WO2018100322A1 - Convertisseur dc/dc pour réseaux électriques - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un convertisseur DC/DC comprenant: un convertisseur DC/AC multiniveaux dont des bornes de sortie (3a) sont connectées à des bornes d'entrée d'un circuit inductif (4, 7) dans lequel circule un courant alternatif, une tension continue d'entrée (Vb) du convertisseur DC/DC étant appliquée entre des bornes d'entrée du convertisseur DC/AC, et un convertisseur AC/DC à source de tension multiniveaux (52) dont des bornes d'entrée (3b) sont connectées à des bornes de sortie du circuit inductif (4, 7), une tension continue de sortie (Vh) du convertisseur DC/DC étant disponible entre des bornes de sortie du convertisseur AC/DC, Le convertisseur DC/DC selon l'invention est caractérisé en ce que le convertisseur DC/AC est un convertisseur DC/AC à source de courant multiniveaux (6).
Description
Convertisseur DC/DC pour réseaux électriques
Domaine technique et état de l'art
L'invention concerne un convertisseur DC/DC tel que celui représenté sur la figure 1. Un tel convertisseur comprend
• un convertisseur DC/AC multiniveaux dont des bornes de sortie (3a) sont connectées à des bornes d'entrée d'un circuit inductif (4, 7) dans lequel circule un courant alternatif, une tension continue d'entrée (Vb) du convertisseur DC/DC étant appliquée entre des bornes d'entrée du convertisseur DC/AC, et
• un convertisseur AC/DC à source de tension multiniveaux (52) dont des bornes d'entrée (3b) sont connectées à des bornes de sortie du circuit inductif (4, 7), une tension continue de sortie (Vh) du convertisseur DC/DC étant disponible entre des bornes de sortie du convertisseur AC/DC. Le circuit inductif est dans cet exemple un transformateur triphasé 4; les enroulements primaires du transformateur 4 sont connectés à des bornes de sortie du convertisseur DC/AC et les enroulements secondaires du transformateur 4 sont connectés à des bornes d'entrée du convertisseur AC/DC.
Un tel convertisseur est utilisé de manière générale en électronique de puissance pour passer d'un niveau de tension DC à un niveau de tension DC différent. L'expression « convertisseur multiniveau » fait communément référence pour l'homme du métier à une catégorie spécifiques de convertisseurs dont des modes de réalisation sont décrits par exemple dans les documents US3867643, DE10103031ou EP2928060.
Un tel convertisseur trouve une application notamment dans le domaine des réseaux électriques où l'on cherche à interconnecter deux réseaux à courant continu qui opèrent à des niveaux de tension différents. Un tel convertisseur trouve également une application pour relier des sources d'énergie (telles que des éoliennes, des piles à combustibles, des panneaux solaires, ...) produisant de l'énergie électrique à un bas niveau de tension continue à un réseau de transmission ou de distribution ayant la tension continue la plus haute possible pour limiter les pertes en lignes. Il s'agit donc d'élever la tension de sortie de chaque source d'énergie prise individuellement pour l'amener à la tension du réseau de transmission ou de distribution. Les convertisseurs AC/DC ou DC/AC à source de tension sont ici des convertisseurs multiniveaux qui présentent l'avantage d'être modulaires et extensibles avec des plages de tension particulièrement larges et donc des rapports M de conversion entre le côté basse tension et le côté moyenne ou haute tension élevés ; ceci permet d'obtenir en sortie des moyennes ou hautes tensions à partir de basses tensions d'entrée.
Toutefois, plus le rapport de conversion M est important et plus le courant que doit supporter le convertisseur DC/AC 51 côté basse tension est important : le courant circulant côté basse tension est sensiblement égal à M fois le courant circulant côté moyenne ou haute tension.
