Development, modulation, and voltage balancing of multi-level converters and modular multilevel converters (MMCs)

Résumé

Les topologies de convertisseurs multiniveaux (CMN) permettant de réduire le nombre de composants tout en améliorant la qualité de puissance restent une préoccupation majeure pour les applications industrielles. Bien qu’au cours des dernières années, de nombreux CMN aient été proposés dans le domaine de la recherche pour augmenter les niveaux de tension, les sources de courant continu (CC) isolées et le nombre de dispositifs de commutation sont les facteurs limitatifs de leurs applications dans les industries. Les sources de CC isolées augmentent non seulement le poids, le volume et le coût des onduleurs en raison du transformateur déphaseur, mais aussi les pertes de puissance en raison des redresseurs. Les convertisseurs multiniveaux modulaires (CMM) sont la solution pour remplacer la source CC isolée par une seule source CC; cependant, des multitudes de dispositifs à semi-conducteurs doivent être utilisés dans les demi-pont convertisseurs multiniveaux modulaires (DM-CMM) classiques et populaires pour générer un niveau de tension donné. La gestion du courant de défaut CC, l’équilibrage de la tension dans les condensateurs volants et les courants de circulation sont des questions controversées pour les applications des CMM. Dans la première partie de cette thèse, une topologie à nombre réduit de composants du convertisseur multiniveau est proposée avec une seule source de CC pour les systèmes monophasés et triphasés. Cette topologie unipolaire appelée Z-Packed U-Cell (ZPUC) est utilisée comme sous-module de CMM (ZPUC-CMM) pour augmenter les niveaux de tension par rapport à ses homologues. L’équilibrage de tension intégré à la modulation de largeur d’impulsion de déphasage (MLI-DP) est mis en oeuvre sur ce convertisseur pour réguler les tensions des condensateurs. La génération de niveaux de tension plus élevés avec une distorsion harmonique totale (DHT) plus faible fait de ce convertisseur une alternative appropriée pour les applications de haute et moyenne tension telles que les entraînements de moteur. Dans la deuxième partie de cette thèse, un équilibrage de tension basé sur l'apprentissage profond et intégré à la modulation par largeur d'impulsion à décalage de niveau (MLI-DN) et à la MLIDP hybrides avec une tension de référence unique est mis en oeuvre sur le ZPUC-CMM pour augmenter les niveaux de tension. Les résultats de simulation en état d’équilibre sont utilisés pour former l’équilibreur de tension d’apprentissage profond et il est mis en oeuvre sur ZPUCCMM dans le laboratoire sur les états stables et transitoires. Dans la dernière partie de cette thèse, la topologie PUC est développée comme un convertisseur Y-PUC triphasé à source unique en CC. Le convertisseur PUC nécessite trois sources CC isolées pour un système triphasé, ce qui limite son application. La topologie Y-PUC qui est un convertisseur modulaire multiniveau (PUC-CMM) avec sous-module PUC est proposé pour résoudre ce problème. Le Y-PUC modulaire peut être utilisé dans l’application HVDC en raison du fait que PUC est un convertisseur bipolaire, et il est capable de bloquer le courant de défaut CC. L’équilibrage de tension intégré avec la technique de modulation est mis en oeuvre dans Y-PUC pour illustrer les performances du convertisseur proposé dans des états stables et transitoires.

Date	13 déc. 2021
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Kamal Al-Haddad (Directeur(-trice))