WO2021259624A1 - Convertisseur de tension dc/dc comprenant un module superieur et un module inferieur - Google Patents

Convertisseur de tension dc/dc comprenant un module superieur et un module inferieur Download PDF

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WO2021259624A1
WO2021259624A1 PCT/EP2021/065217 EP2021065217W WO2021259624A1 WO 2021259624 A1 WO2021259624 A1 WO 2021259624A1 EP 2021065217 W EP2021065217 W EP 2021065217W WO 2021259624 A1 WO2021259624 A1 WO 2021259624A1
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WO
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module
arm
voltage
terminal
electrically connected
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/065217
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English (en)
Inventor
Juan David PAEZ ALVAREZ
Jose MANEIRO
Piotr DWORAKOWSKI
Seddik Bacha
Florent MOREL
Original Assignee
Supergrid Institute
Universite Grenoble Alpes
Institut Polytechnique De Grenoble
Centre National De La Recherche Scientifique
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33584—Bidirectional converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Definitions

  • DC / DC voltage converter consisting of an upper module and a lower module
  • the present invention relates to the technical field of voltage converters making it possible to convert a first direct voltage into a second direct voltage.
  • These converters are also called DC / DC voltage converters.
  • This type of converter is particularly suitable for installation in high voltage direct current power supply installations (HVDC for "High Voltage Direct Current”).
  • DC / DC voltage converters allow the connection of a first DC power supply network to a second DC power supply network.
  • MMC Modular Multilevel Converter
  • DC / DC type converters are known such as the converter described in US 9748848.
  • This converter comprises first and second DC terminals configured to be connected to a first DC power supply network and third and fourth DC terminals configured to be connected. to a second continuous electrical supply network.
  • the converter includes an upper module connected between the first and third DC terminals and a lower module connected between the third and fourth DC terminals.
  • Each of the upper and lower modules comprises at least one arm in which are connected in series two conversion devices comprising a plurality of controllable sub-modules connected in series in said arm.
  • the upper module and the lower module are electrically connected to an electrical energy exchange device.
  • the ratio between the nominal voltage of the first DC power supply network and the voltage of the second DC power supply network, connected together by this converter, defines an overall transformation ratio of the converter. It can be seen that for a low overall transformation ratio, of the order of 1, the lower modulus is subjected to high tension while the upper modulus is subjected to low tension. The lower modulus is therefore subjected to a much higher voltage than that of the upper modulus. On the other hand, the lower module is subjected to a weak current while the upper module is subjected to a strong current. Conversely, for a large transformation ratio, greater than 2, the lower modulus is subjected to low tension while the upper modulus is subjected to high tension.
  • the upper modulus is therefore subjected to a much lower voltage than that of the upper modulus.
  • the lower module is subjected to a strong current while the upper module is subjected to a weak current.
  • high current and “high voltage” are to be interpreted relatively, in comparison with the terms “low current” and “low voltage”.
  • the structure of the converter of this prior art document necessarily imposes a ratio of 1 or 2 between the number of arms connected in parallel in the upper and lower modules.
  • either the upper and lower modules comprise an identical number of arms connected in parallel, or one of the upper or lower modules comprises twice as many arms connected in parallel as the other module.
  • this document also provides for increasing the number of arms. connected in parallel in the other module. When a module is required to withstand a high current, the number of arms connected in parallel is therefore increased in the upper module as well as in the lower module.
  • An object of the present invention is to provide a voltage converter overcoming the aforementioned problems and in particular making it possible to reduce the number of submodules compared to the documents of the prior art.
  • the invention relates to a voltage converter making it possible to convert a first DC voltage into a second DC voltage and vice versa, the converter comprising first and second DC terminals configured to be electrically connected to a first electrical supply network. continued ; third and fourth DC terminals configured to be electrically connected to a second DC power supply network; an upper module configured to at least transform an AC voltage into a DC voltage and vice versa, the upper module being electrically connected between the first and third DC terminals, the upper module comprising at least a first upper arm connected between the first and third DC terminals , said at least one first arm comprising a plurality of electrical conversion devices connected in series in said at least one upper first arm; a lower module configured to at least transform an AC voltage into a DC voltage and vice versa, the lower module being electrically connected between the third and fourth DC terminals, the lower module comprising at least a first lower arm connected between the third and fourth DC terminals , said at least one first lower arm comprising a plurality of electrical conversion devices connected in series in said at least one at least
  • said first upper or lower arm in which are connected in series at least three electrical conversion devices comprises at least a first terminal and a second terminal, each being electrically connected to at least one of the primary or secondary windings of the device. exchange of electrical energy.
  • the voltage converter according to the invention can be easily connected in an HVDC electrical installation, between a first DC power supply network and a second DC power supply network.
  • the voltage converter according to the invention forms a high voltage DC / DC converter.
  • the DC / DC converter according to the invention is further reversible, so that it allows energy to be transferred from the first DC power supply network to the second DC power supply network and vice versa.
  • the term high voltage is preferably understood to mean a voltage greater than 1000 volts.
  • the voltage converter according to the invention makes it possible to connect two DC power supply networks with substantially equal nominal voltages to one another, in which case the overall transformation ratio of the voltage converter is approximately equal to 1.
  • the voltage converter also allows to connect two DC power supply networks with very different nominal voltages to each other, in which case the overall transformation ratio of the voltage converter is greater than 1, preferably greater than 2.
  • the second and fourth DC terminals can be electrically connected to each other. They can for example be connected to each other by a floating point or even by an earth line so that they both have a substantially zero potential. This configuration allows in particular to connect two DC networks with an asymmetric monopoly topology.
  • the voltage converter advantageously comprises a DC part connected to the DC terminals and an AC part including in particular the electrical energy exchange device.
  • the upper module makes it possible in particular to convert at least part of a first DC power PDCI of a first DC power supply network, connected to the first and second DC terminals, into a first AC power PACI -
  • the part of this first power DC PDCI which has not been converted into a first AC power PACI is transmitted directly to the third and fourth DC terminals and therefore to a second DC power supply network connected to these terminals.
  • an advantage is to reduce the quantity of DC power converted into AC power, in order to reduce the losses associated with said conversion.
  • the electrical energy exchange device allows an exchange of energy between the upper module and the lower module. It is preferably configured to transfer the AC power supplied by the upper module to the lower module. It also makes it possible to adapt the levels of the alternating voltages and of the currents, between said upper and lower modules, according to a transformation ratio of the device for exchanging electrical energy.
  • the lower module advantageously transforms the alternating power transmitted by the electrical energy exchange device into a second direct power PDC 2 , delivered to the third and fourth direct terminals.
  • the upper module is connected in series with the lower module, so that the total voltage at the terminals of the voltage converter is distributed between the upper module and the lower module, which makes it possible to reduce the number of submodules and therefore the cost and size of the converter.
  • Each electrical conversion device advantageously has an upper point and a lower point between which it extends.
  • the submodules of an electrical conversion device make it possible to adjust the voltage between the upper and lower points of said electrical conversion device and therefore the voltage at the terminals of the corresponding upper or lower module.
  • the submodules of the electrical conversion devices can be full bridge submodules, half bridge submodules or even a combination of these two types of submodules.
  • At least one of the upper or lower modules comprises three or more electrical conversion devices connected in series in its first arm. It is understood that according to a first nonlimiting variant, only the upper module comprises a first arm, forming a first upper arm, comprising at least three electrical conversion devices connected in series. According to a second non-limiting variant, only the lower module comprises a first arm, forming a first lower arm, comprising at least three electrical conversion devices connected in series. According to a third non-limiting variant, the upper module and the lower module each comprise a first arm comprising at least three electrical conversion devices connected in series. Without departing from the scope of the invention, the number of electrical conversion devices of the first arm of the upper module and of the first arm of the lower module may be equal or different.
  • At least one of the upper and lower modules may include a plurality of arms each comprising at least three electrical conversion devices.
  • the upper and / or lower module the first arm of which comprises at least three electrical conversion devices, and of which the first arm therefore comprises at least three chains of submodules, according to the invention, is particularly suitable for withstanding high voltage.
  • the first arm of this module comprising at least three electrical conversion devices, comprises a sufficient number of controllable submodules connected in series between which the high voltage of said module can be distributed.
  • the first arm of the lower modulus with at least three conversion devices when the overall transformation ratio of the voltage converter is low, preferably approximately equal to 1.
  • the lower modulus is subjected to low current and high voltage, in comparison with the current and voltage to which the upper module is subjected.
  • Said first arm of said lower module in which at least three chains of submodules are connected in series with one another, is then particularly suitable for withstanding this high voltage and this low current.
  • the overall transformation ratio is close to 1
  • the first arm of the upper modulus with at least three conversion devices when the overall transformation ratio of the voltage converter is much greater than 2, preferably greater than 3, and therefore when the upper modulus is subjected. at low current and high voltage.
  • said first arm of said upper module in which at least three chains of submodules are connected in series with one another, is then particularly suitable for withstanding this high voltage and this low current.
  • one of the upper and lower modules comprises a first arm in which at least three conversion devices are connected in series
  • the upper module comprises a first upper arm provided with three electrical conversion devices connected in series
  • the number of arms that can be connected in parallel in one upper or lower module is not limited by the number of arms connected in parallel in the other module.
  • the presence of at least three electrical conversion devices in the first arm of one of the upper and lower modules offers greater freedom as to the ratio between the number of arms connected in parallel in the upper module and the lower module.
  • This makes it possible in particular to limit the number of arms connected in parallel in the upper or lower module comprising a first arm provided with at least three electrical conversion devices, while having the possibility of having more than two arms connected in parallel in the other module, for example to withstand a strong current.
  • the configuration of the voltage converter can therefore be adapted according to the DC power supply networks to which it is connected, so that the voltage converter according to the invention is particularly flexible.
  • the voltage converter can be provided with a control module making it possible to control the energy storage devices of the electrical conversion devices of the upper and / or lower modules.
  • the first and second limits can be upper, lower or intermediate limits.
  • said upper or lower arm in which three electrical conversion devices are connected in series can therefore comprise an upper terminal and a lower terminal, each being connected to a primary or secondary winding, or even an upper terminal. and an intermediate terminal, each connected to a primary or secondary winding.
  • the energy exchange device is connected to several terminals of said arm in which at least three electrical conversion devices are connected in series.
  • connection of the windings of the energy exchange device to several terminals of the same arm makes it possible in particular to reduce the number of electrical conversion devices and therefore the number of submodules in the corresponding upper or lower module.
  • said first upper or lower arm in which at least three electrical conversion devices are connected in series can comprise two, three or four terminals, each being electrically connected to at least one of the primary or secondary windings of the device. exchange of electrical energy.
  • said at least one of the upper and lower modules comprising at least three electrical conversion devices connected in series in the corresponding upper or lower first arm comprises a single arm.
  • said upper module and said lower module comprise at least three electrical conversion devices connected in series in said at least one corresponding upper or lower first arm.
  • One advantage of this configuration is that it allows each of the upper and lower modules to withstand a high voltage at their terminals and in particular a high voltage between the first and third DC terminals as well as a high voltage between the third and fourth DC terminals. In fact, in each of the upper and lower modules, the high voltage is distributed and balanced between said at least three electrical conversion devices.
  • said upper module comprises at least one second upper arm electrically connected in parallel with the first upper arm, between the first and third continuous terminals, said at least one second upper arm comprising a plurality of electrical conversion devices connected in series in said au at least a second upper arm and each comprising an inductor connected in series with a chain of submodules.
  • the submodules of the second upper arm also include an energy storage device and are also individually controllable between a first state in which the energy storage device of the submodule is inserted in the chain of submodules. modules and a second state in which the energy storage device is not inserted in said chain of submodules.
  • the upper module comprises as many upper arms as the number of electrical conversion devices of the first lower arm of the lower module.
  • said lower module comprises at least one second lower arm electrically connected in parallel with the first lower arm, between the third and fourth continuous terminals, said at least one second lower arm comprising a plurality of electrical conversion devices connected in series in said at least one second lower arm and each comprising an inductor connected in series with a chain of submodules.
  • An interest is to distribute the direct current flowing in the lower module, which is the difference between the current of the first and third direct terminals.
  • the lower module is then able to withstand a strong current passing through it.
  • This configuration is particularly advantageous when the overall transformation ratio of the converter is much greater than 2, preferably greater than 3.
  • the lower modulus is then subjected to a high current.
  • the lower module comprises as many lower arms as the number of electrical conversion devices of the first upper arm of the upper module.
  • the electrical energy exchange device is an electrical transformation device comprising a plurality of primary windings and a plurality of secondary windings, the upper module being electrically connected to said primary windings while the lower module is electrically connected to said said windings. secondary windings.
  • the electrical energy exchange device is configured to transmit a first AC power PAC-I, from the upper module to the lower module.
  • the electrical energy exchange device also has a transformation ratio corresponding to the ratio between the number of turns of the secondary windings and the number of turns of the primary windings. The ratio between the alternating voltage, respectively the alternating current, at the output of the exchange device of electrical energy and the alternating voltage, respectively the alternating current, at the input of the electrical energy exchange device is substantially equal to the transformation ratio of the electrical energy exchange device.
  • the electrical energy exchange device preferably comprises at least three primary windings and three secondary windings.
  • each of the electrical conversion devices of said at least one of the upper and lower modules comprising a first arm in which at least three electrical conversion devices are connected in series has an upper point and a lower point between which it extends.
  • each of said electrical conversion devices having a primary, respectively secondary winding connected between said upper and lower points.