Pour supporter ces courants importants, les composants électroniques utilisés pour réaliser le convertisseur DC/AC côté basse tension peuvent être dimensionnés plus gros (en termes de courant supporté) que ceux utilisés pour
réaliser le convertisseur AC/DC côté haute tension. Cette solution n'est toutefois pas suffisante si un rapport de conversion M très élevé est recherché. Il est également possible d'associer plusieurs convertisseurs DC/AC à source de tension en parallèle en entrée pour répartir le courant côté basse tension. Mais cette solution est complexe à mettre en œuvre en pratique.
Description de l'invention
L'invention propose un nouveau convertisseur DC/DC ne présentant pas les inconvénients des convertisseurs décrits ci-dessus. A cet effet, l'invention propose un nouveau convertisseur DC/DC comprenant :
• un convertisseur DC/AC multiniveaux dont des bornes de sortie (3a) sont connectées à des bornes d'entrée d'un circuit inductif (4, 7) dans lequel circule un courant alternatif, une basse tension continue d'entrée (Vb) du convertisseur DC/DC étant appliquée entre des bornes d'entrée du convertisseur DC/AC, et
• un convertisseur AC/DC à source de tension multiniveaux (52) dont des bornes d'entrée (3b) sont connectées à des bornes de sortie du circuit inductif (4, 7), une haute tension continue de sortie (Vh) du convertisseur DC/DC étant disponible entre des bornes de sortie du convertisseur AC/DC, la haute tension étant supérieure à la basse tension.
Un convertisseur DC/DC selon l'invention est caractérisé en ce que le convertisseur DC/AC est un convertisseur DC/AC à source de courant multiniveaux (6). Par rapport à un convertisseur DC/AC à source de tension, un convertisseur DC/AC à source de courant présente l'avantage d'être plus facilement évolutif pour supporter des courants bien plus importants, comme on le verra mieux plus loin dans la description détaillée de modes de réalisation.
Le convertisseur selon l'invention peut être polyphasé à N phases, N étant un nombre entier supérieur ou égal à un. Dans ce cas :
• le convertisseur DC/AC à source de courant (6) a N bornes de sortie (3a) alternatives,
• le convertisseur AC/DC à source de tension (52) a N bornes d'entrée (3b) alternatives, et
· le circuit inductif (4, 7) comprend N circuits magnétiques.
Dans un convertisseur selon l'invention, le circuit inductif peut être un transformateur (4) à N circuits magnétiques couplés (correspondant à un primaire à N entrées couplé à un secondaire à N sorties) ou N inductances (7) individuelles. Un transformateur présente l'avantage de supporter des tensions très différentes au primaire et au secondaire. Inversement, les tensions à l'entrée et à la sortie d'une inductance sont assez proches, la conversion de tension se fait dans ce cas via le convertisseur AC/DC à source de tension multiniveaux.
Selon un mode de réalisation, dans le convertisseur DC/DC selon l'invention, le convertisseur DC/AC et le convertisseur AC/DC sont de type convertisseurs modulaires multiniveaux (MMC), réalisés à partir de cellules élémentaires montées en cascade, chaque cellule élémentaire comprenant des composants actifs commandés et des composants passifs pour le stockage de l'énergie.
De tels convertisseurs DC/AC ou AC/DC de type MMC permettent d'ajuster au mieux tensions et courants en entrée et en sortie du convertisseur DC/DC, en ajustant le nombre de cellules élémentaires de part et d'autre du circuit inductif. En effet, aux bornes du circuit inductif, l'amplitude des signaux alternatifs commandés (le courant dans le cas du convertisseur à source de courant ou la tension dans le cas du convertisseur à source de tension) est ajustée en ajoutant ou retranchant de petites marches de courant, ou de tension selon le cas, chaque marche étant générée par une cellule élémentaire, comme on le verra mieux plus loin dans des exemples. De cette façon, au niveau des bornes du circuit inductif, le courant ou la tension alternatifs obtenus ont des formes d'onde en escalier présentant une très faible distorsion harmonique ; les pertes dans les composants magnétiques sont ainsi réduites ainsi que la taille des filtres indispensables pour le filtrage des harmoniques.
