WO2021185559A1 - Chaine de conversion munie de circuits d'amortissement - Google Patents

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WO2021185559A1
WO2021185559A1 PCT/EP2021/054987 EP2021054987W WO2021185559A1 WO 2021185559 A1 WO2021185559 A1 WO 2021185559A1 EP 2021054987 W EP2021054987 W EP 2021054987W WO 2021185559 A1 WO2021185559 A1 WO 2021185559A1
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voltage
switching element
conversion
semiconductor switching
transformer
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PCT/EP2021/054987
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Pierre-Baptiste STECKLER
Besar ASLLANI
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Supergrid Institute
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to the technical field of voltage converters, in particular for high voltage direct current power supply installations (HVDC for "High Voltage Direct Current”).
  • the present invention relates more specifically to conversion chains, also called valves, for voltage converters, for example line-switched converters (LCC for “Line-Commutated Converters”) or voltage source converters (VSC). for “Voltage Source Converters” in English).
  • LCC line-switched converters
  • VSC voltage source converters
  • These converters can be of the AC / DC, DC / AC or DC / DC type.
  • the conversion chains of known voltage converters generally comprise a plurality of conversion modules connected in series in the conversion chain.
  • these conversion modules each comprise a main switch, for example a thyristor, which can be opened or closed and a damping circuit forming an auxiliary current path making it possible to at least partially bypass the main switch, in order to adjust the voltage between the terminals of the conversion module, so as to avoid overvoltage at the terminals of the main switch and in order to balance the voltage of the conversion chain between the different conversion modules.
  • Opening and closing the main switch of a converter module in a converter chain can generate an undesirable voltage spike across the converter module.
  • this overvoltage risks damaging the main switch and therefore the converter.
  • this overvoltage risks generating an imbalance between the voltages at the terminals of the various conversion modules of the conversion chain, so that the total voltage of the conversion chain is distributed only over part of the main switches of said conversion chain. .
  • these main switches are subjected to a voltage greater than their maximum operating voltage, which risks damaging them.
  • the damping circuit of the conversion chain described in this document comprises a resistor, identical for each of the conversion modules, and a switching element forming an auxiliary switch.
  • This switching element connects the resistor in the converter module and allows current to flow through the damping circuit to bypass and at least partially bypass the main switch.
  • the switching element is turned on in order to divert at least part of the current flowing through the converter module to the damping circuit.
  • the switching element is turned on in order to limit the overvoltage at the terminals of the converter module and so as to balance the voltages at the terminals of the different converter modules.
  • a drawback of this type of conversion chain is that the switching elements are subjected to voltages close to those applied to the main switches and whose values are very high, generally high voltages. These switching elements can thus be subjected to voltages of the order of 6 kilovolts and must therefore be calibrated in voltage so as to withstand such voltages, which can reach 10 kilovolts. They are also crossed by weak currents. This type of switching element, having to withstand high voltage and low current, is very complex to manufacture and particularly expensive and difficult to obtain on the market. Disclosure of the invention
  • An object of the present invention is to provide a conversion chain for a voltage converter overcoming the aforementioned problems.
  • the invention relates to a conversion chain for a voltage converter, for example of the high voltage direct current (HVDC) converter type, the conversion chain comprising a plurality of conversion modules connected in series in said chain.
  • each conversion module having an upper terminal and a lower terminal between which it extends, each conversion module comprising: a main electric line extending between the upper terminal and the lower terminal of said conversion module; a main switch connected in said main electric line and able to take at least one open position in which it blocks the flow of an electric current in said main electric line and a closed position in which it allows the circulation of an electric current in said main power line; a damping circuit configured to adjust the voltage between the terminals of the conversion module, connected between the upper terminal and the lower terminal of said conversion module, said damping circuit comprising a transformer having a primary winding and a secondary winding, l 'primary winding being connected in a primary loop, in series with a capacitor, between the upper terminal and the lower terminal of said converter module, the damping circuit further comprising
  • the conversion chain is suitable for installation in an HVDC voltage converter.
  • a converter may be of the AC / DC or DC / AC type, so that it makes it possible to convert an alternating voltage into a direct voltage, and vice versa, or else of the DC / DC type, so that it converts a first DC voltage into a second DC voltage.
  • a voltage converter can be of the VSC or LCC type.
  • Such a conversion chain comprising a plurality of conversion modules is also called a valve.
  • the main switch is advantageously able to withstand high voltages at its terminals, for example voltages greater than 6 kilovolts, generally of the order of 10 kilovolts.
  • the main switch can be a controllable component, whose setting in the open or closed position can be controlled, or a passive component, whose setting in the open or closed position depends on quantities associated with the conversion chain, such as the current flowing. in the main power line.
  • Each of the damping circuits is connected in parallel with the corresponding main switch and creates an auxiliary current path in which an electric current can flow, when the semiconductor switching element is in the on state.
  • the current flowing in the main line is therefore reduced when the electrical switching element is in said at least one on state.
  • One advantage is in particular to adjust the reverse recovery current flowing in the main switch, which risks appearing when said main switch is opened.
  • the damping circuits allow in particular the flow of a different reverse recovery current in each of the main switches of the conversion chain. This balances the voltage between the terminals of the different conversion modules and therefore balances the voltage of the conversion chain.
  • the advantage is also to reduce the voltage between the upper and lower terminals of each of the converter modules, in order to avoid an overvoltage.
  • the primary loop includes at least the primary winding of the transformer and the capacitor.
  • the secondary loop includes at least the secondary winding of the transformer and the semiconductor switching element.
  • the transformer of each conversion module has a transformation ratio corresponding to the ratio between the number of turns of the secondary winding and the number of turns of the primary winding.
  • the transformation ratio of the transformer is approximately equal to the ratio between the voltage across the secondary winding and the voltage across the primary winding of the conversion module.
  • This transformation ratio also corresponds, in approximation, to the ratio between the current flowing in the secondary winding and the current flowing in the primary winding.
  • the transformer is sized to allow the desired voltage adaptation.
  • each transformer makes it possible to adapt the current flowing in the secondary loop with respect to the current flowing in the primary winding of the associated conversion module.
  • Each transformer further allows to adapt, preferably reduce, the voltage across the secondary winding with respect to the voltage between the upper and lower terminals of said conversion module, when the semiconductor switching element is in said. at least one on state.
  • the voltage at the terminals of the corresponding semiconductor switching element and the electric current flowing through it, in the on state, can therefore be adapted, preferably reduced, thanks to the transformer.
  • the voltage across the secondary winding of the transformer of a conversion module is advantageously proportional to the difference between the voltage between the upper and lower terminals of the conversion module and the voltage across the capacitor of said conversion module, d ' a ratio substantially equal to the transformation ratio of the transformer.
  • the transformers of the damping circuits of the conversion chain according to the invention offer an additional degree of freedom in the adjustment of the voltage at the terminals of the semiconductor switching elements, which reduces the constraints in the choice of these components. .
  • the voltage rating of the semiconductor switching elements is not imposed by the voltage across the corresponding thyristors.
  • the selection and sizing of semiconductor switching elements is facilitated.
  • semiconductor switching elements widely available on the market can be used. This makes it possible to reduce costs compared with devices of the prior art which require the use of specific switching elements, which are particularly expensive, especially having to withstand very high voltages.
  • the use of a transformer in pulse mode, in high power applications such as that of the invention, is not common.
  • the voltage at the terminals of the main switch of a conversion module, when it is open, has a strong DC component, which cannot be withstood by the transformer.
  • the use of a transformer is facilitated by the clever introduction of the connected capacitor in the primary loop. Indeed, this capacitor makes it possible to filter and block this DC component.
  • One advantage is to prevent saturation of the transformer.
  • the semiconductor switching element is preferably maintained in the off state when the main switch of the conversion module is in the closed position. In this way, a current flows in the main line of the conversion module and passes through said main switch, while no current flows in the corresponding damping circuit.
  • the semiconductor switching element is a controllable element.
  • the transition from the blocked state to the on state and vice versa is then controllable.
  • the switching element can be placed in a controlled manner in the off state in which it prevents the flow of current in the damping circuit. It can also be placed, in a controlled manner, in the on state in which it allows the flow of an electric current in the damping circuit of the converter module.
  • the semiconductor switching element is preferably placed in said at least one on state so as to avoid overvoltage of the main switch.
  • the semiconductor switching element can be placed in said at least one on state during transient states of the main switch of the corresponding conversion module, or, in other words, when one would like to switch the main switch between the open position and the closed position and vice versa.
  • voltage peaks at the terminals of the main switch may appear when the latter is opened and closed.
  • a reverse recovery current flowing in the opposite direction to the current flowing in the main electrical line may appear when the main switch is opened, which may create an imbalance between the voltages of the various conversion modules in the power supply chain. conversion.
  • the semiconductor switching element may be placed in said at least one on state in order to deflect at least a portion of such reverse recovery current to the damping circuit. This adjusts this reverse recovery current flowing in the main line and allows a different reverse recovery current to flow through each of the main switches.
  • One advantage is to avoid the overvoltage of the main switch. In addition, the voltage balance of the converter chain between the different converter modules is improved.
  • the semiconductor switching element is placed in a passing state.
  • the damping circuit then creates an auxiliary current path for the current.
  • the semiconductor switching element, and in general the damping circuit has a low impedance, facilitating the passage of current in the damping circuit.
  • At least part of the current flowing in the conversion module is then diverted to the damping circuit.
  • the damping circuit is configured to at least partially deflect a reverse recovery current that may appear in the main electrical line.
  • a current then flows in said damping circuit. More precisely, a first current flows in the primary loop and in the primary winding of the transformer and a second current flows in the secondary loop and in the secondary winding of the transformer.
  • the current flowing in the main electric line is limited and the voltage at the terminals of the main switch is also limited, thus making it possible to avoid an overvoltage.
