FR3112042A1 - Convertisseur de tension AC/DC triphasé comprenant uniquement deux modules de conversion électrique - Google Patents

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Abstract

Convertisseur de tension AC/DC triphasé comprenant uniquement deux modules de conversion électrique Convertisseur de tension (10) permettant de convertir une tension alternative en une tension continue et inversement, le convertisseur de tension comprenant des premier et second modules de conversion électrique (22,24) connectés en série dans un bras (20) ; un dispositif de transformation d’énergie électrique (40) comportant un premier enroulement primaire (41a) connecté entre des premier et deuxième terminaux alternatifs (30,32) et un second enroulement primaire (42a) connecté entre des deuxième et troisième terminaux alternatifs (32,34), ainsi que des premier et second enroulements secondaires (41b,42b) ; et un module de contrôle (100) configuré pour commander les premier et second modules de conversion électrique de sorte qu’un premier courant alternatif (I1) circulant dans le premier enroulement secondaire et un second courant alternatif (I2) circulant dans le second enroulement secondaire sont déphasés, le convertisseur de tension comprenant uniquement deux modules de conversion électrique. Figure pour l’abrégé : Fig. 1.

Description

Convertisseur de tension AC/DC triphasé comprenant uniquement deux modules de conversion électrique
La présente invention concerne le domaine technique des convertisseurs de tension alternative en tension continue et inversement, également appelés convertisseurs de tension AC/DC. Ce type de convertisseurs est particulièrement adapté pour être implanté dans des installations d’alimentation électrique en courant continu haute tension (HVDC pour « High Voltage Direct Current » en langue anglaise).
Les installations d’alimentation électrique HVDC comprennent généralement un réseau d’alimentation électrique continu permettant le transport d’électricité sur de longues distances au moyen de lignes à courant continu de plusieurs centaines de kilomètres. Elles comprennent également un réseau d’alimentation électrique alternatif, par exemple relié à un parc éolien offshore. Les convertisseurs de tension AC/DC permettent la connexion d’un tel réseau d’alimentation électrique alternatif avec un réseau d’alimentation électrique continu.
On connait des convertisseurs de tension AC/DC triphasés, tels que le convertisseur décrit dans EP 2 569 858 A1. Ce convertisseur comprend un bras s’étendant entre des premier et second terminaux continus dans lequel sont connectées en série trois modules de conversion électrique. Ce convertisseur comprend en outre un transformateur comportant trois enroulements primaires et trois enroulements secondaires. Chacun des enroulements secondaires du transformateur est connecté électriquement à un des trois modules de conversion électrique.
Un inconvénient de ce convertisseur triphasé est qu’il comprend un nombre de composants très important et qu’il se révèle très encombrant. En effet, l’application haute tension impose des distances minimales entre les modules de conversion électrique de ce convertisseur. Ce convertisseur, muni de trois modules de conversion électrique présente par conséquent une taille et un encombrement important.
Par ailleurs, chacun des trois modules de conversion électrique de ce convertisseur comprend plusieurs dizaines de sous-modules connectés dans une branche de phase. Aussi, ce convertisseur est très lourd, volumineux et encombrant. En outre, sa fabrication est particulièrement difficile et coûteuse.
De plus, d’importantes ressources doivent être utilisées afin de contrôler l’ensemble des éléments de commande de ce convertisseur. Le contrôle du convertisseur est donc particulièrement coûteux et complexe.
Un but de la présente invention est de proposer un convertisseur de tension remédiant aux problèmes précités et permettant notamment de réduire le nombre de composants dudit convertisseur de tension.
