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FR3136323A1 - Système électrique comprenant trois convertisseurs électriques - Google Patents

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FR3136323A1
FR3136323A1 FR2205300A FR2205300A FR3136323A1 FR 3136323 A1 FR3136323 A1 FR 3136323A1 FR 2205300 A FR2205300 A FR 2205300A FR 2205300 A FR2205300 A FR 2205300A FR 3136323 A1 FR3136323 A1 FR 3136323A1
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FR
France
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electrical
electrical converter
voltage
alternating
converter
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Application number
FR2205300A
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English (en)
Inventor
Pierre Baptiste STECKLER
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SuperGrid Institute SAS
Original Assignee
SuperGrid Institute SAS
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Publication date
Application filed by SuperGrid Institute SAS filed Critical SuperGrid Institute SAS
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Priority to PCT/EP2023/064169 priority patent/WO2023232671A1/fr
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Abstract

Système électrique comprenant trois convertisseurs électriques. Système électrique (10) comprenant trois convertisseurs électriques (32,34,36) connectés en série les uns par rapport aux autres, par leurs bornes continues, entre des premier et deuxième terminaux continus et un dispositif de transformation d’énergie électrique (40) comprenant des premier, deuxième et troisième enroulements primaires (42a,44a,46a) connectés à des bornes alternatives des convertisseurs électriques, le premier convertisseur électrique (32) comprenant un élément convertisseur électrique (60) connecté en cascade avec un étage d’adaptation de niveau de tension (50), le système électrique pouvant adopter un premier mode de fonctionnement dans lequel l’élément convertisseur électrique est configuré pour délivrer une tension alternative à partir d’une tension continue fournie par l’étage d’adaptation de niveau de tension et un deuxième mode de fonctionnement dans lequel l’étage d’adaptation de niveau de tension est configuré pour délivrer une tension continue inférieure à une tension continue fournie par l’élément convertisseur électrique. Figure pour l’abrégé : Fig. 2.

Description

Système électrique comprenant trois convertisseurs électriques
La présente invention concerne le domaine technique des systèmes électriques permettant de convertir une tension continue en une tension alternative et/ou inversement. La présente invention concerne notamment le domaine des systèmes électrique tels que des convertisseurs de tension, adaptés pour fonctionner à des faibles puissances, de préférence à des puissances inférieures à 1 Mégawatt (MW), et permettant de convertir une moyenne tension continue, par exemple comprise entre 3 kilovolts et 20 kilovolts, en une tension alternative et/ou inversement. De tels système électriques trouvent notamment leur utilité en ville, dans des stations urbaines, pour la distribution domestique du courant. Dans le cadre d’une telle application, il est généralement nécessaire de convertir une tension continue d’entrée d’environ 10 kilovolts en une tension alternative d’environ 400 volts à distribuer. En outre, bien qu’aujourd’hui la distribution domestique de courant soit réalisée en courant alternatif, il n’est pas à exclure que, dans le futur, la distribution se fera en courant continu.
On connait des systèmes électriques permettant de convertir une tension continue en une tension alternative et/ou inversement adaptés pour fonctionner à des hautes puissances, de préférence des puissances comprises entre 10 MW et 20 MW. On connait par exemple un système électrique pour réaliser une conversion DC/AC110selon l’art antérieur, illustré en , comprenant des premier et deuxième terminaux continus112,114configurés pour être reliés électriquement à un réseau d’alimentation électrique continu et des premier, deuxième et troisième terminaux alternatifs116,118,120configurés pour être reliés électriquement à un réseau d’alimentation électrique alternatif. Ce système électrique comprend trois bras122connectés en parallèle les uns par rapport aux autres entre les premier et deuxième terminaux continus. Chacun des bras122comprend un demi-bras supérieur122aet un demi-bras inférieur122breliés en un point milieu. Chaque demi bras comprend une pluralité d’éléments de commutation formés d’un transistor bipolaire à grille isoléeT(ou IGBT pour « Insulated Gate Bipolar Transistor » en langue anglaise) associé à une diode parallèle.
Le point milieu de chacun des bras est relié électriquement à l’enroulement primaire124ad’un transformateur124. L’enroulement secondaire124bde ce transformateur est relié électriquement aux premier, deuxième et troisième terminaux continus.
Un inconvénient de ce système électrique est qu’il n’est pas adapté et est surdimensionné pour une application à faible puissance et moyenne tension, notamment pour des applications urbaines de distribution de courant domestique. En particulier, afin de délivrer une tension alternative triphasée d’environ 400 volts à partir d’une tension continue d’environ 10 kilovolts, ce système électrique comprend nécessairement trois bras, à raison d’un par phase. En outre, afin de supporter la tension continue d’entrée, ce système électrique impose de connecter en série dans chaque demi-bras de nombreux éléments de commutation, en l’espèce au moins trois transistors IGBT tels que disponibles dans le commerce, aptes à supporter chacun une tension de 3600 volts, pour que le système électrique puisse supporter la tension continue d’entrée de 10 kilovolts.
Ce système électrique comprend donc un nombre important de composants et notamment de transistors IGBT, en l’espèce au moins dix-huit transistors IGBT. Ce système électrique selon l’art antérieur est donc très lourd, il peut notamment peser jusqu’à 10 tonnes, et s’avère particulièrement encombrant, avec notamment une empreinte au sol très importante. Ce type de système électrique pour convertir une tension est en outre particulièrement coûteux.
De plus, ce type de système électrique utilise des composants semi-conducteurs haute-tension disponibles dans le commerce, incluant lesdits transistors IGBT, qui présentent des calibres en courant importants, et sont donc dimensionnés pour supporter des courants élevés. Or, compte-tenu des trois bras que comporte ce système électrique selon l’art antérieur, chaque transistor IGBT n’est traversé que par un faible courant et n’est donc pas pleinement exploité et s’avère surdimensionné.
Un autre inconvénient de ce système électrique est qu’il est fortement impacté par des perturbations pouvant intervenir sur le réseau d’alimentation électrique continu connecté aux premier et deuxième terminaux continus. En particulier, une importante chute de tension continue en entrée de ce système électrique risque d’entrainer une perte de contrôle du flux de puissance au sein du système électrique. En outre, un court-circuit sur le réseau d’alimentation électrique continu risque d’endommager le système électrique et d’être répercuté sur le réseau d’alimentation électrique alternatif connecté aux terminaux alternatifs.
Un but de la présente invention est de proposer un système électrique remédiant aux problèmes précités.
Pour ce faire, l’invention porte sur un système électrique permettant de convertir une tension continue en une tension alternative et/ou de convertir une tension alternative en une tension continue, le système électrique comprenant :
des premier et deuxième terminaux continus configurés pour être reliés électriquement à un réseau d’alimentation électrique continu;
des premier, deuxième et troisième terminaux alternatifs configurés pour être reliés électriquement à un réseau d’alimentation électrique alternatif;
au moins un dispositif de conversion comportant :
- un premier convertisseur électrique, un deuxième convertisseur électrique et un troisième convertisseur électrique comprenant chacun une première borne continue et une seconde borne continue, lesdits premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques étant connectés en série les uns par rapport aux autres, par leurs première et seconde bornes continues, entre les premier et deuxième terminaux continus, lesdits premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques comprenant en outre chacun au moins une première borne alternative et une deuxième borne alternative;
- un dispositif de transformation d’énergie électrique comprenant un premier enroulement primaire et un premier enroulement secondaire associé au premier enroulement primaire, un deuxième enroulement primaire et un deuxième enroulement secondaire associé au deuxième enroulement primaire, un troisième enroulement primaire et un troisième enroulement secondaire associé au troisième enroulement primaire, ledit premier enroulement primaire étant connecté aux première et deuxième bornes alternatives du premier convertisseur électrique, ledit deuxième enroulement primaire étant connecté aux première et deuxième bornes alternatives du deuxième convertisseur électrique, ledit troisième enroulement primaire étant connecté aux première et deuxième bornes alternatives du troisième convertisseur électrique, lesdits premier, deuxième et troisième enroulements secondaires présentant chacun au moins une borne reliée respectivement au premier terminal alternatif, au deuxième terminal alternatif et au troisième terminal alternatif du convertisseur,
caractérisé en ce qu’au moins le premier convertisseur électrique comprend un étage d’adaptation de niveau de tension, relié électriquement aux première et seconde bornes continues du premier convertisseur électrique, et un élément convertisseur électrique connecté en cascade avec l’étage d’adaptation de niveau de tension et relié électriquement aux première et deuxième bornes alternatives dudit premier convertisseur électrique, le système électrique pouvant adopter au moins un mode de fonctionnement choisi parmi :
un premier mode de fonctionnement dans lequel l’étage d’adaptation de niveau de tension est configuré pour délivrer à l’élément convertisseur électrique une tension continue supérieure à la tension entre les première et seconde bornes continues du premier convertisseur électrique, l’élément convertisseur électrique étant configuré pour générer, entre les première et deuxième bornes alternatives dudit premier convertisseur électrique, une tension alternative à partir de la tension continue fournie par l’étage d’adaptation de niveau de tension ; et
un deuxième mode de fonctionnement dans lequel l’élément convertisseur électrique est configuré pour délivrer à l’étage d’adaptation de niveau de tension une tension continue à partir de la tension alternative entre les première et deuxième bornes alternatives dudit premier convertisseur électrique, l’étage d’adaptation de niveau de tension étant configuré pour délivrer, entre les première et seconde bornes continues dudit premier convertisseur électrique, une tension continue inférieure à la tension continue fournie par l’élément convertisseur électrique.