  • the main switch is therefore at least partially bypassed, or short-circuited.
  • the voltage across the secondary winding of the transformer, when the semiconductor switching element is closed, then depends on the impedance of the secondary loop as seen by said switching element.
  • the voltage across the semiconductor switching element differs from the voltage across the terminals of the converter module, depending on the transformation ratio of the transformer.
  • the main switch can then be placed in the open position without an overvoltage occurring at its terminals during the transient state.
  • all of the damping circuits of the conversion chain are substantially identical.
  • they advantageously have a substantially equal impedance.
  • One interest is to improve the balance between the terminals of the converter modules of the conversion chain, when the semiconductor switching elements are in an on state. The voltages between the terminals of the various conversion modules whose main switches are bypassed are then substantially equal. In other words, the total voltage of the converter chain is evenly distributed among the converter modules.
  • all of the switching elements of the conversion chain are controlled similarly and simultaneously, in order to improve the voltage balance between the conversion modules.
  • the semiconductor switching element can advantageously be controlled in all-or-nothing mode, between a single state blocked and a single on state.
  • the blocked state its impedance is very large, ideally infinite.
  • the on state its impedance is very low.
  • the semiconductor switching element can operate in linear mode and be able to take a plurality of pass states, each corresponding to a specific impedance given to the semiconductor switching element.
  • the damping circuit can include a resistor connected in series with the secondary winding of the transformer, in the secondary loop. This resistor adjusts the current flowing in the secondary loop and the voltage between the upper and lower terminals of the converter module, this voltage depending on the impedance of the damping circuit.
  • the transformer has a transformation ratio of between 0 and 1 between the primary winding and the secondary winding of the transformer.
  • the transformation ratio is the ratio between the number of turns of the secondary winding and the number of turns of the primary winding.
  • the transformation ratio of the transformer is approximately equal to the ratio of the voltage across the secondary winding to the voltage across the primary winding of the transformer in operation.
  • the transformer is an autotransformer, so that the secondary winding is a portion of the primary winding.
  • an autotransformer has a small size compared to conventional transformers. It is also less expensive and has a higher yield.
  • the main switch is a semiconductor component, for example a thyristor or a diode. If the main switch is a thyristor, then it comprises an anode, a cathode and a trigger making it possible to control its opening and closing. In this case, the open position of the main switch corresponds to the blocked state of the thyristor and the closed position corresponds to the on state of the thyristor.
  • the main switch can also be a transistor, for example a bipolar transistor.
  • the damping circuit comprises a diode connected in series with the semiconductor switching element, in the secondary loop.
  • the diode only allows current to flow in one direction, in the secondary loop.
  • One advantage is to impose a substantially zero average voltage at the terminals of the secondary winding of the transformer, in order to avoid its saturation.
  • the semiconductor switching element is a semiconductor component having an operating voltage of less than 4 kilovolts (kV).
  • the semiconductor switching element performs best when subjected to a voltage of less than 4 kilovolts, and is not susceptible to damage at this voltage.
  • This type of semiconductor switching element is less expensive and bulky than switching elements calibrated to withstand high voltages.
  • these components are commonly used and can be easily found in the market. The production cost of the conversion line is therefore reduced and its manufacture is facilitated.
  • the semiconductor switching element is a transistor, for example an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or a metal-oxide gate field effect transistor (MOSFET).
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • MOSFET metal-oxide gate field effect transistor
  • the on or off state of such a transistor can be controlled. It advantageously has a gate, a collector and an emitter, in the case of a bipolar transistor or a gate, a drain and a source in the case of a field effect transistor.
  • MOSFETs are typically configured to operate at low voltage, around 650 volts.
  • IGBT bipolar transistors are traditionally calibrated to withstand higher voltages, between 650 volts and 6.5 kilovolts.
  • the choice of the semiconductor switching element can be made depending on the transformer and its transformation ratio.
  • the semiconductor switching element is able to take a plurality of on states, each on state corresponding to a value of electric current flowing through said semi-conductor switching element. driver.
  • the semiconductor switching element then exhibits linear operation.
  • Each on state corresponds to a given impedance of said semiconductor switching element.
  • the on state among the plurality of on state in which the semiconductor switching element is placed determines its impedance and therefore the current flowing through said semiconductor switching element and flowing in the secondary loop.
  • the semiconductor switching element therefore makes it possible to control the value of the current flowing in the secondary loop and indirectly the value of the current flowing in the primary loop.
  • One advantage is in particular to adjust the reverse recovery current flowing in the main switch in order to avoid an overvoltage of the main switch.
  • the semiconductor switching element also controls the voltage across the primary and secondary windings of the transformer and hence the voltage between the terminals of the converter module.
  • This linear operation of the semiconductor switching element provides greater freedom in adjusting the voltage between the terminals of the conversion module, compared to a semiconductor switching element operating in an all-or-way mode. nothing.
  • the conversion chain comprises a control module configured to control the audit of at least one on or off state of the semiconductor switching element. Ending is usually ordered before placing the main switch in the open position.
  • control module is configured to control the placing in one of the on states of said semiconductor switching element, as a function of a voltage setpoint at the terminals of the secondary winding of the transformer and / or of a current setpoint flowing through said secondary winding of the transformer.
  • One advantage is to be able to regulate the current flowing in the secondary loop and the voltage at the terminals of the secondary winding, in order to adjust the voltage between the terminals of the conversion module.
  • the main switch comprises two terminals between which it extends, the control module being configured to control the passage from the off state of the semiconductor switching element to said at least one on state of said switching element.
  • semiconductor when the voltage across the main switch exceeds a predetermined voltage threshold.
  • the voltage threshold depends on properties of the main switch and is advantageously set at a value lower than the maximum operating voltage of said main switch, in order to guarantee its safety.
  • exceeding the voltage threshold can occur when the main switch opens or closes.
  • control module is configured to control the opening and closing of the main switch.
  • the invention also relates to a voltage converter for an HVDC installation comprising at least one conversion chain as described above.
  • This converter may be of the LCC or VSC type and may be an AC / DC converter, a DC / AC converter or even a DC / DC converter.
  • the invention also relates to a method of controlling a conversion chain as described above, the method comprising a step of placing said at least one on state of said semiconductor switching element, so as to allow the circulation of 'an electric current in the damping circuit, in order to adjust the voltage between the terminals of the converter module.
  • the semiconductor switching element is placed in said at least one on state when the voltage across the main switch exceeds a predetermined voltage threshold.
  • the semiconductor switching element is placed in an on state chosen from among a plurality of on states, so as to adjust the electric current flowing through said semiconductor switching element. linear drive of the semiconductor switching element.
  • FIG. 1 Figure 1 illustrates a conversion chain according to the invention
  • FIG. 2 illustrates a first embodiment of a conversion module of the conversion chain of FIG. 1;
  • FIG. 3 illustrates a second embodiment of a conversion module of the conversion chain of FIG. 1;
  • FIG. 4 illustrates a third embodiment of a conversion module of the conversion chain of FIG. 1;
  • FIG. 5 illustrates a fourth embodiment of a conversion module of the conversion chain of FIG. 1;
  • Figure 6 illustrates an AC / DC voltage converter comprising a plurality of conversion chains according to the invention.
  • the invention relates to a conversion chain for a voltage converter, in particular a FIVDC voltage converter.
  • the voltage converter can be of the AC / DC type and can convert an alternating voltage into a direct voltage and vice versa.
  • the voltage converter can be of the DC / DC type and allow a first direct voltage to be converted into a second direct voltage and vice versa.
  • the voltage converter can also be a line switched converter (LCC) or a voltage source converter (VSC).
  • FIG. 1 illustrates a conversion chain 10 according to the invention for such a voltage converter.
  • the conversion chain 10 comprises a plurality of conversion modules 12 connected in series with each other in the conversion chain 10.
  • the conversion chain 10 comprises three conversion modules 12.
  • Each of the conversion modules 12 comprises an upper terminal 12a and a lower terminal 12b between which it extends.
  • the lower terminal 12b of a conversion module 12 is electrically connected to the upper terminal 12a of the directly adjacent conversion module 12.
  • Each of the conversion modules 12 includes an electrically main line 14 extending between its upper terminal 12a and its lower terminal 12b.
  • Each conversion module 12 comprises a main switch 16 connected in its main line 14 between the upper terminal 12a and the lower terminal 12b. These main switches can take an open position and a closed position.
  • the main switches 16 are semiconductor switches and more specifically thyristors. They each comprise an anode A electrically connected to the upper terminal 12a of the corresponding conversion module, a cathode K electrically connected to the lower terminal 12b of the corresponding conversion module, and a gate Ga making it possible to control the thyristor.
  • Each main switch 16 can take an open position, corresponding to the blocked state of the thyristor, in which it blocks the flow of an electric current in said main electrical line 14, for example if the voltage between the anode A and the cathode K is negative or if this voltage is positive but the current entering the gate Ga is zero.
  • Each main switch 16 can also take a closed position, corresponding to the on state of the thyristor, in which it allows an electric current to flow in said main electric line 14, in particular if the voltage between the anode A and the cathode K is positive and a positive current pulse has been applied to the Ga trigger.
  • all the main switches 16 are substantially identical and of the same nature.
  • Each conversion module 12 further comprises a damping circuit 18 configured to adjust the voltage between the terminals of the conversion module, connected between the upper and lower terminals 12a, 12b of the corresponding conversion module 12.
  • Each damping circuit 18 is connected in parallel with the main switch 16 of the conversion module.
  • FIG. 2 illustrates a first embodiment of a conversion module 12 of the conversion chain 10 of FIG. 1.
  • the main switch 16 has a voltage Vj at its terminals, and therefore between the upper and lower terminals 12a, 12b.