  • between the upper and lower points of each of the electrical conversion devices of said at least one of the upper and lower modules comprising at least three electrical conversion devices is connected a primary, respectively secondary, separate winding.
  • a single primary or secondary winding is connected between the upper and lower points of each of the electrical conversion devices and that each primary or secondary winding is connected between the upper points of a single electrical conversion device.
  • each of said at least three electrical converting devices of said module has its own primary or secondary winding of the electrical energy exchange device associated with it.
  • each of the primary and / or secondary windings of the electrical energy exchange device can be connected between two arms of the upper and / or lower module.
  • the electrical energy exchange device comprises a single transformer having a plurality of primary windings and a plurality of secondary windings.
  • the transformer advantageously comprises as many primary windings, respectively secondary, as the number of conversion devices connected in series in the first arm of said at least one of the upper and lower modules comprising at least three electrical conversion devices connected in said first arm.
  • the electrical energy exchange device advantageously comprises four primary windings and four secondary windings.
  • the transformer comprises as many primary windings, respectively secondary, as the number of conversion devices electrical connected in the first upper or lower arm comprising the most electrical conversion devices.
  • the electrical energy exchange device comprises a plurality of transformers each having a single primary winding and a single secondary winding. These transformers are single phase transformers.
  • One advantage is to allow better galvanic isolation between the windings of the different transformers.
  • the size of a transformer with multiple primary and secondary windings may be such that it will be difficult to manufacture and transport.
  • the use of several single-phase transformers facilitates the manufacture and transport of the electrical energy exchange device and therefore of the converter.
  • the electrical energy exchange device advantageously comprises as many transformers as the number of electrical conversion devices connected in series in the first arm of the upper and / or lower module, said first arm of which comprises at least three electrical conversion devices.
  • the electrical energy exchange device advantageously comprises four primary windings and four secondary windings.
  • At least one of the upper and lower modules comprises at least one intermediate terminal interconnecting two adjacent electrical conversion devices of said upper or lower module, said at least one intermediate terminal being electrically connected to at least one of the primary windings or secondary of the electrical energy exchange device by an intermediate branch.
  • each intermediate terminal can be electrically connected to two separate primary or secondary windings by said intermediate branch.
  • the first upper or lower arm of said at least one of the upper or lower modules comprising at least three electrical conversion devices connected in series in its first upper or lower arm comprises at least one intermediate terminal interconnecting two electrical conversion devices. adjacent to said upper or lower module, said at least one intermediate terminal being electrically connected to at least one of the primary or secondary windings of the electrical energy exchange device by an intermediate branch. It will then be understood that at least one of the first and second terminals is an intermediate terminal.
  • Said at least one of the upper and lower modules comprising at least three electrical conversion devices advantageously comprises at least two intermediate terminals, each being connected to a separate primary or secondary winding by an intermediate branch specific to said primary or secondary winding.
  • the first upper or lower arm of said at least one of the upper or lower modules comprising at least three electrical conversion devices connected in series in its first upper or lower arm comprises said two intermediate terminals.
  • the electrical energy exchange device comprises an intermediate filter configured to limit the passage of a direct electric current, the intermediate filter being connected in said intermediate branch between said intermediate terminal and said at least one of the primary windings or secondary.
  • Said intermediate filter forms a decoupling member configured to prevent the passage of a direct electric current. It avoids the saturation of the electrical energy exchange device, especially when the latter includes one or more transformers.
  • the intermediate filter can include a capacitor. In a nonlimiting manner, the intermediate filter can consist of a capacitor.
  • said intermediate filter comprises a chain of submodules comprising a plurality of submodules connected in series in the intermediate branch and individually controllable by a control member specific to each submodule and each submodule comprising at least an energy storage device, the control member of each submodule being able to take at least a first state in which the energy storage device of the submodule is inserted in the chain of submodules and a second state in which the energy storage device is not inserted in said chain of submodules.
  • One benefit is to allow the current flowing to the windings of the electrical energy exchange device to be more efficiently regulated.
  • At least one of the upper or lower modules comprises an upper terminal electrically connected to at least one of the primary or secondary windings of the electrical energy exchange device by an upper branch.
  • the upper terminal is connected to a primary winding of the device for exchanging electrical energy by the upper branch.
  • the upper terminal is connected to a secondary winding of the device for exchanging electrical energy via the upper branch.
  • said at least one upper or lower module comprising an arm comprising at least three electrical conversion devices connected in series comprises an upper terminal electrically connected to at least one of the primary or secondary windings of the device for exchanging electrical energy by an upper branch.
  • the first upper or lower arm of said at least one of the upper or lower modules comprising at least three electrical conversion devices connected in series in its first upper or lower arm comprises an upper terminal electrically connected to at least one of the primary windings or secondary of the electrical energy exchange device by an upper branch.
  • At least one of the first and second bounds is an upper bound.
  • At least one of the upper or lower modules comprises a lower terminal electrically connected to at least one of the primary or secondary windings of the electrical energy exchange device by a lower branch.
  • the lower terminal is connected to a primary winding of the electrical energy exchange device via the lower branch.
  • the lower terminal is connected to a secondary winding of the electrical energy exchange device through the lower branch.
  • said at least one upper or lower module comprising a first arm comprising at least three electrical conversion devices connected in series comprises a lower terminal electrically connected to at least one of the primary or secondary windings of the device for exchanging electrical energy. by a lower branch.
  • the first upper or lower arm of said at least one of the upper or lower modules comprising at least three electrical conversion devices connected in series in its first upper or lower arm comprises a lower terminal electrically connected to at least one of the primary windings or secondary of the electrical energy exchange device by a lower branch.
  • At least one of the first and second limits is a lower limit.
  • at least one of the upper or lower modules comprises an upper terminal electrically connected to at least one of the primary or secondary windings of the energy exchange device by an upper branch and a lower terminal electrically connected to at least one of the primary or secondary windings of the device for exchanging electrical energy via a lower branch, and in which said upper and lower branches are electrically connected to two separate windings.
  • said at least one upper or lower module comprising a first arm comprising at least three electrical conversion devices connected in series has such a configuration.
  • the electrical energy exchange device comprises at least one upper or lower filter, connected in said upper branch or in said lower branch and configured to limit the passage of a direct electric current to said at least one of the primary windings. or secondary to which said upper or lower branch is connected.
  • said upper or lower filter blocks the flow of a direct electric current to the windings of the electric energy exchange device.
  • the first upper or lower arm of said at least one of the upper or lower modules comprising at least three electrical conversion devices connected in series in its first upper or lower arm comprises at least a first intermediate terminal and a second intermediate terminal, each being electrically connected to at least one of the primary or secondary windings of the device for exchanging electrical energy by an intermediate branch.
  • the invention also relates to a high-voltage direct current transmission installation comprising a first direct electrical power supply network, a second direct electrical power supply network and at least one voltage converter as described above, said voltage converter being configured to electrically connect said first and second DC power supply networks to each other.
  • the installation is an HVDC installation.
  • the first DC power supply network is preferably connected between the first and second DC power terminals.
  • the second DC power supply network is preferably connected between the third and fourth DC power terminals.
  • the high voltage direct current transmission installation comprises first and second voltage converters such as previously described, the first DC terminal of the first voltage converter and the fourth DC terminal of the second voltage converter being electrically connected to the first DC power supply network, the third DC terminals of the first and second voltage converters being electrically connected to the second DC power supply network, and the fourth terminal of the first voltage converter being electrically connected to the first DC terminal of the second voltage converter.
  • Such an installation makes it possible to connect two DC power supply networks with different topologies, for example a "bipole” type network and a “symmetrical monopoly” type network.
  • the second and fourth DC terminals of the first voltage converter are interconnected, for example by a common electric line.
  • the second and fourth DC terminals of the second voltage converter are interconnected, for example by a common electric line.
  • the fourth terminal of the first voltage converter is advantageously electrically connected to the first DC terminal of the second voltage converter at a point of connection of the first and second voltage converters. This connection point is preferably connected to earth.
  • the HVDC installation further comprises an additional energy exchange device connected between one of the upper or lower modules of the first voltage converter and one of the upper or lower modules of the second voltage converter.
  • Figure 1 illustrates a first embodiment of an HVDC installation comprising a voltage converter according to the invention
  • Figure 2 illustrates a first embodiment of a voltage converter according to the invention
  • Figure 3 illustrates a second embodiment of a voltage converter according to the invention
  • Figure 4 illustrates a third embodiment of a voltage converter according to the invention
  • FIG. 5 illustrates a fourth embodiment of a voltage converter according to the invention
  • FIG. 6 illustrates a second embodiment of an HVDC installation comprising a voltage converter according to the invention.
  • the invention relates to a voltage converter for converting a first DC voltage into a second DC voltage.
  • FIG. 1 illustrates a first embodiment of an HVDC installation 8 comprising a schematic representation of a voltage converter 10 according to the invention, connecting between them a first DC power supply network 12 and a second power supply network DC electric 14 of the installation 8.
  • the voltage converter 10 according to the invention therefore forms a DC / DC converter.
  • the voltage converter 10 comprises a first DC terminal 16 and a second DC terminal 18 configured to be electrically connected to the first DC power supply network 12.
  • DC power supply 12 is shown between the first DC terminal 16 and the second DC terminal 18.
  • the voltage converter 10 also comprises a third DC terminal 20 and a fourth DC terminal 22 configured to be electrically connected to the second DC power supply network 14.
  • the nominal voltage VDC2 of the second DC power supply network 14 is illustrated between the third DC terminal 20 and the fourth DC terminal 22.
  • the ratio between the nominal voltage VDCI of the first DC power supply network 12 and the nominal voltage VDC2 of the second DC power supply network 14 defines an overall transformation ratio of the converter Of voltage.
  • the voltage converter 10 comprises a ground line connecting the second and fourth DC terminals 18, 22.
  • the first and second continuous terminals therefore have the same zero potential.
  • This voltage converter 10 is suitable for connecting two DC power supply networks with asymmetric monopoly topologies.
  • the voltage converter 10 comprises an upper module 24 connected between the first DC terminal 16 and the third DC terminal 20.
  • the upper module 24 comprises a continuous part 24a connected between said first and third DC terminals.
  • the voltage converter further comprises a lower module 26 connected between the third DC terminal 20 and the fourth DC terminal 22.
  • the lower module 26 comprises a continuous portion 26a connected between said third and fourth DC terminals 20,22.
  • the upper 24 and lower 26 modules are connected in cascade with one another, between the first continuous terminal 16 and the fourth continuous terminal 22, and therefore the ground line.
  • the voltage converter further comprises an electrical energy exchange device 28 connecting the upper module 24 and the lower module 26 and being configured to allow energy exchange between said upper module and said lower module. More specifically, the upper module 24 includes an alternating part 24b electrically connected to the electrical energy exchange device 28. Likewise, the lower module 26 includes an alternating part 26b electrically connected to the electrical energy exchange device 28.
  • FIG. 2 illustrates a first embodiment of a voltage converter 10 according to the invention.
  • the lower module 26 comprises a single arm forming a first lower arm 30.
  • this first lower arm 30 comprises three electrical conversion devices 32, 32 ', 32 ”connected. in series in said first lower arm 30.
  • the voltage of the first lower arm is therefore distributed between the three electrical conversion devices. More specifically, it comprises a first electrical conversion device 32, a second electrical conversion device 32 "and a third electrical conversion device 32".
  • Each of the electrical conversion devices includes an upper point and a lower point between which it extends.
  • the lower module could include more electrical conversion devices.
  • the first electrical conversion device 32 extends between an upper terminal 34, forming an upper point of said first electrical conversion device, and a first intermediate terminal 36 of the lower module 26, forming a lower point of said electrical conversion device.
  • the first upper terminal 34 has a potential equal to the potential of the second DC terminal 20.
  • the second electrical conversion device 32 'extends between the first intermediate terminal 36, forming an upper point of said second electrical conversion device, and a second terminal intermediate 38 of the lower module 26, forming a lower point of said second electrical conversion device.
  • the third electrical conversion device 32 "extends between the second intermediate terminal 38, forming an upper point of said third electrical conversion device, and a lower terminal 40 of the lower module 26, forming a lower point of said third electrical conversion device.
  • Each of the electrical conversion devices of the lower module 26 comprises a plurality of submodules 42 connected in series in the first lower arm 30, so as to form a chain of submodules.
  • the submodules 42 can be ordered in a desired sequence.
  • Each string of sub- modules 42 can comprise from two to several hundred submodules.
  • Each submodule 42 comprises an energy storage device comprising in this example a capacitor, and a control member for selectively connecting this capacitor in series between the terminals of the submodule or for bypassing it. More precisely, the control member of each submodule 42 can take at least a first state in which the energy storage device of the submodule is inserted in the chain of submodules and a second state in which the energy storage device is not inserted in said chain of submodules.
  • the submodules can be of the half-bridge or full-bridge type.
  • each electrical conversion device 32, 32 ’, 32” of the lower module 26 comprises an inductor 44 connected in series with the chain of submodules 42 of said electrical conversion device, in the first lower arm 30.
  • the electrical energy exchange device 28 comprises three single-phase transformers separate from each other, and therefore forms an electrical transformation device. More precisely, the energy exchange device 28 comprises a first transformer 46, a second transformer 48 and a third transformer 50. These transformers 46,48,50 are of the single-phase type and each include a single primary winding 46a, 48a, 50a and a single secondary winding 46b, 48b, 50b.
  • the electrical energy exchange device 28 could include only a single three-phase transformer comprising three primary windings and three secondary windings.
  • a secondary winding 46b, 48b, 50b of a separate transformer 46,48,50 is connected between the upper and lower points of each of the electrical conversion devices 32, 32 ’, 32”.