De manière non limitative, le système électrique selon l’invention est particulièrement adapté pour des applications à faibles puissances, de préférence à des puissances inférieures à 1 Mégawatt (MW). De manière non limitative, le système électrique selon l’invention est particulièrement adapté pour être connecté à un réseau d’alimentation électrique continu soumis à une moyenne tension, de préférence comprise entre 3 kilovolts et 20 kilovolts. Le réseau d’alimentation électrique alternatif est avantageusement un réseau triphasé.
De manière non limitative, le système électrique peut être configuré uniquement pour convertir une tension continue en une tension alternative, auquel cas il adopte uniquement le premier mode de fonctionnement. Alternativement, et de manière non limitative, le système électrique peut être configuré uniquement pour convertir une tension alternative en une tension continue, auquel cas il adopte uniquement le deuxième mode de fonctionnement. Alternativement, et toujours de manière non limitative, le système électrique peut être configuré pour permettre la conversion d’une tension alternative en une tension continue ainsi que la conversion d’une tension continue en une tension alternative. Auquel cas, le système électrique est alors apte à adopter le premier mode de fonctionnement ou le deuxième mode de fonctionnement. Le passage du premier au deuxième mode de fonctionnement est avantageusement réalisé par contrôle.
Lorsqu’il opère une conversion DC/AC, le système électrique selon l’invention est avantageusement configuré pour convertir une moyenne tension continue entre ses premier et deuxième terminaux continus, par exemple de l’ordre de 10 kilovolts, en une tension alternative basse tension, par exemple de l’ordre de 400 volts en valeur efficace. Le système électrique délivre alors avantageusement une tension alternative triphasée pouvant être contrôlée en phase et en amplitude.
Inversement, lorsqu’il opère une conversion AC/DC, le système électrique selon l’invention est avantageusement configuré pour convertir une tension alternative basse tension, par exemple de l’ordre de 400 volts en valeur efficace, en une moyenne tension continue entre ses premier et deuxième terminaux continus, par exemple de l’ordre de 10 kilovolts.
Avantageusement, ledit dispositif de conversion comprend exactement trois convertisseurs électriques. Le système électrique comprend avantageusement un nombre de convertisseurs électriques qui est multiple de trois, encore de préférence exactement trois convertisseurs électriques.
La première borne continue du premier convertisseur électrique est reliée électriquement au premier terminal continu. Cette première borne continue peut être reliée directement au premier terminal. Alternativement, la première borne continue peut être reliée indirectement au premier terminal continu, par exemple par l’intermédiaire d’un composant tel qu’une inductance connectée entre ladite première borne et le premier terminal continu. La seconde borne continue du premier convertisseur électrique est reliée électriquement à la première borne continue du deuxième convertisseur électrique. La seconde borne continue du deuxième convertisseur électrique est reliée électriquement à la première borne continue du troisième convertisseur électrique. La seconde borne continue du troisième convertisseur électrique est avantageusement reliée électriquement au deuxième terminal continu ou à la première borne continue du premier convertisseur électrique d’un deuxième dispositif de conversion.
Avantageusement, les premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques sont identiques. Alternativement, et sans sortir du cadre de l’invention, les premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques peuvent présenter des configurations différentes.
De manière non limitative, le dispositif de transformation d’énergie électrique peut comprendre un unique transformateur, par exemple un unique transformateur triphasé, ou encore une pluralité de transformateurs, par exemple plusieurs transformateurs monophasés.
Chaque enroulement primaire du dispositif de transformation d’énergie électrique est associé à un des convertisseurs électriques.
Le premier enroulement secondaire présente une borne reliée au premier terminal alternatif. Le deuxième enroulement secondaire présente une borne reliée au deuxième terminal alternatif. Le troisième enroulement secondaire présente une borne reliée au troisième terminal alternatif.
De manière non limitative, les enroulements secondaires du dispositif de transformation d’énergie électrique peuvent être couplés aux premier, deuxième et troisième terminaux alternatifs selon un couplage en étoile, de sorte qu’ils présentent chacun une borne reliée à une ligne de neutre. Alternativement, et de manière non limitative, les enroulements secondaire du dispositif de transformation d’énergie électrique peuvent être couplés selon un couplage en triangle, de sorte que le premier enroulement secondaire présente en outre une borne reliée à l’un des deuxième et troisième terminaux alternatifs, que le deuxième enroulement secondaire présente en outre une borne reliée à l’un des premier et troisième terminaux alternatifs et que le troisième enroulement secondaire présente en outre une borne reliée à l’un des premier et deuxième terminaux alternatifs.
Le dispositif de transformation d’énergie électrique est avantageusement configuré pour fonctionner à une fréquence proche de celle du réseau d’alimentation électrique alternatif.
La tension entre les premier et deuxième terminaux continus du système électrique est avantageusement répartie entre les premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques et donc à l’entrée des étages d’adaptation de niveau de tension desdits convertisseurs électriques.
L’étage d’adaptation de niveau de tension du premier convertisseur électrique comprend avantageusement une pluralité de composants semi-conducteurs. Il comprend avantageusement un ou plusieurs transistors, par exemple des transistors IGBT, et un ou plusieurs condensateurs. L’étage d’adaptation de niveau de tension du premier convertisseur électrique comprend avantageusement moins de deux transistors, encore de préférence un unique transistor. De manière non limitative, l’étage d’adaptation du niveau de tension peut comprendre une ou plusieurs diodes.
L’étage d’adaptation de niveau de tension est avantageusement configuré pour fonctionner sur une large plage de tensions entre ses première et seconde bornes continues.
Le premier mode de fonctionnement correspond à une utilisation du système électrique pour convertir une tension continue en une tension alternative. Le deuxième mode de fonctionnement correspond à une utilisation du système électrique pour convertir une tension alternative en une tension continue.
Dans le premier mode de fonctionnement, le premier convertisseur électrique convertit une tension continue entre ses première et seconde bornes continues en une tension alternative entre ses première et deuxième bornes alternatives. Dans ce premier mode de fonctionnement, l’étage d’adaptation de niveau de tension du premier convertisseur électrique se comporte comme un étage élévateur de tension. L’étage d’adaptation de niveau de tension est configuré pour fournir à l’élément convertisseur électrique du premier convertisseur électrique une tension continue de plus forte valeur que la tension continue qu’il reçoit entre ses première et seconde bornes continues, et donc supérieure à la tension aux bornes du réseau d’alimentation électrique continu. Ledit étage d’adaptation de niveau de tension délivre à l’élément convertisseur électrique une tension indépendante de la tension du réseau d’alimentation électrique continu.