  • the damping circuit 18 of the conversion module 12 comprises a transformer 20.
  • the anode of the thyristor 16 is connected to the lower terminal 12b of the conversion module and its cathode is connected to the upper terminal 12a of the conversion module. conversion.
  • the transformer 20 is of the single-phase type, so that it comprises a primary winding 20a and a secondary winding 20b, galvanically isolated.
  • the transformer is normally polarized.
  • the primary winding 20a of the transformer 20 is connected in a primary loop 22 between the upper terminal 12a and the lower terminal 12b of the conversion module 12.
  • a capacitor 24 is connected in series with the primary winding 20a of the transformer 20, in the primary loop 22, between the upper terminal 12a of the conversion module and said primary winding.
  • the damping circuit 18 further comprises a semiconductor switching element 26 connected in series with the secondary winding 20b of the transformer 20.
  • the secondary winding 20b is connected in a secondary loop 28.
  • a diode 30 is further connected. in series in the secondary loop 28, between the secondary winding 20b and the switching element semiconductor 26. The diode is conductive in the direction from the secondary winding to the semiconductor switching element.
  • the primary winding 20a of the transformer 20 has a voltage V1 at its terminals while the secondary winding 20b has a voltage V2 at its terminals.
  • the transformer has a transformation ratio between its primary winding 20a and its secondary winding 20b which is, in this nonlimiting example, less than 1 and between 0 and 1. The voltage at the terminals of the secondary winding 20b is therefore strictly less. to the voltage across the primary winding 20a, in operation.
  • thyristor 16 could be inverted so as to conduct current in the opposite direction.
  • the direction of the diode and the polarity of the transformer should then be adapted.
  • the transformers of the conversion chain according to the invention provide an additional degree of freedom in the adjustment of the voltage across the semiconductor switching elements 26, which reduces the constraints in the choice of these components.
  • the size of the semiconductor switching elements is not imposed by the voltage across the corresponding main switches.
  • the semiconductor switching element 26 is a metal-oxide gate field effect transistor (MOSFET) so that it comprises a gate G, a drain D and a source S.
  • MOSFET metal-oxide gate field effect transistor
  • This element semiconductor switching device 26 can take a blocked state in which it behaves like an open switch and it does not allow the flow of an electric current in the secondary loop 28 and in the secondary winding 20b of the transformer 20 and therefore in the damping circuit 18.
  • the semiconductor switching element could be an IGBT transistor.
  • the semiconductor switching element 26 can also take a plurality of pass states in which it allows the flow of an electric current in the damping circuit 18 and more precisely of an electric current. i2 in the secondary loop 28 and in the secondary winding 20b of the transformer. In each of these on states, the semiconductor switching element 26 behaves like a closed switch, so that the damping circuit forms a path of auxiliary current allowing the current to be diverted. The current flowing in the main electrical line 14 is then reduced.
  • the impedance of the semiconductor switching element 26 is different for each of the on states, so that the electric current i2 flowing in the secondary loop 28 can be regulated by driving the semiconducting switching element 26 and turning it on. placing it in one of the pass states.
  • the semiconductor switching element therefore makes it possible to regulate the electric current i2 flowing in the secondary loop and the voltage V2 at the terminals of the secondary winding.
  • the semiconductor switching element 26 can therefore be controlled in a linear fashion.
  • the semiconductor switching element could be controlled in on-off operation, so that it would only switch between an off state and a single on state.
  • the conversion chain 10 furthermore comprises a control module 40 making it possible to control the main switches 16 and the semiconductor switching elements 26 of the conversion modules 12.
  • the control module 40 is used. configured to control the turning on or off of the semiconductor switching element 26.
  • it furthermore makes it possible to control the semiconductor switching element 26 by adjusting the voltage VQS between the gate and the source of the semiconductor switching element as a function of a voltage setpoint Vf * between the upper and lower terminals of the conversion module 12.
  • all of the conversion modules 10, and in particular the semiconductor switching elements 26, are controlled in a similar manner and simultaneously, for example by identical electronic cards.
  • the main switch 16 of the conversion module 12 In steady state, the main switch 16 of the conversion module 12 is in the closed position and is crossed by a current flowing in the main line 14. It has a voltage Vj at its terminals which is a high voltage, approximately equal to 10 kilovolts. .
  • the semiconductor switching element 26 is in the off state, so that no current flows through the damping circuit 18.
  • the semiconductor switching element 26 When it is intended to place the main switch 16 in the open position, the semiconductor switching element 26 is placed in an on state, so that a current flows through the damping circuit 18.
  • the damping 18 then generates an auxiliary path for the circulation of electric current, so that the current flowing in the conversion module is at least partially diverted to the damping circuit. 18.
  • the current flowing in the main electric line 14, through the main switch 16, is reduced. This makes it possible in particular to adjust the reverse recovery current flowing in the main switch 16. Thanks to the damping circuit 18, the voltage between the terminals of the main switch is therefore limited, which makes it possible to avoid an over
  • the capacitor 24 filters and blocks the DC component of the voltage Vj across the terminals of the main switch 16 in order to avoid saturation of the transformer 20.
  • the semiconductor switching element 26 could be placed in an on state when the voltage Vj across the main switch 16 exceeds a predetermined voltage threshold, for example a threshold slightly lower than the maximum operating voltage. of said main switch.
  • the voltage to which the semiconductor switching element 26 is subjected, in the on state is adapted and reduced compared to the voltage Vj at the terminals of the main switch 16
  • the semiconductor switching element 26 is subjected to a voltage having an order of magnitude close to the voltage V2 at the terminals of the secondary winding 20b of the transformer, which is in this example much lower than the voltage Vj at the terminals of main switch 16.
  • the transformer allows a MOSFET to be used as a semiconductor switching element, having optimum operation at very low voltage, at about 650 volts.
  • the transformer 20 makes it possible to dispense with the use of a semiconductor switching element of high voltage rating, able to withstand a very high voltage, of more than 4 kilovolts.
  • the main switch 16 can then be opened without an overvoltage occurring between the upper terminals 12a and lower 12b of the conversion module.
  • One advantage is to avoid damaging the conversion module 12 and more generally the voltage converter.
  • the damping circuits 18 thus make it possible to balance the voltages between the upper and lower terminals 12a, 12b of the various conversion modules 12 of the conversion chain 10.
  • the damping circuits 18 of all of the conversion modules are similar and have a substantially identical impedance in order to improve the balance between the voltages between the terminals of the conversion modules 12, when the elements of switching semiconductors are in the on state.
  • the voltage VQS between the gate and the source of the transistor 26 can be driven by the control module, so as to place the semiconductor switching element in an on state chosen from among the plurality of states. passing possible.
  • This makes it possible to regulate the current i2 flowing in the secondary loop 28 and the voltage V2 at the terminals of the secondary winding 20b of the transformer 20, in particular in order to operate in an optimum operating range of the semiconductor switching element and not not exceed its operating thresholds in current and voltage.
  • the semiconductor switching element can then be placed in the off state again, so as to interrupt the flow of current in the damping circuit 18 of the converter module 12.
  • FIG. 3 illustrates a second embodiment of a conversion module 12 of a conversion chain 10 according to the invention.
  • the transformer 20 is reverse biased.
  • the thyristor 16 is connected in the other direction, so that its anode is connected to the upper terminal 12a of the converter module and its cathode is connected to the lower terminal 12b.
  • FIG. 4 illustrates a third embodiment of a conversion module 12 of a conversion chain 10 according to the invention.
  • transformer 20 is an autotransformer so that secondary winding 20b" is a portion of primary winding 20a ".
  • the thyristor 16 is connected so that its anode is connected to the upper terminal 12a of the conversion module and its cathode is connected to the lower terminal 12b of the conversion module 12.
  • the diode 30 is connected between the drain of the semiconductor switching element 26 and secondary winding 20b 'of transformer 20'. The diode connected so as to be passing in the direction from the drain of the semiconductor switching element 26 to the secondary winding 20b '.
  • FIG. 5 illustrates a fourth embodiment of a conversion module 12 of a conversion chain 10 according to the invention.
  • transformer 20 is also an autotransformer.
  • the thyristor 16 is connected so that its anode is connected to the lower terminal 12b of the conversion module and its cathode is connected to the upper terminal 12a of the conversion module 12.
  • the capacitor 24 is connected between the lower terminal. 12b of the conversion module and the primary winding 20a 'of the transformer 20'.
  • FIG. 6 illustrates an AC / DC voltage converter 100 comprising a plurality of conversion chains 10 according to the invention.
  • the voltage converter 100 is of the LCC type and makes it possible to convert an alternating voltage into a direct voltage. It also enables an AC power supply network and a DC power supply network to be connected to each other. Such a voltage converter 100 is particularly suitable for being installed in an HVDC installation.
  • the voltage converter 100 comprises an upper conversion device 102 connected to a lower conversion device 104.
  • Each conversion device 102,104 comprises three arms 106 each comprising two conversion chains 10 according to the invention. In each arm 106, the conversion chains 10 are connected together at an intermediate point 110. The arms of the conversion device 102, 104 are connected to two transformers 108.

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Abstract

Chaine de conversion comprenant une pluralité de modules de conversion (12) comprenant chacun un interrupteur principal (16) connecté dans une ligne électrique principale et pouvant prendre au moins une position ouverte dans laquelle il bloque la circulation d'un courant électrique dans ladite ligne électrique principale et une position fermée dans laquelle il autorise la circulation d'un courant électrique dans ladite ligne électrique principale; et un circuit d'amortissement (18) comprenant un transformateur (20) ayant un enroulement primaire (12a,12a') et un enroulement secondaire (12b,12b'), connecté en série avec un élément de commutation semi- conducteur (26) configuré pour prendre un état bloqué dans lequel il empêche la circulation d'un courant dans le circuit d'amortissement et au moins un état passant dans lequel il autorise la circulation d'un courant électrique dans le circuit d'amortissement entre le terminal supérieur et le terminal inférieur du module de conversion.