Brève description des figures
L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit d'exemples de convertisseurs DC/DC selon l'invention. Ces exemples sont donnés à titre non limitatif. La description est à lire en relation avec les dessins annexés dans lesquels :
· la figure 1 montre un schéma d'un convertisseur DC/DC connu
• les figures 2 et 3 montre des modes de réalisation de convertisseurs DC/DC selon l'invention,
• les figures 4 à 9 montrent des modes de réalisation détaillés d'éléments essentiels des convertisseurs selon la figure 2 ou 3, et
• la figure 10 montre l'évolution du courant circulant en un point particulier d'un convertisseur selon l'invention.
Description de modes de réalisation de l'invention
Comme dit précédemment, sur la figure 1 est représenté schématiquement un convertisseur DC/DC connu comprenant :
• un transformateur 4,
· un convertisseur 51 DC/AC continu / alternatif à source de tension dont les bornes de sortie 3a sont connectées à un primaire du transformateur 4,
• un convertisseur 52 AC/DC alternatif / continu à source de tension dont les bornes d'entrée 3b sont connectées à un secondaire du transformateur 4.
Lorsqu'une basse tension continue Vb est appliquée entre les bornes d'entrée du convertisseur 51, une haute tension Vh est disponible entre les bornes de sortie du convertisseur 52, la haute tension étant simplement une tension supérieure à la basse tension.
L'invention est particulièrement intéressante lorsque le rapport entre la haute tension Vh est la basse tension Vb est supérieure à 1,5.
Sur la figure 2 est représenté schématiquement un convertisseur DC/DC selon l'invention. Par rapport au convertisseur de la figure 1, le convertisseur 51 à source de tension est remplacé par un convertisseur 6 à source de courant. Un tel convertisseur 6 se comporte comme une source de courant idéale avec une impédance d'entrée très élevée; ainsi, entre ses bornes de sortie, il peut générer un courant avec une forme d'onde en escalier de très grande amplitude pouvant atteindre plusieurs kiloampères.
Également, sur la figure 2, le transformateur est polyphasé à N phases, N étant un nombre entier supérieur ou égal à 1. En variante du convertisseur de la figure 2, le transformateur 4 peut être remplacé par N inductances 7 (fig.3).
La figure 4 montre un mode de réalisation détaillé d'un convertisseur DC/AC 6 polyphasé (N phases) à source de courant, du type convertisseur modulaire multiniveaux (ou CSMMC, de l'anglais Current Source Modular Multilevel Converter) :
• le convertisseur DC/AC 6 comprend M cellules élémentaires de courant 8 connectées en parallèle, M étant un nombre entier, la tension d'entrée Vb du convertisseur DC/AC étant appliquée entre une borne d'entrée (8a) commune aux M cellules élémentaires de courant et une borne de sortie 8b commune aux M cellules élémentaires de courant,
· chaque cellule élémentaire de courant comprend N bornes de sortie connectées respectivement à N bornes d'entrée du circuit inductif 4, 7.
Chaque cellule élémentaire de courant se comporte comme une source de courant commandée comprenant une pluralité de branches de commande et une pluralité d'éléments inductifs de stockage d'énergie , et plus précisément dans l'exemple de la figure 4 :
· chaque cellule élémentaire de courant du convertisseur DC/AC 6 comprend N branches de courant 9 connectées en parallèle pour construire chacune des N phases du convertisseur polyphasé,
• un premier élément inductif 20a est connecté entre une première borne 9a commune des N branches de courant et la borne d'entrée 8a commune des cellules élémentaires 8,
• un deuxième élément inductif 20b est connecté entre une deuxième borne 9b commune des N branches de courant et la deuxième borne 8b communes des cellules élémentaires. Chaque branche de courant comprend deux interrupteurs semiconducteurs unidirectionnels en courant et avec capacité de blocage de tension bipolaire, les deux interrupteurs semiconducteurs étant connectés en série entre la première borne commune 9a et la deuxième borne commune 9b des N branches de courant ; un point commun des deux interrupteurs semiconducteurs forme une des N bornes de sortie alternative de la cellule élémentaire de courant 8 et est connecté à une des N bornes d'entrée du circuit inductif 4, 7 ; un tel interrupteur est représenté de façon générique sur la figure 4 par une diode associée en série avec un transistor de commande ; un tel interrupteur est commandable à l'ouverture et à la fermeture.
