestion du module maître par reconfiguration est illustrée de manière schématique.
Si le principe de prise de décision de déconnection locale d'un bloc de conversion et de son module de contrôle associé est appliqué à l'aide de la mise en œuvre de la première fonction supplémentaire, il est possible d'ajouter une deuxième fonction supplémentaire au contrôle décentralisé du circuit de conversion statique.
La deuxième fonction supplémentaire consiste à définir automatiquement un nouveau module « maître » dans la chaîne si le maître actif est affecté par un événement de défaillance.
Suivant la Figure 12, un deuxième dispositif 482 de support de la deuxième fonction supplémentaire, est configuré pour mettre en œuvre l'étape suivante consistant à :
.- lorsqu'un événement de défaillance intervient en étant détecté par le premier dispositif 462 et que le module de contrôle concerné est en mode maître, envoyer au module suivant de rang i+1 un signal binaire de commande, désigné par « M, », initialement mis à l'état Ό', et mis à l'état '1 ' par une unité électronique 484 ; l'envoi du signal Mi est effectué au travers d'une borne de sortie supplémentaire 486 et l'état Ί ' du signal Mi commande au module de contrôle suivant de devenir le maître à son tour avant que le module et son bloc de conversion élémentaire défectueux de rang i ne se retire de la chaîne des modules et du circuit, tandis qu'en parallèle les étapes de déconnexion du bloc défectueux sont exécutées.
Ainsi, la deuxième fonction supplémentaire et le deuxième dispositif la supportant permettent de s'assurer que le circuit de conversion statique et sa chaîne de contrôle décentralisée contiennent toujours un bloc de conversion élémentaire en mode maître avec son module de contrôle associé.
Le deuxième dispositif 482 de support de la deuxième fonction supplémentaire, est configuré pour mettre en œuvre également l'étape suivante consistant à : .- lorsque le module suivant de rang i+1 a été instruit par le module de rang i de passer en mode maître, valider cette reconfiguration par le module de supervision en désactivant le module de rang i par la mise du bit du signal En à Ό' et la commande du module de rang i en mode esclave par la mise à Ό' du signal Maître■
Dès lors, un module de contrôle local de rang i est le module de contrôle maître si le module de supervision impose au module de rang i d'être maître par la commande Maître mise à '1 ' et le module de rang i n'est pas déclaré défectueux par le signal Faute mis à Ό', ou si le module précédent de rang i-1 le lui demande (ΜΜ=Ί ') et le module de rang i n'est pas déclaré défectueux.
Suivant les Figures 13A et 1 3B, un exemple d'implémentation du contrôle d'un bloc de conversion élémentaire ayant deux cellules de commutation comme ceux des Figures 2B et 2C est illustré.
Pour contrôler correctement ces blocs de conversion élémentaire, il est nécessaire de fournir quatre signaux de commande de type MLI à raison d'un signal pour chaque interrupteur.
Suivant la Figure 1 3B, les formes d'ondes et chronogrammes souhaités pour chaque module de contrôle sont représentés, étant remarqué que dans la structure de bloc de conversion de la figure 2B, seuls les signaux aHs et bLs sont utilisés.
La Figure 1 3A montre un bloc de conversion 502 composé de deux cellules de commutation 504, 506, désignées respectivement par CCa et CCb, et composées chacune de deux interrupteurs TaHs- aLs et TbHs- bL.s- Pour contrôler la première cellule de commutation CCa, une première porteuse 520 VTa est générée. Par comparaison du signal modulant 524 Vm, pris ici constant pour simplifier la description, avec cette porteuse 520 VTa , deux signaux MLI 526, 528 sont obtenus, désignés respectivement par aHs et aLs- Ces deux signaux 526, 528 permettent de contrôler respectivement les interrupteurs électroniques TaHs et TaLs-
Une seconde porteuse triangulaire 530 V'^ est générée pour obtenir, par le même procédé décrit ci-dessus, les signaux 532 bHs et 534 bLs permettant de contrôler respectivement les interrupteurs électroniques TbHs et TbLs- Deux opérations sont effectuées pour obtenir la seconde porteuse 530 V'Tb: .- la génération d'un signal triangulaire 536 VTb, à partir de la première porteuse 520 VTa, avec un décalage temporel tD=Tsw/Na/2 dans lequel Tsw désigne la période du signal triangulaire ;
.- l'inversion de ce signal 536 VTb par une symétrie par rapport à la valeur moyenne du signal triangulaire, la valeur moyenne étant représentée par la droite 538 en traits pointillés d'ordonnée VP/2 pour obtenir la seconde porteuse 530 V'Tb- La tension VP désigne la valeur pic du signal triangulaire.
