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WO2023232671A1 - Systeme electrique comprenant trois convertisseurs electriques - Google Patents

Systeme electrique comprenant trois convertisseurs electriques Download PDF

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Publication number
WO2023232671A1
WO2023232671A1 PCT/EP2023/064169 EP2023064169W WO2023232671A1 WO 2023232671 A1 WO2023232671 A1 WO 2023232671A1 EP 2023064169 W EP2023064169 W EP 2023064169W WO 2023232671 A1 WO2023232671 A1 WO 2023232671A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrical
electrical converter
voltage
alternating
terminal
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/064169
Other languages
English (en)
Inventor
Pierre Baptiste STECKLER
Original Assignee
Supergrid Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Supergrid Institute filed Critical Supergrid Institute
Priority to EP23731107.1A priority Critical patent/EP4533646A1/fr
Publication of WO2023232671A1 publication Critical patent/WO2023232671A1/fr

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Classifications

    • 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/0074—Plural converter units whose inputs are connected in series
    • 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
    • H02M7/53—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 using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • 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
    • H02M7/66—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output with possibility of reversal
    • H02M7/68—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/797—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of electrical systems making it possible to convert a direct voltage into an alternating voltage and/or vice versa.
  • the present invention relates in particular to the field of electrical systems such as voltage converters, adapted to operate at low powers, preferably at powers less than 1 Megawatt (MW), and making it possible to convert a medium direct voltage, for example included between 3 kilovolts and 20 kilovolts, in an alternating voltage and/or vice versa.
  • Such electrical systems are particularly useful in cities, in urban stations, for domestic power distribution. In such an application, it is generally necessary to convert an input DC voltage of approximately 10 kilovolts into an AC voltage of approximately 400 volts to be distributed.
  • DC voltage approximately 10 kilovolts into an AC voltage of approximately 400 volts
  • an electrical system for carrying out a DC/AC conversion 110 comprising first and second continuous terminals 112,114 configured to be electrically connected to a continuous electrical power supply network and first , second and third alternative terminals 116,118,120 configured to be electrically connected to an alternative electrical power network.
  • This electrical system comprises three arms 122 connected in parallel to each other between the first and second continuous terminals.
  • Each of the arms 122 comprises an upper half-arm 122a and a lower half-arm 122b connected at a midpoint.
  • Each half arm comprises a plurality of switching elements formed of an insulated gate bipolar transistor T (or IGBT for “Insulated Gate Bipolar Transistor” in English) associated with a parallel diode.
  • each of the arms is electrically connected to the primary winding 124a of a transformer 124.
  • the secondary winding 124b of this transformer is electrically connected to the first, second and third DC terminals.
  • a disadvantage of this electrical system is that it is not suitable and is oversized for a low power and medium voltage application, in particular for urban domestic power distribution applications.
  • this electrical system in order to deliver a three-phase alternating voltage of approximately 400 volts from a direct voltage of approximately 10 kilovolts, this electrical system necessarily includes three arms, one per phase.
  • this electrical system in order to support the direct input voltage, this electrical system requires connecting in series in each half-arm numerous switching elements, in this case at least three IGBT transistors such as are commercially available, capable of each support a voltage of 3600 volts, so that the electrical system can support the direct input voltage of 10 kilovolts.
  • This electrical system therefore comprises a large number of components and in particular IGBT transistors, in this case at least eighteen IGBT transistors.
  • This electrical system according to the prior art is therefore very heavy, it can in particular weigh up to 10 tonnes, and is particularly bulky, with in particular a very large footprint.
  • This type of electrical system for converting a voltage is also particularly expensive.
  • this type of electrical system uses commercially available high-voltage semiconductor components, including said IGBT transistors, which have significant current ratings, and are therefore sized to support high currents.
  • each IGBT transistor only carries a low current and is therefore not fully exploited and turns out to be oversized.
  • Another disadvantage of this electrical system is that it is strongly impacted by disturbances that may occur on the continuous electrical power supply network connected to the first and second continuous terminals.
  • a significant drop in DC voltage at the input of this electrical system risks causing a loss of control of the power flow within the electrical system.
  • a short circuit in the DC power supply network may damage the electrical system and be passed on to the AC power supply network connected to the AC terminals.
  • an aim of the present invention is to propose an electrical system remedying the aforementioned problems.
  • the invention relates to an electrical system for converting a DC voltage into an AC voltage and/or converting an AC voltage into a DC voltage, the electrical system comprising: first and second DC terminals configured to be connected electrically to a continuous power supply network; first, second and third alternative terminals configured to be electrically connected to an alternating electrical power network; at least one conversion device comprising: a first electrical converter, a second electrical converter and a third electrical converter each comprising a first DC terminal and a second DC terminal, said first, second and third electrical converters being connected in series with each other to the others, by their first and second continuous terminals, between the first and second continuous terminals, said first, second and third electrical converters each further comprising at least a first alternating terminal and a second alternating terminal; an electrical energy transformation device comprising a first primary winding and a first secondary winding associated with the first primary winding, a second primary winding and a second secondary winding associated with
  • the electrical system according to the invention is particularly suitable for low power applications, preferably at powers less than 1 Megawatt (MW).
  • the electrical system according to the invention is particularly suitable for being connected to a continuous electrical power supply network subjected to a medium voltage, preferably between 3 kilovolts and 20 kilovolts.
  • the alternative electrical supply network is advantageously a three-phase network.
  • the electrical system can be configured solely to convert a direct voltage into an alternating voltage, in which case it adopts only the first mode of operation.
  • the electrical system can be configured solely to convert an alternating voltage into a direct voltage, in which case it adopts only the second mode of operation.
  • the electrical system can be configured to allow the conversion of an alternating voltage into a direct voltage as well as the conversion of a direct voltage into an alternating voltage. In which case, the electrical system is then capable of adopting the first mode of operation or the second mode of operation. The transition from the first to the second mode of operation is advantageously carried out by control.
  • the electrical system according to the invention is advantageously configured to convert a medium direct voltage between its first and second direct terminals, for example of the order of 10 kilovolts, into a low voltage alternating voltage , for example of the order of 400 volts in value effective.
  • the electrical system then advantageously delivers a three-phase alternating voltage that can be controlled in phase and amplitude.
  • the electrical system according to the invention is advantageously configured to convert a low voltage alternating voltage, for example of the order of 400 volts in effective value, into a medium direct voltage between its first and second continuous terminals, for example of the order of 10 kilovolts.
  • said conversion device comprises exactly three electrical converters.
  • the electrical system advantageously comprises a number of electrical converters which is a multiple of three, more preferably exactly three electrical converters.
  • the first DC terminal of the first electrical converter is electrically connected to the first DC terminal.
  • This first continuous terminal can be connected directly to the first terminal.
  • the first DC terminal can be connected indirectly to the first DC terminal, for example via a component such as an inductor connected between said first terminal and the first DC terminal.
  • the second DC terminal of the first electrical converter is electrically connected to the first DC terminal of the second electrical converter.
  • the second DC terminal of the second electrical converter is electrically connected to the first DC terminal of the third electrical converter.