Pour ce faire, l’invention porte sur un convertisseur de tension permettant de convertir une tension alternative en une tension continue et inversement, le convertisseur de tension comprenant :
- des premier et second 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 ;
- un bras s’étendant entre les premier et second terminaux continus et comportant un premier module de conversion électrique et un second module de conversion électrique connectés en série dans ledit bras, les premier et second modules de conversion électrique présentant chacun une première borne continue et une seconde borne continue entre lesquelles il s’étend, ainsi qu’une première borne alternative et une seconde borne alternative;
- un dispositif de transformation d’énergie électrique comportant un premier enroulement primaire connecté entre les premier et deuxième terminaux alternatifs et un second enroulement primaire connecté entre les deuxième et troisième terminaux alternatifs, le dispositif de transformation d’énergie électrique comportant en outre un premier enroulement secondaire connecté entre les première et seconde bornes alternatives du premier module de conversion électrique et un second enroulement secondaire connecté entre les première et seconde bornes alternatives du second module de conversion électrique, le premier module de conversion électrique étant configuré pour générer un premier courant alternatif contrôlable circulant dans le premier enroulement secondaire, le second module de conversion électrique étant configuré pour générer un second courant alternatif contrôlable circulant dans le second enroulement secondaire ;
- un module de contrôle configuré pour commander les premier et second modules de conversion électrique de sorte que le premier courant alternatif circulant dans le premier enroulement secondaire et le second courant alternatif circulant dans le second enroulement secondaire sont déphasés,
le convertisseur de tension comprenant uniquement deux modules de conversion électrique.
Le convertisseur de tension selon l’invention peut être aisément connecté dans une installation électrique HVDC, entre un réseau d’alimentation électrique alternatif et un réseau d’alimentation électrique continu. Le convertisseur de tension est avantageusement réversible, de sorte qu’il permet de convertir une tension alternative en une tension continue mais également de convertir une tension continue en tension alternative.
On comprend que chacun des modules de conversion électrique est connecté dans le bras par l’intermédiaire de ses première et seconde bornes continues. A chaque enroulement secondaire du dispositif de transformation électrique est associé un module de conversion électrique.
Contrairement aux convertisseurs de tension de l’art antérieur, dans lesquels les enroulements primaires sont couplés en étoile, et présentent chacun une borne reliée au neutre, ou en triangle, chacun des enroulements primaires du convertisseur de tension selon l’invention est connecté entre deux terminaux alternatifs, et sont donc configurés pour être reliés directement au réseau d’alimentation électrique alternatif.
Les premier et second modules de conversion électrique permettent de générer respectivement une première tension continue insérée et une seconde tension continue insérée contrôlables dans le bras entre leurs premières et secondes bornes continues respectives. Ces première et seconde tensions continues insérées permettent de contrôler un courant continu circulant dans le bras.
Les premier et second modules de conversion électrique permettent en outre de générer respectivement une première tension alternative insérée et une seconde alternative insérée contrôlables entre leurs premières et secondes bornes alternatives respectives.
Ces première et seconde tensions alternatives insérées permettent de générer respectivement ledit premier courant alternatif I1circulant dans le premier enroulement secondaire et ledit second courant alternatif I2circulant dans le second enroulement secondaire.
Le dispositif de transformation d’énergie électrique présente un rapport de transformationrcorrespondant au rapport entre le nombre de spires du premier enroulement secondaire et le nombre de spires du premier enroulement primaire. En première approximation, ce rapport de transformation est environ égal au rapport entre la tension aux bornes du premier enroulement secondaire et la tension aux bornes du premier enroulement primaire.
A partir des premier et second courants alternatifs circulant dans les premier et second enroulements secondaires, le dispositif de transformation d’énergie électrique fournit des premier et second courants alternatifs circulant dans les premier et second enroulements primaires, qui sont des images, au rapport de transformationrprès, desdits premier et second courants alternatifs circulant dans les premier et second enroulements secondaires.
A partir des premier et second courants alternatifs circulant dans les premier et second enroulements primaires, le convertisseur de tension selon l’invention permet de construire un système triphasé de trois courants de phase alternatifs. Ce système triphasé comprend des premier, deuxième et troisième courants de phase alternatifs Ia,Ib,Iccirculant respectivement vers les premier, deuxième et troisième terminaux alternatifs du convertisseur de tension. Ces courants de phase alternatifs sont contrôlables en phase et en amplitude, de sorte que la puissance active et la puissance réactive du convertisseur de tension peuvent également être contrôlées.
