Modeling, development and control of multilevel converters for power system application

Résumé

Le but principal de ce projet est le développement d’une topologie d’onduleur multiniveau utile aux applications en puissance. Bien que plusieurs topologies différentes soient introduites, elles utilisent en général une multitude d’interrupteurs et de sources CC isolées. Avoir un convertisseur multiniveau avec une seule source CC est encore une technologie en développement. En fait, chaque source CC isolée représente un transformateur et un redresseur qui possèdent leurs propres pertes et prix et rendent la plupart du temps ses systèmes inintéressants pour l’industrie. D’un autre côté, les convertisseurs multiniveaux à source unique requièrent un contrôleur plus évolué pour réguler la tension des condensateurs flottants; un requis pour avoir la forme d’onde multiniveau en sortie. Or, un contrôleur est beaucoup moins intéressant pour un investisseur. Conséquemment, développer un onduleur multiniveau avec une seule source CC et un contrôle léger et robuste de la tension est encore un défi. Le remplacement des onduleurs à deux niveaux n’est pas pour tout de suite. Le premier effort de ce projet est dévoué à l’onduleur PUC7 dans le design de son contrôleur afin qu’il soit simple et efficace. Le développement d’un nouveau modèle mathématique du PUC7 a été simplifié à un système du premier ordre. Par la suite, un contrôleur non linéaire en cascade est développé et appliqué pour réguler la tension des condensateurs au tiers de la tension d’alimentation. Cela permet de générer 7 niveaux de tension identiques à la sortie et peut alimenter des charges linéaires et non linéaires. La topologie à cinq niveaux, le PUC5, est proposée pour remédier à la complexité du contrôleur du PUC7. La tension du condensateur flottant est régulée à la moitié de la tension d’alimentation afin de générer les niveaux de tension à la sortie. Malgré le nombre moindre de niveaux de tension, il est démontré que le PUC5 nécessite une technique de balancement très simple due à la redondance des niveaux de tension. De plus, une technique de balancement des condensateurs sans mesure de tension a été développée et implémentée en pratique sur le PUC5 en mode onduleur autonome et connecté avec le réseau électrique. Une configuration modifiée de la topologie PUC5 est en cours de développement afin de fonctionner comme un redresseur abaisseur avec PFC. Les performances de cette topologie en tant que redresseur est très semblable à un montage abaisseur. Cependant, le réseau voit le convertisseur comme un montage élévateur. Le contrôleur est conçu afin de balancer la tension de sortie et pour synchroniser le courant d’entrée avec le réseau. Un bilan de puissance est réalisé afin de démontrer les variations limites de la charge. Toutes les simulations et résultats théoriques sont validés expérimentalement.

Date	11 nov. 2016
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Kamal Al-Haddad (Directeur(-trice))