  • the second DC terminal of the third electrical converter is advantageously electrically connected to the second DC terminal or to the first DC terminal of the first electrical converter of a second conversion device.
  • first, second and third electrical converters are identical.
  • first, second and third electrical converters may have different configurations.
  • the electrical energy transformation device may comprise a single transformer, for example a single three-phase transformer, or even a plurality of transformers, for example several single-phase transformers.
  • Each primary winding of the electrical energy transformation device is associated with one of the electrical converters.
  • the first secondary winding has a terminal connected to the first alternating terminal.
  • the second secondary winding has a terminal connected to the second alternating terminal.
  • the third secondary winding has a terminal connected to the third alternating terminal.
  • the secondary windings of the electrical energy transformation device can be coupled to the first, second and third alternating terminals according to a star coupling, so that they each have a terminal connected to a neutral line.
  • the secondary windings of the electrical energy transformation device can be coupled in a triangle coupling, so that the first secondary winding also has a terminal connected to one of the second and third terminals alternating currents, that the second secondary winding further has a terminal connected to one of the first and third alternating terminals and that the third secondary winding further has a terminal connected to one of the first and second alternating terminals.
  • the electrical energy transformation device is advantageously configured to operate at a frequency close to that of the alternating electrical power supply network.
  • the voltage between the first and second DC terminals of the electrical system is advantageously distributed between the first, second and third electrical converters and therefore at the input of the voltage level adaptation stages of said electrical converters.
  • the voltage level adaptation stage of the first electrical converter advantageously comprises a plurality of semiconductor components. It advantageously comprises one or more transistors, for example IGBT transistors, and one or more capacitors.
  • the voltage level adaptation stage of the first electrical converter advantageously comprises fewer than two transistors, more preferably a single transistor. In a non-limiting manner, the voltage level adaptation stage may comprise one or more diodes.
  • the voltage level adaptation stage is advantageously configured to operate over a wide range of voltages between its first and second DC terminals.
  • the first mode of operation corresponds to use of the electrical system to convert a direct voltage into an alternating voltage.
  • the second mode of operation corresponds to using the electrical system to convert an alternating voltage into a direct voltage.
  • the first electrical converter converts a direct voltage between its first and second direct terminals into an alternating voltage between its first and second alternating terminals.
  • the voltage level adaptation stage of the first electrical converter behaves like a voltage step-up stage.
  • the voltage level adaptation stage is configured to provide the element electrical converter of the first electrical converter a direct voltage of higher value than the direct voltage which it receives between its first and second direct terminals, and therefore greater than the voltage at the terminals of the direct electrical supply network.
  • Said voltage level adaptation stage delivers to the electrical converter element a voltage independent of the voltage of the DC power supply network.
  • the electrical converter element of the first electrical converter behaves like an inverter.
  • the electrical converter element of the first electrical converter converts the direct voltage supplied by the voltage level adaptation stage into a controlled alternating voltage.
  • the electrical converter element advantageously comprises a plurality of semiconductor components. It preferably comprises a plurality of transistors, for example IGBT transistors, and one or more capacitors.
  • the electrical converter element advantageously comprises two transistors or four transistors depending on its configuration.
  • the first electrical converter advantageously comprises a first connection point and a second connection point for the cascade connection of the voltage level adaptation stage and the electrical converter element of said first electrical converter.
  • the direct voltage delivered by the voltage level adaptation stage to the electrical converter element then corresponds to the direct voltage between said first and second connection points.
  • the first electrical converter converts an alternating voltage between its first and second alternating terminals into a direct voltage between its first and second direct terminals.
  • the electrical converter element behaves like a rectifier element.
  • the electrical converter element is configured to rectify the alternating voltage that it receives as input, at the first and second alternating terminals of the first electrical converter, and supply a direct voltage generated to the voltage level adaptation stage.
  • the voltage level adaptation stage of the first electrical converter behaves like a voltage step-down stage.
  • the voltage level adaptation stage is configured to deliver between the first and second DC terminals of the first electrical converter a voltage having a value lower than the DC voltage supplied by the electrical converter element.
  • the first, second and third electrical converters are identical.
  • the electrical converters advantageously comprise at least one semiconductor component.
  • the electrical system according to the invention proposes an architecture in which the electrical converters are connected in series by their DC terminals, which makes it possible to distribute, between the different electrical converters, the voltage between the first and second DC terminals.
  • the electrical system according to the invention also has a reduced number of arms compared to the electrical systems of the voltage converter type of the prior art.
  • each of the electrical converters of the electrical system according to the invention being greater than the current circulating in each of the electrical converters of the electrical systems according to the prior art, the components used in the electrical converters of the electrical system according to the invention are also crossed by currents of higher values.
  • the invention then makes it possible to use commercially available semiconductor components, which have a large current rating, the electrical system according to the invention making it possible to better exploit these components compared to the electrical systems according to the prior art and not to oversize them.
  • the electrical system according to the invention makes it possible to better exploit the components, for example the IGBT transistors, constituting the electrical converters while making it possible to reduce the number of these components.
  • the electrical system according to the invention in which it comprises three electrical converters in a basic configuration, said electrical converters each comprise three IGBT transistors, so that the electrical system comprises nine transistors IGBT.
  • the electrical system according to the invention comprises half as many IGBT transistors as the electrical system according to the prior art in its simplest configuration, which includes eighteen.
  • the electrical system according to the invention therefore has reduced weight, bulk and cost. It is particularly suitable for low power and medium voltage use, for example in an urban domestic power distribution application.
  • the voltage level adaptation stage of the first electrical converter of the electrical system according to the invention makes it possible to limit the oscillation of the direct current between the first and second direct terminals.
  • the voltage level adaptation stage of the first electrical converter has the advantage of not maintaining or amplifying a disturbance occurring on the continuous electrical supply network or at the terminals. continuous operation of said first electrical converter. Such a voltage level adaptation stage also does not pass on a fault in the direct power supply network to the alternating power supply network.
  • the electrical converter element of the first electrical converter of the electrical system has the advantage of not maintaining or amplifying a disturbance occurring on the alternating electrical supply network or at the alternative terminals of said first electrical converter. Such an electrical converter element also does not pass on a fault in the alternating electrical supply network to the continuous electrical supply network.
  • the electrical system according to the invention thus has better tolerance to faults and disturbances which may occur on the direct electrical supply network and/or on the alternating electrical supply network to which it is connected.
  • each of the first, second and third electrical converters of the electrical system comprises a voltage level adaptation stage, electrically connected to the first and second DC terminals of the corresponding electrical converter, and an electrical converter element connected in cascade with the voltage level adaptation stage and electrically connected to the first and second alternating terminals of said corresponding electrical converter.
  • the voltage level adaptation stage of each of the first, second and third electrical converters is configured to deliver to the electrical converter element of the corresponding electrical converter a direct voltage greater than the voltage between the first and second DC terminals of this electrical converter, the electrical converter element being configured to generate, between the first and second AC terminals of said corresponding electrical converter, an AC voltage from the DC voltage supplied by the stage d voltage level adaptation.