La tension de sortie Vs du bloc de conversion élémentaire est alors égale à : VS(moyen)= VC.(2D-1 ) avec D=Vm/VP (Vs étant à valeur moyenne négative dans l'exemple de la Figure 13B).
Pour obtenir ce fonctionnement, le module de contrôle ayant une unité de génération de porteuse est remplacé par un module de contrôle 552 ayant une unité de génération 554 d'une famille de deux porteuses triangulaires comme décrit sur la Figure 14.
Suivant la Figure 14, l'unité de génération 554 de la famille des deux porteuses supporte, en supplément de la première fonction de génération 294 déjà décrite, une seconde fonction de génération de porteuse 564 qui est insérée dans la chaîne des modules afin d'obtenir le déphasage souhaité : Acp=2TT/2Na= ττ/Na. Cette deuxième fonction de génération 564 diffère de la première fonction 204 en ce qu'elle réalise une inversion du signal triangulaire par rapport à sa valeur moyenne.
De manière générale, un module de contrôle comporte une unité de génération d'une ou plusieurs porteuses différentes, le nombre de porteuses utilisés étant fonction de la structure topologique du bloc de conversion statique élémentaire utilisé.
De manière générale, un circuit de conversion statique d'énergie électrique selon l'invention comprend le circuit 2 et ses variantes tel que décrit ci-dessus, un nombre entier Nd, supérieur ou égal à 0, de blocs de conversion statique élémentaires dormants, et un même nombre Nd de modules de contrôle local dormants, associés chacun respectivement à un unique et différent bloc de conversion statique élémentaire dormant.
Les Nd blocs de conversion statique élémentaires dormants et les Nd modules de contrôle local dormants sont configurés et insérés respectivement dans la branche des Na blocs de conversion statique élémentaires actifs et dans la chaîne de communication des Na modules de contrôle local actifs de sorte à former, indépendamment de la valeur d'un entier Nv variant entre 1 et Nd, lorsque Nv blocs de conversion statique élémentaires dormants et Nv modules de contrôle local dormants associés sont activés, une branche de Na+Nv blocs de conversion statique élémentaires actifs et une chaîne fermée de communication de Na+Nv modules de contrôle local actifs.
La branche de Na+Nv blocs de conversion statique élémentaires actifs et la chaîne fermée de communication de Na+Nv modules de contrôle local actifs ont une structure et un fonctionnement similaire à la branche de Na blocs de conversion statique élémentaires actifs et la chaîne fermée de communication des Na modules de contrôle local actifs tels que décrits ci- dessus au nombre de blocs de conversion statique élémentaires actifs et de modules de contrôle local actifs près.
Il est à remarquer que les tensions d'entrées des blocs de conversion élémentaires fixés par leurs condensateurs d'entrée C, n'ont aucun point commun. Seules les sorties des blocs sont connectées en série pour former la branche du circuit. Les tensions des capacités d'entrée des blocs de conversion élémentaires ne sont donc pas définies par la ou les tension(s) du circuit. C'est cette singularité que présentent les architectures MMC et STATCOM par rapport à celles des convertisseurs à capacités flottantes, de type « flying-cap » par exemple.
Les applications principales de l'invention concernent le domaine des compensateurs statiques de puissance réactive pour réseau à courant alternatif (STATCOM) et le domaine des convertisseurs modulaires multiniveaux (MMC) pour réseau haute tension à courant continu (HVDC).
L'application de l'invention au domaine des STATCOM présente un grand intérêt car la mise en série de convertisseurs statiques est de plus en plus fréquente pour éviter l'utilisation d'un transformateur de connexion.