Description

CHAINE DE CONVERSION MUNIE DE CIRCUITS D’AMORTISSEMENT
Domaine Technique
La présente invention concerne le domaine technique des convertisseurs de tension, notamment pour les installations d’alimentation électrique en courant continu haute tension (HVDC pour « High Voltage Direct Current » en langue anglaise). La présente invention concerne plus précisément les chaînes de conversion, également appelées valves, pour des convertisseurs de tension, par exemple des convertisseurs commutés par la ligne (LCC pour «Line-Commutated Converters » en langue anglaise) ou des convertisseurs source de tension (VSC pour «Voltage Source Converters » en langue anglaise). Ces convertisseurs peuvent être de type AC/DC, DC/AC ou encore DC/DC.
Les chaînes de conversion des convertisseurs de tension connues comprennent généralement une pluralité de modules de conversion connectés en série dans la chaîne de conversion. Traditionnellement, ces modules de conversion comprennent chacun un interrupteur principal, par exemple un thyristor, pouvant être ouvert ou fermé et un circuit d’amortissement formant un chemin de courant auxiliaire permettant de contourner au moins partiellement l’interrupteur principal, afin d’ajuster la tension entre les terminaux du module de conversion, de manière à éviter la surtension aux bornes de l’interrupteur principal et afin d’équilibrer la tension de la chaîne de conversion entre les différents modules de conversion.
Technique antérieure
L’ouverture et la fermeture de l’interrupteur principal d’un module de conversion d’une chaîne de conversion peuvent générer un pic de tension aux bornes du module de conversion qui n’est pas souhaitable. Cette surtension risque notamment d’endommager l’interrupteur principal et donc le convertisseur. En outre, cette surtension risque de générer un déséquilibre entre les tensions aux bornes des différents modules de conversion de la chaîne de conversion, de sorte la tension totale de la chaîne de conversion est répartie uniquement sur une partie des interrupteurs principaux de ladite chaîne de conversion. Aussi, en cas de déséquilibre de tension, ces interrupteurs principaux sont soumis à une tension supérieure à leur tension maximale de fonctionnement, ce qui risque de les endommager.
Afin d’équilibrer les tensions aux bornes des différents modules de conversion d’une chaîne de conversion, il est connu de munir les dispositifs d’ajustement d’un circuit d’amortissement passif RC comprenant un condensateur et une résistance connectés en série (« RC Snubber » en langue anglaise). Le circuit d’amortissement est généralement identique pour chaque module de conversion. Ce circuit d’amortissement permet de limiter le pic de tension aux bornes de l’interrupteur en régime transitoire et d’équilibrer les tensions entre les différents modules de conversion.
Un inconvénient de ces circuits d’amortissement passifs RC est qu’ils sont très volumineux et encombrants. En outre, ils génèrent d’importantes pertes d’énergie, notamment par effet joule, et doivent généralement être associés à un système de refroidissement adapté, par exemple à eau. Par ailleurs, Ces circuits d’amortissement ne peuvent pas être commandés de sorte qu’ils fonctionnent de manière optimale uniquement pour une partie des points de fonctionnement du convertisseur et sont inefficaces pour d’autres points de fonctionnement.
On connaît par ailleurs des chaînes de conversion comprenant des circuits d’amortissement actifs (« Active Damping Circuit » en langue anglaise) tels que celui décrit dans le document WO2014/198734. Le circuit d’amortissement de la chaîne de conversion décrite dans ce document comprend une résistance, identique pour chacun des modules de conversion, et un élément de commutation formant un interrupteur auxiliaire. Cet élément de commutation permet de connecter la résistance dans le module de conversion et autorise la circulation d’un courant dans le circuit d’amortissement afin de contourner et court-circuiter au moins partiellement l’interrupteur principal. En particulier, à l’ouverture de l’interrupteur principal, l’élément de commutation est rendu passant afin de dévier au moins une partie du courant traversant le module de conversion vers le circuit d’amortissement. Ceci permet d’ajuster et limiter les différents courants de recouvrement inverse circulant dans les interrupteurs principaux des modules de conversion. De cette manière, un courant de recouvrement inverse différent circule dans chacun des interrupteurs principaux. Aussi, à l’ouverture de l’interrupteur principal, l’élément de commutation est rendu passant afin de limiter la surtension aux bornes du module de conversion et de manière à équilibrer les tensions aux bornes des différents modules de conversion.
Un inconvénient de ce type de chaînes de conversion est que les éléments de commutation sont soumis à des tensions proches de celles appliquées aux interrupteurs principaux et dont les valeurs sont très élevées, généralement des hautes tensions. Ces éléments de commutation peuvent ainsi être soumis à des tensions de l’ordre de 6 kilovolts et doivent donc être calibrés en tension de manière à supporter de telles tensions, pouvant atteindre 10 kilovolts. Ils sont par ailleurs traversés par des courants faibles. Ce type d’éléments de commutation, devant supporter de fortes tension et un faible courant, est très complexe à fabriquer et particulièrement coûteux et difficile à obtenir sur le marché. Exposé de l’invention
Un but de la présente invention est de proposer une chaîne de conversion pour un convertisseur de tension remédiant aux problèmes précités.
Pour ce faire, l’invention porte sur une chaîne de conversion pour un convertisseur de tension, par exemple de type convertisseur à courant continu haute tension (HVDC), la chaîne de conversion comprenant une pluralité de modules de conversion connectés en série dans ladite chaîne de conversion, chaque module de conversion présentant un terminal supérieur et un terminal inférieur entre lesquels il s’étend, chaque module de conversion comprenant: une ligne électrique principale s’étendant entre le terminal supérieur et le terminal inférieur dudit module de conversion ; un interrupteur principal connecté dans ladite ligne électrique principale et pouvant prendre au moins une position ouverte dans laquelle il bloque la circulation d’un courant électrique dans ladite ligne électrique principale et une position fermée dans laquelle il autorise la circulation d’un courant électrique dans ladite ligne électrique principale ; un circuit d’amortissement configuré pour ajuster la tension entre les terminaux du module de conversion, connecté entre le terminal supérieur et le terminal inférieur dudit module de conversion, ledit circuit d’amortissement comprenant un transformateur ayant un enroulement primaire et un enroulement secondaire, l’enroulement primaire étant connecté dans une boucle primaire, en série avec un condensateur, entre le terminal supérieur et le terminal inférieur dudit module de conversion, le circuit d’amortissement comprenant en outre un élément de commutation semi-conducteur connecté en série avec l’enroulement secondaire du transformateur, dans une boucle secondaire, ledit élément de commutation semi-conducteur étant configuré pour prendre un état bloqué dans lequel il empêche la circulation d’un courant électrique dans le circuit d’amortissement et au moins un état passant dans lequel il autorise la circulation d’un courant électrique dans le circuit d’amortissement du module de conversion.
La chaîne de conversion est adaptée pour être implantée dans un convertisseur de tension HVDC. De préférence, un tel convertisseur peut être de type AC/DC ou DC/AC, de sorte qu’il permet de convertir une tension alternative en une tension continue, et inversement, ou encore de type DC/DC, de sorte qu’il permet de convertir une première tension continue en une seconde tension continue. De manière non limitative, un tel convertisseur de tension peut être de type VSC ou LCC. Une telle chaîne de conversion comprenant une pluralité de modules de conversion est également appelée valve. L’interrupteur principal est avantageusement apte à supporter des tensions importantes à ses bornes, par exemple des tensions supérieures à 6 kilovolts, généralement de l’ordre de 10 kilovolts. L’interrupteur principal peut être un composant commandable, dont la mise en position ouverte ou fermée peut être contrôlée, ou un composant passif, dont la mise en position ouverte ou fermée dépend de grandeurs associées à la chaîne de conversion, telles que le courant circulant dans la ligne électrique principale.
Chacun des circuits d’amortissement est connecté en parallèle de l’interrupteur principal correspondant et permet de créer un chemin de courant auxiliaire dans lequel peut circuler un courant électrique, lorsque l’élément de commutation semi-conducteur est dans l’état passant. Le courant circulant dans la ligne principale est donc réduit lorsque l’élément de commutation électrique est dans ledit au moins un état passant. Un intérêt est notamment d’ajuster le courant de recouvrement inverse circulant dans l’interrupteur principal, risquant d’apparaitre à l’ouverture dudit l’interrupteur principal. Les circuits d’amortissement permettent notamment la circulation d’un courant de recouvrement inverse différent dans chacun des interrupteurs principaux de la chaîne de conversion. Ceci permet d’équilibrer la tension entre les terminaux des différents modules de conversion et donc d’équilibrer la tension de la chaîne de conversion. L’intérêt est également de réduire la tension entre les terminaux supérieur et inférieur de chacun des modules de conversion, afin d’éviter une surtension.
Dans chacun des modules de conversion, la boucle primaire comprend au moins l’enroulement primaire du transformateur et le condensateur. La boucle secondaire comprend au moins l’enroulement secondaire du transformateur et l’élément de commutation semi-conducteur.
Le transformateur de chaque module de conversion présente un rapport de transformation correspondant au rapport entre le nombre de spires de l’enroulement secondaire et le nombre de spires de l’enroulement primaire. En approximation, le rapport de transformation du transformateur est environ égal au rapport entre la tension aux bornes de l’enroulement secondaire et la tension aux bornes de l’enroulement primaire du module de conversion. Ce rapport de transformation correspondant également, en approximation, au rapport entre le courant circulant dans l’enroulement secondaire et le courant circulant dans l’enroulement primaire. Le transformateur est dimensionné pour permettre l’adaptation de tension souhaitée.