Dans ce premier mode de fonctionnement, l’élément convertisseur électrique du premier convertisseur électrique se comporte comme un onduleur. L’élément convertisseur électrique du premier convertisseur électrique permet de convertir la tension continue fournie par l’étage d’adaptation de niveau de tension en une tension alternative contrôlée. L’élément convertisseur électrique comprend avantageusement une pluralité de composants semi-conducteurs. Il comprend de préférence une pluralité de transistors, par exemple des transistors IGBT, et un ou plusieurs condensateurs. L’élément convertisseur électrique comprend avantageusement deux transistors ou quatre transistors selon sa configuration.
Le premier convertisseur électrique comprend avantageusement un premier point de liaison et un deuxième point de liaison pour la connexion en cascade de l’étage d’adaptation de niveau de tension et de l’élément convertisseur électrique dudit premier convertisseur électrique. La tension continue délivrée par l’étage d’adaptation de niveau de tension à l’élément convertisseur électrique correspond alors à la tension continue entre lesdits premier et deuxième points de liaison.
Dans le deuxième mode de fonctionnement, le premier convertisseur électrique convertit une tension alternative entre ses première et deuxième bornes alternatives en une tension continue entre ses première et seconde bornes continues. Dans ce deuxième mode de fonctionnement, l’élément convertisseur électrique se comporte comme un élément redresseur. L’élément convertisseur électrique est configuré pour redresser la tension alternative qu’il reçoit en entrée, aux première et deuxième bornes alternatives du premier convertisseur électrique, et fournir une tension continue générée à l’étage d’adaptation de niveau de tension.
Dans ce deuxième mode de fonctionnement, l’étage d’adaptation de niveau de tension du premier convertisseur électrique se comporte comme un étage abaisseur de tension. L’étage d’adaptation de niveau de tension est configuré pour délivrer entre les première et seconde bornes continues du premier convertisseur électrique une tension ayant une valeur inférieure à la tension continue fournie par l’élément convertisseur électrique.
Avantageusement, les premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques sont identiques. Les convertisseurs électriques comprennent avantageusement au moins un composant semi-conducteur.
Le système électrique selon l’invention propose une architecture dans laquelle les convertisseurs électriques sont connectés en série par leurs bornes continues, ce qui permet de répartir, entre les différents convertisseurs électriques, la tension entre les premier et deuxième terminaux continu. Le système électrique selon l’invention présente en outre un nombre réduit de bras par rapport aux systèmes électriques de type convertisseur de tension de l’art antérieur.
Le courant circulant dans chacun des convertisseurs électriques du système électrique selon l’invention étant supérieur au courant circulant dans chacun des convertisseurs électriques des systèmes électrique selon l’art antérieur, les composants utilisés dans les convertisseurs électriques du système électrique selon l’invention sont également traversés par des courants de plus fortes valeurs. L’invention permet alors d’utiliser des composants semi-conducteurs disponibles dans le commerce, qui présentent un calibre important en courant, le système électrique selon l’invention permettant de mieux exploiter ces composants par rapport aux systèmes électriques selon l’art antérieur et de ne pas les sur-dimensionner.
Il en résulte que le système électrique selon l’invention permet de mieux exploiter les composants, par exemple les transistors IGBT, constituant les convertisseurs électriques tout en permettant de réduire le nombre de ces composants.
A titre d’exemple, dans une configuration particulièrement avantageuse du système électrique selon l’invention, dans laquelle il comprend trois convertisseurs électriques dans une configuration de base, lesdits convertisseurs électriques comprennent chacun trois transistors IGBT, de sorte que le système électrique comprend neuf transistors IGBT. Dans cette configuration, le système électrique selon l’invention comprend deux fois moins de transistors IGBT que le système électrique selon l’art antérieur dans sa configuration la plus simple, qui en comprend dix-huit.
Le système électrique selon l’invention présente par conséquent un poids, un encombrement et un coût réduits. Il est particulièrement adapté pour une utilisation à faible puissance et moyenne tension, par exemple dans une application urbaine de distribution de courant domestique.
En outre, l’étage d’adaptation de niveau de tension du premier convertisseur électrique du système électrique selon l’invention permet de limiter l’oscillation du courant continu entre les premier et deuxième terminaux continus.
De plus, l’étage d’adaptation de niveau de tension du premier convertisseur électrique a pour avantage de ne pas entretenir ni amplifier une perturbation intervenant sur le réseau d’alimentation électrique continu ou à aux bornes continues dudit premier convertisseur électrique. Un tel étage d’adaptation de niveau de tension ne répercute en outre pas un défaut du réseau d’alimentation électrique continu sur le réseau d’alimentation électrique alternatif.
De même, l’élément convertisseur électrique du premier convertisseur électrique du système électrique selon l’invention a pour avantage de ne pas entretenir ni amplifier une perturbation intervenant sur le réseau d’alimentation électrique alternatif ou aux bornes alternatives dudit premier convertisseur électrique. Un tel élément convertisseur électrique ne répercute en outre pas un défaut du réseau d’alimentation électrique alternatif sur le réseau d’alimentation électrique continu.
Le système électrique selon l’invention présente ainsi une meilleure tolérance aux défauts et perturbations pouvant intervenir sur le réseau d’alimentation électrique continu et/ou sur le réseau d’alimentation électrique alternatif auxquels il est connecté.
De préférence, chacun des premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques du système électrique comprend un étage d’adaptation de niveau de tension, relié électriquement aux première et seconde bornes continues du convertisseur électrique correspondant, et un élément convertisseur électrique connecté en cascade avec l’étage d’adaptation de niveau de tension et relié électriquement aux première et deuxième bornes alternatives dudit convertisseur électrique correspondant.
De préférence, dans le premier mode de fonctionnement, l’étage d’adaptation de niveau de tension de chacun des premier, deuxième et troisième convertisseurs électrique est configuré pour délivrer à l’élément convertisseur électrique du convertisseur électrique correspondant une tension continue supérieure à la tension entre les première et seconde bornes continues de ce convertisseur électrique, l’élément convertisseur électrique étant configuré pour générer, entre les première et deuxième bornes alternatives dudit convertisseur électrique correspondant, une tension alternative à partir de la tension continue fournie par l’étage d’adaptation de niveau de tension.
De préférence, dans le deuxième mode de fonctionnement, l’élément convertisseur électrique de chacun des premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques est configuré pour délivrer à l’étage d’adaptation de niveau de tension du convertisseur électrique correspondant une tension continue à partir de la tension alternative entre les première et deuxième bornes alternatives de ce convertisseur électrique, l’étage d’adaptation de niveau de tension étant configuré pour délivrer, entre les première et seconde bornes continues dudit convertisseur électrique correspondant, une tension continue inférieure à la tension continue fournie par l’élément convertisseur électrique.
Préférentiellement, ledit étage d’adaptation de niveau de tension du premier convertisseur électrique comprend une ligne principale s’étendant entre les première et seconde bornes continues du premier convertisseur électrique et une ligne secondaire s’étendant entre lesdites première et seconde bornes continues, en parallèle de ladite ligne principale, ledit étage d’adaptation de niveau de tension comprenant au moins un premier condensateur et un deuxième condensateur connectés en série l’un par rapport à l’autre dans la ligne secondaire et au moins un premier élément de commutation commandable connecté dans la ligne principale ou dans la ligne secondaire.
Ledit élément de commutation commandable comprend avantageusement un transistor, par exemple un transistor IGBT. Ledit élément de commutation commandable comprend avantageusement un interrupteur. Ledit élément de commutation peut avantageusement prendre un état commandé dans lequel il permet la circulation d’un courant et un état non-commandé dans lequel il empêche la circulation d’un courant dans la ligne où il est connecté.
Lesdits premier et deuxième condensateurs s’étendent avantageusement entre le premier point de liaison et le deuxième point de liaison connectant l’étage d’adaptation de niveau de tension à l’élément convertisseur électrique.