  • the electrical converter element of each of the first, second and third electrical converters is configured to deliver to the voltage level adaptation stage of the corresponding electrical converter a direct voltage from the alternating voltage between the first and second alternating terminals of this electrical converter, the voltage level adaptation stage being configured to deliver, between the first and second direct terminals of said corresponding electrical converter, a direct voltage lower than the direct voltage supplied by the electrical converter element.
  • said voltage level adaptation stage of the first electrical converter comprises a main line extending between the first and second continuous terminals of the first electrical converter and a secondary line extending between said first and second continuous terminals, in parallel of said main line, said voltage level adaptation stage comprising at least a first capacitor and a second capacitor connected in series with respect to each other in the secondary line and at least a first connected controllable switching element in the main line or in the secondary line.
  • Said controllable switching element advantageously comprises a transistor, for example an IGBT transistor.
  • Said controllable switching element advantageously comprises a switch.
  • Said switching element can advantageously take a controlled state in which it allows the flow of a current and a non-controlled state in which it prevents the flow of a current in the line to which it is connected.
  • Said first and second capacitors advantageously extend between the first connection point and the second connection point connecting the voltage level adaptation stage to the electrical converter element.
  • said voltage level adaptation stage is configured to deliver a direct voltage across the two capacitors, or in other words, a direct voltage between said first and second connection points, which is greater than the direct voltage between the first and second direct terminals of the first electrical converter.
  • said electrical converter element is configured to deliver a direct voltage across the two capacitors, or in other words, a direct voltage between said first and second connection points, from the alternating voltage between the first and second alternative terminals of the first electrical converter.
  • said voltage level adaptation stage of the first electrical converter further comprises a diode, said diode being connected in the main line of said voltage level adaptation stage when said first controllable switching element of said adaptation stage of voltage level is connected in the secondary line, said diode being connected in the secondary line of the voltage level adaptation stage when said first controllable switching element of said voltage level adaptation stage is connected in the line main.
  • a voltage level adaptation stage comprises commercially available and inexpensive components.
  • Said voltage level adaptation stage advantageously comprises a single controllable switching element, whereby control of said electrical converter is facilitated.
  • the voltage level adaptation stage is configured to provide the the electric converter element a direct voltage greater than the voltage between the direct terminals of the electric converter.
  • this configuration corresponds to the first mode of operation, or even to a DC/AC conversion, in which the first electrical converter is configured to convert a direct voltage between its direct terminals into an alternating voltage between its alternating terminals.
  • the voltage level adaptation stage then behaves like a voltage booster.
  • the voltage level adaptation stage When said diode is connected in the main line and the first controllable switching element is connected in the secondary line, the voltage level adaptation stage, the voltage level adaptation stage is configured to deliver between the DC terminals of the first electrical converter a DC voltage lower than the voltage supplied by the electrical converter element.
  • this configuration corresponds to the second mode of operation, or even to an AC/DC conversion, in which the first electrical converter is configured to convert an alternating voltage between its alternating terminals into a direct voltage between its direct terminals.
  • the voltage level adaptation stage then behaves like a voltage step-down.
  • said voltage level adaptation stage of the first electrical converter comprises a parallel chopper.
  • a parallel chopper is also called a Boost converter.
  • the voltage level adaptation stage then behaves like a voltage booster.
  • the first controllable switching element of the voltage level adaptation stage of the first electrical converter is connected in the main line, said voltage level adaptation stage of the first electrical converter further comprising a second controllable switching element connected in the secondary line of said voltage level adaptation stage.
  • the voltage level adaptation stage is power reversible.
  • the voltage level adaptation stage can then behave as a voltage booster, capable of supplying the electrical converter element with a voltage greater than the voltage between the DC terminals of the first electrical converter, which corresponds to the first operating mode.
  • the voltage level adaptation stage can also behave as a voltage step-down, able to deliver between the first and second DC terminals of the first electrical converter a voltage lower than the voltage supplied by the converter element electric, which corresponds to the second mode of operation.
  • the electrical converter element of the first electrical converter has a half-bridge or full-bridge topology.
  • the electrical converter element advantageously comprises two controllable switching elements.
  • the electrical converter element advantageously comprises four controllable switching elements.
  • the half-bridge topology has the advantage of being inexpensive given a reduced number of controllable switching elements.
  • this topology makes it possible to efficiently exploit the capacities of the semiconductor elements constituting the controllable switching elements.
  • the electrical converter element makes it possible to deliver a relatively low voltage to the first primary winding of the electrical energy transformation device.
  • the full-bridge topology has the advantage of being able to deliver significant output power, notably twice that of a half-bridge electrical converter element.
  • this topology makes it possible to efficiently exploit the capacities of the semiconductor elements constituting the controllable switching elements.
  • the electrical converter element makes it possible to deliver a relatively low current to the first primary winding of the electrical energy transformation device.
  • the electrical converter element of the first electrical converter comprises at least a first loop comprising at least a first capacitor, a second capacitor, a first controllable switching element and a second controllable switching element connected in said first loop, said first and second controllable switching elements being connected together at a connection point forming said first alternating terminal of the first electrical converter.
  • Said first and second capacitors advantageously extend between said first and second connection points connecting the voltage level adaptation stage and the electrical converter element.
  • the first capacitor and the second capacitor of the electrical converter element of the first electrical converter are connected together at an intermediate point forming the second alternating terminal of said first electrical converter. This configuration corresponds to a half-bridge topology.
  • the electrical converter element of the first electrical converter further comprises a third controllable switching element and a fourth controllable switching element connected in series with one another and in parallel with the first and second controllable switching elements , the third and fourth controllable switching elements being connected together at a connection point forming said second alternative terminal of the first electrical converter.
  • This configuration corresponds to a full bridge topology.
  • the first electrical converter further comprises a third alternating terminal connected to the first primary winding of the electrical energy transformation device, the first capacitor and the second capacitor of the electrical converter element of the first electrical converter being connected between them at an intermediate point forming said third alternative terminal of the first electrical converter.
  • This configuration corresponds to a variant of the full bridge topology of the electrical converter element. This configuration makes it possible to reduce the rating and therefore the size and cost of the capacitors used.
  • the first and second controllable switching elements then extend into a first arm while the third and fourth controllable switching elements extend into a second arm.
  • appropriate control of the voltages generated in each of the first and second arms makes it possible to adjust the current circulating in these arms, further reducing the ripple of the voltage delivered to the voltage level adaptation stage.
  • the first primary winding of the electrical energy transformation device advantageously comprises a midpoint to which said intermediate point of the electrical converter element and therefore the third alternative terminal of the first electrical converter is electrically connected.
  • the first and second capacitors of the electrical converter element of the first electrical converter form the first and second capacitors of the voltage level adaptation stage of said first electrical converter, so that these first and second capacitors are common to said electrical converter element and said voltage level adaptation stage.
  • the first electrical converter then only includes two capacitors.
  • the first electrical converter advantageously comprises a common line extending between the first and second connection points between the voltage level adaptation stage and the electrical converter element, said capacitors being connected in series in said common line.