Les relations entre les premier et second courants alternatifs I1,I2circulant dans les premier et second enroulements secondaires et les premier, deuxième et troisième courants de phase alternatifs IA,IB,ICsont les suivantes :
Le dispositif de transformation d’énergie électrique du convertisseur de tension selon l’invention permet d’obtenir une distribution triphasée de trois courants de phase alternatifs à partir de deux courants alternatifs circulant dans les enroulements secondaires du dispositif de transformation d’énergie électrique.
Ces trois courants de phase alternatifs IA,IB,ICdéfinissent un système triphasé.
La phase et l’amplitude du premier courant alternatif circulant dans le premier enroulement secondaire et la phase et l’amplitude du second courant alternatif circulant dans le second enroulement secondaire du dispositif de transformation d’énergie électrique forment quatre degrés de liberté du système triphasé donné ci-dessus.
En appliquant une transformation de Fortescue à ce système, également appelée méthode des composantes symétriques, ce système triphasé peut être décomposé en une somme de trois systèmes triphasés, à savoir un système équilibré direct, un système équilibré inverse et un système homopolaire.
Le système équilibré direct permet d’imposer la puissance active et la puissance réactive du convertisseur de tension. Pour que le système triphasé composé par les trois courants de phase alternatif soit équilibré, le système équilibré inverse et le système homopolaire doivent chacun présenter une partie réelle et une partie imaginaire nulle. En effet, ceci permet de ne conserver que le système direct, qui est un système triphasé équilibré formé par les trois courants de phase alternatifs IA,IB,IC, qui sont alors déphasés de 120° et présentent une même amplitude. Ces trois systèmes imposent donc six contraintes à satisfaire, à savoir le contrôle de la puissance active, le contrôle de la puissance réactive, l’annulation des parties réelle et imaginaire du système équilibré inverse, l’annulation des parties réelle et imaginaire du système homopolaire.
Le couplage des enroulements primaires du dispositif transformation d’énergie du convertisseur de tension selon l’invention, dans lequel le premier enroulement primaire est connecté entre les premier et deuxième terminaux alternatifs et le second enroulement primaire est connecté entre les deuxième et troisième terminaux alternatifs, permet d’annuler la partie réelle et la partie imaginaire du système homopolaire, par construction. En effet, le courant homopolaire est définit comme la somme des trois courants de phase alternatifs. Grâce aux trois équations données précédemment, on constate que la somme des trois courants de phase alternatifs est nulle. Il n’y a pas de courant homopolaire, et les parties réelles et imaginaires du système homopolaire sont donc nulles. Aussi, grâce à ce couplage des enroulements primaire du dispositif de transformation électrique selon l’invention, seules quatre contraintes, à savoir le contrôle des puissances active et réactive et l’annulation des parties réelle et imaginaire du système inverse, doivent être satisfaites au moyen des quatre degrés de libertés précités. La résolution des trois systèmes équilibrés est donc permise grâce au couplage particulièrement astucieux des enroulements primaires du convertisseur de tension selon l’invention. Le module de contrôle est avantageusement configuré pour ajuster le déphasage entre les premier et second courants alternatifs circulant dans les premier et second enroulements secondaires, de manière à imposer un déphasage d’environ 120° entre chacun des trois courants de phase alternatifs Ia,Ib,Ic.
Le convertisseur de tension selon l’invention permet donc d’obtenir une distribution triphasée équilibrée de trois courants de phase alternatifs Ia,Ib,Icà partir de deux courants traversant les enroulements secondaires du dispositif de transformation d’énergie électrique, à savoir les premier et deuxième courants alternatifs circulant dans les premier et deuxième enroulements secondaires. Par équilibré on entend que les premier, deuxième et troisième courants de phase alternatifs Ia,Ib,Icprésentent sensiblement la même amplitude et sont déphasés d’environ 120° ou 2π/3.