Dans le premier mode de fonctionnement, ledit étage d’adaptation de niveau de tension est configuré pour délivrer une tension continue aux bornes des deux condensateurs, ou autrement dit, une tension continue entre lesdits premier et deuxième points de liaison, qui est supérieure à la tension continue entre les première et seconde bornes continues du premier convertisseur électrique.
Dans le deuxième mode de fonctionnement, ledit élément convertisseur électrique est configuré pour délivrer une tension continue aux bornes des deux condensateurs, ou autrement dit, une tension continue entre lesdits premier et deuxième points de liaison, à partir de la tension alternative entre les première et seconde bornes alternatives du premier convertisseur électrique.
Avantageusement, ledit étage d’adaptation de niveau de tension du premier convertisseur électrique comprend en outre une diode, ladite diode étant connectée dans la ligne principale dudit étage d’adaptation de niveau de tension lorsque ledit premier élément de commutation commandable dudit étage d’adaptation de niveau de tension est connecté dans la ligne secondaire, ladite diode étant connectée dans la ligne secondaire de l’étage d’adaptation de niveau tension lorsque ledit premier élément de commutation commandable dudit étage d’adaptation de niveau de tension est connecté dans la ligne principale. Un tel étage d’adaptation de niveau de tension comprend des composants disponibles dans le commerce et peu coûteux.
Ledit étage d’adaptation de niveau de tension comprend avantageusement un unique élément de commutation commandable, grâce à quoi le contrôle dudit convertisseur électrique est facilité.
Lorsque ladite diode est connectée dans la ligne secondaire et le premier élément de commutation commandable est connecté dans la ligne principale de l’étage d’adaptation de niveau de tension, l’étage d’adaptation de niveau de tension est configuré pour fournir à l’élément convertisseur électrique une tension continue supérieure à la tension entre les bornes continues du convertisseur électrique. Autrement dit, cette configuration correspond au premier mode de fonctionnement, ou encore à une conversion DC/AC, dans lequel le premier convertisseur électrique est configuré pour convertir une tension continue entre ses bornes continues en une tension alternative entre ses bornes alternatives. Autrement dit, l’étage d’adaptation de niveau de tension se comporte alors comme un élévateur de tension.
Lorsque ladite diode est connectée dans la ligne principale et le premier élément de commutation commandable est connecté dans la ligne secondaire, l’étage d’adaptation de niveau de tension, l’étage d’adaptation de niveau de tension est configuré pour délivrer entre les bornes continues du premier convertisseur électrique une tension continue inférieure à la tension fournie par l’élément convertisseur électrique. Autrement dit, cette configuration correspond au deuxième mode de fonctionnement, ou encore à une conversion AC/DC, dans lequel le premier convertisseur électrique est configuré pour convertir une tension alternative entre ses bornes alternative en une tension continues entre ses bornes continues. Autrement dit, l’étage d’adaptation de niveau de tension se comporte alors comme un abaisseur de tension.
De préférence, ledit étage d’adaptation de niveau de tension du premier convertisseur électrique comprend un hacheur parallèle. Un hacheur parallèle est également appelé convertisseur Boost. L’étage d’adaptation de niveau de tension se comporte alors comme un élévateur de tension.
Selon une variante avantageuse, le premier élément de commutation commandable de l’étage d’adaptation de niveau de tension du premier convertisseur électrique est connecté dans la ligne principale, ledit étage d’adaptation de niveau de tension du premier convertisseur électrique comprenant en outre un deuxième élément de commutation commandable connecté dans la ligne secondaire dudit étage d’adaptation de niveau de tension. Dans cette variante, l’étage d’adaptation de niveau de tension est réversible en puissance. L’étage d’adaptation de niveau de tension peut alors se comporter comme un élévateur de tension, apte à fournir à l’élément convertisseur électrique une tension supérieure à la tension entre les bornes continues du premier convertisseur électrique, ce qui correspond au premier mode de fonctionnement. Dans cette variante, l’étage d’adaptation de niveau de tension peut également se comporter comme un abaisseur de tension, apte à délivrer entre les première et seconde bornes continues du premier convertisseur électrique une tension inférieure à la tension fournie par l’élément convertisseur électrique, ce qui correspond au deuxième mode de fonctionnement. Un intérêt est en outre de permettre un contrôle plus efficace de l’étage d’adaptation de niveau de tension en disposant d’un élément de commutation supplémentaire.
De préférence, l’élément convertisseur électrique du premier convertisseur électrique présente une topologie en demi-pont ou en pont complet. Dans la configuration en demi-pont, l’élément convertisseur électrique comprend avantageusement deux éléments de commutation commandables. Dans la configuration en pont complet, l’élément convertisseur électrique comprend avantageusement quatre éléments de commutation commandables.
La topologie en demi-pont présente l’avantage d’être peu coûteuse compte-tenu d’un nombre d’éléments de commutation commandables réduit. En outre, cette topologie permet d’exploiter efficacement les capacités des éléments semi-conducteurs constituant les éléments de commutation commandables. Dans cette topologie, l’élément convertisseur électrique permet de délivrer au premier enroulement primaire du dispositif de transformation d’énergie électrique une tension relativement faible.
La topologie en pont complet présente l’avantage de pouvoir délivrer une puissance de sortie importante, notamment deux fois supérieure à celle d’un élément convertisseur électrique en demi-pont. En outre, cette topologie permet d’exploiter efficacement les capacités des éléments semi-conducteurs constituant les éléments de commutation commandables. Dans cette topologie, l’élément convertisseur électrique permet de délivrer au premier enroulement primaire du dispositif de transformation d’énergie électrique un courant relativement faible.
De manière avantageuse, l’élément convertisseur électrique du premier convertisseur électrique comporte au moins une première boucle comprenant au moins un premier condensateur, un deuxième condensateur, un premier élément de commutation commandable et un deuxième élément de commutation commandable connectés dans ladite première boucle, lesdits premier et deuxième éléments de commutation commandables étant reliés entre eux en un point de connexion formant ladite première borne alternative du premier convertisseur électrique.
Lesdits premier et deuxième condensateurs s’étendent avantageusement entre lesdits premier et deuxième points de liaison reliant l’étage d’adaptation de niveau de tension et l’élément convertisseur électrique.
De préférence, le premier condensateur et le deuxième condensateur de l’élément convertisseur électrique du premier convertisseur électrique sont reliés entre eux en un point intermédiaire formant la deuxième borne alternative dudit premier convertisseur électrique. Cette configuration correspond à une topologie en demi-pont.
Préférentiellement, l’élément convertisseur électrique du premier convertisseur électrique comprend en outre un troisième élément de commutation commandable et un quatrième élément de commutation commandable connectés en série l’un par rapport à l’autre et en parallèle des premier et deuxième éléments de commutation commandables, les troisième et quatrième éléments de commutation commandables étant reliés entre eux en un point de connexion formant ladite deuxième borne alternative du premier convertisseur électrique. Cette configuration correspond à une topologie en pont complet.
Selon une variante particulièrement avantageuse, le premier convertisseur électrique comprend en outre une troisième borne alternative reliée au premier enroulement primaire du dispositif de transformation d’énergie électrique, le premier condensateur et le deuxième condensateur de l’élément convertisseur électrique du premier convertisseur électrique étant reliés entre eux en un point intermédiaire formant ladite troisième borne alternative du premier convertisseur électrique. Cette configuration correspond à une variante de la topologie en pont complet de l’élément convertisseur électrique. Cette configuration permet de réduire le calibre et donc la dimension et le coût des condensateurs utilisés. Les premier et deuxième éléments de commutation commandables s’étendent alors dans un premier bras tandis que les troisième et quatrième éléments de commutation commandables s’étendant dans un deuxième bras. Dans cette variante, un contrôle adapté des tensions générées dans chacun des premier et deuxième bras permet d’ajuster le courant circulant dans ces bras, réduisant encore l’ondulation de la tension délivrée à l’étage d’adaptation du niveau de tension.
Le premier enroulement primaire du dispositif de transformation d’énergie électrique comprend avantageusement un point milieu auquel est relié électriquement ledit point intermédiaire de l’élément convertisseur électrique et donc la troisième borne alternative du premier convertisseur électrique.