  • the voltage between said first and second connection points corresponds, in the first operating mode, to the direct voltage delivered by the voltage level adaptation stage and from which the electrical converter element generates an alternating voltage at destination of the electrical energy transformation device.
  • the voltage between said first and second connection points corresponds to the direct voltage delivered by the electrical converter element which is then lowered by the voltage level adaptation stage.
  • At least one inductor is connected between said conversion device and the first DC terminal and/or between said conversion device and the second DC terminal.
  • the electrical energy transformation device of said at least one conversion device comprises a first single-phase transformer comprising said first primary winding and said first secondary winding, a second single-phase transformer comprising said second primary winding and said second secondary winding, and a third single-phase transformer comprising said third primary winding and said third secondary winding.
  • the use of a plurality of single-phase transformers reduces insulation constraints compared to a three-phase transformer.
  • the electrical system comprises at least a first conversion device and a second conversion device, the first, second and third electrical converters of the second conversion device being connected in series with the first, second and third electrical converters of the first device conversion by their first and second continuous terminals, between said first and second continuous terminals, the first secondary windings of the first and second conversion devices each having at least one terminal connected to the first alternating terminal of the converter, the second secondary windings of the first and second conversion devices each having at least one terminal connected to the second alternating terminal of the converter, the third secondary windings of the first and second conversion devices each having at least one terminal connected to the third alternating terminal of the converter.
  • the first and second conversion devices are connected in series by their continuous parts and in parallel to each other by their alternative parts.
  • the use of a second conversion device allows the conversion of a voltage between the first and second DC terminals of the electrical system greater, preferably up to twice as great, than the voltage that can be supported with a single device conversion.
  • the invention also relates to an electrical installation comprising a direct power supply network, an alternating power supply network and an electrical system as described above, said electrical system being configured to electrically connect said electrical power network together.
  • DC and said AC power supply network are configured to electrically connect said electrical power network together.
  • the invention further relates to a method of controlling an electrical system as described above, in which each of the first, second and third electrical converters is controlled using a pulse width modulation technique.
  • the pulse width of the control signals of the electrical converters and in particular of the controllable switching elements is modulated.
  • These control signals are associated with a duty cycle.
  • This duty cycle corresponds to the proportion, considered over time, in which the controllable switching element is placed in the controlled state.
  • a first and a second controllable switching elements are connected in series in one of the electrical converters, for example two controllable switching elements of an electrical converter element, they are controlled in a complementary manner. Also, the first controllable switching element is placed in the controlled state while the second switching element is maintained in the non-controlled state, and vice versa.
  • control signals of the voltage level adaptation stages of the first, second and third electrical converters are modulated from phase-shifted carrier signals.
  • One benefit is to reduce the voltage ripple seen by the DC power supply network.
  • the duty cycle of the control signals of each of said voltage level adaptation stages of the first, second and third electrical converters is adjusted so as to keep the voltages constant. between the first and second DC terminals of the first, second and third electrical converters.
  • FIG. l Figure 1 illustrates an electrical DC/AC conversion system according to the prior art
  • FIG. 2 is a block diagram of an electrical installation comprising an electrical system according to the invention
  • Figure 3 illustrates an embodiment of the electrical system according to the invention
  • Figure 4 illustrates an electrical converter of the electrical system of Figure 3;
  • Figure 5 illustrates a first variant of the voltage level adaptation stage of the electrical converter of Figure 4.
  • Figure 6 illustrates a second variant of the voltage level adaptation stage of the electrical converter of Figure 4.
  • Figure 7 illustrates a first variant of the electrical converter element of the electrical converter of Figure 4.
  • Figure 8 illustrates a second variant of the electrical converter element of the electrical converter of Figure 4.
  • Figure 9 illustrates the control signals of the electrical converters of the electrical system of Figure 3.
  • An electrical system for converting a direct voltage to an alternating voltage and/or converting an alternating voltage to a direct voltage is provided.
  • the invention also relates to an electrical installation comprising such an electrical system and to a method of controlling such an electrical system.
  • FIG. 2 is a block diagram of an electrical installation 8 comprising an electrical system 10 according to the invention.
  • This electrical system 10 comprises a first continuous terminal 12 and a second continuous terminal 14 connected to a first continuous electrical power supply network 100.
  • the electrical system 10 further comprises a first alternative terminal 16, a second alternative terminal 18 and a third alternative terminal 20 connected to an alternative electrical supply network 102.
  • the electrical system 10 comprises a first conversion device 30 and a second conversion device 30'.
  • the electrical system could comprise only one conversion device.
  • the second conversion device 30' is identical to the first electrical conversion device 30 so that only said first conversion device 30 will be described in detail.
  • the first conversion device 30 comprises a first electrical converter 32, a second electrical converter 34 and a third electrical converter 36.
  • the first electrical converter 32 comprises a first DC terminal 32a and a second DC terminal 32b.
  • the second electrical converter 34 comprises a first continuous terminal 34a and a second continuous terminal 34b and the third electrical converter 36 comprises a first continuous terminal 36a and a second continuous terminal 36b.
  • the first, second and third electrical converters 32,34,36 are connected in series with each other by their continuous terminals 32a, 32b, 34a, 34b, 36a, 36b between said first and second continuous terminals 12,14. More precisely, the first continuous terminal 32a of the first electrical converter 32 is electrically connected to the first continuous terminal indirectly, via an inductor 33. The second continuous terminal 32b of the first electrical converter 32 is electrically connected to the first DC terminal 34a of the second electrical converter 34. The second DC terminal 34b of the second electrical converter 34 is electrically connected to the first DC terminal 36a of the third electrical converter 36.
  • the second DC terminal 36b of the third electrical converter 36 is connected to the second conversion device 30' and more precisely to a first continuous terminal of a first electrical converter of the second conversion device 30'.
  • the second DC terminal of a third electrical converter of the second conversion device is indirectly connected to the second DC terminal 14 via an inductor 33.
  • the second DC terminal 36b of the third electrical converter 36 can be connected indirectly to the second DC terminal 14 via an inductor 33.
  • the first conversion device 30 and the second conversion device 30' are connected in series on the continuous side, between the first and second continuous terminals 12,14.
  • the first, second and third electrical converters 32,34,36 are identical. They each include a voltage level adaptation stage 50 and an electrical converter element 60 connected in cascade with the voltage level adaptation stage 50.
  • the voltage level adaptation stage 50 is connected to the first and second DC terminals of the corresponding electrical converter.
  • the electrical converter element 60 is connected to the first and second alternating terminals of the corresponding electrical converter.
  • the electrical converter element 60 is therefore connected between the voltage level adaptation stage 50 and the alternating terminals of the corresponding electrical converter.
  • the electrical system 10 further comprises an electrical energy transformation device 40 comprising in this non-limiting example a first single-phase transformer 42, a second single-phase transformer 44 and a third single-phase transformer 46.
  • the first single-phase transformer 42 comprises a first primary winding 42a and a first secondary winding 42b.
  • the second single-phase transformer 44 comprises a second primary winding 44a and a second secondary winding 44b.
  • the third single-phase transformer 46 comprises a third primary winding 46a and a third secondary winding 46b.
