WO2020074376A1 - Convertisseur de tension modulaire multi niveaux pour la gestion d'un défaut d'isolement - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un convertisseur de tension modulaire multi-niveaux (2), comportant : - un demi bras supérieur (253) connecté entre le premier pôle (201) et un nœud intermédiaire (243), et un demi-bras inférieur (257) connecté entre le deuxième pôle (202) et le nœud intermédiaire (243), chaque demi-bras incluant plusieurs modules connectés en série, et un circuit pour contourner sélectivement un élément de stockage d'énergie électrique ou le connecter en série avec les autres modules du demi-bras; -le convertisseur (2) comprend un interrupteur commandé (27) connecté entre le nœud intermédiaire (243) et une prise de terre; -un circuit de commande (28) configuré pour : -identifier une isolation électrique entre une interface alternatif et un réseau alternatif et fermer ledit interrupteur commandé (27); -commander les modules du demi-bras inferieur (257) et les modules du demi-bras supérieur (253) de façon à modifier des première et deuxième valeurs de différences de potentiel appliquées. |

Description

Description

Titre de l'invention : convertisseur de tension modulaire multi niveaux pour la gestion d'un défaut d'isolement

[0001] [L’invention concerne les réseaux haute tension continu, interconnectés avec des réseaux haute tension alternatifs, et en particulier la gestion, au niveau de postes de conversion, de défauts électriques pouvant apparaître sur le réseau haute tension continu.

[0002] Pour limiter l'incidence d'un défaut électrique entre un pôle et la terre, des procédés connus permettent de détecter de façon fiable et rapide la localisation du défaut et permettent d'isoler la ligne en défaut.

[0003] Sur le réseau haute tension continu, différentes configurations de

convertisseur alternatif/continu peuvent être utilisées. Selon une configuration connue, les convertisseurs alternatifs/continu sont connectés à deux pôles du réseau continu selon une configuration monopolaire symétrique.

[0004] Dans une telle configuration monopolaire symétrique, l'apparition d'un défaut électrique sur le réseau haute tension continu, entre un pôle et la terre, peut induire de fortes surtensions, persistant longtemps après la suppression du défaut détecté. En effet, lorsqu'un pôle en défaut est ramené au potentiel de terre, le pôle sain, qui est son pôle symétrique, subit un décalage de tension, de sorte que la différence de potentiel entre le pôle sain et la terre est doublée. Si cette différence de potentiel est maintenue de façon durable, on favorise le claquage des matériaux diélectriques et le vieillissement des câblages et des équipements. Les dispositifs de mise à la terre connectés au réseau alternatif peuvent également atteindre une saturation magnétique ou atteindre leurs limites thermiques. Ainsi, à la fois le réseau alternatif et le réseau continu peuvent être altérés par l'apparition d'un tel défaut électrique.

[0005] Une solution connue pour pouvoir limiter l’impact d’un défaut électrique et rééquilibrer les pôles d’un tel réseau après l’apparition d’un défaut électrique est d’accoler un système connu sous la désignation de système de freinage dynamique au niveau de chaque pôle de l’interface continu du convertisseur du poste de conversion. Un tel système inclut plusieurs modules de stockage d’énergie connectés en série avec une résistance de décharge entre un pôle et la terre. Chaque module inclut un condensateur monté dans un pont d’un circuit redresseur incluant des interrupteurs commandés. La commande des

interrupteurs commandés permet de recharger les condensateurs et de les connecter séquentiellement en série, du côté du pôle en défaut. On peut ainsi accroître progressivement la différence de potentiel entre le pôle en défaut et la terre après la résolution du défaut électrique, afin de rééquilibrer les potentiels des pôles par rapport à la terre. La commande des interrupteurs permet également de dissiper de l’énergie dans la résistance de décharge pour réduire le potentiel du côté du pôle sain.

[0006] Un tel système présente comme principaux inconvénients d’être assez

complexe et coûteux, en particulier pour des applications à des réseaux à des tensions supérieures à 100kV. Un tel système peut difficilement être envisagé au niveau de chaque station de conversion, en particulier dans le contexte d’un réseau haute tension maillé.

[0007] Le document US7830679 traite d’une structure bipolaire. A conversion station has two independent AC/DC converters at the end of one transmission line. The station also has a DC neutral arrangement in common to the converters to selectively connect each AC/DC converter to the earth.

[0008] L’invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L’invention vise notamment à proposer une solution suffisamment rapide pour mettre en œuvre un rééquilibrage des tensions sur les pôles, sans présenter une

complexité excessive. L’invention porte ainsi sur un convertisseur de tension modulaire multi-niveaux, configuré pour convertir une tension continue en une tension alternative, comportant :

[0009] -une interface continu comportant des premier et deuxième pôles, et une interface alternatif ;

[0010] -au moins un bras, comportant un demi bras supérieur connecté entre le

premier pôle et un nœud intermédiaire, et comportant un demi-bras inférieur connecté entre le deuxième pôle et le nœud intermédiaire, chaque demi-bras incluant plusieurs modules connectés en série, les modules comportant chacun un élément de stockage d’énergie électrique et un circuit pour contourner sélectivement l’élément de stockage d’énergie électrique ou le connecter en série avec les autres modules du demi-bras ;

[0011 ] -un circuit de commande ;

[0012] -le convertisseur comprend en outre un interrupteur commandé connecté entre le nœud intermédiaire et une prise de terre ;

[0013] -le circuit de commande est configuré pour :

[0014] -identifier une isolation électrique entre l’interface alternatif et un réseau

alternatif, initialement connecté à l’interface alternatif ;

[0015] -fermer ledit interrupteur commandé lors de l’identification de l’isolation

électrique entre l’interface alternatif et le réseau alternatif ;

[0016] -commander les modules du demi-bras inferieur et les modules du demi-bras supérieur de façon à modifier des première et deuxième valeurs de différences de potentiel appliquées respectivement sur le demi bras inférieur et sur le demi- bras supérieur.