L'application de l'invention au domaine des convertisseurs MMC pour réseau HVDC présente un grand intérêt car elle facilite la mise en œuvre de la commande de convertisseurs modulaires multiniveaux (MMC) travaillant en haute tension tout en délivrant une tension quasi-sinusoïdale, ces convertisseurs étant nécessaires pour la mise en œuvre des liaisons HVDC qui constituent un élément clé du développement de l'énergie électrique verte pour le XXIème siècle. L'application de l'invention au domaine de la traction ferroviaire est également prometteuse.
De manière avantageuse, le circuit de conversion statique selon l'invention permet de contrôler de manière décentralisée un nombre de blocs de conversion statique élémentaires quelconque, supérieur ou égal à 3, sans ajouter de complexité au contrôle de l'ensemble.
Le circuit de conversion statique à commande décentralisée selon l'invention décrit ci-dessus permet de retirer ou d'ajouter un ou plusieurs blocs de conversion statique élémentaires, sans pour autant augmenter la complexité de la commande de l'ensemble, d'effectuer une reconfiguration souple et rapide du circuit de conversion dans le cas d'une panne de l'un de ses blocs de conversion sans affecter la disponibilité du service de conversion offert par le circuit.
Le circuit conversion statique à commande décentralisée selon l'invention permet d'éviter de ramener un nombre important de signaux à un organe central de commande, en particulier les tensions représentatives des condensateurs flottants d'entrée des blocs de conversion élémentaires, ce qui se traduit par une diminution des coûts de fabrication, notamment par une réduction considérable du câblage, et se traduit par une simplification de mise en œuvre du contrôle. Cette amélioration a un impact majeur sur la réduction des coûts pour la mise en œuvre de convertisseurs de type MMC et /ou STATCOM.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Circuit de conversion statique d'énergie électrique à architecture cascadée, destiné à fournir une tension différentielle de sortie Vun et un courant de sortie lun, comprenant
Une première borne de sortie (4) et une deuxième borne de sortie (6) de la tension différentielle de sortie Vun, un nombre entier total Na, supérieur ou égal à trois, de blocs de conversion statique élémentaires (12, 14, 16, 18, 20) actifs ayant chacun une paire différente (22, 24, 26, 28, 30) de bornes de sortie de tension différentielle élémentaire de bloc (32, 33 , 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41 ) et étant associés en série par leurs bornes de sortie de bloc entre la première borne de sortie (4) et la deuxième borne de sortie (6) de la tension différentielle de sortie Vun, Na modules de contrôle local (52, 54, 56, 58, 60) actifs, et une chaîne (62) de Na liaisons de communications (72, 74, 76, 78, 80, 82, 84) actives reliant suivant une boucle fermée les modules de contrôle local (52, 54, 56, 58, 60) actifs;
chaque bloc de conversion statique élémentaire (12, 14, 1 6, 18, 20) actif ayant également une paire différente (102, 104, 106, 108, 1 10) de bornes d'entrée de bloc (1 12, 1 13, 1 14, 1 15, 1 16, 1 17, 1 18, 1 19, 120, 121 ), un condensateur d'entrée différent Ci (92, 94, 96, 98, 100), branché entre les bornes d'entrée de ladite paire (102, 104, 106, 108, 1 10) de bornes d'entrée et au moins une cellule de commutation électronique élémentaire, constituée de deux interrupteurs électroniques unidirectionnels en tension fonctionnant de manière complémentaire, et les condensateurs d'entrée Ci (92, 94, 96, 98, 100) étant électriquement isolés entre eux;
deux modules de contrôle local actifs, adjacents au sein de la chaîne de communication 62 active et ayant pour rang respectif i, i+1 dans la chaîne (62), étant reliés par une liaison de communication unique et différente L,, i+i , i étant un entier compris entre 1 et Na, avec i-1 égal à Na lorsque i est égal à 1 , et i+1 égal à 1 lorsque i est égal à Na ;
chaque module de contrôle local actif de rang i, pour i variant de 1 à Na, comprenant respectivement