Une impédance capacitive 10 est connectée entre chacune des N bornes de sorties du convertisseur DC/AC 6 et une masse du convertisseur.
Lorsqu'une tension continue Vb est appliquée sur les bornes d'entrée du convertisseur DC/AC, un courant Idc continu circule à l'entrée du convertisseur et se répartit entre les M cellules élémentaires de courant 8 ; un courant lac alternatif est disponible sur les N bornes de sortie alternatives du convertisseur DC/AC 6.
Bien sûr, le convertisseur DC/AC de la figure 4 n'est qu'un exemple de réalisation ; en fonction de la puissance à transmettre et des tensions et courants que peuvent supporter les composants actifs, il est possible d'augmenter le nombre N de branches 9 dans chaque cellule élémentaire 8 du convertisseur et / ou le nombre M de cellules élémentaires. Plus généralement, il est possible d'utiliser tout type de convertisseur DC/AC à source de courant multiniveau.
Le courant d'entrée continu Idc entre les bornes d'entrée du convertisseur DC/AC à source de courant de la figure 4 est réparti équitablement entre les M cellules élémentaires de courant 8 connectées en parallèle. De cette façon, pour un même courant continu Idc, le courant supporté par chaque interrupteur semiconducteur individuellement est beaucoup plus faible que le courant que supporterait chaque interrupteur semiconducteur d'un convertisseur DC/AC à source de tension. De plus, en ajoutant plus ou moins de cellules élémentaires de courant 8, le courant supporté par chaque interrupteur semiconducteur des cellules élémentaires 8 peut être augmenté ou réduit pour être adapté aux valeurs nominales que supportent les interrupteurs semiconducteurs choisis.
Le convertisseur DC/AC de la figure 4 génère, sur ses bornes de sorties 3a, un courant alternatif ayant une forme d'onde en escalier, telle que celle représentée sur la figure 10. Pour cela, le convertisseur utilise des éléments inductifs tels que les éléments 20a, 20b des cellules élémentaires 8 comme élément de stockage d'énergie. En commandant les interrupteurs semiconducteurs des branches de conversion, l'énergie stockée sous forme d'un courant continu dans les éléments inductifs peut être transmise de manière sélective sur les bornes de sortie 3a du convertisseur avec une polarité positive ou négative ou, alternativement, un courant d'amplitude nulle si le courant est autorisé à circuler entre les bornes DC du convertisseur sans traverser les bornes AC. En coordonnant le fonctionnement des N cellules élémentaires 8, il est possible d'obtenir le courant en escalier souhaité. Dans l'exemple de la figure 10, le courant en escalier à 9 niveaux est obtenu en utilisant M = 4 cellules élémentaires ; de manière plus générale, le nombre de niveaux est égal à 2*M+1.
A titre d'exemple, pour un convertisseur selon la figure 4 dimensionné avec M = 4 cellules élémentaires pour convertir une puissance de 8MW, si une tension Vb de 2kV est appliquée entre les bornes d'entrée, alors un courant Idc de 4kA circule à l'entrée du convertisseur et se répartit en 4 courants de lkA dans les quatre cellules du convertisseur; ainsi, les interrupteurs semiconducteurs constituant les sources élémentaires 8 de courant dans chaque branche supportent un courant limité à lkA.