[0017] L’invention porte également sur les variantes suivantes. L’homme du métier comprendra que chacune des caractéristiques des variantes suivantes peut être combinée indépendamment aux caractéristiques ci-dessus, sans pour autant constituer une généralisation intermédiaire.

[0018] Selon une variante, le circuit de commande est configuré pour appliquer une différence de potentiel non nulle entre un desdits pôles et ledit nœud

intermédiaire après la fermeture dudit interrupteur, mesurer le courant entre ce pôle et le nœud intermédiaire et/ou la tension entre ce pôle et le nœud

intermédiaire, déterminer si ce pôle est isolé de la terre en fonction du courant mesuré.

[0019] Selon une autre variante, le circuit de commande est configuré pour :

[0020] -identifier qu’une première différence de potentiel entre le nœud intermédiaire et le premier pôle est différente d’une deuxième différence de potentiel entre le nœud intermédiaire et le deuxième pôle après la fermeture dudit interrupteur ; [0021] -commander les modules du demi-bras inferieur et les modules du demi-bras supérieur de façon à équilibrer les première et deuxième différences de

potentiel ;

[0022] -ouvrir ledit interrupteur commandé lorsque les première et deuxième

différences de potentiel sont équilibrées.

[0023] Selon encore une variante, ledit circuit de commande est configuré pour

commander, après ladite identification de la différence entre les première et deuxième différences de potentiel, une augmentation de la différence de potentiel la plus faible parmi les première et deuxième différences de potentiel d’une amplitude au plus égale à 10% de la différence de potentiel la plus élevée entre les première et deuxième différences de potentiel, configuré pour mesurer le courant débité par les premier et deuxième demi-bras, et configuré pour équilibrer les première et deuxième différences de potentiel seulement si le courant mesuré est inférieur à un seuil.

[0024] Selon une autre variante, lesdits éléments de stockage d’énergie sont des condensateurs.

[0025] Selon encore une autre variante, chacun desdits condensateurs est monté dans un circuit redresseur en demi-pont ou en pont complet.

[0026] L’invention porte également sur un poste de conversion incluant un

convertisseur de tension modulaire multi-niveaux tel que défini ci-dessus, et un autre interrupteur commandé connecté à l’interface alternatif du convertisseur de tension modulaire multiniveaux, ledit autre interrupteur commandé étant configuré pour être connecté à un réseau alternatif.

[0027] Selon une variante, ledit circuit de commande est configuré pour commander la fermeture dudit autre interrupteur après l’ouverture de l’interrupteur commandé connectant le nœud intermédiaire à la prise de terre.

[0028] Selon une autre variante, ledit circuit de commande est configuré pour

commander un déblocage des modules des demi-bras après la fermeture dudit autre interrupteur.

[0029] L’invention porte encore sur un procédé de commande d’un convertisseur de tension modulaire multiniveaux, configuré pour convertir une tension continue en une tension alternative, comportant une interface continu comportant des premier et deuxième pôles, et une interface alternatif, comprenant en outre au moins un bras comportant un demi bras supérieur connecté entre le premier pôle et un nœud intermédiaire, et comportant un demi-bras inférieur connecté entre le deuxième pôle et le nœud intermédiaire, chaque demi-bras incluant plusieurs modules connectés en série, les modules comportant chacun un élément de stockage d’énergie électrique et un circuit pour contourner sélectivement sélectivement l’élément de stockage d’énergie électrique ou le connecter en série avec les autres modules du demi-bras, le procédé comprenant les étapes de :

[0030] -identifier une isolation électrique entre l’interface alternatif et un réseau

alternatif ;

[0031] -connecter le nœud intermédiaire à la terre lors de l’identification de l’isolation électrique entre l’interface alternatif et le réseau alternatif ;

[0032] -commander les modules du demi-bras inferieur et les modules du demi-bras supérieur de façon à modifier des première et deuxième valeurs de différences de potentiel appliquées respectivement sur le demi bras inférieur et sur le demi bras supérieur.

[0033] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

[0034] [Fig .1 ] illustre un exemple de configuration d'un réseau haute tension continu de type point à point, dans laquelle un convertisseur selon l'invention peut être mis en œuvre ;

[0035] [Fig .2] illustre un exemple de configuration d'un réseau haute tension continu de type à points multiples, dans laquelle un convertisseur selon l'invention peut être mis en œuvre ;

[0036] [Fig .3] illustre un exemple de décalage de tension intervenant sur les pôles d'un convertisseur d'un réseau selon la figure 2 en l'absence de mise en œuvre de l'invention ;

[0037] [Fig .4] illustre une configuration d’un convertisseur selon un exemple de mode de réalisation de l’invention ; [0038] [Fig.5] illustre un exemple d’intégration d’un convertisseur selon l’invention dans un poste de conversion ;

[0039] [Fig.6] illustre schématiquement un exemple de composants d’un demi-bras ;

[0040] [Fig.7] illustre schématiquement un exemple de module d’un demi-bras, incluant un montage en demi-pont ;

[0041] [Fig.8] illustre schématiquement un exemple de module d’un demi-bras, incluant un montage en pont ;

[0042] [Fig.9] illustre le courant pour deux pôles lors de l’apparition d’un défaut lors de la mise en œuvre de l’invention pour un réseau point à point ;

[0043] [Fig.10] illustre la tension pour deux pôles lors de l’apparition d’un défaut lors de la mise en œuvre de l’invention pour un réseau point à point.