  • a single secondary winding is associated with each of the electrical conversion devices.
  • Each of these secondary windings is connected in parallel with one of the electrical conversion devices via branches comprising, without limitation, capacitors.
  • the upper terminal 34 of the lower module 26 is electrically connected to a first terminal of the secondary winding 46b of the first transformer 46 by an upper branch 52.
  • the first intermediate terminal 36 of the lower module 26 is electrically connected to a second terminal of the secondary winding 46b of the first transformer 46 by a first intermediate branch 54.
  • the first intermediate terminal 36 of the lower module 26 is also electrically connected to a first terminal of the secondary winding 48b of the second transformer 48 by the first intermediate branch 54.
  • the second intermediate terminal 38 of the lower module 26 is electrically connected to a second terminal of the secondary winding 48b of the second transformer 48, as well as at a first terminal of the secondary winding 50b of the third transformer 50, by a second intermediate branch 56.
  • the lower terminal 40 of the lower module 26 is electrically connected to a second terminal of the secondary winding 50b of the third transformer 50 by a lower branch 58.
  • the secondary winding 46b of the first transformer 46 is therefore connected between the upper and lower points of the first electrical conversion device 32, in parallel with said first electrical conversion device via the upper branch 52 and the first intermediate branch 54, in each of which is connected a capacitor 60.
  • the secondary winding 48b of the second transformer 48 is connected between the upper and lower points of the second electrical conversion device 32 ', in parallel with said second electrical conversion device via the first and second intermediate branches 54,56, each comprising a capacitor 60.
  • the secondary winding 50b of the third transformer 50 is connected between the upper and lower points of the third electrical conversion device 32 ”, in parallel with said third electrical conversion device via the second intermediate branch 56 and the lower branch 58, including each a a capacitor 60.
  • the first arm 30 of the lower module 26 therefore comprises an upper terminal 34, a first intermediate terminal 36, a second intermediate terminal 38 and a lower terminal 40, each of which is electrically connected to a secondary winding. These terminals respectively form first, second, third and fourth terminals of said arm, each being connected to a secondary winding.
  • the capacitors 60 of the electric energy exchange device 28 form filters 60, configured to prevent the passage of a direct electric current, to the secondary windings of the transformers.
  • the filters 60 each consist of a capacitor 60 but could include other electrical components.
  • Each of the capacitors 60 is connected in one of the upper, intermediate or lower branches 52,54,56,58 of the lower module, between one of the secondary windings of the electrical energy exchange device and the first lower arm 30. These capacitors allow to limit, preferably block, the flow of a direct electric current in the windings of the transformers.
  • the filters 60 connected in the upper, intermediate and lower branches respectively form upper, intermediate and lower filters.
  • the filters 60 can comprise a plurality of submodules connected in series in the corresponding intermediate, upper or lower branch. These submodules are advantageously controllable individually by a control member specific to each submodule and each submodule comprises at least one energy storage device which may or may not be inserted into the submodule chain by the member. control.
  • Each secondary winding 46b, 48b, 50b is therefore connected in series with two capacitors 60 and in parallel with an electrical conversion device 32, 32 ’, 32” which is specific to it.
  • the upper module 24 comprises a first upper arm 62, a second upper arm 64 and a third upper arm 66, connected in parallel with each other in the upper module 24.
  • Each of the first, second and third upper arm 62,64,66 comprises an upper half-arm 62a, 64a, 66a and a lower half-arm 62b, 64b, 66b interconnected at intermediate points 67.
  • Each of the half-arms comprises a conversion device 33.33 ′ comprising a chain of submodules 42 connected in series with an inductor 44.
  • the first arm 62 is connected to a first terminal of the primary winding 46a of the first transformer 46 via a first intermediate branch 68.
  • the second arm 64 is connected to a first terminal of the primary winding 48a of the second. transformer 48 via a second intermediate branch 70.
  • the third arm 66 is connected to a first terminal of the primary winding 50a of the third transformer 50 via a third intermediate branch 72.
  • the second terminals of the primary windings 46a, 48a, 50a of the first, second and third transformers 46,48,50, which are not connected to one of the upper arms 62,64,66, are connected together, for example at a common point floating, or interconnected to the earth.
  • This first embodiment of the voltage converter 10 is particularly suitable for connecting between them a first DC power supply network 12 and a second DC power supply network 14 having nominal voltages whose ratio, defining a overall transformation ratio of the voltage converter is close to 1, and therefore when the lower module 26 is subjected to a low current and to a high voltage.
  • the first lower arm 30 of said lower module in which three electrical conversion devices 32, 32 ', 32 ”are connected in series with one another, is then particularly suitable for withstanding this high voltage and this weak current.
  • each of the secondary windings 46b, 48b, 50b of the electrical energy exchange device 28 is associated an electrical conversion device 32, 32 ', 32 ”of the lower module 26 and with each of the primary windings 46a, 48a, 50a is associated an arm 62,64,66 of the upper module 24.
  • the ratio between the number of arms of the upper module and the number of arms of the lower module is therefore 3. This is not possible with the devices of the prior art which impose a ratio of 1 or 2 between the number of arms connected in parallel in the upper and lower modules.
  • One advantage is therefore to allow the upper module to withstand a high current while limiting the number of components of the voltage converter 10 and consequently its weight, its size and its manufacturing cost.
  • Figure 3 illustrates a second embodiment of a voltage converter 100 according to the invention.
  • the upper module 124 is substantially identical to the lower module 26 of the first embodiment.
  • the upper module 124 here comprises a single arm forming a first upper arm 130.
  • this first upper arm 130 comprises three electrical conversion devices 132, 132 ', 132 ”connected in series in said first upper arm 130. More specifically, it comprises a first electrical conversion device 132, a second electrical conversion device 132 'and a third electrical conversion device 132 ”.
  • Each of the electrical conversion devices of the upper module 124 comprises a plurality of sub-modules 142 connected in series in the first upper arm 130 so as to form a chain of sub-modules, and an inductor 44 connected in series with the sub-chain. -modules 142 of said electrical conversion device, in the first upper arm 130.
  • the electrical energy exchange device 28 is substantially identical to that of the first embodiment, and comprises three single-phase transformers 46,48,50 distinct from each other, and consequently forms a device of electrical transformation. More precisely, the electrical energy exchange device 28 comprises a first transformer 46, a second transformer 48 and a third transformer 50. In this non-limiting example, each of the primary windings 46a, 48a, 50a is connected between the upper and lower points of an electrical conversion device 132, 132 ', 132 ”of the upper module 124 which is specific to it.
  • the primary winding 46a of the first transformer 46 is therefore connected between the upper and lower points of the first electrical conversion device 132, via a lower branch 158 and a first intermediate branch 156.
  • the primary winding 48a of the second transformer 48 is connected between the upper and lower points of the second electrical conversion device 132 ', via the first intermediate branch 156 and a second intermediate branch 154.
  • the primary winding 50a of the third transformer 50 is therefore connected between the upper and lower points of the third electrical conversion device 132 ”, via the second intermediate branch 154 and an upper branch 152.
  • the electrical energy exchange device 28 further comprises a plurality of capacitors 160, connected in the upper, middle or lower branches 152,154,156,158 of the upper module.
  • the lower module 126 is substantially identical to the upper module 24 of the voltage converter 10 of the first embodiment.
  • the lower module 126 includes a first lower arm 162, a second lower arm 164, and a third lower arm 166, connected in parallel with each other in the lower module 126.
  • Each of the first, second and third lower arms 162,164,166 includes a half. upper arm and a lower half-arm each comprising a chain of submodules connected in series with an inductor.
  • This second embodiment of the voltage converter 100 is particularly suitable for connecting between them a first DC power supply network 12 and a second DC power supply network 14 having nominal voltages whose ratio, defining a The overall transformation ratio of the voltage converter 100 is high, greater than 2, preferably greater than 3.
  • the upper modulus is subjected to a low current and to a high voltage.
  • the first upper arm 130 of said upper module 124 in which three electrical conversion devices 132, 132 ’, 132” are connected in series with each other, is particularly suited to withstand this high voltage and low current.
  • Each of the primary windings 46a, 48a, 50a of the electrical energy exchange device 28 is associated with an electrical conversion device 132, 132 ', 132 ”of the upper module 124. Thanks to the invention, it is possible to connect up to 'with three arms in parallel in the lower module 126, in order to support a strong current, while retaining a single first arm 130 in the upper module 124. The ratio between the number of arms of the upper module and the number of arms of the lower module is therefore 3. There is again an interest in allowing the lower module to withstand a high current while limiting the number of components of the voltage converter 100 and consequently its weight, its size and its manufacturing cost.
  • Figure 4 illustrates a third embodiment of a voltage converter 200 according to the invention.
  • the upper module 224 and the lower module 226 are substantially identical. They each comprise a single arm respectively forming a first upper arm and a first lower arm.
  • the upper module 224 comprises three electrical conversion devices 233, 233 ’, 233” connected in series in said first upper arm.
  • the lower module 226 includes three electrical conversion devices 232, 232 ’, 232” connected in series in said first lower arm.
  • the electrical energy exchange device 28 is substantially identical to that of the first and second embodiments of the voltage converter, and comprises three single phase transformers 46,48,50 distinct from each other.
  • the connection between the lower module 226 and the transformers is identical to the connection between the lower module 26 and the transformers of the converter of the first embodiment described above.
  • the connection between the upper module 224 and the transformers is identical to the connection between the upper module 124 and the transformers of the converter of the second embodiment described above.
  • Figure 5 illustrates a fourth embodiment of a voltage converter 300 according to the invention.
  • the upper module 324 comprises a single first upper arm.
  • said upper module 324 comprises first, second, third, fourth, fifth and sixth electrical conversion devices 331,332,333,334,335,336 connected in series in said first upper arm and each having an upper point and a lower point between which it s' extends.
  • the electrical conversion devices each comprise a chain of submodules 342.
  • the lower module 326 includes a first lower arm 362, a second lower arm 364 and a third lower arm 366 connected in parallel in the lower module.
  • Each of said arms comprises an upper half-arm and a half-arm.
  • lower arm each comprising an electrical conversion device 340 comprising a chain of submodules 342.
  • the electrical energy exchange device 28 comprises three single-phase transformers 46,48,50 distinct from each other each comprising a primary winding 46a, 48a, 50a and a secondary winding 46b, 48b, 50b .
  • the first primary winding 46a is connected between the lower and upper points of the fifth electrical conversion device 335 and between the upper and lower points of the sixth electrical conversion device 336.
  • the second primary winding 48a is connected between the lower and upper points of the third. electrical converting device 333 and between the upper and lower points of the fourth electrical converting device 334.
  • the third primary winding 50a is connected between the lower and upper points of the first electrical converting device 331 and between the upper and lower points of the second device electric converter 332.
  • the secondary windings 46b, 48b, 50b are coupled in a triangle. Further, the second secondary winding 48b is connected between the first and second lower arms 362,364 of the lower module. The first secondary winding 46b is connected between the second and third lower arms 364,366 of the lower module. The third secondary winding 50b is connected between the first and third lower arms 362,366 of the lower module.
  • FIG. 6 illustrates a second non-limiting embodiment of an HVDC installation 80 comprising a first voltage converter 10 according to the invention and a second voltage converter 10 ’according to the invention.
  • This HVDC installation 80 makes it possible to connect between them a first DC power supply network 12 and a second DC power supply network 14.
  • These two DC power supply networks may have different topologies.
  • the first DC power supply network 12 may be of the "bipole” type and the second DC power supply network 14 may be of the "symmetrical monopoly" type.
  • the first voltage converter 10 comprises an upper module 24 and a lower module 26 interconnected by an electrical energy exchange device 28.
  • the second voltage converter 10 ' comprises an upper module 24' and a lower module 26 '. interconnected by an electrical energy exchange device
  • the HVDC installation 80 is connected to the first DC power supply network 12 via the first DC terminal 16 of the first voltage converter 10 and the second DC terminal 18 'of the second voltage converter 10'.
  • the HVDC installation 80 is connected to the second DC power supply network 14 via the third DC terminal 20 of the first voltage converter 10 and the third DC terminal 20 'of the second voltage converter 10'.
  • the second and fourth DC terminals 18, 22 of the first voltage converter are electrically connected to each other and are connected to the first DC terminal 16 'of the second voltage converter 10'.

Landscapes

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Abstract

Convertisseur de tension (10) comprenant un module supérieur (24) comprenant au moins un premier bras supérieur (62) connecté entre des premier et troisième terminaux continus et comprenant une pluralité de dispositifs de conversion électrique (33) connectés en série dans ledit au moins un premier bras supérieur, un module inférieur (26) comprenant au moins un premier bras inférieur (30) connecté entre les troisième et quatrième terminaux continus et comprenant une pluralité de dispositifs de conversion électrique (32) connectés en série dans ledit au moins un premier bras inférieur, et un dispositif d'échange d'énergie électrique (28) reliant le module supérieur et le module inférieur, au moins un des modules supérieur et inférieur comprenant au moins trois dispositifs de conversion électrique (32) connectés en série dans ledit au moins un premier bras supérieur ou inférieur correspondant.

Description

Description
Convertisseur de tension DC/DC comprenant un module supérieur et un module inférieur
Domaine Technique
La présente invention concerne le domaine technique des convertisseurs de tension permettant de convertir une première tension continue en une seconde tension continue. Ces convertisseurs sont également appelés convertisseurs de tension DC/DC. Ce type de convertisseurs est particulièrement adapté pour être implanté dans des installations d’alimentation électrique en courant continu haute tension (HVDC pour « High Voltage Direct Current » en langue anglaise).