Grâce à l’invention, chaque transformateur permet d’adapter le courant circulant dans la boucle secondaire par rapport au courant circulant dans l’enroulement primaire du module de conversion associé. Chaque transformateur permet en outre d’adapter, de préférence réduire, la tension aux bornes de l’enroulement secondaire par rapport à la tension entre les terminaux supérieur et inférieur dudit module de conversion, lorsque l’élément de commutation semi- conducteur est dans ledit au moins un état passant. La tension aux bornes de l’élément de commutation semi-conducteur correspondant et le courant électrique le traversant, à l’état passant, peuvent donc être adaptés, de préférence réduits, grâce au transformateur.
La tension aux bornes de l’enroulement secondaire du transformateur d’un module de conversion est avantageusement proportionnelle à la différence entre la tension entre les terminaux supérieur et inférieur du module de conversion et la tension aux bornes du condensateur dudit module de conversion, d’un rapport sensiblement égal au rapport de transformation du transformateur.
Les transformateurs des circuits d’amortissement de la chaîne de conversion selon l’invention offrent un degré de liberté supplémentaire dans l’ajustement de la tension aux bornes des éléments de commutation semi-conducteurs, ce qui réduit les contraintes dans le choix de ces composants. Contrairement aux dispositifs de l’art antérieur, le calibre en tension des éléments de commutation semi-conducteurs n’est pas imposé par la tension aux bornes des thyristors correspondants. Au contraire, grâce à l’invention, il est notamment possible d’adapter, de préférence réduire, la tension aux bornes des éléments de commutation par rapport à la tension entre les terminaux des modules de conversion, en fonction des plages de tension permettant un fonctionnement optimal de ces éléments de commutation.
Grâce à l’invention, le choix et le dimensionnement des éléments de commutation semi-conducteurs est facilité. Il est notamment possible d’utiliser des éléments de commutation semi-conducteurs répandus sur le marché. Ceci permet de réduire les coûts par rapport aux dispositifs de l’art antérieur qui imposent l’utilisation d’éléments de commutation spécifiques, particulièrement coûteux, devant notamment supporter des tensions très importantes.
L’utilisation d’un transformateur en régime impulsionnel, dans des applications de forte puissance comme celle de l’invention, n’est pas commune. La tension aux bornes de l’interrupteur principal d’un module de conversion, lorsqu’il est ouvert, présente une forte composante continue, qui ne peut pas être supportée par le transformateur. L’utilisation d’un transformateur est facilitée par l’introduction astucieuse du condensateur connecté dans la boucle primaire. En effet, ce condensateur permet de filtrer et de bloquer cette composante continue. Un intérêt est d’empêcher la saturation du transformateur. Dans chacun des modules de conversion de la chaîne de conversion selon l’invention, l’élément de commutation semi-conducteur est de préférence maintenu dans l’état bloqué lorsque l’interrupteur principal du module de conversion est en position fermée. De cette manière, un courant circule dans la ligne principale du module de conversion et traverse ledit interrupteur principal, tandis qu’aucun courant ne circule dans le circuit d’amortissement correspondant.
De préférence, l’élément de commutation semi-conducteur est un élément commandable. Le passage de l’état bloqué à l’état passant et inversement est alors commandable. L’élément de commutation peut être placé, de manière commandée, dans l’état bloqué dans lequel il empêche la circulation d’un courant dans le circuit d’amortissement. Il peut également être placé, de manière commandée, dans l’état passant dans lequel il autorise la circulation d’un courant électrique dans le circuit d’amortissement du module de conversion. Un intérêt est de permettre d’équilibrer efficacement la tension entre les terminaux des différents modules de conversion et donc d’améliorer la tension de la chaîne de conversion.
L’élément de commutation semi-conducteur est de préférence placé dans ledit au moins un état passant de manière à éviter la mise en surtension de l’interrupteur principal. De manière non limitative, l’élément de commutation semi- conducteur peut être placé dans ledit au moins un état passant lors des régimes transitoires de l’interrupteur principal du module de conversion correspondant, ou, en d’autres mots, lorsque l’on souhaite commuter l’interrupteur principal entre la position ouverte et la position fermée et inversement. En effet, des pics de tension aux bornes de l’interrupteur principal risquent d’apparaitre à l’ouverture et à la fermeture de ce dernier. En outre, un courant de recouvrement inverse circulant en sens inverse du courant circulant dans la ligne principale électrique risque d’apparaitre à l’ouverture de l’interrupteur principal, pouvant créer un déséquilibre entre les tensions des différents modules de conversion de la chaîne de conversion. L’élément de commutation semi-conducteur peut être placé dans ledit au moins un état passant afin de dévier au moins une partie d’un tel courant de recouvrement inverse vers le circuit d’amortissement. Ceci permet d’ajuster ce courant de recouvrement inverse circulant dans la ligne principale et permet la circulation d’un courant de recouvrement inverse différent dans chacun des interrupteurs principaux. Un intérêt est d’éviter la surtension de l’interrupteur principal. En outre, l’équilibre de la tension de la chaîne de conversion entre les différents modules de conversion est amélioré.
Par exemple, juste avant d’ouvrir ou fermer l’interrupteur principal d’un module de conversion, l’élément de commutation semi-conducteur est placé dans un état passant. Le circuit d’amortissement créé alors un chemin de courant auxiliaire pour le courant. De préférence, l’élément de commutation semi- conducteur, et de manière générale le circuit d’amortissement, présente une impédance faible, facilitant le passage du courant dans le circuit d’amortissement. Au moins une partie du courant circulant dans le module de conversion est alors dévié vers le circuit d’amortissement. Avantageusement, le circuit d’amortissement est configuré pour dévier au moins partiellement un courant de recouvrement inverse pouvant apparaître dans la ligne électrique principale. Un courant circule alors dans ledit circuit d’amortissement. Plus précisément, un premier courant circule dans la boucle primaire et dans l’enroulement primaire du transformateur et un second courant circule dans la boucle secondaire et dans l’enroulement secondaire du transformateur. En revanche, le courant circulant dans la ligne électrique principale est limité et la tension aux bornes de l’interrupteur principal est également limitée, permettant ainsi d’éviter une surtension. L’interrupteur principal est donc au moins partiellement contourné, ou court-circuité.
La tension aux bornes de l’enroulement secondaire du transformateur, lorsque l’élément de commutation semi-conducteur est fermé, dépend alors de l’impédance de la boucle secondaire, vue par ledit élément de commutation.
Grâce au transformateur, la tension aux bornes de l’élément de commutation semi-conducteur diffère de la tension entre les terminaux du module de conversion, en fonction du rapport de transformation du transformateur. L’interrupteur principal peut alors être placé en position ouverte sans qu’une surtension n’apparaisse à ses bornes lors du régime transitoire.
De préférence, l’ensemble des circuits d’amortissement de la chaîne de conversion sont sensiblement identiques. En outre, ils présentent avantageusement une impédance sensiblement égale. Un intérêt est d’améliorer l’équilibre entre les entre les terminaux des modules de conversion de la chaîne de conversion, lorsque les éléments de commutation semi-conducteurs sont dans un état passant. Les tensions entre les terminaux des différents modules de conversion dont les interrupteurs principaux sont contournés sont alors sensiblement égales. En d’autres mots, la tension totale de la chaîne de conversion est équitablement répartie entre les modules de conversion.
De préférence, l’ensemble des éléments de commutation de la chaîne de conversion sont commandés de manière similaire et simultanée, afin d’améliorer l’équilibre des tensions entre les modules de conversion.
De manière non limitative, l’élément de commutation semi-conducteur peut être avantageusement commandé en mode tout-ou-rien, entre un unique état bloqué et un unique état passant. Dans l’état bloqué, son impédance est très grande, idéalement infinie. Dans l’état passant, son impédance est très faible. En variante, l’élément de commutation semi-conducteur peut fonctionner en mode linéaire et être apte à prendre une pluralité d’états passants, correspondant chacun à une impédance propre donnée à l’élément de commutation semi- conducteur.
De manière avantageuse, le circuit d’amortissement peut comprendre une résistance connectée en série avec l’enroulement secondaire du transformateur, dans la boucle secondaire. Cette résistance permet d’ajuster le courant circulant dans la boucle secondaire et la tension entre les terminaux supérieur et inférieur du module de conversion, cette tension dépendant de l’impédance du circuit d’amortissement.
De préférence, le transformateur présente un rapport de transformation compris entre 0 et 1 entre l’enroulement primaire et l’enroulement secondaire du transformateur. Le rapport de transformation correspond au rapport entre le nombre de spires de l’enroulement secondaire et le nombre de spires de l’enroulement primaire. En approximation, le rapport de transformation du transformateur est environ égal au rapport entre la tension aux bornes de l’enroulement secondaire et la tension aux bornes de l’enroulement primaire du transformateur en fonctionnement. Un intérêt est de réduire la tension aux bornes de l’élément de commutation semi-conducteur par rapport à la tension aux bornes de l’interrupteur principal et donc entre les terminaux supérieur et inférieur du module de conversion. Les éléments de commutation semi-conducteurs de la chaîne de conversion sont donc soumis à une tension très inférieure à la tension à laquelle sont soumis les éléments de commutation des dispositifs de l’art antérieur. Aussi, il n’est pas nécessaire de sélectionner un élément de commutation semi-conducteur spécifiquement calibré en tension, apte à supporter une tension importante, par exemple supérieure à 6 kilovolts, qui sont particulièrement coûteux et peu disponibles sur le marché. Un élément de commutation de calibre en tension inférieur peut être utilisé. Le coût et l’encombrement de la chaîne de conversion est donc réduit.
Avantageusement, le transformateur est un autotransformateur, de sorte que l’enroulement secondaire est une portion de l’enroulement primaire. Un avantage est qu’un tel autotransformateur présente une taille réduite par rapport aux transformateurs classiques. Il est en outre moins coûteux et présente un rendement supérieur.