[0044] La configuration de la figure 1 correspond à un réseau Flaute Tension

Courant Continu de type point à point, correspondant typiquement à un lien par lignes aériennes. Le réseau 1 comporte des postes de conversion 21 et 22.

[0045] Les postes de conversion 21 et 22 comportent chacun :

-deux pôles formant une interface réseau continu, ici un pôle positif et un pôle négatif;

-une interface réseau alternatif ;

-une structure de conversion AC/DC détaillée ultérieurement ;

-un circuit de commande.

[0046] L’interface réseau alternatif du poste 21 est connectée à un réseau alternatif local 11 , et l’interface réseau alternatif du poste 22 est connectée à un réseau alternatif local 12.

[0047] Le réseau 1 comporte des lignes haute tension. Le pôle positif 211 du poste 21 et le pôle positif 221 du poste 22 sont connectés par l’intermédiaire d’une ligne électrique haute tension 31. Le pôle négatif 212 du poste 21 et le pôle négatif 222 du poste 22 sont connectés par l’intermédiaire d’une ligne électrique haute tension 32. Les lignes électriques haute tension 31 et 32 sont typiquement de type lignes aériennes. Les défauts d'isolation entre une ligne aérienne et la terre sont généralement fugitifs et l'invention peut permettre de résoudre le défaut.

[0048] Comme détaillé par la suite, la structure de conversion de chacun des postes 21 et 22 est connectée entre deux pôles en mode monopolaire symétrique. Dans la configuration des pôles en mode monopolaire symétrique, la mise à la terre est mise en œuvre au niveau des réseaux haute tension alternatifs.

[0049] La configuration de la figure 2 correspond à un réseau Haute tension courant continu de type à multiples nœuds, interconnectés avec des réseaux haute tension courant alternatif. Le réseau 1 comporte des postes de conversion 21 , 22 et 23. L’invention est volontairement décrite pour un réseau 1 simplifié afin de faciliter la compréhension, mais peut bien entendu s’appliquer à un réseau haute tension courant continu 1 comportant deux ou plus de trois postes de conversion. Le réseau 1 peut avantageusement comporter un dispositif de contrôle (non illustré) configuré pour déterminer l’état du réseau et configuré pour

communiquer avec les postes de conversion 21 à 23.

[0050] Les postes de conversion 21 à 23 comportent chacun :

-deux pôles formant une interface réseau continu, ici un pôle positif et un pôle négatif;

-une interface réseau alternatif ;

-une structure de conversion AC/DC détaillée ultérieurement ;

-un circuit de commande.

[0051] L’interface réseau alternatif du poste 21 est connectée à un réseau alternatif local 11 , l’interface réseau alternatif du poste 22 est connectée à un réseau alternatif local 12, et l’interface réseau alternatif du poste 23 est connectée à un réseau alternatif local 13.

[0052] Le réseau 1 comporte des lignes haute tension. Le pôle positif du poste 21 et le pôle positif du poste 22 sont connectés par l’intermédiaire d’une ligne électrique haute tension 311. Le pôle positif du poste 21 et le pôle positif du poste 23 sont connectés par l’intermédiaire d’une ligne électrique haute tension 312. Le pôle positif du poste 22 et le pôle positif du poste 23 sont connectés par intermédiaire d’une ligne électrique haute tension 313. Les lignes électriques haute tension des pôles positifs sont ici illustrées en trait plein.

[0053] Le pôle négatif du poste 21 et le pôle négatif du poste 22 sont connectés par l’intermédiaire d’une ligne électrique haute tension 321. Le pôle négatif du poste 21 et le pôle négatif du poste 23 sont connectés par l’intermédiaire d’une ligne électrique haute tension 322. Le pôle négatif du poste 22 et le pôle négatif du poste 23 sont connectés par l’intermédiaire d’une ligne électrique haute tension 323. Les lignes électriques haute tension des pôles négatifs sont ici illustrées en pointillés.

[0054] Ainsi, chacun des pôles d’un poste de conversion est connecté à un pôle des deux autres postes de conversion, par l’intermédiaire d’une ligne électrique haute tension.

[0055] Chacune des extrémités de ces lignes électriques hautes tension peut être connectée au pôle d’un poste par l’intermédiaire d’un interrupteur non référencé. Un tel interrupteur est par exemple un disjoncteur de type mécanique. Bien que non illustré, un sectionneur commandé à commutation rapide peut être connecté en série avec un tel interrupteur entre la ligne haute tension et le pôle du poste correspondant.

[0056] Comme détaillé par la suite, la structure de conversion de chacun des postes 21 à 23 est connectée entre deux pôles en mode monopolaire symétrique. Dans la configuration des pôles en mode monopolaire symétrique, la mise à la terre est mise en œuvre au niveau des réseaux haute tension alternatifs.

[0057] La configuration de la figure 2 illustre un défaut électrique sous forme de

court-circuit entre la ligne 311 (connectée au pôle positif du poste 21 et au pôle positif du poste 22) et la terre. Pour un défaut entre pôle et terre avec un tel réseau à nœuds multiples, des techniques connues en soi de résolution du défaut pourront être mises en œuvre.

[0058] La figure 3 illustre un diagramme illustrant les tensions sur deux pôles d'un exemple de convertisseur de l'état de la technique lors de l'apparition d'un défaut électrique entre un pôle et la terre. La tension du pôle subissant le défaut électrique est ici illustrée en trait discontinu. La tension du pôle sain symétrique du pôle en défaut est ici illustrée en trait continu. Le défaut intervient ici à t= Os. Après une phase transitoire d'environ 4ms, la tension sur le pôle en défaut devient sensiblement nulle, la tension sur le pôle sain étant par contre doublée par rapport à sa tension nominale. Le maintien d'un tel décalage de tension sur le pôle sain peut induire un vieillissement, voire un claquage, des matériaux diélectriques des câblages du réseau tension continu. Le maintien d'un tel décalage de tension peut également impacter le réseau alternatif en atteignant la saturation magnétique ou la limite thermique d'équipements, tels que des dispositifs de mise à la terre. Sans intervention, le décalage de tension disparaît progressivement, sur une durée très longue notamment fonction de la

configuration de la connexion à la terre côté alternatif.