En d’autres mots, le convertisseur de tension selon l’invention permet d’obtenir une distribution triphasée équilibrée de trois courants de phase alternatifs à partir de deux modules de conversion électrique connectés en série dans le bras.
Grâce à l’invention, le convertisseur de tension comprend exactement deux modules de conversion électrique, et donc strictement moins de trois modules de conversion électrique, contrairement aux convertisseurs de tension de l’art antérieur qui comprennent au moins trois modules de conversion électrique.
Par conséquent, le convertisseur de tension selon l’invention comprend un nombre de composants, et notamment de modules de conversion électrique, réduit. Un intérêt est de réduire la taille et l’encombrement du convertisseur de tension en réduisant le nombre de modules de conversion électrique.
En outre, il présente un nombre réduit de sous-modules, lorsque les modules de conversion en sont pourvus. Ceci permet également de réduire le nombre de connexions électriques entre les différents composants, pouvant s’avérer coûteuses et complexes à réaliser, et de simplifier ainsi l’agencement du convertisseur de tension.
En outre, chacun des modules de conversion électrique du convertisseur de tension selon l’invention est apte à générer des tensions alternatives et continues insérées plus importantes que celles générées par chacun des modules de conversion des convertisseurs de tension munis de trois modules de conversion selon l’art antérieur. En effet, la tension totale à produire est répartie sur deux modules de conversion électrique au lieu de trois. En revanche, chacun des modules de conversion électrique est amené à supporter des courants moins importants que les modules de conversion électrique de l’art antérieur. Aussi, la taille de ces modules de conversion électrique peut être réduite.
Le convertisseur de tension selon l’invention présente donc un poids et un encombrement très inférieur aux convertisseurs de tension de l’art antérieur, ainsi qu’un coût de fabrication réduit.
Par ailleurs, le convertisseur de tension selon l’invention peut n’être muni que de deux enroulements primaires et deux enroulements secondaires, ce qui réduit encore l’encombrement du convertisseur de tension.
De préférence, le module de contrôle est configuré pour commander les premier et second modules de conversion électrique de sorte que le premier courant alternatif circulant dans le premier enroulement secondaire et le second courant alternatif circulant dans le second enroulement secondaire sont déphasés d’un angle compris entre 55° et 65°, de préférence d’un angle sensiblement égal à 60°.
Un intérêt est d’améliorer l’équilibre du système triphasé formé par les premier, deuxième et troisième courants de phase alternatifs, construits à partir des premier et second courants alternatifs circulant dans les premier et second enroulements secondaires. Ceci permet d’imposer un déphasage d’environ 120° entre les premier et deuxième courants de phase alternatifs, ainsi qu’entre les deuxième et troisième courants de phase alternatifs et entre les troisième et premier courants de phase alternatifs.
De préférence, le module de contrôle commande les premier et second modules de conversion électrique de manière à réguler les première et seconde tensions alternatives insérées entre les première et seconde bornes alternatives des premier et second modules de conversion électrique, ce qui permet d’ajuster la phase et l’amplitude des premier et second courants alternatifs circulant dans les enroulements secondaires du dispositif de transformation d’énergie électrique.
Le premier courant alternatif circulant dans le premier enroulement secondaire est avantageusement en phase avec le premier courant de phase alternatif.
De manière avantageuse, les premier et second modules de conversion électrique comprennent chacun une branche principale s’étendant entre les première et seconde bornes continues du module de conversion électrique correspondant et dans laquelle est connectée une chaine de sous-modules, chacune des chaines de sous-modules comprenant une pluralité de sous-modules commandables individuellement par un organe de commande propre à chaque sous-module et chaque sous-module comprenant un condensateur, l’organe de commande de chaque sous-module pouvant prendre au moins un premier état dans lequel le condensateur est inséré dans la branche principale et un deuxième état dans lequel le condensateur n’est pas inséré dans ladite branche principale.