De manière avantageuse, l’interrupteur principal est un composant semi- conducteur, par exemple un thyristor ou une diode. Si l’interrupteur principal est un thyristor, alors il comprend une anode, une cathode et une gâchette permettant de commander son ouverture et sa fermeture. Auquel cas, la position ouverte de l’interrupteur principal correspond à l’état bloquée du thyristor et la position fermée correspond à l’état passant du thyristor
L’interrupteur principal peut également être un transistor, par exemple un transistor bipolaire.
Préférentiellement, le circuit d’amortissement comprend une diode connectée en série avec l’élément de commutation semi-conducteur, dans la boucle secondaire. La diode autorise uniquement la circulation du courant dans un seul sens, dans la boucle secondaire. Un intérêt est d’imposer une tension moyenne sensiblement nulle aux bornes de l’enroulement secondaire du transformateur, afin d’éviter sa saturation.
De préférence, l’élément de commutation semi-conducteur est un composant semi-conducteur ayant une tension de fonctionnement inférieure à 4 kilovolts (kV). L’élément de commutation semi-conducteur fonctionne de manière optimale lorsqu’il est soumis à une tension inférieure à 4 kilovolts, et ne risque pas d’être endommagé à cette tension. Un intérêt est que ce type d’élément de commutation semi-conducteur est moins coûteux et encombrant que les éléments de commutation calibrés pour supporter de fortes tensions. En outre, ces composants sont couramment utilisés et peuvent être facilement trouvés sur le marché. Le coût de production de la chaîne de conversion est donc réduit et sa fabrication est facilitée.
Avantageusement, l’élément de commutation semi-conducteur est un transistor, par exemple un transistor bipolaire à grille isolée (IGBT) ou un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde (MOSFET). La mise dans l’état passant ou bloqué d’un tel transistor peut être commandée. Il présente avantageusement une grille, un collecteur et un émetteur, dans le cas d’un transistor bipolaire ou une grille, un drain et une source en cas de transistor à effet de champ.
Les transistors MOSFET sont généralement configurés pour fonctionner à basse tension, environ 650 volts. Les transistors bipolaires IGBT sont traditionnellement calibrés pour supporter des tensions plus importantes, comprises entre 650 volts et 6.5 kilovolts. Le choix de l’élément de commutation semi-conducteur peut être fait en fonction du transformateur et de son rapport de transformation.
De manière avantageuse, l’élément de commutation semi-conducteur est apte à prendre une pluralité d’états passants, chaque état passant correspondant à une valeur de courant électrique traversant ledit élément de commutation semi- conducteur. L’élément de commutation semi-conducteur présente alors un fonctionnement linéaire. Chaque état passant correspond à une impédance donnée dudit élément de commutation semi-conducteur. L’état passant parmi la pluralité d’état passant dans lequel est placé l’élément de commutation semi- conducteur détermine son impédance et donc le courant traversant ledit élément de commutation semi-conducteur et circulant dans la boucle secondaire.
L’élément de commutation semi-conducteur permet donc de contrôler la valeur du courant circulant dans la boucle secondaire et indirectement la valeur du courant circulant dans la boucle primaire. Un intérêt est notamment d’ajuster le courant de recouvrement inverse circulant dans l’interrupteur principal afin d’éviter une surtension de l’interrupteur principal. L’élément de commutation semi-conducteur permet également de contrôler la tension aux bornes des enroulements primaire et secondaire du transformateur et donc la tension entre les terminaux du module de conversion.
Ce fonctionnement linéaire de l’élément de commutation semi-conducteur offre une plus grande liberté dans l’ajustement de la tension entre les terminaux du module de conversion, par rapport à un élément de commutation semi- conducteur fonctionnant dans un mode tout-ou-rien.
De préférence, la chaîne de conversion comprend un module de contrôle configuré pour commander la mise audit au moins un état passant ou à l’état bloqué de l’élément de commutation semi-conducteur. La mise dans un état passant est généralement commandée avant de placer l’interrupteur principal en position ouverte.
Avantageusement, le module de contrôle est configuré pour commander la mise dans l’un des états passants dudit élément de commutation semi- conducteur, en fonction d’une consigne de tension aux bornes de l’enroulement secondaire du transformateur et/ou d’une consigne de courant traversant ledit enroulement secondaire du transformateur. Un intérêt est de pouvoir réguler le courant circulant dans la boucle secondaire et la tension aux bornes de l’enroulement secondaire, afin d’ajuster la tension entre les terminaux du module de conversion.
Préférentiellement, l’interrupteur principal comprend deux bornes entre lesquelles il s’étendant, le module de contrôle étant configuré pour commander le passage de l’état bloqué de l’élément de commutation semi-conducteur audit au moins un état passant dudit élément de commutation semi-conducteur lorsque la tension aux bornes de l’interrupteur principal dépasse un seuil de tension prédéterminé. Un intérêt est d’éviter l’endommagement de l’élément de commutation semi-conducteur en cas de surtension. Le seuil de tension dépend des propriétés de l’interrupteur principal et est avantageusement fixé à une valeur inférieure à la tension maximale de fonctionnement dudit interrupteur principal, afin de garantir sa sécurité.
De manière non limitative, le dépassement du seuil de tension peut intervenir à l’ouverture ou à la fermeture de l’interrupteur principal.
De manière avantageuse, le module de contrôle est configuré pour commander l’ouverture et la fermeture de l’interrupteur principal.
L’invention porte par ailleurs sur un convertisseur de tension pour une installation HVDC comprenant au moins une chaîne de conversion telle que décrite précédemment. Ce convertisseur peut être de type LCC ou VSC et peut être un convertisseur AC/DC, un convertisseur DC/AC ou encore un convertisseur DC/DC.
L’invention porte également sur un procédé de contrôle d’une chaîne de conversion telle que décrite précédemment, le procédé comprenant une étape de mise dans ledit au moins un état passant dudit élément de commutation semi- conducteur, de manière à autoriser la circulation d’un courant électrique dans le circuit d’amortissement, afin d’ajuster la tension entre les terminaux du module de conversion.
De préférence, l’élément de commutation semi-conducteur est placé dans ledit au moins un état passant lorsque la tension aux bornes de l’interrupteur principal dépasse un seuil de tension prédéterminé.
Préférentiellement, l’élément de commutation semi-conducteur est placé dans un état passant choisi parmi une pluralité d’états passants, de manière à ajuster le courant électrique traversant ledit élément de commutation semi-conducteur Ce mode de mise en oeuvre du procédé correspond à une commande linéaire de l’élément de commutation semi-conducteur.
Brève description des dessins
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d’un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels
[Fig. 1]La figure 1 illustre une chaîne de conversion selon l’invention ;
[Fig. 2]La figure 2 illustre un premier mode de réalisation d’un module de conversion de la chaîne de conversion de la figure 1 ;
[Fig. 3]La figure 3 illustre un deuxième mode de réalisation d’un module de conversion de la chaîne de conversion de la figure 1 ;
[Fig. 4]La figure 4 illustre un troisième mode de réalisation d’un module de conversion de la chaîne de conversion de la figure 1 ; [Fig. 5]La figure 5 illustre un quatrième mode de réalisation d’un module de conversion de la chaîne de conversion de la figure 1 ; et
[Fig. 6]La figure 6 illustre un convertisseur de tension AC/DC comprenant une pluralité de chaînes de conversion selon l’invention.
Description des modes de réalisation
L’invention porte sur une chaîne de conversion pour un convertisseur de tension, notamment un convertisseur de tension FIVDC.
De manière non limitative, le convertisseur de tension peut être de type AC/DC et permettre de convertir une tension alternative en une tension continue et inversement. En variante, et toujours de manière non limitative, le convertisseur de tension peut être de type DC/DC et permettre de convertir une première tension continue en une seconde tension continue et inversement. Le convertisseur de tension peut par ailleurs être un convertisseur commuté par la ligne (LCC) ou un convertisseur source de tension (VSC).
La figure 1 illustre une chaîne de conversion 10 selon l’invention pour un tel convertisseur de tension. La chaîne de conversion 10 comprend une pluralité de modules de conversion 12 connectés en série les uns des autres dans la chaîne de conversion 10. Dans cet exemple non limitatif, la chaîne de conversion 10 comprend trois modules de conversion 12. Chacun des modules de conversion 12 comprend un terminal supérieur 12a et un terminal inférieur 12b entre lesquels il s’étend. Le terminal inférieur 12b d’un module de conversion 12 est relié électriquement au terminal supérieur 12a du module de conversion 12 directement adjacent.
Chacun des modules de conversion 12 comprend une ligne électriquement principale 14 s’étendant entre son terminal supérieur 12a et son terminal inférieur 12b. Chaque module de conversion 12 comprend un interrupteur principal 16 connecté dans sa ligne principale 14 entre le terminal supérieur 12a et le terminal inférieur 12b. Ces interrupteurs principaux peuvent prendre une position ouverte et une position fermée.
Dans cet exemple non limitatif, les interrupteurs principaux 16 sont des interrupteurs à semi-conducteur et plus précisément des thyristors. Ils comprennent chacun une anode A reliée électriquement au terminal supérieur 12a du module de conversion correspondant, une cathode K reliée électriquement au terminal inférieur 12b du module de conversion correspondant, et une gâchette Ga permettant de commander le thyristor. Chaque interrupteur principal 16 peut prendre une position ouverte, correspondant à l’état bloqué du thyristor, dans laquelle il bloque la circulation d’un courant électrique dans ladite ligne électrique principale 14, par exemple si la tension entre l’anode A et la cathode K est négative ou si cette tension est positive mais le courant entrant sur la gâchette Ga est nul. Chaque interrupteur principal 16 peut également prendre une position fermée, correspondant à l’état passant du thyristor, dans laquelle il autorise la circulation d’un courant électrique dans ladite ligne électrique principale 14, notamment si la tension entre l’anode A et la cathode K est positive et qu’une impulsion en courant positive a été appliquée sur la gâchette Ga.