[0059] La figure 4 illustre schématiquement la structure d’un exemple de

convertisseur de tension modulaire multi-niveaux 2 pouvant être mis en œuvre selon l'invention. Le convertisseur 2 comporte des pôles 201 et 202 au niveau de son interface continu. Les pôles 200 et 202 sont connectés respectivement aux lignes hautes tension 31 et 32. Le convertisseur 2 comporte des bornes d'entrée 203 à 205 au niveau de son interface alternatif, correspondant à des phases respectives du réseau alternatif. Les bornes d'entrée 203 à 205 sont connectées à des nœuds intermédiaires respectifs 241 à 243. Pour chacune des phases, le convertisseur 2 comporte un premier bras de conversion connecté entre son nœud intermédiaire et le pôle 201 , et un deuxième bras de conversion connecté entre son nœud intermédiaire et le pôle 202. Ainsi, le convertisseur 2 comporte : -un premier demi-bras, ou bras de conversion supérieur 251 , connecté entre le pôle 201 et le nœud intermédiaire 241 et un premier bras de conversion inférieur 255, connecté entre le pôle 202 et le nœud intermédiaire 241. Les bras de conversion 251 et 255 sont ici connectés en série respectivement avec des inductances 261 et 265 ;

-un deuxième demi-bras, ou bras de conversion supérieur 252, connecté entre le pôle 201 et le nœud intermédiaire 242 et un deuxième bras de conversion inférieur 256, connecté entre le pôle 202 et le nœud intermédiaire 242. Les bras de conversion 252 et 256 sont ici connectés en série respectivement avec des inductances 262 et 266 ;

-un troisième demi-bras, ou bras de conversion supérieur 253, connecté entre le pôle 201 et le nœud intermédiaire 243 et un premier bras de conversion inférieur 257, connecté entre le pôle 202 et le nœud intermédiaire 243. Les bras de conversion 253 et 257 sont ici connectés en série respectivement avec des inductances 263 et 267.

[0060] Le convertisseur 2 comprend en outre un interrupteur commandé 27 connecté entre le nœud intermédiaire d’un des bras (ici le nœud 243) et la terre. Le convertisseur 2 comprend en outre un circuit de commande 28, destiné notamment à commander le fonctionnement des différents modules des bras, ainsi que destiné à commander l’ouverture et la fermeture de l’interrupteur commandé 27. Un mode de commande du circuit de commande 28 sera détaillé par la suite.

[0061] La figure 5 est un schéma illustrant un exemple de mode de réalisation d’un poste de conversion 4 incluant un convertisseur 2 selon l’invention. Le poste de conversion 4 comporte une interface de connexion 41 à un réseau alternatif triphasé 10. L’interface de connexion 41 inclut par exemple des interrupteurs commandés permettant d’isoler le poste de conversion 4 du réseau 10. Le convertisseur 2, tel que celui décrit précédemment, présente une interface alternatif pour la connexion des trois phases. Dans un souci de simplification, la connexion entre l’interface de connexion 41 et le convertisseur 2 est illustrée uniquement pour une phase. Chaque connexion de phase du convertisseur 2 est connectée à un nœud intermédiaire respectif.

[0062] Un transformateur 42 est connecté entre l’interface de connexion 41 et

chacun des nœuds intermédiaires des phases. Le transformateur 42 présente ici un enroulement primaire connecté à l’interface 41. Le transformateur 42 présente un enroulement secondaire connecté au nœud intermédiaire des différentes phases. L’enroulement secondaire du transformateur 42 est ici isolé de la terre.

[0063] Le poste de conversion 4 comprend en outre avantageusement un dispositif de connexion à la terre 43, au niveau de son interface alternatif. Un tel dispositif de connexion à la terre 43 peut par exemple être un réacteur du type étoile- point, tel que décrit dans le document US 2012/0120691. Un tel réacteur peut inclure de façon connue en soi un enroulement inductif pour chacune des phases. [0064] La figure 6 est une représentation schématique d’un exemple de demi bras 25. Le demi bras 25 comprend des sous modules 51 ,52 et 53 connectés en série. Chacun des sous-modules 51 à 53 est commandé par le circuit de commande 28. Lorsqu’un sous-module est actif, il est connecté une partie du temps en série avec les autres modules, ce qui aboutit à la charge ou à la décharge de son condensateur. Lorsque son condensateur est contourné, celui- ci ne subit pas de variation de charge. Par l’utilisation de plusieurs modules 51 à 53, il est possible d’utiliser les décharges successives de leurs différents condensateurs, pour décharger prioritairement les condensateurs présentant le plus haut niveau de charge, lorsque le courant s’écoule dans un sens de décharge du demi-bras 25. A contrario, il est possible d’utiliser les charges successives de leurs différents condensateurs, pour charger prioritairement les condensateurs présentant le plus faible niveau de charge, lorsque le courant s’écoule dans un sens de charge du demi-bras.

[0065] Les sous modules 51 à 53 peuvent présenter une structure identique ou différente, et être en un nombre différent de celui illustré. Les sous modules 51 à 53 comportent chacun au moins un dispositif de stockage d’énergie électrique (sous la forme d’un condensateur) et un interrupteur configuré pour contourner sélectivement ce dispositif de stockage d’énergie électrique. Cet interrupteur est par exemple commandable à l’ouverture et à la fermeture et sur substrat en silicium.