  • the first electrical converter 32 comprises a first alternating terminal 32c and a second alternating terminal 32d connected to the first primary winding 42a.
  • the second electrical converter 34 comprises a first alternating terminal 34c and a second alternating terminal 34d connected to the second primary winding 44a.
  • the third electrical converter 36 comprises a first alternating terminal 36c and a second alternating terminal 36d connected to the third primary winding 46a.
  • the secondary windings 42b, 44b, 46b of the electrical energy transformation device 40 are star-coupled to the alternating terminals 16,18,20 of the electrical system 10. More precisely, the first secondary winding 42b has a first terminal connected to the first alternating terminal 16 and a second terminal connected to a neutral line N. The second secondary winding 44b has a first terminal connected to the second alternating terminal 18 and a second terminal connected to said neutral line N. The third winding secondary 46b has a first terminal connected to the third alternative terminal 20 and a second terminal connected to said neutral line N.
  • the secondary windings of the electrical energy transformation device of the second conversion device 30' are connected in a similar manner to the alternative terminals 16,18,20 of the electrical system 10.
  • the second conversion device is connected in parallel with the first conversion device, on the alternating side.
  • FIG. 3 shows a first non-limiting embodiment of an electrical system 10 according to the invention.
  • the electrical system comprises only a single conversion device 30.
  • the electrical system 10 is configured to convert a direct voltage between its first and second direct terminals 12 ,14 into an alternating voltage at its alternating terminals 16,18,20.
  • the electrical system 10 adopts a first mode of operation.
  • the voltage level adaptation stage 50 of each of the voltage converters behaves like a voltage booster.
  • Each of the voltage level adaptation stages 50 is configured to deliver to the electrical converter element 60 a DC voltage greater than the voltage between the first and second DC terminals of the corresponding electrical converter 32,34,36.
  • the electrical converter element 60 of each of the voltage converters behaves like an inverter. It is configured to generate, between the first and second alternating terminals of said corresponding electrical converter, an alternating voltage from the direct voltage supplied by the voltage level adaptation stage.
  • the voltage level adaptation stages 50 of the first, second and third electrical converters 32,34,36 comprise a parallel chopper 51 and the voltage type conversion stages 60 have a half-bridge topology.
  • the first electrical converter 32 of the converter of Figure 3 is illustrated in Figure 4.
  • the second and third electrical converters 34,36 of the converter of Figure 3 are identical to this first electrical converter 32 and are therefore not described in detail.
  • the voltage level adaptation stage 50 and the electrical converter element 60 of this first electrical converter 32 are connected in cascade relative to each other by a first connection point 59 and a second connection point 61.
  • the voltage level adaptation stage 50 of this first electrical converter 32 comprises a main line 52 extending between the first and second continuous terminals 32a, 32b as well as a secondary line 53 extending between said first and second continuous terminals 32a, 32b, in parallel with the main line 52.
  • the main line 52 of the voltage level adaptation stage 50 comprises a controllable switching element Tl formed of an IGBT transistor associated with a freewheeling diode.
  • the secondary line 53 includes a passing diode DI, as well as a first capacitor Cl and a second capacitor C2.
  • the first and second capacitors Cl and C2 are connected between the first and second connection points 59,61 of the voltage level adaptation stage 50 to the electrical converter element 60.
  • the electrical converter element 60 has a half-bridge topology.
  • the electrical converter element 60 comprises a loop 62 in which the first and second capacitors C1, C2 are connected. These two capacitors C1, C2 are therefore common to the voltage level adaptation stage 50 and to the electrical converter element 60. They are connected in a branch 63 common to the voltage level adaptation stage 50 and to the electrical converter element 60.
  • the electrical converter element further comprises two controllable switching elements, namely a first controllable switching element Tl' and a second controllable switching element T2'.
  • the first capacitor Cl and the second capacitor C2 of the electrical converter element 60 are connected together at an intermediate point 64 forming the second alternating terminal 32d of the first electrical converter 32.
  • first and second controllable switching elements T1', T2' of the electrical converter element 60 are connected together at a connection point 66 forming said first alternative terminal 32c of the first electrical converter.
  • the electrical system 10 is connected to a direct electrical power supply network 100 having a voltage of 10 kilovolts.
  • the electrical system therefore has an input voltage between its first and second direct terminals 12.14 of 10 kilovolts.
  • this input voltage is distributed substantially equally to the DC terminals 32a, 32b, 34a, 34b, 36a, 36b of the first, second and third electrical converters 32, 34, 36.
  • each of these first, second and third electrical converters has between its first and second DC terminals a DC voltage of 3.33 kilovolts, corresponding substantially to a third of the input voltage of 10 kilovolts.
  • Each of the voltage level adaptation stages 50 of the electrical converters receives this direct voltage of 3.33 kilovolts as input.
  • Said voltage level adaptation stages 50 deliver to the associated voltage type conversion stages 60 a direct voltage of 3.6 kilovolts which is greater than the direct voltage of 3.33 kilovolts received at the input of said stages voltage level adaptation.
  • This direct voltage of 3.6 kilovolts is considered between the first and second connection points 59,61, across the first and second capacitors C1, C2.
  • the voltage type conversion stages 60 From these direct voltages of 3.6 kilovolts supplied by the voltage level adaptation stages 50, the voltage type conversion stages 60 generate between the first and second alternating terminals 32c, 32d, 34c, 34d, 36c, 36d from each of the electrical converters an alternating voltage of 1.1 kilovolts in effective value.
  • the electrical energy transformation device 40 is configured to supply, at the terminals of its secondary windings 42b, 44b, 46b, three alternating voltages of approximately 400 volts each in effective value, from these alternating voltages supplied by the stages of voltage type conversion 60.
  • Figure 5 illustrates a first variant of the voltage level adaptation stage 50 of the first electrical converter of Figure 4 in which the diode DI is connected in the main line 52 while the first controllable switching element Tl is connected in secondary line 53.
  • This variant corresponds to a use of the electrical system 10 to convert an alternating voltage at its alternating terminals 16,18,20 into a direct voltage between its first and second direct terminals 12,14.
  • the electrical system 10 then adopts a second mode of operation in which the electrical converter element 60 of each of the electrical converters behaves like a rectifier.
  • the electrical converter element 60 is configured to deliver to the voltage level adaptation stage 50 a direct voltage from the alternating voltage between the first and second alternating terminals of the corresponding electrical converter.
  • the voltage level adaptation stage 50 behaves like a voltage step-down. It is configured to deliver, between the first and second DC terminals of said corresponding electrical converter, a DC voltage lower than the DC voltage supplied by the electrical converter element 60.
  • FIG. 6 illustrates a second variant of the voltage level adaptation stage 50 of the first electrical converter of Figure 4 in which said voltage level adaptation stage 50 comprises a first element of controllable switching Tl connected in the main line 52 and a second controllable switching element T2 connected in the secondary line 53.
  • This voltage level adaptation stage 50 allows better control of the voltage conversion carried out.
  • the voltage level adaptation stage 50 is here reversible in power, so that it can behave as a voltage booster or as a voltage lowerer.