De manière particulièrement avantageuse, les premier et deuxième condensateurs de l’élément convertisseur électrique du premier convertisseur électrique forment les premier et deuxième condensateurs de l’étage d’adaptation de niveau tension dudit premier convertisseur électrique, de sorte que ces premier et deuxième condensateurs sont communs audit élément convertisseur électrique et audit étage d’adaptation de niveau tension. On comprend que le premier convertisseur électrique ne comprend alors que deux condensateurs.
Le premier convertisseur électrique comprend avantageusement une ligne commune s’étendant entre les premier et deuxième points de liaison entre l’étage d’adaptation de niveau de tension et l’élément convertisseur électrique, lesdits condensateurs étant connectés en série dans ladite ligne commune.
La tension entre lesdits premier et deuxième points de liaison correspond, dans le premier mode de fonctionnement, à la tension continue délivrée par l’étage d’adaptation de niveau de tension et à partir de laquelle l’élément convertisseur électrique génère une tension alternative à destination du dispositif de transformation d’énergie électrique. Dans le deuxième mode de fonctionnement, la tension entre lesdits premier et deuxième points de liaison correspond à la tension continue délivrée par l’élément convertisseur électrique qui est ensuite abaissée par l’étage d’adaptation de niveau de tension.
De préférence, au moins une inductance est connectée entre ledit dispositif de conversion et le premier terminal continu et/ou entre ledit dispositif de conversion et le deuxième terminal continu. Un intérêt est de limiter la circulation d’un courant alternatif dans l’étage d’adaptation de niveau tension ou dans le circuit d’alimentation électrique continu.
De manière avantageuse, le dispositif de transformation d’énergie électrique dudit au moins un dispositif de conversion comprend un premier transformateur monophasé comprenant ledit premier enroulement primaire et ledit premier enroulement secondaire, un deuxième transformateur monophasé comprenant ledit deuxième enroulement primaire et ledit deuxième enroulement secondaire, et un troisième transformateur monophasé comprenant ledit troisième enroulement primaire et ledit troisième enroulement secondaire. L’utilisation d’une pluralité de transformateurs monophasés réduit les contraintes d’isolation par rapport à un transformateur triphasé.
De préférence, le système électrique comprend au moins un premier dispositif de conversion et un deuxième dispositif de conversion, les premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques du deuxième dispositif de conversion étant connectés en série avec les premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques du premier dispositif de conversion par leurs première et seconde bornes continues, entre lesdits premier et deuxième terminaux continus, les premiers enroulements secondaires des premier et deuxième dispositifs de conversion présentant chacun au moins une borne reliée au premier terminal alternatif du convertisseur, les deuxième enroulements secondaires des premier et deuxième dispositifs de conversion présentant chacun au moins une borne reliée au deuxième terminal alternatif du convertisseur, les troisième enroulements secondaires des premier et deuxième dispositifs de conversion présentant chacun au moins une borne reliée au troisième terminal alternatif du convertisseur.
Autrement dit, les premier et deuxième dispositifs de conversion sont connectés en série par leurs parties continues et en parallèle l’un de l’autre par leurs parties alternatives.
L’utilisation d’un deuxième dispositif de conversion permet la conversion d’une tension entre les premier et deuxième terminaux continus du système électrique plus importante, de préférence jusqu’à deux fois plus importante, que la tension pouvant être supportée avec un seul dispositif de conversion.
L’invention porte également sur une installation électrique comprenant un réseau d’alimentation électrique continu, un réseau d’alimentation électrique alternatif et un système électrique tel que décrit précédemment, ledit système électrique étant configuré pour connecter électriquement entre eux ledit réseau d’alimentation électrique continu et ledit réseau d’alimentation électrique alternatif.
L’invention porte par ailleurs sur un procédé de contrôle d’un système électrique tel que décrit précédemment, dans lequel chacun des premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques est commandé selon une technique de modulation de largeur d’impulsion.
Selon ce procédé, on module la largeur d’impulsion des signaux de commande des convertisseurs électriques et notamment des éléments de commutation commandables. Ces signaux de commande sont associés à un rapport cyclique. Ce rapport cyclique correspond à la proportion, considérée dans le temps, dans laquelle l’élément de commutation commandable est placé à l’état commandé.
Avantageusement, lorsqu’un premier et un deuxième éléments de commutation commandables sont connectés en série dans un des convertisseurs électriques, par exemple deux éléments de commutation commandables d’un élément convertisseur électrique, on les commande de manière complémentaire. Aussi, on place le premier élément de commutation commandable à l’état commandé tandis que le deuxième élément de commutation est maintenu à l’état non commandé, et inversement.
Avantageusement, les signaux de commande des étages d’adaptation de niveau tension des premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques sont modulés à partir de signaux porteurs déphasés. Un intérêt est de réduire l’ondulation de la tension vue par le réseau d’alimentation électrique continu.
De préférence, on ajuste le rapport cyclique des signaux de commande de chacun desdits étages d’adaptation de niveau de tension des premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques de manière à maintenir constantes les tensions entre les première et seconde bornes continues des premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques.
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 :
La illustre un système électrique de conversion DC/AC selon l’art antérieur ;
La est un schéma synoptique d’une installation électrique comprenant un système électrique selon l’invention;
La illustre un mode de réalisation du système électrique selon l’invention ;
La illustre un convertisseur électrique du système électrique de la ;
La illustre une première variante de l’étage d’adaptation de niveau de tension du convertisseur électrique de la ;
La illustre une deuxième variante de l’étage d’adaptation de niveau de tension du convertisseur électrique de la ;
La illustre une première variante de l’élément convertisseur électrique du convertisseur électrique de la ;
La illustre une deuxième variante de l’élément convertisseur électrique du convertisseur électrique de la ; et
La illustre les signaux de commande des convertisseurs électriques du système électrique de la .
L’invention porte sur un système électrique permettant de convertir une tension continue en une tension alternative et/ou de convertir une tension alternative en une tension continue. L’invention porte également sur une installation électrique comprenant un tel système électrique et sur un procédé de contrôle d’un tel système électrique.
La est un schéma synoptique d’une installation électrique8comprenant un système électrique10selon l’invention. Ce système électrique10comprend un premier terminal continu12et un deuxième terminal continu14reliés à un premier réseau d’alimentation électrique continu100. Le système électrique10comprend en outre un premier terminal alternatif16, un deuxième terminal alternatif18et un troisième terminal alternatif20reliés à un réseau d’alimentation électrique alternatif102.
Dans cet exemple non limitatif, le système électrique10comprend un premier dispositif de conversion30et un deuxième dispositif de conversion30’. Sans sortir du cadre de l’invention, le système électrique pourrait ne comprendre qu’un seul dispositif de conversion. Le deuxième dispositif de conversion30’est identique au premier dispositif de conversion électrique30de sorte que seul ledit premier dispositif de conversion30sera décrit en détails.
Le premier dispositif de conversion30comprend un premier convertisseur électrique32, un deuxième convertisseur électrique34et un troisième convertisseur électrique36. Le premier convertisseur électrique32comprend une première borne continue32aet une seconde borne continue32b. De même, le deuxième convertisseur électrique34comprend une première borne continue34aet une seconde borne continue34bet le troisième convertisseur électrique36comprend une première borne continue36aet une seconde borne continue36b.
Les premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques32,34,36sont connectés en série les uns par rapport aux autre par leurs bornes continues32a,32b,34a,34b,36a,36bentre lesdits premier et deuxième terminaux continus12,14. Plus précisément, la première borne continue32adu premier convertisseur électrique32est reliée électriquement au premier terminal continu de manière indirecte, par l’intermédiaire d’une inductance33. La seconde borne continue32bdu premier convertisseur électrique32est reliée électriquement à la première borne continue34adu deuxième convertisseur électrique34. La seconde borne continue34bdu deuxième convertisseur électrique34est reliée électriquement à la première borne continue36adu troisième convertisseur électrique36. Dans cet exemple non limitatif, la seconde borne continue36bdu troisième convertisseur électrique36est reliée au deuxième dispositif de conversion30’et plus précisément à une première borne continue d’un premier convertisseur électrique du deuxième dispositif de conversion30’. La seconde borne continue d’un troisième convertisseur électrique du deuxième dispositif de conversion est reliée indirectement au deuxième terminal continu14par l’intermédiaire d’une inductance33.