[0066] La figure 7 illustre un exemple de sous module 5. Le sous module 5 est ici de type à demi pont. Le sous module 5 comporte ici des bornes 505 et 506 pour sa connexion en série avec d’autres sous modules. Le sous module 5 comporte deux branches connectées en parallèle entre les bornes 505 et 506. Une première branche comprend un interrupteur commandable 502. Une deuxième branche comprend un interrupteur commandable 501 et un condensateur 503 connectés en série. Les interrupteurs 501 et 502 présentent ici une structure identique. Les interrupteurs 501 et 502 sont ici des transistors IGBT.

[0067] Les commutations des interrupteurs 501 et 502 sont commandées par le circuit de commande 28. Dans un premier état dit commandé (ou‘on’ en langue anglaise), l’interrupteur 502 est ouvert pour interrompre la conduction dans la première branche, et 1‘interrupteur 501 est fermé, de façon à connecter le condensateur 503 en série entre les bornes 505 et 506.

[0068] Dans un deuxième état dit non commandé (ou‘off en langue anglaise),

l'interrupteur 502 est fermé et l’interrupteur 501 est ouvert. La première branche incluant l’interrupteur 502 contourne ainsi la deuxième branche incluant le condensateur 503. Le condensateur 503 est par ailleurs déconnecté de la borne 505 par l’intermédiaire de l’interrupteur 501.

[0069] La figure 8 illustre un autre exemple de sous module 5. Le sous module 5 est ici de type à pont complet. Le sous module 5 comporte ici des bornes 505 et 506 pour sa connexion en série avec d’autres sous modules. Le condensateur 503 est ici monté en pont entre des interrupteurs 501 , 502, 507 et 508. Un nœud de connexion entre les interrupteurs 501 et 502 est connecté à la borne 506. Un nœud de connexion entre les interrupteurs 507 et 508 est connecté à la borne 505. Un nœud de connexion entre les interrupteurs 501 et 507 est connecté à une première électrode du condensateur 503. Un nœud de connexion des interrupteurs 502 et 508 est connecté à une deuxième électrode du condensateur 503.

[0070] Les commutations des interrupteurs 501 , 502, 507 et 508 sont commandées par le circuit de commande 18. Dans un premier état dit commandé :

-les interrupteurs 501 et 508 sont ouverts pour éviter de court-circuiter le condensateur 503 ;

-les interrupteurs 502 et 507 sont fermés, de façon à connecter le condensateur 503 en série entre les bornes 505 et 506.

[0071] Dans un deuxième état dit non commandé, les interrupteurs 502 et 508 sont fermés et les interrupteurs 501 et 507 sont ouverts. Le condensateur 503 est contourné.

[0072] Un tel montage en pont complet permet de charger le condensateur avec deux sens de courant différents.

[0073] L’invention propose d’utiliser le convertisseur 2 pour réaliser différentes

fonctions, telles qu’un test de persistance de défaut d’isolement ou un

rééquilibrage des potentiels sur ses deux pôles. [0074] Le circuit de commande 28 est ainsi configuré pour déterminer quand le réseau alternatif 10 est isolé du convertisseur 2. Le circuit de commande 28 peut soit commander cette isolation par rapport au réseau alternatif 10 en

commandant l’interface de connexion 41 après avoir constaté un défaut sur un de ses pôles, soit être informé de cette isolation par un autre circuit de contrôle ayant commandé cette isolation.

[0075] Suite à cette isolation, le circuit de commande 28 commande une fermeture de l’interrupteur 27, ce qui permet de placer le nœud intermédiaire 243 au potentiel de terre.

[0076] Le circuit de commande 28 commande alors les modules du demi-bras

supérieur 253 et du bras supérieur 257 pour modifier les valeurs des différences de potentiel entre le pôle 201 et le nœud intermédiaire 243 d’une part, et entre le pôle 202 et le nœud intermédiaire 243 d’autre part.

[0077] Pour mettre en œuvre une fonction de test de défaut d’isolement postérieur à un défaut, le circuit de commande 28 est configuré pour déterminer quel pôle est en défaut, puis pour commander un demi-bras pour appliquer une différence de potentiel entre le nœud intermédiaire et le pôle en défaut. En mesurant le courant traversant le demi-bras, on peut par exemple identifier la présence d’un défaut d’isolement résiduel entre le pôle et la terre, en fonction de la valeur du courant mesuré.

[0078] Pour mettre en œuvre une fonction d’équilibrage des potentiels sur les deux pôles par rapport à la terre suite à un défaut, le circuit de commande 28 peut être configuré pour :

-identifier qu’une différence de potentiel entre un nœud intermédiaire et le pôle 201 est différente de la différence de potentiel entre ce nœud intermédiaire et le pôle 202, après la fermeture de l’interrupteur 27 ;

-commander les modules du demi-bras inférieur et du demi-bras supérieur connectés à ce nœud intermédiaire, de façon à équilibrer ces différences de potentiel ;

-après avoir équilibré ces différences de potentiel, commander l’ouverture de l’interrupteur 27 pour permettre la remise en service du convertisseur 2. [0079] On peut décrire un cas d’application du mode de commande à un réseau point-à-point tel que décrit en référence à la figure 1. Si les lignes haute tension connectées au convertisseur 2 sont aériennes, le défaut d’isolement est généralement temporaire. Le but du mode de commande du convertisseur 2 suite à la détection d’un défaut d’isolement est

-d’une part d’éviter de décharger des lignes haute tension saines connectées au convertisseur 2 afin d’accélérer la reprise de service de la ligne ;

-et d’autre part de procéder à l’équilibrage entre les pôles en un temps et pour un coût réduits.