La figure 5 montre un mode de réalisation spécifique d'un convertisseur AC/DC à source de tension selon la figure 2 ou 3, de type convertisseur actif et plus précisément de type convertisseur modulaire multiniveau (VSMMC de l'anglais Voltage Source Modular Multilevel Converter, connu génériquement sous l'acronyme MMC) :
• le convertisseur AC/DC (52) à N phases comprend N branches de conversion connectées en parallèle, la tension de sortie (Vh) du convertisseur AC/DC étant disponible entre une première borne 52a commune aux N branches et une deuxième borne 52b commune aux N branches,
• chaque branche de conversion comprend deux bras 12 de conversion connectés en série entre la première borne commune et la deuxième borne commune ; un point milieu entre les deux bras d'une branche de conversion est connecté à une borne de sortie 3b du circuit inductif 4 ; chaque bras de conversion comprend une pluralité de cellules élémentaires 11 de tension connectées en série.
Selon un mode de réalisation, chaque cellule élémentaire de tension se comporte comme une source de tension commandée comprenant une pluralité de branches de commande et une pluralité d'éléments capacitifs de stockage d'énergie. Dans l'exemple de la figure 6, une cellule élémentaire de tension 11 comprend une branche de commande comprenant une paire d'interrupteurs semiconducteurs lia, 11b connectés en demi-pont et un élément capacitif 11c connecté en parallèle sur la paire d'interrupteurs. Dans l'exemple de la figure 7, une cellule élémentaire de tension comprend deux branches de commande comprenant chacune une paire d'interrupteurs lia, 11b, respectivement lld, lie connectés en pont complet et un élément capacitif 11c connecté en parallèle sur chaque branche de commande.
La figure 8 montre un autre mode de réalisation d'un convertisseur AC/DC selon la figure 2 ou 3 ; il s'agit ici d'un convertisseur passif du type redresseur à diodes en configuration 2*N puises (N=3 phases sur la figure 8), réalisé de la manière suivante :
· le convertisseur AC/DC 52 à N phases comprend N branches de conversion connectées en parallèle, la tension de sortie (Vh) du convertisseur AC/DC étant disponible entre une première borne 52a commune aux N branches et une deuxième borne 52b commune aux N branches,
• chaque branche de conversion comprend deux bras 13 de conversion montés en demi-pont : les deux bras 13 sont connectés en série entre la première borne commune 52a et la deuxième borne commune 52b ; un point milieu entre les deux bras d'une branche de conversion est connecté à une borne de sortie 3b du circuit inductif
4 ; chaque bras de conversion comprend une pluralité de diodes 14 connectées en série.
Les demi-pont de diodes redressent le courant alternatif en provenance du transformateur 4 et fournissent un courant continu sur les bornes de sortie 52a, 52b.
La figure 9 montre une variante du circuit de la figure 8 où le convertisseur AC/DC à source de tension est du type redresseur à diodes en configuration 4*N puises (N=3 phases sur la figure 9) réalisé de la manière suivante :
• le convertisseur AC/DC 52 à N phases comprend N branches de conversion connectées en parallèle, la tension de sortie (Vh) du convertisseur AC/DC étant disponible entre une première borne 52a commune aux N branches et une deuxième borne 52b commune aux N branches,
• chaque branche de conversion comprend quatre bras 13 redresseurs connectés en série entre la première borne commune 52a et la deuxième borne commune 52b ;
• le circuit inductif a un groupe de N enroulements primaires et deux groupes de N enroulements secondaires ; les enroulements du premier groupe d'enroulements secondaires sont connectés en étoile et les enroulement du deuxième groupe d'enroulements secondaires sont connectés en triangle ;
• un point milieu entre le premier et le deuxième bras d'une branche est connecté à une borne de sortie 3bl du premier enroulement secondaire et un point milieu entre le troisième et le quatrième bras d'une branche est connectés à une borne de sortie 3b2 du deuxième enroulement secondaire
• les points milieu entre le deuxième et le troisième bras de toutes les branches sont connectés ensemble,
• chaque bras de conversion comprend une pluralité de diodes 14 connectées en série.