Alternativement, dans le cas où le système électrique10ne comprendrait qu’un seul dispositif de conversion30, la seconde borne continu36bdu troisième convertisseur électrique36peut être reliée indirectement au deuxième terminal continu14par l’intermédiaire d’une inductance33.
Le premier dispositif de conversion30et le deuxième dispositif de conversion30’sont connectés en série côté continu, entre les premier et deuxième terminaux continus12,14.
Dans cet exemple non limitatif, les premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques32,34,36sont identiques. Ils comprennent chacun un étage d’adaptation de niveau de tension50et un élément convertisseur électrique60connecté en cascade avec l’étage d’adaptation de niveau de tension50.
L’étage d’adaptation de niveau de tension50est relié aux première et seconde bornes continues du convertisseur électrique correspondant. L’élément convertisseur électrique60est relié aux première et deuxième bornes alternatives du convertisseur électrique correspondant. L’élément convertisseur électrique60est donc connecté entre L’étage d’adaptation de niveau de tension50et les terminaux alternatifs du convertisseur électrique correspondant.
Le système électrique10comprend par ailleurs un dispositif de transformation d’énergie électrique40comprenant dans cet exemple non limitatif un premier transformateur monophasé42, un deuxième transformateur monophasé44et un troisième transformateur monophasé46. Le premier transformateur monophasé42comprend un premier enroulement primaire42aet un premier enroulement secondaire42b. Le deuxième transformateur monophasé44comprend un deuxième enroulement primaire44aet un deuxième enroulement secondaire44b. Le troisième transformateur monophasé46comprend un troisième enroulement primaire46aet un troisième enroulement secondaire46b.
Le premier convertisseur électrique32comprend une première borne alternative32cet une deuxième borne alternative32dreliées au premier enroulement primaire42a. Le deuxième convertisseur électrique34comprend une première borne alternative34cet une deuxième borne alternative34dreliées au deuxième enroulement primaire44a. Le troisième convertisseur électrique36comprend une première borne alternative36cet une deuxième borne alternative36dreliées au troisième enroulement primaire46a.
Dans cet exemple non limitatif, les enroulements secondaires42b,44b,46bdu dispositif de transformation d’énergie électrique40sont couplés en étoile aux terminaux alternatifs16,18,20du système électrique10. Plus précisément, le premier enroulement secondaire42bprésente une première borne reliée au premier terminal alternatif16et une deuxième borne reliée à une ligne de neutreN. Le deuxième enroulement secondaire44bprésente une première borne reliée au deuxième terminal alternatif18et une deuxième borne reliée à ladite ligne de neutreN. Le troisième enroulement secondaire46bprésente une première borne reliée au troisième terminal alternatif20et une deuxième borne reliée à ladite ligne de neutreN.
Les enroulements secondaires du dispositif de transformation d’énergie électrique du deuxième dispositif de conversion30’sont connectés de manière similaire aux terminaux alternatifs16,18,20du système électrique10. Le deuxième dispositif de conversion est connecté en parallèle du premier dispositif de conversion, du côté alternatif.
La montre un premier mode de réalisation non limitatif d’un système électrique10selon l’invention. Dans ce premier mode de réalisation de la , le système électrique ne comprend qu’un seul dispositif de conversion30. Dans ce mode de réalisation, le système électrique10est configuré pour convertir une tension continue entre ses premier et deuxième terminaux continus12,14en une tension alternative à ses terminaux alternatifs16,18,20. Le système électrique10adopte un premier mode de fonctionnement. L’étage d’adaptation de niveau de tension50de chacun des convertisseurs de tension se comporte comme un élévateur de tension. Chacun des étage d’adaptation de niveau de tension50est configuré pour délivrer à l’élément convertisseur électrique60une tension continue supérieure à la tension entre les première et seconde bornes continues du convertisseur électrique32,34,36correspondant. L’élément convertisseur électrique60de chacun des convertisseurs de tension se comporte comme un onduleur. Il est configuré pour générer, entre les première et deuxième bornes alternatives dudit convertisseur électrique correspondant, une tension alternative à partir de la tension continue fournie par l’étage d’adaptation de niveau de tension.
Les étages d’adaptation de niveau de tension50des premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques32,34,36comprennent un hacheur parallèle51et les étages de conversion de type de tension60présentent une topologie en demi-pont.
Le premier convertisseur électrique32du convertisseur de la est illustré en . Les deuxième et troisième convertisseurs électriques34,36du convertisseur de la sont identiques à ce premier convertisseur électrique32et ne sont donc pas décrits en détails.
Tel qu’on le constate en , l’étage d’adaptation de niveau de tension50et l’élément convertisseur électrique60de ce premier convertisseur électrique32sont connectés en cascade l’un par rapport à l’autre par un premier point de liaison59et un deuxième point de liaison61.
L’étage d’adaptation de niveau de tension50de ce premier convertisseur électrique32comprend une ligne principale52s’étendant entre les première et seconde bornes continues32a,32bainsi qu’une ligne secondaire53s’étendant entre lesdites première et seconde bornes continues32a,32b, en parallèle de la ligne principale52.
La ligne principale52de l’étage d’adaptation de niveau de tension50comprend un élément de commutation commandableT1formé d’un transistor IGBT associé à une diode de roue libre. La ligne secondaire53comprend une diodeD1passante, ainsi qu’un premier condensateurC1et un deuxième condensateurC2. Les premier et deuxième condensateursC1etC2sont connectés entre les premier et deuxième points de liaison59,61de l’étage d’adaptation de niveau de tension50à l’élément convertisseur électrique60.
Dans le mode de réalisation de la , l’élément convertisseur électrique60présente une topologie en demi-pont. L’élément convertisseur électrique60comprend une boucle62dans laquelle sont connectés les premier et deuxième condensateursC1,C2. Ces deux condensateursC1,C2sont donc communs à l’étage d’adaptation de niveau de tension50et à l’élément convertisseur électrique60. Ils sont connectés dans une branche63commune à l’étage d’adaptation de niveau de tension50et à l’élément convertisseur électrique60. L’élément convertisseur électrique comprend par ailleurs deux éléments de commutation commandables, à savoir un premier élément de commutation commandableT1’et un deuxième élément de commutation commandableT2’.
Dans ce mode de réalisation non limitatif, le premier condensateurC1et le deuxième condensateurC2de l’élément convertisseur électrique60sont reliés entre eux en un point intermédiaire64formant la deuxième borne alternative32ddu premier convertisseur électrique32.
Par ailleurs, lesdits premier et deuxième éléments de commutation commandablesT1’,T2’de l’élément convertisseur électrique60sont reliés entre eux en un point de connexion66formant ladite première borne alternative32cdu premier convertisseur électrique.
En se référant de nouveau à la , on constate que dans cet exemple non limitatif, le système électrique10est connecté à un réseau d’alimentation électrique continu100ayant une tension de 10 kilovolts. Le système électrique présente donc une tension d’entrée entre ses premier et deuxième terminaux continus12,14de 10 kilovolts. De manière non limitative, cette tension d’entrée est répartie sensiblement équitablement aux bornes continues32a,32b,34a,34b,36a,36bdes premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques32,34,36. Aussi, chacun de ces premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques présente entre ses première et seconde bornes continues une tension continue de 3.33 kilovolts, correspondant sensiblement à un tiers de la tension d’entrée de 10 kilovolts. Chacun des étages d’adaptation de niveau de tension50des convertisseurs électriques reçoit en entrée cette tension continue de 3.33 kilovolts.