[0080] Lors de l’apparition du défaut sur un des pôles 201 et 202, le convertisseur 2 se bloque (dans le cas d’un convertisseur à demi-pont), du fait de la surintensité transitoire induite par le défaut. L’isolation de la faute peut ensuite être mise en œuvre en isolant le convertisseur 2 du réseau alternatif local 10, par exemple par l’intermédiaire de l’interface de connexion 41 décrite en référence à la figure 5. Suite à l’apparition du défaut, une temporisation de 300millisecondes peut être mise en œuvre pour éliminer un arc dû au défaut et permettre la déionisation de l’air, avant de procéder à un équilibrage des différences de potentiel sur les pôles 201 et 202.

[0081] Pour procéder au rééquilibrage des différences de potentiel pour les pôles 201 et 202 par rapport à un nœud intermédiaire, le circuit de commande 28 récupère tout d’abord les valeurs de ces différences de potentiel. Le circuit de commande 28 commande alors les modules d’un demi-bras connecté au pôle sain, pour que ce demi-bras connecte en série un nombre approprié d’éléments de stockage des modules pour atteindre la différence de potentiel mesurée. Le circuit de commande 28 commande par ailleurs le demi-bras complémentaire connecté au pôle en défaut pour maintenir ses modules bloqués.

[0082] Le circuit de commande 28 procède ensuite au déblocage des modules du demi-bras complémentaire connecté au pôle en défaut. On bloque ainsi le passage de courant entre les lignes haute tension et le convertisseur 2.

[0083] Le circuit de commande 28 détermine alors si le le courant de défaut a

disparu ou persiste. Une fois que le circuit de commande 28 a déterminé que le courant de défaut a disparu, il commande la fermeture de l’interrupteur 27 pour connecter le nœud intermédiaire à la terre. Le circuit de commande 28 peut alors commander de façon indépendante les différences de potentiel par rapport au nœud intermédiaire 243 pour ces deux demi-bras.

[0084] En supposant que la différence de potentiel entre les pôles 201 et 202 ait une valeur Vdc, et que le pôle 201 soit en défaut, le pôle 201 a un potentiel sensiblement nulle, le pôle 202 a un potentiel de -Vdc.

[0085] Le circuit de commande 28 commande les modules du demi-bras supérieur 253 pour connecter séquentiellement un nombre croissant de ces modules, de façon à relever progressivement le potentiel du pôle 201 jusqu’à la valeur Vdc/2. De l’énergie est alors transférée depuis des éléments de stockage d’énergie des modules du demi-bras supérieur 253 sur la ligne 31. De façon similaire, le circuit de commande 28 commande des modules du demi-bras inférieur 257, pour court-circuiter séquentiellement un nombre croissant de ces modules, de façon à ramener progressivement le potentiel du pôle 202 jusqu’à la valeur -Vdc/2. De l’énergie est alors transférée depuis la ligne 32 vers des éléments de stockage d’énergie des modules du demi-bras inférieur 257.

[0086] A l’issue du rééquilibrage des potentiels des pôles 201 et 202 par rapport au nœud intermédiaire 243, le convertisseur 2 est avantageusement transitoirement bloqué et le circuit de commande 28 commande l’ouverture de l’interrupteur 27. A ce stade, les courants entre les lignes haute tension et le convertisseur 2 sont nuis, du fait de l’équilibrage des pôles 201 et 202.

[0087] Le réseau alternatif 10 est ensuite reconnecté au convertisseur 2 par

l’intermédiaire de l’interface de connexion 41 et le convertisseur 2 est débloqué. Les échanges de puissance entre l’interface alternatif et l’interface continu du convertisseur 2 reprennent alors.

[0088] Les diagrammes des figures 9 et 10 illustrent respectivement les courants et les tensions obtenus par simulation pour les pôles d’un convertisseur 2 mettant en œuvre l’invention lors de l’apparition d’un défaut, pour un réseau point à point. Les hypothèses de simulation ont été es suivantes : une liaison à un potentiel de 320kV, avec une puissance de 600MW, avec des convertisseurs de type modulaire multiniveaux à demi-pont au niveau des postes de conversion du réseau. Des réacteurs pour courant continu de 40mH sont disposés à la sortie des convertisseurs. La mise à la terre des deux postes de conversion est réalisé par des réacteurs en configuration étoile (trois réacteurs de 5000H et trois résistances de 5000 ohms). Les interrupteurs de connexion au réseau alternatif et l’interrupteur de connexion du nœud intermédiaire à la masse présentent un délai d’ouverture/fermeture de 40ms. Le procédé de rééquilibrage est mis en œuvre au niveau d’un seul des deux postes de conversion, dit poste de rééquilibrage, l’autre poste correspondant alors à un poste esclave.

[0089] A l’instant t1 =0, un défaut d’isolation entre un pôle et la terre intervient sur une ligne haute tension aérienne connectant une même polarité des deux stations.

Les convertisseurs modulaires multi-niveaux des deux postes de conversion sont alors bloqués presque immédiatement. Les postes sont alors isolés du réseau alternatif, par ouverture des interrupteurs de connexion des postes de conversion aux réseaux alternatifs.

[0090] A l’instant t2=90ms, l’interrupteur de connexion du nœud intermédiaire à la terre du poste d’équilibrage reçoit un ordre de fermeture. Après la fermeture de cet interrupteur, la surtension sur le pôle sain est supprimée.

[0091 ] A l’instant t3=370ms, la durée de déionisation est expirée. Le circuit de

contrôle vérifie alors si le courant de défaut est encore présent sur la ligne en défaut. Dans l’exemple illustré, on constate notamment un pic de courant après l’instant t3, représentatif d’un courant de défaut.