Les convertisseurs de tension DC/DC permettent la connexion d’un premier réseau d’alimentation électrique continu à un second réseau d’alimentation électrique continu.
Technique antérieure
Les convertisseurs de tension les plus couramment utilisés dans les installations d’alimentation électrique HVDC sont les convertisseurs modulaires multi-niveaux (MMC pour « Modular Multilevel Converter » en langue anglaise). Ces convertisseurs MMC offrent un excellent rendement et de nombreuses possibilités de contrôle. En outre, leur structure modulaire permet de construire des convertisseurs pouvant supporter de très hautes tensions. Un inconvénient de ces convertisseurs est qu’ils comprennent de très nombreux composants. En particulier, s’il est connu de réaliser un convertisseur DC/DC à partir de deux convertisseurs MMC interconnectés en leurs parties alternatives, le convertisseur DC/DC résultant comprend un nombre très important de composants, est particulièrement encombrant et présente un rendement insuffisant compte-tenu des deux étages de conversion.
On connaît des convertisseurs type DC/DC tels que le convertisseur décrit dans US 9748848. Ce convertisseur comprend des premier et deuxième terminaux continus configurés pour être reliés à un premier réseau d’alimentation électrique continu et des troisième et quatrième terminaux continus configurés pour être reliés à un second réseau d’alimentation électrique continu. Le convertisseur comprend un module supérieur connecté entre les premier et troisième terminaux continus et un module inférieur connecté entre les troisième et quatrième terminaux continus. Chacun des modules supérieur et inférieur comprend au moins un bras dans lequel sont connectés en série deux dispositifs de conversion comprenant une pluralité de sous-modules commandables connectés en série dans ledit bras. Le module supérieur et le module inférieur sont reliés électriquement à un dispositif d’échange d’énergie électrique.
Le rapport entre la tension nominale du premier réseau d’alimentation électrique continu et la tension du second réseau d’alimentation électrique continu, connectés entre eux par ce convertisseur, définit un rapport de transformation global du convertisseur. On constate que pour un rapport de transformation global faible, de l’ordre de 1 , le module inférieur est soumis à une forte tension tandis que le module supérieur est soumis à une tension faible. Le module inférieur est donc soumis à une tension très supérieure à celle du module supérieur. Par ailleurs, le module inférieur est soumis à un courant faible tandis que le module supérieur est soumis à un fort courant. A l’inverse, pour un grand rapport de transformation, supérieur à 2, le module inférieur est soumis à une faible tension tandis que le module supérieur est soumis à une forte tension. Le module supérieur est donc soumis à une tension très inférieure à celle du module supérieur. Par ailleurs, le module inférieur est soumis à un fort courant tandis que le module supérieur est soumis à un courant faible. Pour la suite de la présente demande, les termes « fort courant » et « forte tension » sont à interpréter de manière relative, en comparaison avec les termes « courant faible » et « faible tension ».
Afin de permettre à un des modules supérieur ou inférieur soumis à un fort courant de supporter ledit courant, ce document US 9748848 prévoit de connecter plusieurs bras en parallèles dans le module correspondant, de manière à pouvoir répartir ledit courant dans chacun desdits bras. L’autre module est quant à lui soumis à un courant faible.
Un inconvénient est que la structure du convertisseur de ce document de l’art antérieur impose nécessairement un rapport de 1 ou de 2 entre le nombre de bras connectés en parallèles dans les modules supérieur et inférieur. En d’autres mots, dans ce convertisseur, soit les modules supérieur et inférieur comprennent un nombre identique de bras connectés en parallèles, soit l’un des modules supérieur ou inférieur comprend deux fois plus de bras connectés en parallèles que l’autre module. Aussi, lorsqu’un des modules supérieur ou inférieur est soumis à un fort courant et qu’il est nécessaire de connecter plus de deux bras en parallèle dans ledit module pour supporter le fort courant, ce document prévoit également d’augmenter le nombre de bras connectés en parallèles dans l’autre module. Quand un module est amené à supporter un fort courant, le nombre de bras connectés en parallèle est donc augmenté dans le module supérieur ainsi que dans le module inférieur. Or, cette augmentation du nombre de bras connectés en parallèle dans le module soumis à un faible courant n’est pas nécessaire. Ce module soumis à un faible courant est donc surdimensionné ce qui entraîne une augmentation significative du nombre de sous-modules et donc une augmentation indue du coût et de l’encombrement du convertisseur. De plus, dans ce module soumis à un faible courant chacun des bras connectés en parallèle est soumis à une forte tension. L’augmentation du nombre de bras connectés en parallèles dans ce module implique donc une augmentation significative du nombre de sous-modules nécessaire pour supporter ladite forte tension dans chacun desdits bras connectés en parallèle.
Exposé de l’invention
Un but de la présente invention est de proposer un convertisseur de tension remédiant aux problèmes précités et permettant notamment de réduire le nombre de sous-modules par rapport aux documents de l’art antérieur.
Pour ce faire, l’invention porte sur un convertisseur de tension permettant de convertir une première tension continue en une seconde tension continue et inversement, le convertisseur comportant des premier et deuxième terminaux continus configurés pour être reliés électriquement à un premier réseau d’alimentation électrique continu ; des troisième et quatrième terminaux continus configurés pour être reliés électriquement à un second réseau d’alimentation électrique continu ; un module supérieur configuré pour au moins transformer une tension alternative en une tension continue et inversement, le module supérieur étant connecté électriquement entre les premier et troisième terminaux continus, le module supérieur comprenant au moins un premier bras supérieur connecté entre les premier et troisième terminaux continus, ledit au moins un premier bras comprenant une pluralité de dispositifs de conversion électrique connectés en série dans ledit au moins un premier bras supérieur ; un module inférieur configuré pour au moins transformer une tension alternative en une tension continue et inversement, le module inférieur étant connecté électriquement entre les troisième et quatrième terminaux continus, le module inférieur comprenant au moins un premier bras inférieur connecté entre les troisième et quatrième terminaux continus, ledit au moins un premier bras inférieur comprenant une pluralité de dispositifs de conversion électrique connectés en série dans ledit au moins un premier bras inférieur ; et un dispositif d’échange d’énergie électrique reliant le module supérieur et le module inférieur et étant configuré pour permettre un échange d’énergie entre ledit module supérieur et ledit module inférieur, lesdits dispositifs de conversion électrique des modules supérieur et inférieur comprenant chacun une inductance connectée en série avec une chaîne de sous- modules, chacune desdites chaînes de sous-modules comprenant une pluralité de sous-modules commandables individuellement par un organe de commande propre à chaque sous-module et chaque sous-module comprenant au moins un dispositif de stockage d’énergie, l’organe de commande de chaque sous-module pouvant prendre au moins un premier état dans lequel le dispositif de stockage d’énergie du sous-module est inséré dans la chaîne de sous-modules et un deuxième état dans lequel le dispositif de stockage d’énergie n’est pas inséré dans ladite chaîne de sous-modules, au moins un des modules supérieur et inférieur comprenant au moins trois dispositifs de conversion électrique connectés en série dans ledit au moins un premier bras supérieur ou inférieur correspondant.
En outre, ledit premier bras supérieur ou inférieur dans lequel sont connectés en série au moins trois dispositifs de conversion électrique comprend au moins une première borne et une deuxième borne, chacune étant reliée électriquement à au moins un des enroulements primaires ou secondaires du dispositif d’échange d’énergie électrique.
Le convertisseur de tension selon l’invention peut être aisément connecté dans une installation électrique HVDC, entre un premier réseau d’alimentation électrique continu et un second réseau d’alimentation électrique continu. Le convertisseur de tension selon l’invention forme un convertisseur haute tension DC/DC. Le convertisseur DC/DC selon l’invention est en outre réversible, de sorte qu’il permet de transférer de l’énergie du premier réseau d’alimentation électrique continu vers le second réseau d’alimentation électrique continu et inversement. Par haute tension, on entend de préférence une tension supérieure à 1000 volts.
Le convertisseur de tension selon l’invention permet de connecter entre eux deux réseaux d’alimentation électrique continus ayant des tensions nominales sensiblement égales, auquel cas le rapport de transformation global du convertisseur de tension est environ égal à 1. Le convertisseur de tension permet également de connecter entre eux deux réseaux d’alimentation électrique continus ayant des tensions nominales très différentes, auquel cas le rapport de transformation global du convertisseur de tension est supérieur à 1 , de préférence supérieur à 2.
De manière non limitative, les deuxième et quatrième terminaux continus peuvent être reliés entre eux électriquement. Ils peuvent par exemple être reliés entre eux par un point flottant ou encore par une ligne de masse de sorte qu’ils présentent tous les deux un potentiel sensiblement nul. Cette configuration permet notamment de connecter entre eux deux réseaux DC ayant une topologie de type monopole asymétrique.
Le convertisseur de tension comprend avantageusement une partie continue reliée aux terminaux continus et une partie alternative comprenant notamment le dispositif d’échange d’énergie électrique. Le module supérieur permet notamment de convertir au moins une partie d’une première puissance continue PDCI d’un premier réseau d’alimentation électrique continu, connecté aux premier et deuxième terminaux continus, en une première puissance alternative PACI - La partie de cette première puissance continue PDCI n’ayant pas été convertie en une première puissance alternative PACI est transmise directement aux troisième et quatrième terminaux continus et donc à un second réseau d’alimentation électrique continu connecté à ces terminaux. Par rapport à un convertisseur DC/DC réalisé en interconnectant deux convertisseurs MMC via leurs parties alternatives, un intérêt est de réduire la quantité de puissance continue convertie en puissance alternative, afin de réduire les pertes liées à ladite conversion.
Le dispositif d’échange d’énergie électrique permet un échange d’énergie entre le module supérieur et le module inférieur. Il est de préférence configuré pour transférer la puissance alternative fournie par le module supérieur au module inférieur. Il permet en outre d’adapter les niveaux des tensions alternatives et des courants, entre lesdits modules supérieur et inférieur, selon un rapport de transformation du dispositif d’échange d’énergie électrique. Le module inférieur transforme avantageusement la puissance alternative transmise par le dispositif d’échange d’énergie électrique en une seconde puissance continue PDC2, délivrée aux troisième et quatrième terminaux continus.
En outre, le module supérieur est connecté en série avec le module inférieur, de sorte que la tension totale aux bornes du convertisseur de tension est répartie entre le module supérieur et le module inférieur, ce qui permet de réduire le nombre de sous-modules et donc le coût et l’encombrement du convertisseur.
Chaque dispositif de conversion électrique présente avantageusement un point supérieur et un point inférieur entre lesquels il s’étend. Les sous-modules d’un dispositif de conversion électrique permettent d’ajuster la tension entre les points supérieur et inférieur dudit dispositif de conversion électrique et donc la tension aux bornes du module supérieur ou inférieur correspondant.
De manière non limitative, les sous-modules des dispositifs de conversion électrique peuvent être des sous-modules en pont complet, des sous-modules en demi-pont ou encore une combinaison de ces deux types de sous-modules.
Selon l’invention, au moins un des modules supérieur ou inférieur comprend trois dispositifs de conversion électrique, ou plus, connecté en série dans son premier bras. On comprend que selon une première variante non limitative, seul le module supérieur comprend un premier bras, formant un premier bras supérieur, comprenant au moins trois dispositifs de conversion électrique connectés en série. Selon une deuxième variante non-limitative, seul le module inférieur comprend un premier bras, formant un premier bras inférieur, comprenant au moins trois dispositifs de conversion électrique connectés en série. Selon une troisième variante non limitative, le module supérieur et le module inférieur comprennent chacun un premier bras comprenant au moins trois dispositifs de conversion électrique connectés en série. Sans sortir du cadre de l’invention, le nombre de dispositifs de conversion électrique du premier bras du module supérieur et du premier bras du module inférieur peut être égal ou différent.
Sans sortir du cadre de l’invention, au moins un des modules supérieur et inférieur peut comprendre une pluralité de bras comprenant chacun au moins trois dispositifs de conversion électrique.
Le module supérieur et/ou inférieur dont le premier bras comprend au moins trois dispositifs de conversion électrique, et dont le premier bras comprend donc au moins trois chaînes de sous-modules, selon l’invention, est particulièrement adapté pour supporter une forte tension. Dans le convertisseur de tension selon l’invention, le premier bras de ce module, comprenant au moins trois dispositifs de conversion électrique, comprend un nombre suffisant de sous-modules commandables connectés en série entre lesquels la forte tension dudit module peut être répartie.
Il est particulièrement avantageux de munir le premier bras du module inférieur d’au moins trois dispositifs de conversion lorsque le rapport de transformation global du convertisseur de tension est faible, de préférence environ égal à 1. En effet, dans ce cas, le module inférieur est soumis à un faible courant et à une forte tension, en comparaison avec le courant et la tension auxquels est soumis le module supérieur. Ledit premier bras dudit module inférieur, dans lequel au moins trois chaînes de sous-modules sont connectées en série l’une de l’autre, est alors particulièrement adapté pour supporter cette forte tension et ce faible courant. Dans ce cas de figure, où le rapport de transformation global est proche de 1 , il est particulièrement avantageux de munir le module supérieur d’une pluralité de bras connectés en parallèle, afin de supporter le fort courant et la faible tension auxquels est soumis ce module supérieur.