  • This variant corresponds to a configuration of the electrical system 10 in which it makes it possible to convert an alternating voltage into a direct voltage but also to convert a direct voltage into an alternating voltage.
  • the electrical system 10 can therefore alternately adopt the first mode of operation or the second mode of operation described above.
  • the selection of the operating mode is preferably carried out by control.
  • FIG. 7 illustrates a first variant of the electrical converter element 60 of the first electrical converter 32 of Figure 4.
  • the electrical converter element 60 has a full bridge topology.
  • the electrical converter element 60 of the first electrical converter 32 comprises, in addition to the first and second controllable switching elements T1', T2', a third controllable switching element T3' and a fourth controllable switching element T4'.
  • Said third and fourth controllable switching elements T3', T4' are connected in series with each other and in parallel with the first and second controllable switching elements T1', T2'.
  • the first and second controllable switching elements T1', T2' are connected together at a first connection point 66 forming the first alternating terminal 32c of the first electrical converter 32.
  • the third and fourth controllable switching elements T3', T4' are connected together at a second connection point 68 forming said second alternative terminal 32d of the first electrical converter.
  • Figure 8 illustrates a second variant of the electrical converter element 60 of the first electrical converter 32 of Figure 4.
  • the electrical converter element 60 also has a full bridge topology.
  • the first electrical converter comprises a third alternative terminal 32e configured to be connected to a midpoint of the first primary winding of the electrical energy transformation device 40.
  • the first capacitor Cl and the second capacitor C2 of the electrical converter element 60 of the first electrical converter 32 are connected together at an intermediate point 70 forming said third alternative terminal 32e of the first electrical converter.
  • This variant of the electrical converter element is called “Power Pulsation Buffer” in English.
  • the first controllable switching elements Tl of the voltage level adaptation stages 50 of the first, second and third electrical converters 32,34,36 of the electrical system 10 according to the invention are preferably controlled according to a width modulation technique d 'impulse. These controllable switching elements are controlled by means of modulated control signals associated with a duty cycle.
  • Figure 9 illustrates first, second and third voltage control signals VIN 1 , VIN 2 , VI N 3 applied to the first controllable switching elements Tl of the voltage level adaptation stages 50 of the first, second and third electrical converters 32,34,36 respectively.
  • the duty cycles of each of the first, second and third control signals are substantially equal.
  • ViN tot is the total voltage resulting from the sum of the voltages VIN 1 , VIN 2 and VIN 3 .
  • first, second and third control signals are modulated respectively from first, second and third P1, P2, P3 illustrated in Figure 9.
  • These carrier signals P1, P2, P3 are phase shifted.

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Abstract

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.

Description

SYSTEME ELECTRIQUE COMPRENANT TROIS CONVERTISSEURS ELECTRIQUES
Domaine Technique
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.
Technique antérieure
On connaît 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 connaît par exemple un système électrique pour réaliser une conversion DC/AC 110 selon l'art antérieur, illustré en figure 1, comprenant des premier et deuxième terminaux continus 112,114 configurés pour être reliés électriquement à un réseau d'alimentation électrique continu et des premier, deuxième et troisième terminaux alternatifs 116,118,120 configurés pour être reliés électriquement à un réseau d'alimentation électrique alternatif. Ce système électrique comprend trois bras 122 connectés en parallèle les uns par rapport aux autres entre les premier et deuxième terminaux continus. Chacun des bras 122 comprend un demi-bras supérieur 122a et un demi-bras inférieur 122b reliés en un point milieu. Chaque demi bras comprend une pluralité d'éléments de commutation formés d'un transistor bipolaire à grille isolée T (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 primaire 124a d'un transformateur 124. L'enroulement secondaire 124b de 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.
Exposé de l'invention
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 surdimensionner.
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.
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. l]La figure 1 illustre un système électrique de conversion DC/AC selon l'art antérieur ;
[Fig. 2]La figure 2 est un schéma synoptique d'une installation électrique comprenant un système électrique selon l'invention;
[Fig. 3]La figure 3 illustre un mode de réalisation du système électrique selon l'invention ;
[Fig. 4]La figure 4 illustre un convertisseur électrique du système électrique de la figure 3 ;
[Fig. 5]La figure 5 illustre une première variante de l'étage d'adaptation de niveau de tension du convertisseur électrique de la figure 4 ;
[Fig. 6]La figure 6 illustre une deuxième variante de l'étage d'adaptation de niveau de tension du convertisseur électrique de la figure 4 ;
[Fig. 7]La figure 7 illustre une première variante de l'élément convertisseur électrique du convertisseur électrique de la figure 4 ;
[Fig. 8]La figure 8 illustre une deuxième variante de l'élément convertisseur électrique du convertisseur électrique de la figure 4 ; et
[Fig. 9]La figure 9 illustre les signaux de commande des convertisseurs électriques du système électrique de la figure 3.
Description des modes de réalisation
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 figure 2 est un schéma synoptique d'une installation électrique 8 comprenant un système électrique 10 selon l'invention. Ce système électrique 10 comprend un premier terminal continu 12 et un deuxième terminal continu 14 reliés à un premier réseau d'alimentation électrique continu 100. Le système électrique 10 comprend en outre un premier terminal alternatif 16, un deuxième terminal alternatif 18 et un troisième terminal alternatif 20 reliés à un réseau d'alimentation électrique alternatif 102.
Dans cet exemple non limitatif, le système électrique 10 comprend un premier dispositif de conversion 30 et un deuxième dispositif de conversion 30'. Sans sortir du cadre de l'invention, le système électrique pourrait ne comprendre qu'un seul dispositif de conversion. Le deuxième dispositif de conversion 30' est identique au premier dispositif de conversion électrique 30 de sorte que seul ledit premier dispositif de conversion 30 sera décrit en détails.
Le premier dispositif de conversion 30 comprend un premier convertisseur électrique 32, un deuxième convertisseur électrique 34 et un troisième convertisseur électrique 36. Le premier convertisseur électrique 32 comprend une première borne continue 32a et une seconde borne continue 32b. De même, le deuxième convertisseur électrique 34 comprend une première borne continue 34a et une seconde borne continue 34b et le troisième convertisseur électrique 36 comprend une première borne continue 36a et une seconde borne continue 36b.
Les premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques 32,34,36 sont connectés en série les uns par rapport aux autre par leurs bornes continues 32a, 32b, 34a, 34b, 36a, 36b entre lesdits premier et deuxième terminaux continus 12,14. Plus précisément, la première borne continue 32a du premier convertisseur électrique 32 est reliée électriquement au premier terminal continu de manière indirecte, par l'intermédiaire d'une inductance 33. La seconde borne continue 32b du premier convertisseur électrique 32 est reliée électriquement à la première borne continue 34a du deuxième convertisseur électrique 34. La seconde borne continue 34b du deuxième convertisseur électrique 34 est reliée électriquement à la première borne continue 36a du troisième convertisseur électrique 36. Dans cet exemple non limitatif, la seconde borne continue 36b du troisième convertisseur électrique 36 est reliée au deuxième dispositif de conversion 30' et plus précisément à une première borne continue d'un premier convertisseur électrique du deuxième dispositif de conversion 30'. La seconde borne continue d'un troisième convertisseur électrique du deuxième dispositif de conversion est reliée indirectement au deuxième terminal continu 14 par l'intermédiaire d'une inductance 33.