Dans cet exemple non limitatif, tous les interrupteurs principaux 16 sont sensiblement identiques et de même nature.
Chaque module de conversion 12 comprend par ailleurs un circuit d’amortissement 18 configuré pour ajuster la tension entre les terminaux du module de conversion, connecté entre les terminaux supérieur et inférieur 12a, 12b du module de conversion 12 correspondant. Chaque circuit d’amortissement 18 est connecté en parallèle de l’interrupteur principal 16 du module de conversion.
La figure 2 illustre un premier mode de réalisation d’un module de conversion 12 de la chaîne de conversion 10 de la figure 1. L’interrupteur principal 16 présente une tension Vj à ses bornes, et donc entre les terminaux supérieur et inférieur 12a, 12b. Le circuit d’amortissement 18 du module de conversion 12 comprend un transformateur 20. Dans cet exemple non limitatif, l’anode du thyristor 16 est connectée au terminal inférieur 12b du module de conversion et sa cathode est connectée au terminal supérieur 12a du module de conversion.
Dans ce premier mode de réalisation non limitatif, le transformateur 20 est de type monophasé, de sorte qu’il comprend un enroulement primaire 20a et un enroulement secondaire 20b, isolés galvaniquement. Le transformateur est polarisé normalement.
L’enroulement primaire 20a du transformateur 20 est connecté dans une boucle primaire 22 entre le terminal supérieur 12a et le terminal inférieur 12b du module de conversion 12. Un condensateur 24 est connecté en série avec l’enroulement primaire 20a du transformateur 20, dans la boucle primaire 22, entre le terminal supérieur 12a du module de conversion et ledit enroulement primaire.
Le circuit d’amortissement 18 comprend en outre un élément de commutation semi-conducteur 26 connecté en série avec l’enroulement secondaire 20b du transformateur 20. L’enroulement secondaire 20b est connecté dans une boucle secondaire 28. Une diode 30 est en outre connectée en série dans la boucle secondaire 28, entre l’enroulement secondaire 20b et l’élément de commutation semi-conducteur 26. La diode est passante dans le sens allant de l’enroulement secondaire à l’élément de commutation semi-conducteur.
L’enroulement primaire 20a du transformateur 20 présente une tension V1 à ses bornes tandis que l’enroulement secondaire 20b présente une tension V2 à ses bornes. Le transformateur présente un rapport de transformation entre son enroulement primaire 20a et son enroulement secondaire 20b qui est, dans cet exemple non limitatif, inférieur à 1 et compris entre 0 et 1. La tension aux bornes de l’enroulement secondaire 20b est donc strictement inférieure à la tension aux bornes de l’enroulement primaire 20a, en fonctionnement.
Sans sortir du cadre de l’invention, le thyristor 16 pourrait être inversé de manière à conduire le courant dans le sens opposé. Le sens de la diode et la polarité du transformateur devraient alors être adaptés.
Les transformateurs de la chaîne de conversion selon l’invention offrent un degré de liberté supplémentaire dans l’ajustement de la tension aux bornes des éléments de commutation semi-conducteurs 26, ce qui réduit les contraintes dans le choix de ces composants. Contrairement aux dispositifs de l’art antérieur, le calibre des éléments de commutation semi-conducteurs n’est pas imposé par la tension aux bornes des interrupteurs principaux correspondants. Au contraire, grâce à l’invention, il est notamment possible d’adapter la tension aux bornes des éléments de commutation semi-conducteurs en fonction des plages de tension permettant un fonctionnement optimal de ces éléments de commutation semi- conducteurs.
Dans cet exemple non limitatif, l’élément de commutation semi-conducteur 26 est un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde (MOSFET) de sorte qu’il comprend une grille G, un drain D et une source S. Cet élément de commutation semi-conducteur 26 peut prendre un état bloqué dans lequel il se comporte comme un interrupteur ouvert et il ne permet pas la circulation d’un courant électrique dans la boucle secondaire 28 et dans l’enroulement secondaire 20b du transformateur 20 et donc dans le circuit d’amortissement 18. Sans sortir du cadre de l’invention, l’élément de commutation semi-conducteur pourrait être un transistor IGBT.
Dans cet exemple non limitatif, l’élément de commutation semi-conducteur 26 peut également prendre une pluralité d’états passants dans lesquels il autorise la circulation d’un courant électrique dans le circuit d’amortissement 18 et plus précisément d’un courant électrique i2 dans la boucle secondaire 28 et dans l’enroulement secondaire 20b du transformateur. Dans chacun de ces états passants, l’élément de commutation semi-conducteur 26 se comporte comme un interrupteur fermé, de sorte que le circuit d’amortissement forme un chemin de courant auxiliaire permettant de dévier le courant. Le courant circulant dans la ligne électrique principale 14 est alors réduit. L’impédance de l’élément de commutation semi-conducteur 26 est différente pour chacun des états passants, de sorte que le courant électrique i2 circulant dans la boucle secondaire 28 peut être régulé en commandant l’élément de commutation semi-conducteur 26 et en le plaçant dans un des états passants. L’élément de commutation semi- conducteur permet donc de réguler le courant électrique i2 circulant dans la boucle secondaire et la tension V2 aux bornes de l’enroulement secondaire. L’élément de commutation semi-conducteur 26 peut donc être commandé de manière linéaire. En variante, l’élément de commutation semi-conducteur pourrait être commandé en fonctionnement tout-ou-rien, de sorte qu’il ne commuterait qu’entre un état bloqué et un unique état passant.
Comme illustré en figure 2, la chaîne de conversion 10 comprend par ailleurs un module de contrôle 40 permettant de commander les interrupteurs principaux 16 et les éléments de commutation semi-conducteurs 26 des modules de conversion 12. En particulier, le module de contrôle 40 est configuré pour commander la mise à l’état passant ou bloqué de l’élément de commutation semi-conducteur 26. Dans cet exemple non limitatif, il permet en outre de commander l’élément de commutation semi-conducteur 26 en ajustant la tension VQS entre la grille et la source de l’élément de commutation semi-conducteur en fonction d’une consigne de de tension Vf* entre les terminaux supérieur et inférieur du module de conversion 12.
Un mode de mise en oeuvre du procédé de la chaîne de conversion 10, en régime transitoire, au moyen du module de contrôle 40, va maintenant être détaillé, et plus précisément la commande du module de conversion de la figure 2, permettant d’amortir la surtension pouvant apparaître à l’ouverture de l’interrupteur principal 16.
De manière non limitative, l’ensemble des modules de conversion 10, et notamment des éléments de commutation semi-conducteurs 26 sont commandés de manière similaire et simultanément, par exemple par des cartes électroniques identiques.
En régime stationnaire, l’interrupteur principal 16 du module de conversion 12 est en position fermée et est traversé par un courant circulant dans la ligne principale 14. Il présente une tension Vj à ses bornes qui est une haute tension, environ égale à 10 kilovolts. L’élément de commutation semi-conducteur 26 est à l’état bloqué, de sorte qu’aucun courant ne circule dans le circuit d’amortissement 18. Lorsqu’il est envisagé de placer l’interrupteur principal 16 en position ouverte, l’élément de commutation semi-conducteur 26 est placé dans un état passant, de sorte qu’un courant circule dans le circuit d’amortissement 18. Le circuit d’amortissement 18 génère alors un chemin auxiliaire de circulation du courant électrique, de sorte que le courant circulant dans le module de conversion est au moins partiellement dévié vers le circuit d’amortissement. 18. Le courant circulant dans la ligne électrique principale 14, à travers l’interrupteur principal 16, est réduit. Ceci permet notamment d’ajuster le courant de recouvrement inverse circulant dans l’interrupteur principal 16. Grâce au circuit d’amortissement 18, la tension entre les terminaux de l’interrupteur principal est donc limitée, ce qui permet d’éviter une surtension de l’interrupteur principal.
Un courant i2 circule alors dans la boucle secondaire 28 et l’enroulement secondaire 20b présente une tension V2 à ses bornes, tandis que l’enroulement primaire 20a présente une tension V1, supérieure à V2, à ses bornes. La diode 30 empêche la circulation d’un courant inverse dans la boucle secondaire. Le condensateur 24 filtre et bloque la composante continue de la tension Vj aux bornes de l’interrupteur principal 16 afin d’éviter la saturation du transformateur 20.
En variante, l’élément de commutation semi-conducteur 26 pourrait être placé dans un état passant lorsque la tension Vj aux bornes de l’interrupteur principal 16 dépasse un seuil de tension prédéterminé, par exemple un seuil légèrement inférieur à la tension maximale de fonctionnement dudit interrupteur principal.
Selon l’invention, grâce à transformateur 20, la tension à laquelle est soumis l’élément de commutation semi-conducteur 26, dans l’état passant, est adaptée et réduite par rapport à la tension Vj aux bornes de l’interrupteur principal 16. L’élément de commutation semi-conducteur 26 est soumis à une tension ayant un ordre de grandeur proche de la tension V2 aux bornes de l’enroulement secondaire 20b du transformateur, qui est dans cet exemple très inférieure à la tension Vj aux bornes de l’interrupteur principal 16. Le transformateur permet d’utiliser un transistor MOSFET comme élément de commutation semi- conducteur, ayant un fonctionnement optimal à très basse tension, à environ 650 volts. Le transformateur 20 permet de s’affranchir de l’utilisation d’un élément de commutation semi-conducteur de fort calibre en tension, apte à supporter une très haute tension, de plus de 4 kilovolts. Ceci permet de réduire les coûts par rapport aux dispositifs de l’art antérieur qui imposent l’utilisation d’éléments de commutation spécifiques, particulièrement coûteux, devant notamment supporter des tensions très élevées. L’interrupteur principal 16 peut alors être ouvert sans qu’une surtension n’apparaisse entre les terminaux supérieur 12a et inférieur 12b du module de conversion. Un intérêt est d’éviter l’endommagement du module de conversion 12 et plus généralement du convertisseur de tension. Les circuits d’amortissement 18 permettent ainsi d’équilibrer les tensions entre les terminaux supérieur et inférieur 12a, 12b des différents modules de conversion 12 de la chaîne de conversion 10.