une unité locale de génération d'une porteuse propre triangulaire en tension à correction automatique de phase, l'unité locale de génération de la porteuse triangulaire dudit module de contrôle local de rang i étant configurée pour contrôler le positionnement d'une phase d'entrelacement de sa porteuse générée au sein de la totalité des porteuses triangulaires entrelacées des modules de contrôle local en fonction seulement des signaux de porteuses triangulaires des deux modules actifs de rang respectif i-1 , i+1 adjacents au module de rang i au travers des deux liaisons de communication actives correspondantes, i étant compris entre 1 et Na, avec i-1 égal à Na lorsque i est égal à 1 , et i+1 égal à 1 lorsque i est égal à Na, le circuit de conversion statique d'énergie électrique étant caractérisé en ce que
chaque module de contrôle local actif (52, 54, 56, 58, 60 ; 202 ; 296 ;
298) de rang i comprend respectivement une unité locale (206) d'égalisation locale des tensions des capacités d'entrée des blocs de conversion statique élémentaires, l'unité locale d'égalisation locale des tensions des capacités d'entrée des blocs de conversion associée au module de contrôle local de rang i étant configurée, lorsqu'elle est activée dans un mode esclave, pour égaliser localement les tensions des capacités d'entrée des blocs de conversion statique élémentaires en déterminant une correction locale Avmi à appliquer à un signal modulant vm commun à tous les modules de contrôle local pour obtenir un signal modulant corrigé vmi propre au module de contrôle local de rang i, la correction locale Avmi étant déterminée à partir de la valeur mesurée Vd de la tension du condensateur d'entrée C, du bloc de conversion statique élémentaire associé au module de contrôle local de rang i et la valeur moyenne des tensions mesurées Vc<i-i), VC(i+i), des condensateurs d'entrée respectifs CM , Ci+i des blocs de conversion statique élémentaires adjacents, associés aux modules de contrôle local actifs de rangs respectif i-1 , i+1 eux-mêmes adjacents au module de contrôle local actif de rang i au travers des deux liaisons de communication correspondantes Lj.-i , , L,, i étant compris entre 1 et Na, avec i-1 égal à Na lorsque i est égal à 1 , et i+1 égal à 1 lorsque i est égal à Na.
2. Circuit de conversion statique d'énergie électrique selon la revendication 1 , comprenant en outre
un module de supervision globale (1 62 ; 310 ; 410) du circuit de conversion statique, externe aux modules de contrôle local actifs (52, 54, 56, 58, 60 ; 202 ; 296 ; 298), configuré pour déterminer une consigne égale au carré d'une tension totale VDc prédéterminée divisée par le nombre entier Na de blocs de conversion statiques élémentaires actifs, la tension totale VDc étant égale à la somme des tensions Vci des condensateurs d'entrée sur la totalité des blocs de conversion associés aux Na modules de contrôle local actifs associés ;
Figure imgf000045_0001
supervision globale la tension totale VDc divisée par le nombre Na de blocs de conversion actifs aux bornes de la capacité d'entrée d'un bloc de conversion associé à un module de contrôle local actif, considéré comme l'unique module de contrôle local actif en mode maître par le module de supervision, et
un régulateur de courant (210) configuré pour égaliser un courant mesuré imes représentatif du courant de sortie iun traversant le circuit de conversion avec un courant de référence corrigé iref-cor, l'égalisation étant effectuée par génération d'un signal modulant vm commun à l'ensemble des modules de contrôle local actifs qui annule la différence entre le courant de référence corrigé iref-cor et le courant mesuré imes.
3. Circuit de conversion statique d'énergie électrique selon la revendication 2, dans lequel
Le régulateur de tension (208) est configuré pour déterminer une grandeur de correction représentative de la composante active iac-Actif du courant de branche du circuit par une annulation préalable au travers d'un premier filtre correcteur Corv(s) de la différence entre le carré de la tension présente aux bornes du condensateur d'entrée du bloc de conversion associé au module de contrôle actif mis en mode maître et la consigne externe, suivie d'une multiplication de la grandeur de sortie du premier filtre correcteur par un signal sinusoïdal vsynChro de synchronisation en phase avec une tension prédéterminée correspondant à la tension d'un réseau auquel est raccordé le circuit de conversion.