Alternativement, dans le cas où le système électrique 10 ne comprendrait qu'un seul dispositif de conversion 30, la seconde borne continu 36b du troisième convertisseur électrique 36 peut être reliée indirectement au deuxième terminal continu 14 par l'intermédiaire d'une inductance 33.
Le premier dispositif de conversion 30 et le deuxième dispositif de conversion 30' sont connectés en série côté continu, entre les premier et deuxième terminaux continus 12,14. Dans cet exemple non limitatif, les premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques 32,34,36 sont identiques. Ils comprennent chacun un étage d'adaptation de niveau de tension 50 et un élément convertisseur électrique 60 connecté en cascade avec l'étage d'adaptation de niveau de tension 50.
L'étage d'adaptation de niveau de tension 50 est relié aux première et seconde bornes continues du convertisseur électrique correspondant. L'élément convertisseur électrique 60 est relié aux première et deuxième bornes alternatives du convertisseur électrique correspondant. L'élément convertisseur électrique 60 est donc connecté entre L'étage d'adaptation de niveau de tension 50 et les terminaux alternatifs du convertisseur électrique correspondant.
Le système électrique 10 comprend par ailleurs un dispositif de transformation d'énergie électrique 40 comprenant dans cet exemple non limitatif un premier transformateur monophasé 42, un deuxième transformateur monophasé 44 et un troisième transformateur monophasé 46. Le premier transformateur monophasé 42 comprend un premier enroulement primaire 42a et un premier enroulement secondaire 42b. Le deuxième transformateur monophasé 44 comprend un deuxième enroulement primaire 44a et un deuxième enroulement secondaire 44b. Le troisième transformateur monophasé 46 comprend un troisième enroulement primaire 46a et un troisième enroulement secondaire 46b.
Le premier convertisseur électrique 32 comprend une première borne alternative 32c et une deuxième borne alternative 32d reliées au premier enroulement primaire 42a. Le deuxième convertisseur électrique 34 comprend une première borne alternative 34c et une deuxième borne alternative 34d reliées au deuxième enroulement primaire 44a. Le troisième convertisseur électrique 36 comprend une première borne alternative 36c et une deuxième borne alternative 36d reliées au troisième enroulement primaire 46a.
Dans cet exemple non limitatif, les enroulements secondaires 42b, 44b, 46b du dispositif de transformation d'énergie électrique 40 sont couplés en étoile aux terminaux alternatifs 16,18,20 du système électrique 10. Plus précisément, le premier enroulement secondaire 42b présente une première borne reliée au premier terminal alternatif 16 et une deuxième borne reliée à une ligne de neutre N. Le deuxième enroulement secondaire 44b présente une première borne reliée au deuxième terminal alternatif 18 et une deuxième borne reliée à ladite ligne de neutre N. Le troisième enroulement secondaire 46b présente une première borne reliée au troisième terminal alternatif 20 et une deuxième borne reliée à ladite ligne de neutre N.
Les enroulements secondaires du dispositif de transformation d'énergie électrique du deuxième dispositif de conversion 30' sont connectés de manière similaire aux terminaux alternatifs 16,18,20 du système électrique 10. Le deuxième dispositif de conversion est connecté en parallèle du premier dispositif de conversion, du côté alternatif.
La figure 3 montre un premier mode de réalisation non limitatif d'un système électrique 10 selon l'invention. Dans ce premier mode de réalisation de la figure 3, le système électrique ne comprend qu'un seul dispositif de conversion 30. Dans ce mode de réalisation, le système électrique 10 est configuré pour convertir une tension continue entre ses premier et deuxième terminaux continus 12,14 en une tension alternative à ses terminaux alternatifs 16,18,20. Le système électrique 10 adopte un premier mode de fonctionnement. L'étage d'adaptation de niveau de tension 50 de chacun des convertisseurs de tension se comporte comme un élévateur de tension. Chacun des étage d'adaptation de niveau de tension 50 est configuré pour délivrer à l'élément convertisseur électrique 60 une tension continue supérieure à la tension entre les première et seconde bornes continues du convertisseur électrique 32,34,36 correspondant. L'élément convertisseur électrique 60 de 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 tension 50 des premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques 32,34,36 comprennent un hacheur parallèle 51 et les étages de conversion de type de tension 60 présentent une topologie en demi-pont.
Le premier convertisseur électrique 32 du convertisseur de la figure 3 est illustré en figure 4. Les deuxième et troisième convertisseurs électriques 34,36 du convertisseur de la figure 3 sont identiques à ce premier convertisseur électrique 32 et ne sont donc pas décrits en détails.
Tel qu'on le constate en figure 4, l'étage d'adaptation de niveau de tension 50 et l'élément convertisseur électrique 60 de ce premier convertisseur électrique 32 sont connectés en cascade l'un par rapport à l'autre par un premier point de liaison 59 et un deuxième point de liaison 61.
L'étage d'adaptation de niveau de tension 50 de ce premier convertisseur électrique 32 comprend une ligne principale 52 s'étendant entre les première et seconde bornes continues 32a, 32b ainsi qu'une ligne secondaire 53 s'étendant entre lesdites première et seconde bornes continues 32a, 32b, en parallèle de la ligne principale 52.
La ligne principale 52 de l'étage d'adaptation de niveau de tension 50 comprend un élément de commutation commandable Tl formé d'un transistor IGBT associé à une diode de roue libre. La ligne secondaire 53 comprend une diode DI passante, ainsi qu'un premier condensateur Cl et un deuxième condensateur C2. Les premier et deuxième condensateurs Cl et C2 sont connectés entre les premier et deuxième points de liaison 59,61 de l'étage d'adaptation de niveau de tension 50 à l'élément convertisseur électrique 60.
Dans le mode de réalisation de la figure 4, l'élément convertisseur électrique 60 présente une topologie en demi-pont. L'élément convertisseur électrique 60 comprend une boucle 62 dans laquelle sont connectés les premier et deuxième condensateurs C1,C2. Ces deux condensateurs C1,C2 sont donc communs à l'étage d'adaptation de niveau de tension 50 et à l'élément convertisseur électrique 60. Ils sont connectés dans une branche 63 commune à l'étage d'adaptation de niveau de tension 50 et à l'élément convertisseur électrique 60. L'élément convertisseur électrique comprend par ailleurs deux éléments de commutation commandables, à savoir un premier élément de commutation commandable Tl' et un deuxième élément de commutation commandable T2'.
Dans ce mode de réalisation non limitatif, le premier condensateur Cl et le deuxième condensateur C2 de l'élément convertisseur électrique 60 sont reliés entre eux en un point intermédiaire 64 formant la deuxième borne alternative 32d du premier convertisseur électrique 32.