De manière non limitative, les circuits d’amortissement 18 de l’ensemble des modules de conversion sont similaires et présentent une impédance sensiblement identique afin d’améliorer l’équilibre entre les tensions entre les terminaux des modules de conversion 12, lorsque les éléments de commutation semi-conducteurs sont dans l’état passant.
Dans cet exemple non limitatif, la tension VQS entre la grille et la source du transistor 26 peut être pilotée grâce au module de contrôle, de manière à placer l’élément de commutation semi-conducteur dans un état passant choisi parmi la pluralité d’états passant possibles. Ceci permet de réguler le courant i2 circulant dans la boucle secondaire 28 et la tension V2 aux bornes de l’enroulement secondaire 20b du transformateur 20, notamment afin de fonctionner dans une plage de fonctionnement optimal de l’élément de commutation semi-conducteur et ne pas dépasser ses seuils de fonctionnement en courant et tension.
L’élément de commutation semi-conducteur peut ensuite être de nouveau placé dans l’état bloqué, de manière à interrompre la circulation d’un courant dans le circuit d’amortissement 18 du module de conversion 12.
La figure 3 illustre un deuxième mode de réalisation d’un module de conversion 12 d’une chaîne de conversion 10 selon l’invention. Dans ce deuxième mode de réalisation, le transformateur 20 est polarisé en inverse. En outre, le thyristor 16 est connecté dans l’autre sens, de sorte que son anode est connectée au terminal supérieur 12a du module de conversion et sa cathode est connectée au terminal inférieur 12b.
La figure 4 illustre un troisième mode de réalisation d’un module de conversion 12 d’une chaîne de conversion 10 selon l’invention. Dans ce troisième mode de réalisation, le transformateur 20’ est un autotransformateur de sorte que l’enroulement secondaire 20b’ est une portion de l’enroulement primaire 20a’.
Là-encore, le thyristor 16 est connecté de sorte que son anode est connectée au terminal supérieur 12a du module de conversion et sa cathode est connectée au terminal inférieur 12b du module de conversion 12. La diode 30 est connectée entre le drain de l’élément de commutation semi-conducteur 26 et l’enroulement secondaire 20b’ du transformateur 20’. La diode connectée de manière à être passante dans le sens allant du drain de l’élément de commutation semi- conducteur 26 à l’enroulement secondaire 20b’.
La figure 5 illustre un quatrième mode de réalisation d’un module de conversion 12 d’une chaîne de conversion 10 selon l’invention. Dans ce troisième mode de réalisation, le transformateur 20’ est également un autotransformateur.
Le thyristor 16 est connecté de sorte que son anode est connectée au terminal inférieur 12b du module de conversion et sa cathode est connectée au terminal supérieure 12a du module de conversion 12. Dans cet exemple non limitatif, le condensateur 24 est connecté entre le terminal inférieur 12b du module de conversion et l’enroulement primaire 20a’ du transformateur 20’.
La figure 6 illustre un convertisseur de tension AC/DC 100 comprenant une pluralité de chaînes de conversion 10 selon l’invention. Le convertisseur de tension 100 est de type LCC et permet de convertir une tension alternative en une tension continue. Il permet en outre de connecter entre eux un réseau d’alimentation électrique alternatif et un réseau d’alimentation électrique continu. Un tel convertisseur de tension 100 est particulièrement adapté pour être implanté dans une installation HVDC.
Dans cet exemple non limitatif, le convertisseur de tension 100 comprend un dispositif de conversion supérieur 102 connecté à un dispositif de conversion inférieur 104. Chaque dispositif de conversion 102,104 comprend trois bras 106 comprenant chacun deux chaînes de conversion 10 selon l’invention. Dans chaque bras 106, les chaînes de conversion 10 sont connectées entre elles en un point intermédiaire 110. Les bras du dispositif de conversion 102,104 sont reliés à deux transformateurs 108.

Claims

Revendications
1 . Chaîne de conversion (10) pour un convertisseur de tension, par exemple de type convertisseur à courant continu haute tension (HVDC), la chaîne de conversion comprenant une pluralité de modules de conversion (12) connectés en série dans ladite chaîne de conversion, chaque module de conversion (12) présentant un terminal supérieur (12a) et un terminal inférieur (12b) entre lesquels il s'étend, chaque module de conversion comprenant: une ligne électrique principale (14) s'étendant entre le terminal supérieur et le terminal inférieur dudit module de conversion ; un interrupteur principal (16) connecté dans ladite ligne électrique principale et pouvant prendre au moins une position ouverte dans laquelle il bloque la circulation d'un courant électrique dans ladite ligne électrique principale et une position fermée dans laquelle il autorise la circulation d'un courant électrique dans ladite ligne électrique principale ; un circuit d'amortissement (18) configuré pour ajuster la tension entre les terminaux du module de conversion, connecté entre le terminal supérieur et le terminal inférieur dudit module de conversion, ledit circuit d'amortissement comprenant un transformateur (20) ayant un enroulement primaire (12a,12a et un enroulement secondaire (12b, 12b1), l'enroulement primaire étant connecté dans une boucle primaire (22), en série avec un condensateur (24), entre le terminal supérieur et le terminal inférieur dudit module de conversion, le circuit d'amortissement comprenant en outre un élément de commutation semi-conducteur (26) connecté en série avec l'enroulement secondaire du transformateur, dans une boucle secondaire (28), ledit élément de commutation semi-conducteur étant configuré pour prendre un état bloqué dans lequel il empêche la circulation d'un courant dans le circuit d'amortissement et au moins un état passant dans lequel il autorise la circulation d'un courant électrique dans le circuit d'amortissement du module de conversion.
2. Chaîne conversion selon la revendication 1 , dans laquelle le transformateur (20,20’) présente un rapport de transformation compris entre 0 et 1 entre l’enroulement primaire (12a, 12a’) et l’enroulement secondaire (12b, 12b’) du transformateur.
3. Chaîne conversion selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le transformateur (20’) est un autotransformateur, de sorte que l’enroulement secondaire (20b’) est une portion de l’enroulement primaire (20a’).
4. Chaîne de conversion selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle l'interrupteur principal (16) est un composant semi-conducteur, par exemple un thyristor ou une diode.
5. Chaîne de conversion selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le circuit d’amortissement (18) comprend une diode connectée en série avec l’élément de commutation semi-conducteur, dans la boucle secondaire.
6. Chaîne de conversion selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle le circuit d’amortissement (18) comprend une résistance connectée en série avec l’élément de commutation semi-conducteur, dans la boucle secondaire (28).
7. Chaîne de conversion selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle l'élément de commutation semi-conducteur (26) est un composant semi-conducteur ayant une tension de fonctionnement inférieure à 4 kilovolts (kV).
8. Chaîne de conversion selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle l'élément de commutation semi-conducteur (26) est un transistor, par exemple un transistor à grille isolée (IGBT) ou un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde (MOSFET).
9. Chaîne de conversion selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle l'élément de commutation semi-conducteur (26) est apte à prendre une pluralité d'états passants, chaque état passant correspondant à une valeur de courant électrique traversant ledit élément de commutation à semi- conducteur.
10. Chaîne de conversion selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant en outre un module de contrôle configuré pour commander la mise audit au moins un état passant ou à l’état bloqué de l’élément de commutation semi-conducteur (26).
11. Chaîne de conversion selon les revendications 9 et 10, dans laquelle le module de contrôle est configuré pour commander la mise dans l’un des états passants dudit élément de commutation semi-conducteur, en fonction d’une consigne de tension aux bornes de l’enroulement secondaire (20b, 20b’) du transformateur (20) et/ou d’une consigne de courant traversant ledit enroulement secondaire du transformateur.
12. Chaîne de conversion selon la revendication 10 ou 11, dans laquelle l’interrupteur principal (16) comprend deux bornes entre lesquelles il s’étendant, et dans laquelle le module de contrôle est configuré pour commander le passage de l’état bloqué de l’élément de commutation semi- conducteur (26) audit au moins un état passant dudit élément de commutation semi-conducteur lorsque la tension aux bornes de l’interrupteur principal dépasse un seuil de tension prédéterminé.
13. Convertisseur de tension pour une installation HVDC, comprenant au moins une chaîne de conversion (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à
12.
14. Procédé de contrôle d'une chaîne de conversion selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, comprenant une étape de mise dans ledit au moins un état passant dudit élément de commutation semi-conducteur (26), de manière à autoriser la circulation d’un courant électrique dans le circuit d’amortissement (18) afin d'ajuster la tension entre les terminaux du module de conversion.
15. Procédé de contrôle selon la revendication 14, dans lequel l’élément de commutation semi-conducteur (26) est placé dans ledit au moins un état passant lorsque la tension aux bornes de l’interrupteur principal (26) dépasse un seuil de tension prédéterminé.
16. Procédé de contrôle selon la revendication 14 ou 15, dans lequel l’élément de commutation semi-conducteur (26) est placé dans un état passant choisi parmi une pluralité d’états passants, de manière à ajuster le courant électrique traversant ledit élément de commutation à semi-conducteur.
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