Il est particulièrement avantageux de munir le premier bras du module supérieur d’au moins trois dispositifs de conversion lorsque le rapport de transformation global du convertisseur de tension est très supérieur à 2, de préférence supérieur à 3, et donc lorsque le module supérieur est soumis à un faible courant et à une forte tension. En effet, dans ce cas, ledit premier bras dudit module supérieur, dans lequel au moins trois chaînes de sous-modules sont connectées en série l’une de l’autre, est alors particulièrement adapté pour supporter cette forte tension et ce faible courant.
Par ailleurs, grâce à l’invention, dans la mesure où un des modules supérieur et inférieur comprend un premier bras dans lequel sont connectés en série au moins trois dispositifs de conversion, il est possible de connecter en parallèle dans l’autre module un nombre de bras au maximum égal au nombre de dispositifs de conversion dans ledit premier bras, sans augmenter le nombre de bras connectés en série dans le module comprenant ledit premier bras muni de trois dispositifs de conversion électrique. Si le module supérieur comprend un premier bras supérieur muni de trois dispositifs de conversion électrique connectés en série, il est par exemple possible de connecter dans le module inférieur jusqu’à trois bras en parallèles, afin de supporter un fort courant, tout en conservant un unique premier bras dans le module supérieur. Ceci n’est pas possible avec les dispositifs de l’art antérieur qui imposent un rapport de 1 ou 2 entre le nombre de bras connectés en parallèles dans les modules supérieur et inférieur, et qui imposent donc d’augmenter le nombre de bras connectés en parallèles dans les deux modules, lorsqu’un seul de ces modules est amené à supporter un fort courant.
Grâce à l’invention, le nombre de bras pouvant être connectés en parallèle dans un module supérieur ou inférieur n’est pas limité par le nombre de bras connectés en parallèle dans l’autre module. En d’autres mots, la présence d’au moins trois dispositifs de conversion électrique dans le premier bras d’un des modules supérieur et inférieur offre une plus grande liberté quant au rapport entre le nombre de bras connectés en parallèle dans le module supérieur et le module inférieur. Ceci permet notamment de limiter le nombre de bras connectés en parallèle dans le module supérieur ou inférieur comprenant un premier bras muni d’au moins trois dispositifs de conversion électrique, tout en ayant la possibilité d’avoir plus de deux bras connectés en parallèle dans l’autre module, par exemple pour supporter un fort courant. Un intérêt et donc d’éviter de surdimensionner un des modules et donc de réduire le nombre de composants, ainsi que l’encombrement et le coût total du convertisseur.
La configuration du convertisseur de tension peut donc être adaptée en fonction des réseaux d’alimentation électrique continus auxquels il est relié, de sorte que le convertisseur de tension selon l’invention est particulièrement modulable.
De manière non limitative, le convertisseur de tension peut être muni d’un module de contrôle permettant de commander les dispositifs de stockage d’énergie des dispositifs de conversion électrique des modules supérieur et/ou inférieur. De manière non limitative, les premières et deuxième bornes peuvent être des bornes supérieure, inférieure ou intermédiaires. Par exemple, de manière non limitative, ledit bras supérieur ou inférieur dans lequel sont connectés en série trois dispositifs de conversion électrique peut donc comprendre une borne supérieure et une borne inférieure, chacune étant reliée à un enroulement primaire ou secondaire, ou encore une borne supérieure et une borne intermédiaire, chacune étant reliée à un enroulement primaire ou secondaire.
Le dispositif d’échange d’énergie est connecté à plusieurs bornes dudit bras dans lequel sont connectés en série au moins trois dispositifs de conversion électrique.
La connexion des enroulements du dispositif d’échange d’énergie à plusieurs bornes d’un même bras permet notamment de réduire le nombre de dispositifs de conversion électrique et donc le nombre de sous-modules dans le module supérieur ou inférieur correspondant.
De manière non limitative, ledit premier bras supérieur ou inférieur dans lequel sont connectés en série au moins trois dispositifs de conversion électrique peut comprendre deux, trois ou quatre bornes, chacune étant reliée électriquement à au moins un des enroulements primaires ou secondaires du dispositif d’échange d’énergie électrique.
De préférence, ledit au moins un des modules supérieur et inférieur comprenant au moins trois dispositifs de conversion électrique connectés en série dans le premier bras supérieur ou inférieur correspondant comprend un unique bras.
De préférence, ledit module supérieur et ledit module inférieur comprennent au moins trois dispositifs de conversion électrique connectés en série dans ledit au moins un premier bras supérieur ou inférieur correspondant. Un intérêt de cette configuration est de permettre à chacun des modules supérieur et inférieur de supporter une forte tension à leurs bornes et notamment une forte tension entre les premier et troisième terminaux continus ainsi qu’une forte tension entre les troisième et quatrième terminaux continus. En effet, dans chacun des modules supérieur et inférieur, la forte tension est répartie et équilibrée entre lesdits au moins trois dispositifs de conversion électrique.
Avantageusement, ledit module supérieur comprend au moins un deuxième bras supérieur connecté électriquement en parallèle du premier bras supérieur, entre les premier et troisième terminaux continus, ledit au moins un deuxième bras supérieur comprenant une pluralité de dispositifs de conversion électrique connectés en série dans ledit au moins un deuxième bras supérieur et comprenant chacun une inductance connectée en série avec une chaîne de sous-modules.
Un intérêt est de répartir le courant continu circulant dans le premier terminal continu entre les premier et deuxième bras supérieurs. Le module supérieur est alors apte à supporter un fort courant le traversant. Cette configuration est particulièrement avantageuse lorsque le rapport de transformation global du convertisseur est proche de 1. En effet, le module supérieur est alors soumis à un fort courant. De préférence, les sous-modules du deuxième bras supérieur comprennent également un dispositif de stockage d’énergie et sont également commandables individuellement entre un premier état dans lequel le dispositif de stockage d’énergie du sous-module est inséré dans la chaîne de sous-modules et un deuxième état dans lequel le dispositif de stockage d’énergie n’est pas inséré dans ladite chaîne de sous-modules.
De préférence, mais de manière non limitative, le module supérieur comprend autant de bras supérieurs que le nombre de dispositifs de conversion électrique du premier bras inférieur du module inférieur.
De manière avantageuse, ledit module inférieur comprend au moins un deuxième bras inférieur connecté électriquement en parallèle du premier bras inférieur, entre les troisième et quatrième terminaux continus, ledit au moins un deuxième bras inférieur comprenant une pluralité de dispositifs de conversion électrique connectés en série dans ledit au moins un deuxième bras inférieur et comprenant chacun une inductance connectée en série avec une chaîne de sous-modules.
Un intérêt est de répartir le courant continu circulant dans le module inférieur, qui est la différence entre le courant des premier et troisième terminaux continus. Le module inférieur est alors apte à supporter un fort courant le traversant. Cette configuration est particulièrement avantageuse lorsque le rapport de transformation global du convertisseur est très supérieur à 2, de préférence supérieur à 3. En effet, le module inférieur est alors soumis à un fort courant.
De préférence, mais de manière non limitative, le module inférieur comprend autant de bras inférieurs que le nombre de dispositifs de conversion électrique du premier bras supérieur du module supérieur.
Préférentiellement, le dispositif d’échange d’énergie électrique est un dispositif de transformation électrique comprenant une pluralité d’enroulements primaires et une pluralité d’enroulements secondaires, le module supérieur étant connecté électriquement auxdits enroulements primaires tandis que le module inférieur est connecté électriquement auxdits enroulements secondaires. Le dispositif d’échange d’énergie électrique est configuré pour transmettre une première puissance alternative PAC-I , depuis le module supérieur vers le module inférieur. Le dispositif d’échange d’énergie électrique présente en outre un rapport de transformation correspondant au rapport entre le nombre de spires des enroulements secondaires et le nombre de spires des enroulements primaires. Le rapport entre la tension alternative, respectivement le courant alternatif, en sortie du dispositif d’échange d’énergie électrique et la tension alternative, respectivement le courant alternatif, en entrée du dispositif d’échange d’énergie électrique est sensiblement égal au rapport de transformation du dispositif d’échange d’énergie électrique.
Le dispositif d’échange d’énergie électrique comprend de préférence au moins trois enroulements primaires et trois enroulements secondaires.
De préférence, chacun des dispositifs de conversion électrique dudit au moins un des modules supérieur et inférieur comprenant un premier bras dans lequel sont connectés en série au moins trois dispositifs de conversion électrique, présente un point supérieur et un point inférieur entre lesquels il s’étend, chacun desdits dispositifs de conversion électrique présentant un enroulement primaire, respectivement secondaire connecté entre lesdits points supérieur et inférieur. De préférence, entre les points supérieur et inférieur de chacun des dispositifs de conversion électrique dudit au moins un des modules supérieur et inférieur comprenant au moins trois dispositifs de conversion électrique est connecté un enroulement primaire, respectivement secondaire, distinct. Par distinct, on entend qu’un unique enroulement primaire ou secondaire est connecté entre les points supérieur et inférieur de chacun des dispositifs de conversion électrique et que chaque enroulement primaire ou secondaire est connecté entre les points supérieur d’un unique dispositif de conversion électrique. En d’autres mots, à chacun desdits au moins trois dispositifs de conversion électrique dudit module est associé un enroulement primaire ou secondaire du dispositif d’échange d’énergie électrique, qui lui est propre. De manière non limitative, chacun des enroulements primaires et/ou secondaires du dispositif d’échange d’énergie électrique peut être connecté entre deux bras du module supérieur et/ou inférieur.
Selon une première variante avantageuse, le dispositif d’échange d’énergie électrique comprend un unique transformateur ayant une pluralité d’enroulements primaires et une pluralité d’enroulements secondaires. Un intérêt est de réduire le coût et l’encombrement du convertisseur en limitant le nombre de composants qu’il comprend. Le transformateur comprend avantageusement autant d’enroulements primaires, respectivement secondaires, que le nombre de dispositifs de conversion connectés en série dans le premier bras dudit au moins un des modules supérieur et inférieur comprenant au moins trois dispositifs de conversion électrique connectés dans ledit premier bras. Par exemple, si le module inférieur comprend un premier bras muni de quatre dispositifs de conversion électrique connectés en série, le dispositif d’échange d’énergie électrique comprend alors avantageusement quatre enroulements primaires et quatre enroulements secondaires.
Encore de préférence, le transformateur comprend autant d’enroulements primaires, respectivement secondaires, que le nombre de dispositifs de conversion électrique connectés dans le premier bras supérieur ou inférieur comprenant le plus de dispositifs de conversion électrique.
Selon une deuixème variante avantageuse, le dispositif d’échange d’énergie électrique comprend une pluralité de transformateurs ayant chacun un unique enroulement primaire et un unique enroulement secondaire. Ces transformateurs sont des transformateurs monophasés. Un intérêt est de permettre une meilleure isolation galvanique entre les enroulements des différents transformateurs. En outre, pour les applications de très forte puissance, la taille d’un transformateur à plusieurs enroulements primaires et secondaire peut être telle qu’il sera difficile à fabriquer et à transporter. L’utilisation de plusieurs transformateurs monophasés facilite la fabrication et le transport du dispositif d’échange d’énergie électrique et donc du convertisseur.
Le dispositif d’échange d’énergie électrique comprend avantageusement autant de transformateurs que le nombre de dispositifs de conversion électrique connectés en série dans le premier bras du module supérieur et/ou inférieur dont ledit premier bras comprend au moins trois dispositifs de conversion électrique. Par exemple, si le module inférieur comprend un premier bras muni de quatre dispositifs de conversion électrique connectés en série, le dispositif d’échange d’énergie électrique comprend alors avantageusement quatre enroulements primaires et quatre enroulements secondaires.
Avantageusement, au moins l’un des modules supérieur et inférieur comprend au moins une borne intermédiaire reliant entre eux deux dispositifs de conversion électrique adjacents dudit module supérieur ou inférieur, ladite au moins une borne intermédiaire étant reliée électriquement à au moins un des enroulements primaires ou secondaires du dispositif d’échange d’énergie électrique par une branche intermédiaire.
De manière non limitative, chaque borne intermédiaire peut être reliée électriquement à deux enroulements primaires ou secondaires distincts par ladite branche intermédiaire.
De préférence, le premier bras supérieur ou inférieur dudit au moins un des modules supérieur ou inférieur comprenant au moins trois dispositifs de conversion électrique connectés en série dans son premier bras supérieur ou inférieur comprend au moins une borne intermédiaire reliant entre eux deux dispositifs de conversion électrique adjacents dudit module supérieur ou inférieur, ladite au moins une borne intermédiaire étant reliée électriquement à au moins un des enroulements primaires ou secondaires du dispositif d’échange d’énergie électrique par une branche intermédiaire. On comprend alors qu’au moins l’une des première et deuxième bornes est une borne intermédiaire.
Ledit au moins un des modules supérieur et inférieur comprenant au moins trois dispositifs de conversion électrique comprend avantageusement au moins deux bornes intermédiaires, chacune étant reliée à un enroulement primaire ou secondaire distinct par une branche intermédiaire propre audit enroulement primaire ou secondaire.
Avantageusement, le premier bras supérieur ou inférieur dudit au moins un des modules supérieur ou inférieur comprenant au moins trois dispositifs de conversion électrique connectés en série dans son premier bras supérieur ou inférieur comprend lesdites deux bornes intermédiaires.
De préférence, le dispositif d’échange d’énergie électrique comprend un filtre intermédiaire configuré pour limiter le passage d’un courant électrique continu, le filtre intermédiaire étant connecté dans ladite branche intermédiaire entre ladite borne intermédiaire et ledit au moins un des enroulements primaires ou secondaires. Ledit filtre intermédiaire forme un organe de découplage configuré pour empêcher le passage d’un courant électrique continu. Il permet d’éviter la saturation du dispositif d’échange d’énergie électrique, notamment lorsque ce dernier comprend un ou plusieurs transformateurs. Le filtre intermédiaire peut comprendre un condensateur. De manière non limitative, le filtre intermédiaire peut consister en un condensateur.