[0092] A l’instant t4=650ms, après une nouvelle durée de déionisation, le circuit de contrôle vérifie à nouveau si le courant de défaut est encore présent sur la ligne en défaut. Dans l’exemple illustré, on constate notamment l’absence de pic de courant après l’instant t4, représentative d’absence de courant de défaut.

[0093] La différence de potentiel entre le pôle en défaut et le nœud intermédiaire voit son amplitude progressivement augmenter. A t=800ms, les tensions sur le pôle sain et sur le pôle en défaut sont équilibrées.

[0094] A t5=870ms, l’interrupteur de connexion d’un nœud intermédiaire à la terre du poste de conversion est ouvert. Puis les interrupteurs de connexion au réseau alternatif du poste de conversion d’équilibrage sont fermés. Les convertisseurs des postes de conversion sont débloqués.

[0095] Dans l’exemple qui précède, on suppose que le défaut a été résolu en un

temps très bref. Il peut cependant arriver (par exemple en présence d’une branche d’arbre ou d’une pollution) que le défaut ne soit pas résolu lors d’une tentative de reprise de transmission de puissance sur le réseau point à point.

[0096] Lors de la fermeture de l’interrupteur de connexion du nœud intermédiaire à la terre, une tentative de montée en tension au niveau des convertisseurs des demi-bras pourrait induire de forts courants transitoires si le défaut n’a pas été résolu. Pour éviter cela, on peut mettre en œuvre un procédé de détermination de défaut, comme détaillé auparavant.

[0097] Pour identifier la résolution du défaut, une première technique peut être de de mesurer la tension sur le pôle en défaut. Si la tension de ce pôle augmente bien, cela est synonyme d’une suppression du défaut. Une telle technique présente cependant une certaine incertitude, par exemple pour des défauts d’isolation à forte résistance ou en présence d’un dispositif de mise à la terre. Le dispositif de contrôle pourrait ainsi déterminer de façon erronée qu’un défaut est résolu et pourrait commander une montée en tension au niveau des convertisseurs des demi-bras, alors que le défaut n’est pas encore résolu.

[0098] Comme pour le cas précédent, lors de l’apparition du défaut, les

convertisseurs modulaires multi-niveaux des deux postes de conversion sont bloqués et les interrupteurs de connexion des deux postes de conversion aux réseaux alternatifs sont ouverts. Un compte à rebours, par exemple de 300ms, est lancé au niveau du poste d’équilibrage et correspond au temps imparti pour résoudre le défaut du réseau. Ce compte à rebours de résolution est indépendant de la nature temporaire ou permanente du défaut.

[0099] Un demi-bras du poste d’équilibrage connecté au pôle sain est ensuite

débloqué pour le placer à une différence de potentiel Vdc appliquée sur ce pôle sain. L’interrupteur de connexion du nœud intermédiaire à la terre du poste d’équilibrage reçoit un ordre de fermeture. Après la fermeture de cet interrupteur, un trajet de faible impédance permet aux dispositifs de stockage d’énergie des demi-bras de se décharger vers la terre en cas de défaut d’isolation. Ainsi, en mesurant le courant à travers cet interrupteur de connexion à la terre, on peut déterminer si le défaut est encore présent ou résolu si la tension sur le pôle n’augmente pas. En cas d’identification d’un défaut, on peut couper la connexion par le demi-bras connectant le nœud intermédiaire au pôle en défaut. La séquence de remise en service peut alors être répétée à partir du lancement du compte à rebours, jusqu’à ce que le défaut soit résolu.

[0100] Si le défaut est persistant, le demi-bras connecté au pôle sain peut limiter l’amplitude de la tension sur ce pôle sain, et également décharger de l’énergie par ce pôle si le défaut est considéré comme permanent. On peut ainsi limiter la contrainte sur l’isolant de ligne.

[0101] Une fois le défaut résolu, le procédé de rétablissement de puissance peut être mis en œuvre comme décrit dans l’exemple précédent.

[0102] Une mise en œuvre pour un réseau haute tension à nœuds multiples. Un poste de conversion peut avoir une fonction d’équilibrage après un défaut, les autres postes étant alors esclaves.

[0103] Lors de l’apparition d’un défaut, tous les postes connectés au réseau sont bloqués. La contribution des convertisseurs et des réseaux alternatif au défaut est alors interrompue presque instantanément. La ligne subissant le défaut est isolée de façon connue en soit par des interrupteurs commandés. Les

convertisseurs esclaves sont alors débloqués pour reprendre la transmission de puissance. La connexion du poste de conversion d’équilibrage avec son réseau alternatif est interrompue. Lorsque le poste d’équilibrage a pu déterminer que le courant de défaut est supprimé, son convertisseur initie la procédure

d’équilibrage. L’interrupteur du poste d’équilibrage est fermé pour connecter le nœud intermédiaire à la terre. Le poste mesure ainsi les tensions entre pôle et terre, et pôle et pôle. Le poste débloque alors un demi-bras, pour lui appliquer une tension correspondant aux tensions pôle /terre et pôle/pôle mesurées. Le maintien de la tension pôle/pôle est garanti puisque au moins un des postes assure un contrôle en tension. La procédure d’équilibrage des tensions des pôles est ensuite mise en œuvre, comme détaillé auparavant. Les demi-bras du poste d’équilibrage sont ensuite bloqués, l’interrupteur nœud intermédiaire/terre de ce poste d’équilibrage est ouvert, et le réseau alternatif est reconnecté à ce poste de conversion d’équilibrage. Les demi-bras du poste d’équilibrage sont ensuite débloqués.

[0104] Si un des demi bras utilisé pour l’équilibrage des pôles manque d’énergie, on peut également envisager de prélever de l’énergie dans un autre demi bras.