Le convertisseur de la figure 9 (configuration 12 puises) est équivalent à deux convertisseurs selon la figure 8 (configuration 6 puises), en entrée (côté alternatif) connectés chacun à un secondaire du transformateur 4 et en sortie (côté continu) connectés en série. Par rapport au convertisseur de la figure 8, le convertisseur de la figure 9 produit un courant continu ayant une composante alternative bien plus faible, puisqu'il y a 12 (4*N) sous-cycles de conduction des bras redresseurs au lieu de 6 (2*N). A la sortie du convertisseur DC/DC, le résultat final est un courant continu contenant moins d'harmoniques que dans le cas d'un convertisseur à redresseur à diodes du type 2*N puises ; ainsi la taille et le coût des filtres d'harmoniques traditionnellement utilisés en sortie du convertisseur DC/DC peuvent être réduits.
Contrairement à un convertisseur à source de tension actif 52, un pont redresseur à diodes est un convertisseur passif, qui offre moins de flexibilité qu'un convertisseur à source de tension actif. Par exemple, un convertisseur de type redresseur à diodes n'est pas capable de réguler la valeur de la tension continue Vh de sortie, et donc la tension de sortie Vh dépend directement de la valeur de la tension alternative d'entrée. Également, un convertisseur redresseur à diodes est unidirectionnelle redresseur à diodes a par contre l'avantage d'être plus simple, moins cher et plus compact qu'un convertisseur à source de tension actif ; aussi, même s'il n'est pas approprié pour toutes les applications de conversion DC/DC, il reste une bonne alternative au convertisseur actif pour certaines applications particulières. Bien sûr, d'autres réalisations du convertisseur AC/DC côté haute tension sont envisageables, notamment en fonction de la puissance à transmettre et de la tension et du courant que peuvent supporter les composants électroniques utilisés.
Par exemple, les convertisseurs AC/DC côté haute tension selon les figures 8, 9, dont les bras de conversion sont constitués de diodes, sont non réversibles : du fait de la non réversibilité des diodes, il n'est pas possible d'inverser les bornes d'entrée et les bornes de sortie du convertisseur DC/DC pour réaliser un convertisseur abaisseur de tension. Ainsi, si un convertisseur DC/DC réversible est recherché, on choisira plutôt de réaliser le convertisseur AC/DC à base de transistors commandés plutôt que de diodes.
Également, dans tous les exemples détaillés en relation avec les dessins, les convertisseurs selon l'invention ont N = 3 phases. Bien sûr, il est possible de réaliser des convertisseurs monophasés aussi bien que des convertisseurs à N = 2, 4, 5, ... phases (soit plus généralement N un entier supérieur à 1).
NOMENCLATURE
I convertisseur DC/DC
3a sorties du convertisseur DC/AC 51
3b entrées du convertisseur AC/DC 52
4 transformateur (ou plus généralement circuit inductif)
51 convertisseur DC/AC basse tension à source de tension
52 convertisseur AC/DC haute tension à source de tension
52a, 52b bornes de sortie du convertisseur AC/DC
6 convertisseur DC/AC à source de courant
7 inductance (ou plus généralement circuit inductif)
8 M cellules élémentaires de courant
8a, 8b borne d'entrée et borne de sortie d'une cellule élémentaire de courant 8
9 branche de courant
9a, 9b première borne et deuxième borne d'une branche de courant 9
10 impédance capacitive
II cellule élémentaire de tension
lia, 11b, lld, lie interrupteurs semiconducteurs
11c élément capacitif
13 bras redresseur de courant
14 diodes
20a, 20b premier et deuxième élément inductif d'une cellule élémentaire de courant 8
Claims
1. Convertisseur DC/DC comprenant :
• un convertisseur DC/AC multiniveaux dont des bornes de sortie (3a) sont connectées à des bornes d'entrée d'un circuit inductif (4, 7) dans lequel circule un courant alternatif, une basse tension continue d'entrée (Vb) du convertisseur DC/DC étant appliquée entre des bornes d'entrée du convertisseur DC/AC, et
• un convertisseur AC/DC à source de tension multiniveaux (52) dont des bornes d'entrée (3b) sont connectées à des bornes de sortie du circuit inductif (4, 7), une haute tension continue de sortie (Vh) du convertisseur DC/DC étant disponible entre des bornes de sortie du convertisseur AC/DC, la haute tension étant supérieure à la basse tension, convertisseur DC/DC caractérisé en ce que le convertisseur DC/AC est un convertisseur DC/AC à source de courant multiniveaux (6).