De manière avantageuse, ledit filtre intermédiaire comprend une chaîne de sous- modules comprenant une pluralité de sous-modules connectés en série dans la branche intermédiaire et commandables individuellement par un organe de commande propre à chaque sous-module et chaque sous-module comprenant au moins un dispositif de stockage d’énergie, l’organe de commande de chaque sous- module pouvant prendre au moins un premier état dans lequel le dispositif de stockage d’énergie du sous-module est insérée dans la chaîne de sous-modules et un deuxième état dans lequel le dispositif de stockage d’énergie n’est pas inséré dans ladite chaîne de sous-modules. Un intérêt est de permettre de réguler plus efficacement le courant circulant vers les enroulements du dispositif d’échange d’énergie électrique.
De préférence, au moins l’un des modules supérieur ou inférieur comprend une borne supérieure reliée électriquement à au moins un des enroulements primaires ou secondaires du dispositif d’échange d’énergie électrique par une branche supérieure.
On comprend que dans le cas d’un module supérieur, la borne supérieure est reliée à un enroulement primaire du dispositif d’échange d’énergie électrique par la branche supérieure. Dans le cas d’un module inférieur, la borne supérieure est reliée à un enroulement secondaire du dispositif d’échange d’énergie électrique par la branche supérieure.
De préférence, ledit au moins un module supérieur ou inférieur comprenant un bras comprenant au moins trois dispositifs de conversion électrique connectés en série comprend une borne supérieure reliée électriquement à au moins un des enroulements primaires ou secondaires du dispositif d’échange d’énergie électrique par une branche supérieure.
De préférence, le premier bras supérieur ou inférieur dudit au moins un des modules supérieur ou inférieur comprenant au moins trois dispositifs de conversion électrique connectés en série dans son premier bras supérieur ou inférieur comprend une borne supérieure reliée électriquement à au moins un des enroulements primaires ou secondaires du dispositif d’échange d’énergie électrique par une branche supérieure.
On comprend alors qu’au moins l’une des première et deuxième bornes est une borne supérieure.
Avantageusement, au moins l’un des modules supérieur ou inférieur comprend une borne inférieure reliée électriquement à au moins un des enroulements primaires ou secondaires du dispositif d’échange d’énergie électrique par une branche inférieure.
On comprend que dans le cas d’un module inférieur, la borne inférieure est reliée à un enroulement primaire du dispositif d’échange d’énergie électrique par la branche inférieure. Dans le cas d’un module inférieur, la borne inférieure est reliée à un enroulement secondaire du dispositif d’échange d’énergie électrique par la branche inférieure.
De préférence, ledit au moins un module supérieur ou inférieur comprenant un premier bras comprenant au moins trois dispositifs de conversion électrique connectés en série comprend une borne inférieure reliée électriquement à au moins un des enroulements primaires ou secondaires du dispositif d’échange d’énergie électrique par une branche inférieure.
De préférence, le premier bras supérieur ou inférieur dudit au moins un des modules supérieur ou inférieur comprenant au moins trois dispositifs de conversion électrique connectés en série dans son premier bras supérieur ou inférieur comprend une borne inférieure reliée électriquement à au moins un des enroulements primaires ou secondaires du dispositif d’échange d’énergie électrique par une branche inférieure.
On comprend alors qu’au moins l’une des première et deuxième bornes est une borne inférieure. De manière avantageuse, au moins l’un des modules supérieur ou inférieur comprend une borne supérieure reliée électriquement à au moins un des enroulements primaires ou secondaires du dispositif d’échange d’énergie par une branche supérieure et une borne inférieure reliée électriquement à au moins un des enroulements primaires ou secondaires du dispositif d’échange d’énergie électrique par une branche inférieure, et dans lequel lesdites branches supérieure et inférieure sont reliées électriquement à deux enroulements distincts. De préférence, ledit au moins un module supérieur ou inférieur comprenant un premier bras comprenant au moins trois dispositifs de conversion électrique connectés en série présente une telle configuration.
Préférentiellement, le dispositif d’échange d’énergie électrique comprend au moins un filtre supérieur ou inférieur, connecté dans ladite branche supérieure ou dans ladite branche inférieure et configuré pour limiter le passage d’un courant électrique continu vers ledit au moins un des enroulements primaires ou secondaires auquel est reliée ladite branche supérieure ou inférieure.
De préférence, ledit filtre supérieur ou inférieur permet de bloquer la circulation d’un courant électrique continu vers les enroulements du dispositif d’échange d’énergie électrique.
De préférence, le premier bras supérieur ou inférieur dudit au moins un des modules supérieur ou inférieur comprenant au moins trois dispositifs de conversion électrique connectés en série dans son premier bras supérieur ou inférieur comprend au moins une première borne intermédiaire et une deuxième borne intermédiaire, chacune étant reliée électriquement à au moins un des enroulements primaires ou secondaires du dispositif d’échange d’énergie électrique par une branche intermédiaire.
L’invention porte également sur une installation de transport de courant continu haute tension comprenant un premier réseau d’alimentation électrique continu, un second réseau d’alimentation électrique continu et au moins un convertisseur de tension tel que décrit précédemment, ledit convertisseur de tension étant configuré pour connecter électriquement lesdits premier et second réseaux d’alimentation électrique continus entre eux.
L’installation est une installation HVDC.
Le premier réseau d’alimentation électrique continu est de préférence connecté entre les premier et deuxième terminaux électriques continus. Le second réseau d’alimentation électrique continu est de préférence connecté entre les troisième et quatrième terminaux électriques continus.
Selon une variante avantageuse, l’installation de transport de courant continu haute tension comprend des premier et second convertisseurs de tension tels que décrits précédemment, le premier terminal continu du premier convertisseur de tension et le quatrième terminal continu du second convertisseur de tension étant connectés électriquement au premier réseau d’alimentation électrique continu, les troisièmes terminaux continus des premier et second convertisseurs de tension étant connectés électriquement au second réseau d’alimentation électrique continu, et le quatrième terminal du premier convertisseur de tension étant connecté électriquement au premier terminal continu du second convertisseur de tension.
Une telle installation permet de connecter entre eux deux réseaux d’alimentation électrique continu ayant des topologies différentes, par exemple un réseau de type « bipôle » et un réseau de type « monopole symétrique ».
Dans cette variante, les deuxième et quatrième terminaux continus du premier convertisseur de tension sont reliés entre eux, par exemple par une ligne électrique commune. De même, les deuxième et quatrième terminaux continus du second convertisseur de tension sont reliés entre eux, par exemple par une ligne électrique commune.
Le quatrième terminal du premier convertisseur de tension est avantageusement connecté électriquement au premier terminal continu du second convertisseur de tension en un point de connexion des premier et second convertisseurs de tension. Ce point de connexion est de préférence relié à la terre.
De préférence, l’installation HVDC comprend en outre un dispositif d’échange d’énergie supplémentaire connecté entre un des modules supérieur ou inférieur du premier convertisseur de tension et un des modules supérieur ou inférieur du second convertisseur de tension.
Brève description des dessins
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
[Fig. 1]La figure 1 illustre un premier mode de réalisation d’une installation HVDC comprenant un convertisseur de tension selon l’invention ;
[Fig. 2]La figure 2 illustre un premier mode de réalisation d’un convertisseur de tension selon l’invention;
[Fig. 3]La figure 3 illustre un deuxième mode de réalisation d’un convertisseur de tension selon l’invention;
[Fig. 4]La figure 4 illustre un troisième mode de réalisation d’un convertisseur de tension selon l’invention;
[Fig. 5]La figure 5 illustre un quatrième mode de réalisation d’un convertisseur de tension selon l’invention ; et [Fig. 6]La figure 6 illustre un deuxième mode de réalisation d’une installation HVDC comprenant un convertisseur de tension selon l’invention.
Description des modes de réalisation
L’invention porte sur un convertisseur de tension permettant de convertir une première tension continue en une seconde tension continue.
La figure 1 illustre un premier mode de réalisation d’une installation HVDC 8 comprenant une représentation schématique d’un convertisseur de tension 10 selon l’invention, connectant entre eux un premier réseau d’alimentation électrique continu 12 et un second réseau d’alimentation électrique continu 14 de l’installation 8. Le convertisseur de tension 10 selon l’invention forme donc un convertisseur DC/DC.
Comme on le constate sur la figure 1, le convertisseur de tension 10 comprend un premier terminal continu 16 et un deuxième terminal continu 18 configurés pour être reliés électriquement au premier réseau d’alimentation électrique continu 12. La tension nominale VDCI du premier réseau d’alimentation électrique continu 12 est illustrée entre le premier terminal continu 16 et le deuxième terminal continu 18.
Le convertisseur de tension 10 comprend par ailleurs un troisième terminal continu 20 et un quatrième terminal continu 22 configurés pour être reliés électriquement au second réseau d’alimentation électrique continu 14. La tension nominale VDC2 du second réseau d’alimentation électrique continu 14 est illustrée entre le troisième terminal continu 20 et le quatrième terminal continu 22. Le rapport entre la tension nominale VDCI du premier réseau d’alimentation électrique continu 12 et la tension nominale VDC2 du second réseau d’alimentation électrique continu 14 définit un rapport de transformation global du convertisseur de tension.
Dans cet exemple non limitatif, le convertisseur de tension 10 comprend une ligne de masse reliant les deuxième et quatrième terminaux continus 18,22. Les premier et deuxième terminaux continus présentent donc un même potentiel nul. Ce convertisseur de tension 10 est adapté pour connecter entre eux deux réseaux d’alimentation électrique continus ayant des topologies de type monopole asymétrique.
Le convertisseur de tension 10 comprend un module supérieur 24 connecté entre le premier terminal continu 16 et le troisième terminal continu 20. Le module supérieur 24 comprend une partie continue 24a connectée entre lesdits premier et troisième terminaux continus. Le convertisseur de tension comprend en outre un module inférieur 26 connecté entre le troisième terminal continu 20 et le quatrième terminal continu 22. Le module inférieur 26 comprend une partie continue 26a connectée entre lesdits troisième et quatrième terminaux continus 20,22. Les modules supérieur 24 et inférieur 26 sont connectés en cascade l’un de l’autre, entre le premier terminal continu 16 et le quatrième terminal continu 22, et donc la ligne de masse.
Le convertisseur de tension comprend de plus un dispositif d’échange d’énergie électrique 28 reliant le module supérieur 24 et le module inférieur 26 et étant configuré pour permettre un échange d’énergie entre ledit module supérieur et ledit module inférieur. Plus précisément, le module supérieur 24 comprend une partie alternative 24b reliée électriquement au dispositif d’échange d’énergie électrique 28. De même, le module inférieur 26 comprend une partie alternative 26b reliée électriquement au dispositif d’échange d’énergie électrique 28.
La figure 2 illustre un premier mode de réalisation d’un convertisseur de tension 10 selon l’invention. Dans ce mode de réalisation, de manière non limitative, le module inférieur 26 comprend un unique bras formant un premier bras inférieur 30. Selon l’invention, ce premier bras inférieur 30 comprend trois dispositifs de conversion électrique 32, 32’, 32” connectés en série dans ledit premier bras inférieur 30. La tension du premier bras inférieur est donc répartie entre les trois dispositifs de conversion électrique. Plus précisément, il comprend un premier dispositif de conversion électrique 32, un deuxième dispositif de conversion électrique 32’ et un troisième dispositif de conversion électrique 32”. Chacun des dispositifs de conversion électrique comprend un point supérieur et un point inférieur entre lesquels il s’étend. Sans sortir du cadre de l’invention, le module inférieur pourrait comprendre davantage de dispositifs de conversion électrique.
Le premier dispositif de conversion électrique 32 s’étend entre une borne supérieure 34, formant un point supérieur dudit premier dispositif de conversion électrique, et une première borne intermédiaire 36 du module inférieur 26, formant un point inférieur dudit dispositif de conversion électrique. La première borne supérieure 34 présente un potentiel égal au potentiel du deuxième terminal continu 20. Le deuxième dispositif de conversion électrique 32’ s’étend entre la première borne intermédiaire 36, formant un point supérieur dudit deuxième dispositif de conversion électrique, et une seconde borne intermédiaire 38 du module inférieur 26, formant un point inférieur dudit deuxième dispositif de conversion électrique. Le troisième dispositif de conversion électrique 32” s’étend entre la seconde borne intermédiaire 38, formant un point supérieur dudit troisième dispositif de conversion électrique, et une borne inférieure 40 du module inférieur 26, formant un point inférieur dudit troisième dispositif de conversion électrique.
Chacun des dispositifs de conversion électrique du module inférieur 26 comprend une pluralité de sous-modules 42 connectés en série dans le premier bras inférieur 30, de manière à former une chaîne de sous-modules. Les sous-modules 42 peuvent être commandés suivant une séquence souhaitée. Chaque chaîne de sous- modules 42 peut comprendre de deux à plusieurs centaines de sous-modules. Chaque sous-module 42 comporte un dispositif de stockage d’énergie comprenant dans cet exemple un condensateur, et un organe de commande pour connecter sélectivement ce condensateur en série entre les bornes du sous-module ou pour le contourner. Plus précisément, l’organe de commande de chaque sous-module 42 peut prendre au moins un premier état dans lequel le dispositif de stockage d’énergie du sous-module est inséré dans la chaîne de sous-modules et un deuxième état dans lequel le dispositif de stockage d’énergie n’est pas inséré dans ladite chaîne de sous-modules. Les sous-modules peuvent être de type demi-pont ou pont complet.