Lesdits étages d’adaptation de niveau de tension50délivrent aux étages de conversion de type de tensions60associés une tension continue de 3.6 kilovolts qui est supérieure à la tension continue de 3.33 kilovolts reçue en entrée desdits étages d’adaptation de niveau de tension. Cette tension continue de 3.6 kilovolts est considérée entre les premier et deuxième points de liaison59,61, aux bornes des premier et deuxième condensateursC1,C2.
A partir de ces tensions continues de 3.6 kilovolts fournies par les étages d’adaptation de niveau de tension50, les étages de conversion de type de tensions60génèrent entre les première et deuxième bornes alternatives32c,32d,34c,34d,36c,36dde chacun des convertisseurs électriques une tension alternative de 1.1 kilovolts en valeur efficace. Le dispositif de transformation d’énergie électrique40est configuré pour fournir, aux bornes de ses enroulements secondaires42b,44b,46b, trois tensions alternatives d’environ 400 volts chacune en valeur efficace, à partir de ces tension alternatives fournies par les étages de conversion de type de tensions60.
A l’aide des figures5à8, nous allons maintenant décrire des variantes de l’étage d’adaptation de niveau de tension50et de l’élément convertisseur électrique60du convertisseur électrique de la . Chacune des variantes de l’étage d’adaptation de niveau de tension50illustrées en figures4,5et6peut être combinée et connectée en cascade indifféremment avec l’une ou l’autre des variantes de l’élément convertisseur électrique60illustrées en figures4,7et8.
La illustre une première variante de l’étage d’adaptation de niveau de tension50du premier convertisseur électrique de la dans laquelle la diodeD1est connectée dans la ligne52principale tandis que le premier élément de commutation commandableT1est connecté dans la ligne secondaire53.
Cette variante correspond à une utilisation du système électrique10pour convertir une tension alternative à ses terminaux alternatifs16,18,20en une tension continue entre ses premier et deuxième terminaux continus12,14. Le système électrique10adopte alors un deuxième mode de fonctionnement dans lequel l’élément convertisseur électrique60de chacun des convertisseurs électriques se comporte comme un redresseur. L’élément convertisseur électrique60est configuré pour délivrer à l’étage d’adaptation de niveau de tension50une tension continue à partir de la tension alternative entre les première et deuxième bornes alternatives du convertisseur électrique correspondant. L’étage d’adaptation de niveau de tension50se comporte comme un abaisseur de tension. Il est configuré pour délivrer, entre les première et seconde bornes continues dudit convertisseur électrique correspondant, une tension continue inférieure à la tension continue fournie par l’élément convertisseur électrique60.
La illustre une deuxième variante de l’étage d’adaptation de niveau de tension50du premier convertisseur électrique de la dans laquelle ledit étage d’adaptation de niveau de tension50comprend un premier élément de commutation commandableT1connecté dans la ligne52principale et un deuxième élément de commutation commandableT2connecté dans la ligne secondaire53. Cet étage d’adaptation de niveau de tension50permet un meilleur contrôle de la conversion de tension réalisée. L’étage d’adaptation de niveau de tension50est ici réversible en puissance, de sorte qu’il peut se comporter comme un élévateur de tension ou comme un abaisseur de tension.
Cette variante correspond à une configuration du système électrique10dans laquelle il permet de convertir une tension alternative en une tension continue mais également de convertir une tension continue en une tension alternative. Le système électrique10peut donc adopter alternativement le premier mode de fonctionnement ou le deuxième mode de fonctionnement décrits précédemment. La sélection du mode de fonctionnement est de préférence réalisée par contrôle.
La illustre une première variante de l’élément convertisseur électrique60du premier convertisseur électrique32de la . Dans cette variante non limitative, l’élément convertisseur électrique60présente une topologie en pont complet. L’élément convertisseur électrique60du premier convertisseur électrique32comprend, en plus des premier et deuxième éléments de commutation commandablesT1’,T2’, un troisième élément de commutation commandableT3’et un quatrième élément de commutation commandableT4’. Lesdits troisième et quatrième éléments de commutation commandablesT3’,T4’sont connectés en série l’un par rapport à l’autre et en parallèle des premier et deuxième éléments de commutation commandablesT1’,T2’.
Les premier et deuxième éléments de commutation commandablesT1’,T2’sont reliés entre eux en un premier point de connexion66formant la première borne alternative32cdu premier convertisseur électrique32. Les troisième et quatrième éléments de commutation commandablesT3’,T4’sont reliés entre eux en un deuxième point de connexion68formant ladite deuxième borne alternative32ddu premier convertisseur électrique.
La illustre une deuxième variante de l’élément convertisseur électrique60du premier convertisseur électrique32de la . Dans cette variante non limitative, l’élément convertisseur électrique60présente également une topologie en pont complet. Le premier convertisseur électrique comprend une troisième borne alternative32econfigurée pour être reliée à un point milieu du premier enroulement primaire du dispositif de transformation d’énergie électrique40. Le premier condensateurC1et le deuxième condensateurC2de l’élément convertisseur électrique60du premier convertisseur électrique32sont reliés entre eux en un point intermédiaire70formant ladite troisième borne alternative32edu premier convertisseur électrique. Cette variante de l’élément convertisseur électrique est appelée « Power Pulsation Buffer » en langue anglaise.
Les premiers éléments de commutation commandableT1des étages d’adaptation de niveau de tension50des premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques32,34,36du système électrique10selon l’invention sont de préférence commandés selon une technique de modulation de largeur d’impulsion. Ces éléments de commutation commandables sont commandés au moyen de signaux de commandes modulés associés à un rapport cyclique. La illustre des premier, deuxième et troisième signaux de commandes en tensionV IN1 ,V IN2 ,V IN3 appliqués aux premiers éléments de commutation commandableT1des étages d’adaptation de niveau de tension50des premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques32,34,36respectivement. Dans cet exemple non limitatif, les rapports cycliques de chacun des premier, deuxième et troisième signaux de commande sont sensiblement égaux.
V INtot est la tension totale résultant de la somme des tensionsV IN1 ,V IN2 etV IN3 .
Ces premier, deuxième et troisième signaux de commande sont modulés respectivement à partir de premier, deuxième et troisièmeP1,P2,P3illustrés en . Ces signaux porteursP1,P2,P3sont déphasés.

Claims (16)

  1. Système électrique (10) permettant de convertir une tension continue en une tension alternative et/ou de convertir une tension alternative en une tension continue, le système électrique comprenant :
    des premier et deuxième terminaux continus (12,14) configurés pour être reliés électriquement à un réseau d’alimentation électrique continu (100);
    des premier, deuxième et troisième terminaux alternatifs (16,18,20) configurés pour être reliés électriquement à un réseau d’alimentation électrique alternatif (102);
    au moins un dispositif de conversion (30) comportant :
    - un premier convertisseur électrique (32), un deuxième convertisseur électrique (34) et un troisième convertisseur électrique (36) comprenant chacun une première borne continue (32a,34a,36a) et une seconde borne continue (32b,34b,36b), lesdits premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques étant connectés en série les uns par rapport aux autres, par leurs première et seconde bornes continues, entre les premier et deuxième terminaux continus, lesdits premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques comprenant en outre chacun au moins une première borne alternative (32c,34c,36c) et une deuxième borne alternative (32d,34d,36d);
    - un dispositif de transformation d’énergie électrique (40) comprenant un premier enroulement primaire (42a) et un premier enroulement secondaire (42b) associé au premier enroulement primaire, un deuxième enroulement primaire (44a) et un deuxième enroulement secondaire (44b) associé au deuxième enroulement primaire, un troisième enroulement primaire (46a) et un troisième enroulement secondaire (46b) associé au troisième enroulement primaire, ledit premier enroulement primaire étant connecté aux première et deuxième bornes alternatives du premier convertisseur électrique, ledit deuxième enroulement primaire étant connecté aux première et deuxième bornes alternatives du deuxième convertisseur électrique, ledit troisième enroulement primaire étant connecté aux première et deuxième bornes alternatives du troisième convertisseur électrique, lesdits premier, deuxième et troisième enroulements secondaires présentant chacun au moins une borne reliée respectivement au premier terminal alternatif, au deuxième terminal alternatif et au troisième terminal alternatif du convertisseur,
    caractérisé en ce qu’au moins le premier convertisseur électrique comprend un étage d’adaptation de niveau de tension (50), relié électriquement aux première et seconde bornes continues du premier convertisseur électrique, et un élément convertisseur électrique (60) connecté en cascade avec l’étage d’adaptation de niveau de tension et relié électriquement aux première et deuxième bornes alternatives dudit premier convertisseur électrique, le système électrique pouvant adopter au moins un mode de fonctionnement choisi parmi :
    un premier mode de fonctionnement dans lequel l’étage d’adaptation de niveau de tension est configuré pour délivrer à l’élément convertisseur électrique une tension continue supérieure à la tension entre les première et seconde bornes continues du premier convertisseur électrique, l’élément convertisseur électrique étant configuré pour générer, entre les première et deuxième bornes alternatives dudit premier convertisseur électrique, une tension alternative à partir de la tension continue fournie par l’étage d’adaptation de niveau de tension ; et
    un deuxième mode de fonctionnement dans lequel l’élément convertisseur électrique est configuré pour délivrer à l’étage d’adaptation de niveau de tension une tension continue à partir de la tension alternative entre les première et deuxième bornes alternatives dudit premier convertisseur électrique, l’étage d’adaptation de niveau de tension étant configuré pour délivrer, entre les première et seconde bornes continues dudit premier convertisseur électrique, une tension continue inférieure à la tension continue fournie par l’élément convertisseur électrique.