4. Circuit de conversion statique d'énergie électrique selon la revendication 3, dans lequel Le régulateur de courant (210) est configuré pour générer le signal modulant vm par addition préalable du courant de référence externe iref à la grandeur de correction représentative de la composante active iac-Actif du courant de branche du circuit pour former le courant de référence corrigé iref- cor , suivie de l'annulation de la différence entre le courant de référence corrigé iref-cor et le courant mesuré imes au travers d'un deuxième filtre correcteur Cor^s) .
5. Circuit de conversion statique d'énergie électrique selon la revendication 4, dans lequel
le courant de référence iref est représentatif de la composante continue lDc d'un convertisseur modulaire multi-niveaux MMC ou la composante alternative réactive
Figure imgf000046_0001
compensateur de puissance de puissance réactive de type STATCOM dont le circuit est une branche.
6. Circuit de conversion statique d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel
Un ou plusieurs modules de contrôle local actifs (52, 54, 56, 58, 60 ; 304, 306, 308) comportent chacun une paire d'un régulateur de tension (208) et d'un régulateur de courant (210) interconnectés entre eux, et un port d'entrée pour recevoir des données globales du convertisseur statique comportant
la consigne de tension quadratique Ç ) ,
le signal sinusoïdal vsynChro de synchronisation en phase avec la tension du réseau auquel est raccordé le circuit de conversion statique,
le courant mesuré imes représentatif du courant iun traversant le circuit de conversion statique,
le courant de référence externe iref représentatif de la composante continue lDc d'un convertisseur modulaire multi-niveaux MMC ou la composante alternative réactive
Figure imgf000046_0002
compensateur de puissance de puissance réactive de type STATCOM dont le circuit est une branche,
et chacun est apte à servir dans un mode maître lorsqu'il reçoit une commande d'activation qui l'y invite de manière exclusive; et
le module de supervision globale (1 62 ; 310) du circuit de conversion statique, externe aux modules de contrôle local, est dépourvu de régulateur de tension (208) et de courant (210), et configuré pour fournir en outre aux modules de contrôle aptes à servir en mode maître le signal sinusoïdal synchro de synchronisation, le courant mesuré imes , et le courant de référence externe iref .
7. Circuit de conversion statique d'énergie électrique selon la revendication 6, dans lequel
Un seul circuit de contrôle local comporte une paire d'un régulateur de tension et d'un régulateur de courant interconnectés entre eux, et est configuré pour servir en mode maître, lorsqu'il est commandé de le faire, ou Chaque circuit de contrôle local (52, 54, 56, 58, 60 ; 304, 306, 308) comporte une paire différente d'un régulateur de tension (208) et un régulateur de courant (210) interconnectés entre eux, la paire étant activée lorsque le module de contrôle local est activé en mode maître, et désactivée lorsque le module de contrôle local est activé en mode esclave.
8. Circuit de conversion statique d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel
Le module de supervision (1 62 ; 410) comporte une paire d'un régulateur de tension (208) et d'un régulateur de courant (210) interconnectés entre eux, et un port d'entrée ayant une ou plusieurs bornes d'entrée pour recevoir
Le signal sinusoïdal vsynChro de synchronisation en phase avec la tension du réseau auquel est raccordé le circuit de conversion statique, le courant mesuré imes représentatif du courant iun traversant le circuit,
La tension Vci envoyée par le module de contrôle local en mode maître et mesurée aux bornes du condensateur d'entrée Ci du bloc de conversion élémentaire associée audit module maître ;
Le courant de référence externe lref représentatif de la composante continue lDc d'un convertisseur modulaire multi-niveaux MMC ou la composante alternative réactive
Figure imgf000047_0001
compensateur de puissance de puissance réactive de type STATCOM dont le circuit est une branche ; et une borne de sortie pour fournir le signal modulant vm au modulant commun de référence, au module de contrôle local mis en mode maître et au Na-1 modules restant mis en mode esclave ; et chaque module de contrôle local comporte une borne d'entrée pour recevoir le signal modulé vm déterminé par le module de supervision (1 62 ; 410).