Le module de contrôle commande avantageusement les organes de commande des premier et second modules de conversion électrique.
De manière non limitative, les organes de commandes des sous-modules peuvent comprendre des éléments de commutation commandables de type interrupteur IGBT et une diode antiparallèle. De manière non limitative, les organes de commandes peuvent être placés dans le premier état et dans le deuxième état en réponse à un ordre de commande, provenant par exemple du module de contrôle, ou encore en fonction du signe du courant circulant dans le bras.
Les sous-modules peuvent être commandés selon une séquence choisie pour faire varier progressivement le nombre de condensateurs qui sont connectés en série dans la branche principale du module de conversion électrique correspondant et donc dans le bras du convertisseur de tension, de façon à fournir plusieurs niveaux de tension.
Avantageusement, le module de contrôle est configuré pour commander les organes de commande des sous-modules des chaines de sous-modules des premier et second modules de conversion électrique, de manière à réguler les tensions aux bornes desdites chaines de sous-modules. La commande des sous-modules des modules de conversion électrique permet d’ajuster les tensions continues insérées dans le bras mais également les tensions alternatives insérées entre les bornes alternatives des modules de conversion électrique, et donc de réguler, en phase et en amplitude, les courants alternatifs circulant dans les enroulements primaires et secondaires du dispositif de transformation d’énergie électrique. Ceci permet de réguler, en phase et en amplitude, les trois courants de phase alternatifs circulant vers les terminaux alternatifs du convertisseur de tension.
Préférentiellement, au moins un des premier et second modules de conversion électrique comprend une liaison électrique supérieure, reliant électriquement la première borne continue et la première borne alternative dudit module de conversion électrique, et une liaison électrique inférieure, reliant électriquement la seconde borne continue et la seconde borne alternative dudit module de conversion électrique, ledit module de conversion électrique comprenant au moins un condensateur connecté dans ladite liaison électrique supérieure et/ou dans ladite liaison électrique inférieure. Un intérêt est de bloquer la circulation d’un courant continu dans les enroulements secondaires du dispositif de transformation électrique tout en autorisant la circulation d’un courant alternatif.
Avantageusement, le premier module de conversion électrique et le second module de conversion électrique comprennent chacun au moins un condensateur connecté dans sa liaison électrique supérieure et/ou dans sa liaison électrique inférieure.
Le premier et/ou le second module de conversion électrique peut comprendre un unique condensateur connecté dans sa liaison électrique supérieure ou dans sa liaison électrique inférieure. En variante, le premier et/ou le second module de conversion électrique peut comprendre un premier condensateur connecté dans la liaison électrique supérieure et un second condensateur connecté dans la liaison électrique inférieure.
De manière avantageuse, au moins un des premier et second modules de conversion électrique comprend une branche secondaire, s’étendant entre les première et seconde bornes continues dudit module de conversion électrique, et dans laquelle sont connectés en série une chaine de sous-modules comprenant une pluralité de sous-modules commandables, et un pont en H comprenant une première sous-branche dans laquelle sont connectés deux interrupteurs et une seconde sous-branche, connectée en parallèle de la première sous-branche, et dans laquelle sont connectés deux interrupteurs, les première et seconde bornes alternatives dudit module de conversion électrique étant reliées électriquement respectivement à la première sous-branche et à la seconde sous-branche.
La branche secondaire est connectée en parallèle de la branche principale dudit module de conversion électrique. La première sous-branche est reliée à une première borne de l’enroulement secondaire correspondant, tandis que la seconde sous-branche est reliée à une seconde borne dudit enroulement secondaire correspondant.
Avantageusement, les deux interrupteurs de la première sous-branche sont connectés l’un à l’autre en un premier point intermédiaire, la première borne alternative dudit module de conversion électrique étant reliée électriquement audit premier point intermédiaire. Avantageusement, les deux interrupteurs de la seconde sous-branche sont connectés l’un à l’autre en un second point intermédiaire, la seconde borne alternative dudit module de conversion électrique étant reliée électriquement audit second point intermédiaire.