Par ailleurs, chaque dispositif de conversion électrique 32, 32’, 32” du module inférieur 26 comprend une inductance 44 connectée en série avec la chaîne de sous-modules 42 dudit dispositif de conversion électrique, dans le premier bras inférieur 30.
Dans cet exemple non limitatif, le dispositif d’échange d’énergie électrique 28 comprend trois transformateurs monophasés distincts l’un de l’autre, et forme par conséquent un dispositif de transformation électrique. Plus précisément, le dispositif d’échange d’énergie 28 comprend un premier transformateur 46, un deuxième transformateur 48 et un troisième transformateur 50. Ces transformateurs 46,48,50 sont de type monophasés et comprennent chacun un unique enroulement primaire 46a, 48a, 50a et un unique enroulement secondaire 46b, 48b, 50b.
En variante, le dispositif d’échange d’énergie électrique 28 pourrait ne comprendre qu’un seul transformateur triphasé comprenant trois enroulements primaires et trois enroulements secondaires.
Dans cet exemple non limitatif, un enroulement secondaire 46b, 48b, 50b d’un transformateur 46,48,50 distinct est connecté entre les points supérieur et inférieur de chacun des dispositifs de conversion électrique 32, 32’, 32”. A chacun des dispositifs de conversion électrique est associé un unique enroulement secondaire. Chacun de ces enroulements secondaires est connecté en parallèle d’un des dispositifs de conversion électrique via des branches comprenant, de manière non limitative, des condensateurs.
Plus précisément, la borne supérieure 34 du module inférieur 26 est reliée électriquement à une première borne de l’enroulement secondaire 46b du premier transformateur 46 par une branche supérieure 52. La première borne intermédiaire 36 du module inférieur 26 est reliée électriquement à une seconde borne de l’enroulement secondaire 46b du premier transformateur 46 par une première branche intermédiaire 54. Par ailleurs, la première borne intermédiaire 36 du module inférieur 26 est également reliée électriquement à une première borne de l’enroulement secondaire 48b du deuxième transformateur 48 par la première branche intermédiaire 54. La seconde borne intermédiaire 38 du module inférieur 26 est reliée électriquement à une seconde borne de l’enroulement secondaire 48b du deuxième transformateur 48, ainsi qu’à une première borne de l’enroulement secondaire 50b du troisième transformateur 50, par une seconde branche intermédiaire 56. De plus, la borne inférieure 40 du module inférieur 26 est reliée électriquement à une seconde borne de l’enroulement secondaire 50b du troisième transformateur 50 par une branche inférieure 58.
L’enroulement secondaire 46b du premier transformateur 46 est donc connecté entre les points supérieur et inférieur du premier dispositif de conversion électrique 32, en parallèle dudit premier dispositif de conversion électrique via la branche supérieure 52 et la première branche intermédiaire 54, dans chacune desquelles est connecté un condensateur 60. L’enroulement secondaire 48b du deuxième transformateur 48 est connecté entre les points supérieur et inférieur du deuxième dispositif de conversion électrique 32’, en parallèle dudit deuxième dispositif de conversion électrique via les première et seconde branches intermédiaires 54,56, comprenant chacune un condensateur 60. L’enroulement secondaire 50b du troisième transformateur 50 est connecté entre les points supérieur et inférieur du troisième dispositif de conversion électrique 32”, en parallèle dudit troisième dispositif de conversion électrique via la seconde branche intermédiaire 56 et la branche inférieure 58, comprenant chacune un condensateur 60.
Le premier bras 30 du module inférieur 26 comprend par conséquent une borne supérieure 34, une première borne intermédiaire 36, une seconde borne intermédiaire 38 et une borne inférieure 40, chacune étant de reliée électriquement à un enroulement secondaire. Ces bornes forment respectivement des première, deuxième, troisième et quatrième bornes dudit bras, chacune étant reliée à un enroulement secondaire.
Les condensateurs 60 du dispositif d’échange d’énergie électrique 28 forment des filtres 60, configurés pour empêcher le passage d’un courant électrique continu, vers les enroulements secondaires des transformateurs. Dans cet exemple non limitatif, les filtres 60 sont chacun constitués d’un condensateur 60 mais pourraient comprendre d’autres composants électriques. Chacun des condensateurs 60 est connecté dans une des branches supérieure, intermédiaire ou inférieure 52,54,56,58 du module inférieur, entre un des enroulements secondaires du dispositif d’échange d’énergie électrique et le premier bras inférieur 30. Ces condensateurs permettent de limiter, de préférence bloquer, la circulation d’un courant électrique continu dans les enroulements des transformateurs. Les filtres 60 connectés dans les branches supérieure, intermédiaires et inférieure forment respectivement des filtres supérieur, intermédiaires et inférieur.
En variante, les filtres 60 peuvent comprendre une pluralité de sous-modules connectés en série dans la branche intermédiaire, supérieure ou inférieure correspondante. Ces sous-modules sont avantageusement commandables individuellement par un organe de commande propre à chaque sous-module et chaque sous-module comprend au moins un dispositif de stockage d’énergie pouvant être inséré ou non dans la chaîne de sous-module par l’organe de commande.
Chaque enroulement secondaire 46b, 48b, 50b est donc connecté en série avec deux condensateurs 60 et en parallèle d’un dispositif de conversion électrique 32, 32’, 32” qui lui est propre.
Par ailleurs, dans cet exemple non limitatif, le module supérieur 24 comprend un premier bras supérieur 62, un deuxième bras supérieur 64 et un troisième bras supérieur 66, connectés en parallèle les uns des autres dans le module supérieur 24. Chacun des premier, deuxième et troisième bras supérieurs 62,64,66 comprend un demi-bras supérieur 62a, 64a, 66a et un demi-bras inférieur 62b, 64b, 66b reliés entre eux en des points intermédiaires 67. Chacun des demi-bras comprend un dispositif de conversion électrique 33,33’ comprenant une chaîne de sous-modules 42 connectée en série avec une inductance 44.
Le premier bras 62 est relié à une première borne de l’enroulement primaire 46a du premier transformateur 46 par l’intermédiaire d’une première branche intermédiaire 68. Le deuxième bras 64 est relié à une première borne de l’enroulement primaire 48a du deuxième transformateur 48 par l’intermédiaire d’une deuxième branche intermédiaire 70. Le troisième bras 66 est relié à une première borne de l’enroulement primaire 50a du troisième transformateur 50 par l’intermédiaire d’une troisième branche intermédiaire 72.
Les deuxième bornes des enroulements primaires 46a, 48a, 50a des premier, deuxième et troisième transformateurs 46,48,50, qui ne sont pas connectés à un des bras supérieurs 62,64,66, sont reliées ensemble, par exemple en un point commun flottant, ou interconnectés à la terre.
Ce premier mode de réalisation du convertisseur de tension 10 selon l’invention est particulièrement adapté pour connecter entre eux un premier réseau d’alimentation électrique continu 12 et un second réseau d’alimentation électrique continu 14 ayant des tension nominales dont le rapport, définissant un rapport de transformation global du convertisseur de tension, est proche de 1, et donc lorsque le module inférieur 26 est soumis à un faible courant et à une forte tension. En effet, dans ce cas, le premier bras inférieur 30 dudit module inférieur, dans lequel trois dispositif de conversion électrique 32, 32’, 32” sont connectés en série l’un de l’autre, est alors particulièrement adapté pour supporter cette forte tension et ce faible courant.
A chacun des enroulements secondaires 46b, 48b, 50b du dispositif d’échange d’énergie électrique 28 est associé un dispositif de conversion électrique 32, 32’, 32” du module inférieur 26 et à chacun des enroulements primaires 46a, 48a, 50a est associé un bras 62,64,66 du module supérieur 24. Aussi, grâce à l’invention, il est possible de connecter jusqu’à trois bras en parallèles dans le module supérieur 24, afin de supporter un fort courant, tout en conservant un unique premier bras 30 dans le module inférieur 26. Le rapport entre le nombre de bras du module supérieur et le nombre de bras du module inférieur est donc de 3. Ceci n’est pas possible avec les dispositifs de l’art antérieur qui imposent un rapport de 1 ou 2 entre le nombre de bras connectés en parallèles dans les modules supérieur et inférieur. Un intérêt est donc de permettre au module supérieur de supporter un fort courant tout en limitant le nombre de composants du convertisseur de tension 10 et par conséquent son poids, son encombrement et son coût de fabrication.
La figure 3 illustre un deuxième mode de réalisation d’un convertisseur de tension 100 selon l’invention. Dans ce mode de réalisation, de manière non limitative, le module supérieur 124 est sensiblement identique au module inférieur 26 du premier mode de réalisation. Aussi, le module supérieur 124 comprend ici un unique bras formant un premier bras supérieur 130. Selon l’invention, ce premier bras supérieur 130 comprend trois dispositifs de conversion électrique 132, 132’, 132” connectés en série dans ledit premier bras supérieur 130. Plus précisément, il comprend un premier dispositif de conversion électrique 132, un deuxième dispositif de conversion électrique 132’ et un troisième dispositif de conversion électrique 132”.
Chacun des dispositifs de conversion électrique du module supérieur 124 comprend une pluralité de sous-modules 142 connectés en série dans le premier bras supérieur 130 de manière à former une chaîne de sous-modules, et une inductance 44 connectée en série avec la chaîne de sous-modules 142 dudit dispositif de conversion électrique, dans le premier bras supérieur 130.
Dans ce deuxième mode de réalisation, le dispositif d’échange d’énergie électrique 28 est sensiblement identique à celui du premier mode de réalisation, et comprend trois transformateurs monophasés 46,48,50 distincts les uns des autres, et forme par conséquent un dispositif de transformation électrique. Plus précisément, le dispositif d’échange d’énergie électrique 28 comprend un premier transformateur 46, un deuxième transformateur 48 et un troisième transformateur 50. Dans cet exemple non limitatif, chacun des enroulements primaires 46a, 48a, 50a est connecté entre les points supérieur et inférieur d’un dispositif de conversion électrique 132, 132’, 132” du module supérieur 124 qui lui est propre.
Plus précisément, l’enroulement primaire 46a du premier transformateur 46 est donc connecté entre les points supérieur et inférieur du premier dispositif de conversion électrique 132, via une branche inférieure 158 et une première branche intermédiaire 156. L’enroulement primaire 48a du deuxième transformateur 48 est connecté entre les points supérieur et inférieur du deuxième dispositif de conversion électrique 132’, via la première branche intermédiaire 156 et une seconde branche intermédiaire 154. L’enroulement primaire 50a du troisième transformateur 50 est donc connecté entre les points supérieur et inférieur du troisième dispositif de conversion électrique 132”, via la seconde branche intermédiaire 154 et une branche supérieure 152.
Le dispositif d’échange d’énergie électrique 28 comprend par ailleurs une pluralité de condensateurs 160, connectés dans les branches supérieure, intermédiaires ou inférieure 152,154,156,158 du module supérieur.
Par ailleurs, dans ce deuxième mode de réalisation, le module inférieur 126 est sensiblement identique au module supérieur 24 du convertisseur de tension 10 du premier mode de réalisation. Le module inférieur 126 comprend un premier bras inférieur 162, un deuxième bras inférieur 164 et un troisième bras inférieur 166, connectés en parallèle les uns des autres dans le module inférieur 126. Chacun des premier, deuxième et troisième bras inférieur 162,164,166 comprend un demi-bras supérieur et un demi-bras inférieur comprenant chacun une chaîne de sous-modules connectée en série avec une inductance.
Ce second mode de réalisation du convertisseur de tension 100 selon l’invention est particulièrement adapté pour connecter entre eux un premier réseau d’alimentation électrique continu 12 et un second réseau d’alimentation électrique continu 14 ayant des tensions nominales dont le rapport, définissant un rapport de transformation global du convertisseur de tension 100, est important, supérieur à 2, de préférence supérieur à 3. En effet, dans ce cas, le module supérieur est soumis à un faible courant et à une forte tension. Le premier bras supérieur 130 dudit module supérieur 124, dans lequel trois dispositifs de conversion électrique 132, 132’, 132” sont connectés en série les uns des autres, est particulièrement adapté pour supporter cette forte tension et ce faible courant.
A chacun des enroulements primaires 46a, 48a, 50a du dispositif d’échange d’énergie électrique 28 est associé un dispositif de conversion électrique 132, 132’, 132” du module supérieur 124. Grâce à l’invention, il possible de connecter jusqu’à trois bras en parallèle dans le module inférieur 126, afin de supporter un fort courant, tout en conservant un unique premier bras 130 dans le module supérieur 124. Le rapport entre le nombre de bras du module supérieur et le nombre de bras du module inférieur est donc de 3. Un intérêt est là-encore de permettre au module inférieur de supporter un fort courant tout en limitant le nombre de composants du convertisseur de tension 100 et par conséquent son poids, son encombrement et son coût de fabrication.
La figure 4 illustre un troisième mode de réalisation d’un convertisseur de tension 200 selon l’invention. Dans ce mode de réalisation, de manière non limitative, le module supérieur 224 et le module inférieur 226 sont sensiblement identiques. Ils comprennent chacun un unique bras formant respectivement un premier bras supérieur et un premier bras inférieur. Selon l’invention, le module supérieur 224 comprend trois dispositifs de conversion électrique 233, 233’, 233” connectés en série dans ledit premier bras supérieur. Le module inférieur 226 comprend trois dispositifs de conversion électrique 232, 232’, 232” connectés en série dans ledit premier bras inférieur.