  2. Système électrique selon la revendication 1, dans lequel ledit étage d’adaptation de niveau de tension (50) du premier convertisseur électrique (32) comprend une ligne principale (52) s’étendant entre les première et seconde bornes continues (32a,32b) du premier convertisseur électrique et une ligne secondaire (53) s’étendant entre lesdites première et seconde bornes continues, en parallèle de ladite ligne principale, ledit étage d’adaptation de niveau de tension (50) comprenant au moins un premier condensateur (C1) et un deuxième condensateur (C2) connectés en série l’un par rapport à l’autre dans la ligne secondaire et au moins un premier élément de commutation commandable (T1) connecté dans la ligne principale ou dans la ligne secondaire.
  3. Système électrique selon la revendication 2, dans lequel ledit étage d’adaptation de niveau de tension (50) du premier convertisseur électrique (32) comprend en outre une diode (D1), ladite diode étant connectée dans la ligne principale (52) dudit étage d’adaptation de tension lorsque ledit premier élément de commutation commandable (T1) dudit étage d’adaptation de niveau de tension est connecté dans la ligne secondaire (53), ladite diode étant connectée dans la ligne secondaire de l’étage d’adaptation de niveau de tension (50) lorsque ledit premier élément de commutation commandable dudit étage d’adaptation de niveau de tension est connecté dans la ligne principale.
  4. Système électrique selon la revendication 3, dans lequel ledit étage d’adaptation de niveau de tension (50) du premier convertisseur électrique (32) comprend un hacheur parallèle (51).
  5. Système électrique selon la revendication 3, dans lequel le premier élément de commutation commandable (T1) de l’étage d’adaptation de niveau de tension (50) du premier convertisseur électrique est connecté dans la ligne principale (52), ledit étage d’adaptation de niveau de tension du premier convertisseur électrique (32) comprenant en outre un deuxième élément de commutation commandable (T2) connecté dans la ligne secondaire (53) dudit étage d’adaptation de niveau de tension.
  6. Système électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’élément convertisseur électrique (60) du premier convertisseur électrique (32) présente une topologie en demi-pont ou en pont complet.
  7. Système électrique selon la revendication 6, dans lequel l’élément convertisseur électrique (60) du premier convertisseur électrique (32) comporte au moins une première boucle (62) comprenant au moins un premier condensateur (C1), un deuxième condensateur (C2), un premier élément de commutation commandable (T1’) et un deuxième élément de commutation commandable (T2’) connectés dans ladite première boucle, lesdits premier et deuxième éléments de commutation commandables étant reliés entre eux en un point de connexion (66) formant ladite première borne alternative (32c) du premier convertisseur électrique.
  8. Système électrique selon la revendication 6, dans lequel le premier condensateur (C1) et le deuxième condensateur (C2) de l’élément convertisseur électrique (60) du premier convertisseur électrique (32) sont reliés entre eux en un point intermédiaire (64) formant la deuxième borne alternative (32d) dudit premier convertisseur électrique.
  9. Système électrique selon la revendication 6, dans lequel l’élément convertisseur électrique (60) du premier convertisseur électrique (32) comprend en outre un troisième élément de commutation commandable (T3’) et un quatrième élément de commutation commandable (T4’) connectés en série l’un par rapport à l’autre et en parallèle des premier et deuxième éléments de commutation commandables (T1’,T2’), les troisième et quatrième éléments de commutation commandables étant reliés entre eux en un point de connexion (68) formant ladite deuxième borne alternative (32d) du premier convertisseur électrique.
  10. Système électrique selon la revendication 9, dans lequel le premier convertisseur électrique (32) comprend en outre une troisième borne alternative (32e) reliée au premier enroulement primaire (42a) du dispositif de transformation d’énergie électrique (40), le premier condensateur (C1) et le deuxième condensateur (C2) de l’élément convertisseur électrique (60) du premier convertisseur électrique étant reliés entre eux en un point intermédiaire (70) formant ladite troisième borne alternative (32e) du premier convertisseur électrique.
  11. Système électrique selon les revendications 3 en combinaison avec l’une quelconque des revendications 7 à 10, dans lequel les premier et deuxième condensateurs (C1,C2) de l’élément convertisseur électrique (60) du premier convertisseur électrique (32) forment les premier et deuxième condensateurs (C1,C2) de l’étage d’adaptation de niveau de tension (50) dudit premier convertisseur électrique, de sorte que ces premier et deuxième condensateurs sont communs audit élément convertisseur électrique et audit étage d’adaptation de niveau de tension.
  12. Système électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel au moins une inductance (33) est connectée entre ledit dispositif de conversion (30) et le premier terminal continu (12) et/ou entre ledit dispositif de conversion et le deuxième terminal continu (14).
  13. Système électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel le dispositif de transformation d’énergie électrique (40) dudit au moins un dispositif de conversion (30) comprend un premier transformateur monophasé (42) comprenant ledit premier enroulement primaire (42a) et ledit premier enroulement secondaire (42b), un deuxième transformateur monophasé (44) comprenant ledit deuxième enroulement primaire (44a) et ledit deuxième enroulement secondaire (44b), et un troisième transformateur monophasé (46) comprenant ledit troisième enroulement primaire (46a) et ledit troisième enroulement secondaire (46b).
  14. Système électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, comprenant au moins un premier dispositif de conversion (30) et un deuxième dispositif de conversion (30’), les premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques du deuxième dispositif de conversion étant connectés en série avec les premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques (32,34,36) du premier dispositif de conversion par leurs première et seconde bornes continues, entre lesdits premier et deuxième terminaux continus (12,14), les premiers enroulements secondaires (42b) des premier et deuxième dispositifs de conversion présentant chacun au moins une borne reliée au premier terminal alternatif du convertisseur, les deuxième enroulements secondaires (44b) des premier et deuxième dispositifs de conversion présentant chacun au moins une borne reliée au deuxième terminal alternatif du convertisseur, les troisième enroulements secondaires (46b) des premier et deuxième dispositifs de conversion présentant chacun au moins une borne reliée au troisième terminal alternatif du convertisseur.
  15. Installation électrique (8) comprenant un réseau d’alimentation électrique continu (100), un réseau d’alimentation électrique alternatif (102) et un système électrique (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, ledit système électrique étant configuré pour connecter électriquement entre eux ledit réseau d’alimentation électrique continu et ledit réseau d’alimentation électrique alternatif.
  16. Procédé de contrôle d’un système électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel chacun des premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques (32,34,36) est commandé selon une technique de modulation de largeur d’impulsion.
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