2. Convertisseur selon l'une des revendications précédentes comprenant N phases, N étant un nombre entier supérieur ou égal à un, et dans lequel :
• le convertisseur DC/AC à source de courant (6) a N bornes de sortie alternatives,
· le convertisseur AC/DC à source de tension (52) a N bornes d'entrée alternatives, et
• le circuit inductif (4, 7) comprend N circuits magnétiques.
3. Convertisseur selon la revendication précédente dans lequel le circuit inductif est un transformateur (4) à N circuits magnétiques couplés ou N inductances (7) individuelles.
4. Convertisseur DC/DC selon l'une des revendications précédentes dans lequel le convertisseur DC/AC et le convertisseur AC/DC sont de type convertisseurs modulaires multiniveaux (MMC), réalisés à partir de cellules élémentaires montées en cascade, chaque cellule élémentaire comprenant des composants actifs commandés et des composants passifs pour le stockage de l'énergie.
5. Convertisseur DC/DC selon l'une des revendications précédentes dans lequel le convertisseur DC/AC (6) comprend M cellules élémentaires de courant (8) connectées en parallèle, M étant un nombre entier, la tension d'entrée (Vb) du convertisseur DC/AC étant appliquée entre une borne d'entrée (8a) commune des M cellules élémentaires de courant et une borne de sortie (8b) commune des M cellules élémentaires de courant, chaque cellule élémentaire de courant se comportant comme une source de courant commandée comprenant une pluralité de branches de commande et une pluralité d'éléments inductifs de stockage d'énergie, chaque cellule élémentaire de courant comprenant N bornes de sortie connectées respectivement à N bornes d'entrée du circuit inductif (4, 7).
6. Convertisseur DC/DC selon la revendication précédente dans lequel chaque cellule élémentaire de courant du convertisseur DC/AC (6) comprend N branches de courant (9) connectées en parallèles, un premier élément inductif (20a) étant connecté entre une première borne (9a) commune des N branches de courant et la première borne (8a) communes des cellules élémentaires (8), un deuxième élément inductif (20b) étant connecté entre une deuxième borne (9b) commune des N branches de courant et la deuxième borne (8b) communes des cellules élémentaires (8),
chaque branche de courant 9 comprenant deux interrupteurs semiconducteurs unidirectionnels en courant et avec capacité de blocage de tension bipolaire, les deux interrupteurs semiconducteurs étant connectées en série entre la première borne commune (9a) et la deuxième borne commune (9b) des N branches de courant, un point commun des deux interrupteurs semiconducteurs formant une des N bornes de sortie de la cellule élémentaire de courant 8 connectée à une des N bornes d'entrée du circuit inductif (4, 7).
7. Convertisseur DC/DC selon l'une des revendications précédentes dans lequel le convertisseur AC/DC (52) à N phases comprend N branches de conversion connectées en parallèle, la tension de sortie (Vh) du convertisseur AC/DC étant disponible entre une première borne commune aux N branches et une deuxième borne commune aux N branches, chaque branche de conversion comprenant deux bras (12) de conversion connectés en série entre la première borne commune et la deuxième borne commune, un point milieu entre les deux bras d'une branche de conversion étant connecté à une borne de sortie du circuit inductif, chaque bras de conversion comprenant une pluralité de cellules élémentaires (11) de tension connectées en série et chaque cellule élémentaire de tension se comportant comme une source de tension commandée comprenant une pluralité de branches de commande et une pluralité d'élément capacitifs de stockage d'énergie.
8. Convertisseur DC/DC selon la revendication 7 dans lequel une cellule élémentaire de tension comprend une paire d'interrupteurs semiconducteurs (lia, 11b) connectés en demi-pont et un élément capacitif (11c) connecté en parallèle sur la paire d'interrupteurs.