Dans ce troisième mode de réalisation, le dispositif d’échange d’énergie électrique 28 est sensiblement identique à celui des premier et deuxième modes de réalisation du convertisseur de tension, et comprend trois transformateurs monophasés 46,48,50 distincts les uns des autres. Dans ce troisième mode de réalisation, la connexion entre le module inférieur 226 et les transformateurs est identique à la connexion entre le module inférieur 26 et les transformateurs du convertisseur du premier mode de réalisation décrit précédemment. De même, dans ce troisième mode de réalisation, la connexion entre le module supérieur 224 et les transformateurs est identique à la connexion entre le module supérieur 124 et les transformateurs du convertisseur du deuxième mode de réalisation décrit précédemment.
La figure 5 illustre un quatrième mode de réalisation d’un convertisseur de tension 300 selon l’invention. Dans ce mode de réalisation, de manière non limitative, le module supérieur 324 comprend un unique premier bras supérieur. Selon l’invention, ledit module supérieur 324 comprend des premier, deuxième, troisième, quatrième, cinquième et sixième dispositifs de conversion électrique 331,332,333,334,335,336 connectés en série dans ledit premier bras supérieur et présentant chacun un point supérieur et un point inférieur entre lesquels il s’étend. Les dispositifs de conversion électrique comprennent chacun une chaîne de sous- modules 342.
Le module inférieur 326 comprend un premier bras inférieur 362, un deuxième bras inférieur 364 et un troisième bras inférieur 366 connectés en parallèle dans le module inférieur. Chacun desdits bras comprend un demi-bras supérieur et un demi- bras inférieur comprenant chacun un dispositif de conversion électrique 340 comprenant une chaîne de sous-modules 342.
Dans ce quatrième mode de réalisation, le dispositif d’échange d’énergie électrique 28 comprend trois transformateurs monophasés 46,48,50 distincts les uns des autres comprenant chacun un enroulement primaire 46a, 48a, 50a et un enroulement secondaire 46b, 48b, 50b.
Le premier enroulement primaire 46a est connecté entre les points inférieur et supérieur du cinquième dispositif de conversion électrique 335 et entre les points supérieur et inférieur du sixième dispositif de conversion électrique 336. Le deuxième enroulement primaire 48a est connecté entre les points inférieur et supérieur du troisième dispositif de conversion électrique 333 et entre les points supérieur et inférieur du quatrième dispositif de conversion électrique 334. Le troisième enroulement primaire 50a est connecté entre les points inférieur et supérieur du premier dispositif de conversion électrique 331 et entre les points supérieur et inférieur du deuxième dispositif de conversion électrique 332.
Dans ce quatrième mode de réalisation, les enroulements secondaires 46b, 48b, 50b sont couplés en triangle. En outre, le deuxième enroulement secondaire 48b est connecté entre les premier et deuxième bras inférieurs 362,364 du module inférieur. Le premier enroulement secondaire 46b est connecté entre les deuxième et troisième bras inférieurs 364,366 du module inférieur. Le troisième enroulement secondaire 50b est connecté entre les premier et troisième bras inférieurs 362,366 du module inférieur.
La figure 6 illustre un deuxième mode de réalisation non limitatif d’une installation HVDC 80 comprenant un premier convertisseur de tension 10 selon l’invention et un second convertisseur de tension 10’ selon l’invention. Cette installation HVDC 80 permet de connecter entre eux un premier réseau d’alimentation électrique continu 12 et un second réseau d’alimentation électrique continu 14. Ces deux réseaux d’alimentation électrique continu peuvent présenter des topologies différentes. Par exemple, le premier réseau d’alimentation électrique continu 12 peut être de type « bipôle » et le second réseau d’alimentation électrique continu 14 peut être de type « monopole symétrique ».
Le premier convertisseur de tension 10 comprend un module supérieur 24 et un module inférieur 26 reliés entre eux par un dispositif d’échange d’énergie électrique 28. Le second convertisseur de tension 10’ comprend un module supérieur 24’ et un module inférieur 26’ reliés entre eux par un dispositif d’échange d’énergie électrique
28’.
L’installation HVDC 80 est connectée au premier réseau d’alimentation électrique continu 12 via le premier terminal continu 16 du premier convertisseur de tension 10 et le deuxième terminal continu 18’ du second convertisseur de tension 10’. L’installation HVDC 80 est connectée au second réseau d’alimentation électrique continu 14 via le troisième terminal continu 20 du premier convertisseur de tension 10 et le troisième terminal continu 20’ du second convertisseur de tension 10’. Les deuxième et quatrième terminaux continus 18,22 du premier convertisseur de tension sont reliés électriquement l’un à l’autre et sont connectés au premier terminal continu 16’ du second convertisseur de tension 10’.

Claims

Revendications
1. Convertisseur de tension (10) permettant de convertir une première tension continue en une seconde tension continue et inversement, le convertisseur comportant : des premier et deuxième terminaux continus (16,18) configurés pour être reliés électriquement à un premier réseau d’alimentation électrique continu (12) ; des troisième et quatrième terminaux continus (20,22) configurés pour être reliés électriquement à un second réseau d’alimentation électrique continu (14) ; un module supérieur (24,124,224) configuré pour au moins transformer une tension alternative en une tension continue et inversement, le module supérieur étant connecté électriquement entre les premier et troisième terminaux continus, le module supérieur comprenant au moins un premier bras supérieur (62,130) connecté entre les premier et troisième terminaux continus, ledit au moins un premier bras comprenant une pluralité de dispositifs de conversion électrique (33,33’,132,132’,132”) connectés en série dans ledit au moins un premier bras supérieur ; un module inférieur (26,126,226) configuré pour au moins transformer une tension alternative en une tension continue et inversement, le module inférieur étant connecté électriquement entre les troisième et quatrième terminaux continus, le module inférieur comprenant au moins un premier bras inférieur (30,162) connecté entre les troisième et quatrième terminaux continus, ledit au moins un premier bras inférieur comprenant une pluralité de dispositifs de conversion électrique (32, 32’, 32”) connectés en série dans ledit au moins un premier bras inférieur ; et un dispositif d’échange d’énergie électrique (28) reliant le module supérieur et le module inférieur et étant configuré pour permettre un échange d’énergie entre ledit module supérieur et ledit module inférieur, lesdits dispositifs de conversion électrique des modules supérieur et inférieur comprenant chacun une inductance (44) connectée en série avec une chaîne de sous-modules, chacune desdites chaînes de sous-modules comprenant une pluralité de sous-modules (42,142) commandables individuellement par un organe de commande propre à chaque sous-module et chaque sous- module comprenant au moins un dispositif de stockage d’énergie, l’organe de commande de chaque sous-module pouvant prendre au moins un premier état dans lequel le dispositif de stockage d’énergie du sous-module est inséré dans la chaîne de sous-modules et un deuxième état dans lequel le dispositif de stockage d’énergie n’est pas inséré dans ladite chaîne de sous-modules, au moins un des modules supérieur et inférieur comprenant au moins trois dispositifs de conversion électrique (32,32’,32”,132,132’,132”) connectés en série dans ledit au moins un premier bras supérieur ou inférieur correspondant, ledit premier bras supérieur ou inférieur dans lequel sont connectés en série au moins trois dispositifs de conversion électrique comprenant au moins une première borne et une deuxième borne, chacune étant reliée électriquement à au moins un des enroulements primaires ou secondaires du dispositif d’échange d’énergie électrique.
2. Convertisseur de tension selon la revendication 1 , dans lequel ledit module supérieur (224) et ledit module inférieur (226) comprennent au moins trois dispositifs de conversion électrique (232, 232’, 232”, 233, 233’, 233”) connectés en série dans ledit au moins un premier bras supérieur ou inférieur correspondant.
3. Convertisseur de tension selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit module supérieur comprend au moins un deuxième bras supérieur (64) connecté électriquement en parallèle du premier bras supérieur (62), entre les premier et troisième terminaux continus (16,20), ledit au moins un deuxième bras supérieur comprenant une pluralité de dispositifs de conversion électrique (33,33’) connectés en série dans ledit au moins un deuxième bras supérieur et comprenant chacun une inductance (44) connectée en série avec une chaîne de sous-modules (42).
4. Convertisseur de tension selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit module inférieur (126) comprend au moins un deuxième bras inférieur (164) connecté électriquement en parallèle du premier bras inférieur (162), entre les troisième (20) et quatrième (22) terminaux continus, ledit au moins un deuxième bras inférieur comprenant une pluralité de dispositifs de conversion électrique connectés en série dans ledit au moins un deuxième bras inférieur et comprenant chacun une inductance connectée en série avec une chaîne de sous-modules.
5. Convertisseur de tension selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le dispositif d’échange d’énergie électrique (28) est un dispositif de transformation électrique comprenant une pluralité d’enroulements primaires (46a, 48a, 50a) et une pluralité d’enroulements secondaires (46b, 48b, 50b), le module supérieur (24,124,224) étant connecté électriquement auxdits enroulements primaires tandis que le module inférieur (26,126,226) est connecté électriquement auxdits enroulements secondaires.
6. Convertisseur de tension selon la revendication 5, dans lequel le dispositif d’échange d’énergie électrique (28) comprend un unique transformateur ayant une pluralité d’enroulements primaires (46a, 48a, 50a) et une pluralité d’enroulements secondaires (46b, 48b, 50b).
7. Convertisseur de tension selon la revendication 5, dans lequel le dispositif d’échange d’énergie électrique comprend une pluralité de transformateurs ayant chacun un unique enroulement primaire (46a, 48a, 50a) et un unique enroulement secondaire (46b, 48b, 50b).
8. Convertisseur selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel au moins l’un des modules supérieur et inférieur comprend au moins une borne intermédiaire (36,38) reliant entre eux deux dispositifs de conversion électrique adjacents (32, 32’, 32”) dudit module supérieur ou inférieur, ladite au moins une borne intermédiaire étant reliée électriquement à au moins un des enroulements primaires ou secondaires du dispositif d’échange d’énergie électrique par une branche intermédiaire (54,56, 154,156).
9. Convertisseur selon la revendication 8, dans lequel le dispositif d’échange d’énergie électrique comprend un filtre intermédiaire (60,160) configuré pour limiter le passage d’un courant électrique continu, le filtre intermédiaire étant connecté dans ladite branche intermédiaire (54,56,154,156) entre ladite borne intermédiaire et ledit au moins un des enroulements primaires ou secondaires.
10. Convertisseur de tension selon la revendication 9, dans lequel ledit filtre intermédiaire (60,160) comprend une chaîne de sous-modules comprenant une pluralité de sous-modules connectés en série dans la branche intermédiaire et commandables individuellement par un organe de commande propre à chaque sous-module et chaque sous-module comprenant au moins un dispositif de stockage d’énergie, l’organe de commande de chaque sous- module pouvant prendre au moins un premier état dans lequel le dispositif de stockage d’énergie du sous-module est inséré dans la chaîne de sous- modules et un deuxième état dans lequel le dispositif de stockage d’énergie n’est pas inséré dans ladite chaîne de sous-modules.
11.Convertisseur selon l’une quelconque des revendications 5 à 10, dans lequel au moins l’un des modules supérieur ou inférieur comprend une borne supérieure (34) reliée électriquement à au moins un des enroulements primaires ou secondaires du dispositif d’échange d’énergie électrique par une branche supérieure (52).
12. Convertisseur selon l’une quelconque des revendications 5 à 11 , dans lequel au moins l’un des modules supérieur ou inférieur comprend une borne inférieure (40) reliée électriquement à au moins un des enroulements primaires ou secondaires du dispositif d’échange d’énergie électrique par une branche inférieure (58).
13. Convertisseur selon les revendications 11 ou 12, dans lequel au moins l’un des modules supérieur ou inférieur comprend une borne supérieure (34) reliée électriquement à au moins un des enroulements primaires ou secondaires du dispositif d’échange d’énergie électrique par une branche supérieure (52) et une borne inférieure (40) reliée électriquement à au moins un des enroulements primaires ou secondaires du dispositif d’échange d’énergie électrique par une branche inférieure (58), et dans lequel lesdites branches supérieure et inférieure sont reliées électriquement à deux enroulements distincts.
14. Convertisseur selon l’une quelconque des revendications 11 à 13, dans lequel le dispositif d’échange d’énergie électrique (28) comprend au moins un filtre supérieur ou inférieur (60) connecté dans ladite branche supérieure ou dans ladite branche inférieure et configuré pour limiter le passage d’un courant électrique continu vers ledit au moins un des enroulements primaires ou secondaires auquel est reliée ladite branche supérieure ou inférieure.
15. Installation de transport de courant continu haute tension comprenant un premier réseau d’alimentation électrique continu, un second réseau d’alimentation électrique continu et au moins un convertisseur de tension selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, ledit convertisseur de tension étant configuré pour connecter électriquement lesdits premier et second réseaux d’alimentation électrique continus entre eux.
16. Installation de transport de courant continu haute tension selon la revendication 15, comprenant des premier et second convertisseurs de tension selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel le premier terminal continu du premier convertisseur de tension et le quatrième terminal continu du second convertisseur de tension sont connectés électriquement au premier réseau d’alimentation électrique continu, dans lequel les troisièmes terminaux continus des premier et second convertisseurs de tension sont connectés électriquement au second réseau d’alimentation électrique continu, et dans lequel le quatrième terminal du premier convertisseur de tension est connecté électriquement au premier terminal continu du second convertisseur de tension.
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