9. Circuit de conversion statique d'énergie électrique selon la revendication 8, dans lequel
Chaque module de contrôle local actif (52, 54, 56, 58, 60) est dépourvu de la paire formée par un régulateur de tension et un régulateur de courant interconnectés entre eux, ou comporte une paire d'un régulateur de tension et d'un régulateur de courant désactivés, et
Le module de contrôle local actif, configuré et activé en mode maître, est dépourvu d'une unité d'égalisation locale des capacités d'entrée ou comporte une unité d'égalisation locale des capacités désactivée.
10. Circuit de conversion statique d'énergie électrique à architecture cascadée selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel
L'unité locale de génération de la porteuse triangulaire (204) d'un module local de contrôle quelconque de rang i est configuré pour contrôler le positionnement de sa phase d'entrelacement au sein de la totalité des porteuses triangulaires entrelacées en fonction seulement des signaux de porteuses triangulaires des deux modules de rang respectif i-1 , i+1 adjacents au module quelconque au travers des deux liaisons de communication correspondante, i étant compris entre 1 et Na, avec i-1 égal à Na lorsque i est égal à 1 , et i+1 égal à 1 lorsque i est égal à Na,
L'une des porteuses parmi les Na pouvant être de phase fixe non modifiable, et imposée de façon externe.
1 1 . Circuit de conversion statique d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel chaque module de contrôle local actif (202 ; 304, 404) d'un rang quelconque i, les modules de contrôle actifs adjacents à ce module de rang i-1 , i+1 , et les liaisons de communication actives correspondantes L£_1<£ , L£<£+1 sont configurés pour échanger des informations pertinentes concernant le module de contrôle de rang quelconque i prises parmi la tension Vci aux bornes de la capacité d'entrée du bloc de conversion associé au module de contrôle de rang i, les tensions Va-\ , va+i aux bornes des condensateurs d'entrée des blocs de conversion associés aux module de contrôle actifs adjacents de rang i-1 , i+1 , les signaux de porteuse triangulaire VTi , ντι-χ , VTi+1 du module actif de contrôle d'un rang quelconque i et des modules de contrôle local actifs adjacents à ce module de rang i-1 , i+1 , i étant compris entre 1 et Na, avec i-1 égal à Na lorsque i est égal à 1 , et i+1 égal à 1 lorsque i est égal à Na.
1 2. Circuit de conversion statique d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 1 , dans lequel
Chaque module de contrôle local actif (202 ; 304, 404) de rang i comprend un premier port de connexion et un deuxième port de connexion configurés pour être raccordés en externe à une première liaison de communication U-IJ et à une deuxième liaison de communication Ι_υ+ suivant un même interface générique, et en interne aux diverses unités locales dudit module actif (202 ; 304, 404) de rang i , et
Chaque module de contrôle local actif (202 ; 304, 404) de rang i comprend une unité de déconnexion/connexion des premier et deuxième ports de connexion des/aux unités locales et en parallèle de connexion/déconnexion des premier et deuxième ports entre eux,
la commutation entre un premier état dans lequel les premier et deuxième ports sont connectés seulement aux unités locales du module de rang i, et un deuxième état dans lequel les premier et deuxième ports sont déconnectés des unités locales du module de rang i et connectés directement entre eux, étant mise en œuvre par un signal de commande externe au module ou par un signal interne élaboré au sein du module.
1 3. Circuit de conversion statique d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 2, dans lequel
Chaque module de contrôle local actif (202 ; 304, 404) comporte une unité locale de génération de la porteuse triangulaire (204), une unité d'égalisation locale (206) des tensions des capacités d'entrée,
un régulateur de tension (208),
un régulateur de courant (21 0), l'unité locale de génération de la porteuse (204), l'unité d'égalisation locale (206) des tensions des capacités d'entrée, le régulateur de tension (208), le régulateur de courant (210) étant débrayable séparément et l'ensemble formé par l'unité d'égalisation locale (206) des tensions des capacités d'entrée, le régulateur de tension (208), le régulateur de courant (210), une unité locale de génération de la porteuse triangulaire (204) étant débrayable solidairement.