9. Convertisseur DC/DC selon la revendication 7 dans lequel une cellule élémentaire de tension comprend deux paires d'interrupteurs (lia, 11b, lld, lie) connectés en pont complet et un élément capacitif (11c) connecté en parallèle sur chaque paire d'interrupteurs.
10. Convertisseur selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel le convertisseur AC/DC est un pont redresseur à diodes en configuration 2*N puises ou un pont redresseur à diodes en configuration 4*N puises.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110148963A (zh) * | 2019-05-15 | 2019-08-20 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 一种基于储能的多换流链交交变频器 |
| CN111277152A (zh) * | 2018-12-03 | 2020-06-12 | 法国电力公司 | 交替臂电流源转换器,功率转换系统以及用于控制这种转换器的方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3867643A (en) | 1974-01-14 | 1975-02-18 | Massachusetts Inst Technology | Electric power converter |
| DE10103031A1 (de) | 2001-01-24 | 2002-07-25 | Rainer Marquardt | Stromrichterschaltungen mit verteilten Energiespeichern |
| EP2928060A1 (fr) | 2014-03-31 | 2015-10-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Circuit de convertisseur modulaire doté de sous-modules présentant différentes capacités de commutation |
| EP2947744A1 (fr) * | 2014-05-23 | 2015-11-25 | GE Energy Power Conversion Technology Ltd | Transmission électrique sous-marine |
| US9413260B1 (en) * | 2015-03-06 | 2016-08-09 | National Tsing Hua University | Method of current control of three-phase modular multilevel converter with inductance changes allowed |
-
2016
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2017
- 2017-12-01 EP EP17816964.5A patent/EP3549248A1/fr not_active Withdrawn
- 2017-12-01 WO PCT/FR2017/053351 patent/WO2018100322A1/fr unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3867643A (en) | 1974-01-14 | 1975-02-18 | Massachusetts Inst Technology | Electric power converter |
| DE10103031A1 (de) | 2001-01-24 | 2002-07-25 | Rainer Marquardt | Stromrichterschaltungen mit verteilten Energiespeichern |
| EP2928060A1 (fr) | 2014-03-31 | 2015-10-07 | Siemens Aktiengesellschaft | Circuit de convertisseur modulaire doté de sous-modules présentant différentes capacités de commutation |
| EP2947744A1 (fr) * | 2014-05-23 | 2015-11-25 | GE Energy Power Conversion Technology Ltd | Transmission électrique sous-marine |
| US9413260B1 (en) * | 2015-03-06 | 2016-08-09 | National Tsing Hua University | Method of current control of three-phase modular multilevel converter with inductance changes allowed |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| B LAKSHMI: "A SINGLE RATING INDUCTOR MULTILEVEL CURRENT SOURCE INVERTER WITH PWM STRATEGIES AND FUZZY LOGIC CONTROL", INTERNATIONAL JOURNAL OF ELECTRICAL ENGINEERING AND TECHNOLOGY (IJEET), 18 September 2013 (2013-09-18), pages 274 - 286, XP055380297, Retrieved from the Internet <URL:http://www.iaeme.com/MasterAdmin/UploadFolder/A SINGLE RATING INDUCTOR MULTILEVEL CURRENT SOURCE INVERTER WITH PWM STRATEGIE\A SINGLE RATING INDUCTOR MULTILEVEL CURRENT SOURCE INVERTER WITH PWM STRATEGIE.pdf> [retrieved on 20170609] * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111277152A (zh) * | 2018-12-03 | 2020-06-12 | 法国电力公司 | 交替臂电流源转换器,功率转换系统以及用于控制这种转换器的方法 |
| CN110148963A (zh) * | 2019-05-15 | 2019-08-20 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 一种基于储能的多换流链交交变频器 |
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| FR3059855A1 (fr) | 2018-06-08 |
| EP3549248A1 (fr) | 2019-10-09 |
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