Par ailleurs, lesdits premier et deuxième éléments de commutation commandables T1',T2' de l'élément convertisseur électrique 60 sont reliés entre eux en un point de connexion 66 formant ladite première borne alternative 32c du premier convertisseur électrique.
En se référant de nouveau à la figure 3, on constate que dans cet exemple non limitatif, le système électrique 10 est connecté à un réseau d'alimentation électrique continu 100 ayant une tension de 10 kilovolts. Le système électrique présente donc une tension d'entrée entre ses premier et deuxième terminaux continus 12,14 de 10 kilovolts. De manière non limitative, cette tension d'entrée est répartie sensiblement équitablement aux bornes continues 32a, 32b, 34a, 34b, 36a, 36b des premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques 32,34,36. 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 tension 50 des convertisseurs électriques reçoit en entrée cette tension continue de 3.33 kilovolts.
Lesdits étages d'adaptation de niveau de tension 50 délivrent aux étages de conversion de type de tensions 60 associés 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 liaison 59,61, aux bornes des premier et deuxième condensateurs C1,C2.
A partir de ces tensions continues de 3.6 kilovolts fournies par les étages d'adaptation de niveau de tension 50, les étages de conversion de type de tensions 60 génèrent entre les première et deuxième bornes alternatives 32c,32d,34c,34d,36c,36d de chacun des convertisseurs électriques une tension alternative de 1.1 kilovolts en valeur efficace. Le dispositif de transformation d'énergie électrique 40 est configuré pour fournir, aux bornes de ses enroulements secondaires 42b, 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 tensions 60.
A l'aide des figures 5 à 8, nous allons maintenant décrire des variantes de l'étage d'adaptation de niveau de tension 50 et de l'élément convertisseur électrique 60 du convertisseur électrique de la figure 4. Chacune des variantes de l'étage d'adaptation de niveau de tension 50 illustrées en figures 4, 5 et 6 peut être combinée et connectée en cascade indifféremment avec l'une ou l'autre des variantes de l'élément convertisseur électrique 60 illustrées en figures 4, 7 et 8.
La figure 5 illustre une première variante de l'étage d'adaptation de niveau de tension 50 du premier convertisseur électrique de la figure 4 dans laquelle la diode DI est connectée dans la ligne 52 principale tandis que le premier élément de commutation commandable Tl est connecté dans la ligne secondaire 53.
Cette variante correspond à une utilisation du système électrique 10 pour convertir une tension alternative à ses terminaux alternatifs 16,18,20 en une tension continue entre ses premier et deuxième terminaux continus 12,14. Le système électrique 10 adopte alors un deuxième mode de fonctionnement dans lequel l'élément convertisseur électrique 60 de chacun des convertisseurs électriques se comporte comme un redresseur. L'élément convertisseur électrique 60 est configuré pour délivrer à l'étage d'adaptation de niveau de tension 50 une 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 tension 50 se 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 électrique 60.
La figure 6 illustre une deuxième variante de l'étage d'adaptation de niveau de tension 50 du premier convertisseur électrique de la figure 4 dans laquelle ledit étage d'adaptation de niveau de tension 50 comprend un premier élément de commutation commandable Tl connecté dans la ligne 52 principale et un deuxième élément de commutation commandable T2 connecté dans la ligne secondaire 53. Cet étage d'adaptation de niveau de tension 50 permet un meilleur contrôle de la conversion de tension réalisée. L'étage d'adaptation de niveau de tension 50 est 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 électrique 10 dans 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 électrique 10 peut 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 figure 7 illustre une première variante de l'élément convertisseur électrique 60 du premier convertisseur électrique 32 de la figure 4. Dans cette variante non limitative, l'élément convertisseur électrique 60 présente une topologie en pont complet. L'élément convertisseur électrique 60 du premier convertisseur électrique 32 comprend, en plus des premier et deuxième éléments de commutation commandables T1',T2', un troisième élément de commutation commandable T3' et un quatrième élément de commutation commandable T4'. Lesdits troisième et quatrième éléments de commutation commandables T3',T4' sont connectés en série l'un par rapport à l'autre et en parallèle des premier et deuxième éléments de commutation commandables T1',T2'.
Les premier et deuxième éléments de commutation commandables T1',T2' sont reliés entre eux en un premier point de connexion 66 formant la première borne alternative 32c du premier convertisseur électrique 32. Les troisième et quatrième éléments de commutation commandables T3',T4' sont reliés entre eux en un deuxième point de connexion 68 formant ladite deuxième borne alternative 32d du premier convertisseur électrique.
La figure 8 illustre une deuxième variante de l'élément convertisseur électrique 60 du premier convertisseur électrique 32 de la figure 4. Dans cette variante non limitative, l'élément convertisseur électrique 60 présente également une topologie en pont complet. Le premier convertisseur électrique comprend une troisième borne alternative 32e configurée pour être reliée à un point milieu du premier enroulement primaire du dispositif de transformation d'énergie électrique 40. Le premier condensateur Cl et le deuxième condensateur C2 de l'élément convertisseur électrique 60 du premier convertisseur électrique 32 sont reliés entre eux en un point intermédiaire 70 formant ladite troisième borne alternative 32e du premier convertisseur électrique. Cette variante de l'élément convertisseur électrique est appelée « Power Pulsation Buffer » en langue anglaise.
Les premiers éléments de commutation commandable Tl des étages d'adaptation de niveau de tension 50 des premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques 32,34,36 du système électrique 10 selon 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 figure 9 illustre des premier, deuxième et troisième signaux de commandes en tension VIN1, VIN2 ,VIN 3 appliqués aux premiers éléments de commutation commandable Tl des étages d'adaptation de niveau de tension 50 des premier, deuxième et troisième convertisseurs électriques 32,34,36 respectivement. Dans cet exemple non limitatif, les rapports cycliques de chacun des premier, deuxième et troisième signaux de commande sont sensiblement égaux.
ViNtot est la tension totale résultant de la somme des tensions VIN1, VIN2 et VIN3.
Ces premier, deuxième et troisième signaux de commande sont modulés respectivement à partir de premier, deuxième et troisième P1,P2,P3 illustrés en figure 9. Ces signaux porteurs P1,P2,P3 sont déphasés.

Claims

Revendications 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 (Cl) 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 (Tl) 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 (Dl), ladite diode étant connectée dans la ligne principale (52) dudit étage d'adaptation de tension lorsque ledit premier élément de commutation commandable (Tl) 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. 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). Système électrique selon la revendication 3, dans lequel le premier élément de commutation commandable (Tl) 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. 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. 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 (Cl), un deuxième condensateur (C2), un premier élément de commutation commandable (Tl') 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. Système électrique selon la revendication 6, dans lequel le premier condensateur (Cl) 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. Tl 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. . 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 (Cl) 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. . 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. . 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). . 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). . 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 (309, 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. . 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. . 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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EP1196983A1 (fr) * 1999-03-29 2002-04-17 Abb Ab Convertisseur de source de tension
US20150372611A1 (en) * 2013-01-31 2015-12-24 Siemens Aktiengesellschaft Modular high-frequency converter, and method for operating same
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