Claims

Revendications

[Revendication 1] [Convertisseur de tension modulaire multi-niveaux (2), configuré pour convertir une tension continue en une tension alternative, comportant :

-une interface continu comportant des premier et deuxième pôles (201 , 202), et une interface alternatif (203, 204, 205) ;

-au moins un bras, comportant un demi bras supérieur (253) connecté entre le premier pôle (201 ) et un nœud intermédiaire (243), et comportant un demi- bras inférieur (257) connecté entre le deuxième pôle (202) et le nœud intermédiaire (243), chaque demi-bras incluant plusieurs modules connectés en série, les modules comportant chacun un élément de stockage d’énergie électrique et un circuit pour contourner sélectivement l’élément de stockage d’énergie électrique ou le connecter en série avec les autres modules du demi-bras ;

-un circuit de commande (28) ;

-caractérisé en ce que :

-le convertisseur (2) comprend en outre un interrupteur commandé (27) connecté entre le nœud intermédiaire (243) et une prise de terre ;

-le circuit de commande (28) est configuré pour :

-identifier une isolation électrique entre l’interface alternatif et un réseau alternatif ;

-fermer ledit interrupteur commandé (27) lors de l’identification de l’isolation électrique entre l’interface alternatif et le réseau alternatif ;

-commander les modules du demi-bras inferieur (257) et les modules du demi-bras supérieur (253) de façon à modifier des première et deuxième valeurs de différences de potentiel appliquées respectivement sur le demi bras inférieur et sur le demi-bras supérieur.

[Revendication 2] Convertisseur de tension modulaire multi-niveaux (1 ) selon la revendication 1 , dans lequel le circuit de commande est configuré pour appliquer une différence de potentiel non nulle entre un desdits pôles et ledit nœud intermédiaire après la fermeture dudit interrupteur, mesurer le courant entre ce pôle et le nœud intermédiaire et/ou la tension entre ce pôle et le nœud intermédiaire, déterminer si ce pôle est isolé de la terre en fonction du courant mesuré.

[Revendication 3] Convertisseur de tension modulaire multi-niveaux (1 ) selon la revendication 1 , dans lequel le circuit de commande est configuré pour :

-identifier qu’une première différence de potentiel entre le nœud intermédiaire et le premier pôle est différente d’une deuxième différence de potentiel entre le nœud intermédiaire et le deuxième pôle après la fermeture dudit

interrupteur ;

-commander les modules du demi-bras inferieur et les modules du demi-bras supérieur de façon à équilibrer les première et deuxième différences de potentiel ;

-ouvrir ledit interrupteur commandé lorsque les première et deuxième différences de potentiel sont équilibrées.

[Revendication 4] Convertisseur de tension modulaire multi-niveaux selon la revendication 3, dans lequel ledit circuit de commande est configuré pour commander, après ladite identification de la différence entre les première et deuxième différences de potentiel, une augmentation de la différence de potentiel la plus faible parmi les première et deuxième différences de potentiel d’une amplitude au plus égale à 10% de la différence de potentiel la plus élevée entre les première et deuxième différences de potentiel, configuré pour mesurer le courant débité par les premier et deuxième demi-bras, et configuré pour équilibrer les première et deuxième différences de potentiel seulement si le courant mesuré est inférieur à un seuil.

[Revendication 5] Convertisseur de tension modulaire multi-niveaux selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits éléments de stockage d’énergie sont des condensateurs.

[Revendication 6] Convertisseur de tension de modulaire multi-niveaux

selon la revendication 5, dans lequel chacun desdits condensateurs est monté dans un circuit redresseur en demi-pont ou en pont complet.

[Revendication 7] Poste de conversion incluant un convertisseur de tension modulaire multi-niveaux selon l'une quelconque des revendications

précédentes, et un autre interrupteur commandé connecté à l’interface alternatif du convertisseur de tension modulaire multiniveaux, ledit autre interrupteur commandé étant configuré pour être connecté à un réseau alternatif.

[Revendication 8] Poste de conversion selon la revendication 7, dans lequel ledit circuit de commande est configuré pour commander la fermeture dudit autre interrupteur après l’ouverture de l’interrupteur commandé connectant le nœud intermédiaire à la prise de terre.

[Revendication 9] Poste de conversion selon la revendication 8, dans lequel ledit circuit de commande est configuré pour commander un déblocage des modules des demi-bras après la fermeture dudit autre interrupteur.

[Revendication 10] Procédé de commande d’un convertisseur de tension modulaire multiniveaux, configuré pour convertir une tension continue en une tension alternative, comportant une interface continu comportant des premier et deuxième pôles (201 , 202), et une interface alternatif (203, 204, 205), comprenant en outre au moins un bras comportant un demi bras supérieur (253) connecté entre le premier pôle (201 ) et un nœud intermédiaire (243), et comportant un demi-bras inférieur (257) connecté entre le deuxième pôle (202) et le nœud intermédiaire (243), chaque demi-bras incluant plusieurs modules connectés en série, les modules comportant chacun un élément de stockage d’énergie électrique et un circuit pour contourner sélectivement sélectivement l’élément de stockage d’énergie électrique ou le connecter en série avec les autres modules du demi-bras, le procédé comprenant les étapes de :

-identifier une isolation électrique entre l’interface alternatif et un réseau alternatif ;

-connecter le nœud intermédiaire à la terre lors de l’identification de l’isolation électrique entre l’interface alternatif et le réseau alternatif ;

-commander les modules du demi-bras inferieur (257) et les modules du demi-bras supérieur (253) de façon à modifier des première et deuxième valeurs de différences de potentiel appliquées respectivement sur le demi bras inférieur et sur le demi bras supérieur. ]