14. Circuit de conversion statique d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel chaque module de contrôle local actif et son bloc de conversion élémentaire actif associé comprend
Un premier dispositif de support d'une première fonction (462) de détection de panne et de mise en court circuit du bloc de conversion élémentaire lorsqu'une panne dudit bloc est détectée,
Le dispositif de support de la première fonction (462) comportant au moins un capteur permettant de déterminer l'état de fonctionnement du bloc de conversion élémentaire actif, et un moyen de mise en court circuit du bloc de conversion élémentaire lorsqu'une panne dudit bloc est détectée ;
Le dispositif de support de la première fonction étant également configuré pour, lorsqu'une panne est détectée,
mettre en court-circuit le bloc de conversion élémentaire défectueux,
.- mettre le module de contrôle local dans un état inactif indépendamment de l'état du bit du signal d'activation « Enable » du module de contrôle; et
.- Etablir une communication directe entre les modules de contrôle actifs voisins ; et
.- Envoyer un signal de « défaut » ou de statut de défectuosité au module de supervision.
15. Circuit de conversion statique d'énergie électrique selon la revendication 14, dans lequel
chaque module de contrôle local et son bloc de conversion élémentaire associé comprend Un dispositif de support (482) d'une deuxième fonction supplémentaire de gestion de la fonction maître, configuré pour
.- lorsqu'un événement de défaillance intervient en étant détecté par le premier dispositif (462) et que le module de contrôle actif concerné de rang i est en mode maître, envoyer au module de contrôle actif suivant de rang i+1 un signal binaire de commande, désigné par « M, », initialement mis dans un premier état prédéterminé, et mis dans un deuxième état complémentaire au premier état par une unité électronique (484) ;
l'envoi du signal Mi étant effectué au travers d'une borne de sortie supplémentaire 486 et le deuxième état du signal Mi commandant au module de contrôle suivant i+1 de devenir le maître à son tour alors que le module et son bloc de conversion élémentaire défectueux de rang i se retire de la chaîne des modules et du circuit.
1 6. Circuit de conversion statique d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel
Chaque bloc de conversion élémentaire est un pont en H de deux cellules de commutation, et
chaque module de contrôle local actif comporte un premier bloc (204) et un deuxième bloc (564) de génération de porteuses cascadés, le deuxième bloc (564) réalisant une inversion d'un signal triangulaire initial (536) par rapport à sa valeur moyenne.
17. Circuit de conversion statique d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 6, dans lequel les blocs de conversion statique élémentaires actifs (12, 14, 1 6, 18, 20) sont compris dans l'ensemble formé par les blocs unidirectionnels en tension et bidirectionnels en courant (132), les blocs bidirectionnels en tension et unidirectionnels en courant (138), et les blocs bidirectionnels en tensions et bidirectionnels en courant (140), et
les blocs de conversion statique élémentaires actifs (12, 14, 1 6, 18, 20) comprennent un ou plusieurs bras, et le ou les bras comportent une unique cellule de commutation ou sont multicellulaire.
18. Circuit de conversion statique d'énergie électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, comprenant en outre
Un nombre entier Nd, supérieur ou égal à 0, de blocs de conversion statique élémentaires dormants, et
un même nombre Nd de modules de contrôle local dormants associés chacun à un unique et différent bloc de conversion statique élémentaire dormant,
Les Nd blocs de conversion statique élémentaires dormants et les Nd modules de contrôle local dormants étant configurés et insérés respectivement dans la branche des Na blocs de conversion statique élémentaires actifs et dans la chaîne de communication des Na modules de contrôle local actifs de sorte à former, indépendamment de la valeur d'un entier Nv variant entre 0 et Nd, lorsque Nv blocs de conversion statique élémentaires dormants et Nv modules de contrôle local dormant associés sont activés, une branche de Na+Nv blocs de conversion statique élémentaires actifs et une chaîne fermée de communication de Na+Nv modules de contrôle local actifs.
19. Système de conversion statique d'énergie électrique comprenant au moins un circuit de conversion statique d'énergie électrique défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 18,
Le système de conversion statique d'énergie électrique étant compris dans l'ensemble formé par les convertisseurs modulaires multi-niveaux MMC et les compensateurs de puissance de puissance réactive de type STATCOM.
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