Les interrupteurs du pont en H sont avantageusement commandés par le module de contrôle. Les interrupteurs du pont en H sont avantageusement des interrupteurs haute-tension. Le pont en H permet d’ajuster le sens de circulation du premier ou second courant alternatif circulant dans l’enroulement secondaire correspondant du dispositif de transformation d’énergie électrique.
De préférence, les sous-modules des chaines de sous-modules des premier et second modules de conversion électrique présentent une topologie en demi-pont ou une topologie en pont complet. Sans sortir du cadre de l’invention, d’autres topologies de sous-modules peuvent être envisagées. Chacun des modules de conversion électrique peut comprendre une combinaison de sous-modules en demi-pont et de sous-modules en pont complet.
L’organe de commande d’un sous-module en demi-pont (« Half Bridge » en langue anglaise) comporte un premier élément de commutation électronique connecté en série avec le dispositif de stockage d’énergie et un deuxième élément de commutation électronique couplé entre les bornes d’entrée et de sortie du sous-module.
L’organe de commande d’un sous-module pont-complet (« Full Bridge » en langue anglaise) comporte quatre éléments de commutation.
Dans ces deux topologies, l’organe de commande comprend avantageusement une diode antiparallèle connectée en parallèle de chacun des éléments de commutation.
Préférentiellement, le convertisseur de tension comprend en outre un module de démarrage configuré pour charger les condensateurs des sous-modules des premier et second modules de conversion électrique, lorsqu’il est placé dans un premier état.
Lors de la charge desdits condensateurs, la tension aux bornes des chaines de sous-modules augmente progressivement jusqu’à atteindre une valeur nominale.
Le module de démarrage est de préférence connecté entre les terminaux alternatifs du convertisseur de tension et un réseau d’alimentation électrique alternatif auquel est connecté ledit convertisseur de tension. En variante, le module de démarrage peut être connecté entre les terminaux continus du convertisseur de tension et un réseau d’alimentation électrique continu auquel est connecté ledit convertisseur de tension
De préférence, le module de démarrage comprend au moins un premier interrupteur connecté à un des terminaux alternatifs ou continus du convertisseur de tension et une résistance de limitation connectée en parallèle dudit interrupteur, ledit interrupteur étant ouvert lorsque le module de démarrage est placé dans le premier état.
Aussi, dans le premier état, un courant non-contrôlé apparait dans le bras. Ce courant non-contrôlé est limité par la résistance de limitation et charge progressivement les condensateurs des sous-modules des premier et second modules de conversion électrique, jusqu’à une valeur de pré-charge prédéfinie.
Cette valeur de pré-charge prédéfinie est notamment choisie de manière à permettre l’alimentation du module de contrôle.
De préférence, le module de démarrage peut être placé dans un second état, dans lequel ledit au moins un interrupteur est fermé, de manière à court-circuiter ladite résistance de limitation.
Le module de limitation est d’abord maintenu dans le premier état jusqu’à ce que les condensateurs des sous-modules des modules de conversion électrique atteignent la valeur de pré-charge prédéfinie. Les chaines de sous-modules sont alors commandables et peuvent être commandées pour augmenter progressivement l’énergie stockée dans leurs condensateurs. Lorsque la tension aux bornes de chaque chaine de sous-modules atteint une valeur finale sensiblement égale à la tension du réseau d’alimentation électrique continu, le module de démarrage est placé dans le second état.
L’ensemble des condensateurs des sous-modules des premier et second modules de conversion électrique sont chargés alors à une valeur de charge finale et le convertisseur de tension fonctionne alors normalement.
De préférence, ledit convertisseur de tension comprend uniquement deux enroulements primaires et deux enroulements secondaires. Un intérêt est là-encore de réduire le nombre de composants du convertisseur et notamment le nombre de terminaisons appelées « bushings » formant des connexions externes dudit dispositif de transformation d’énergie électrique. Ceci permet encore de réduire le poids, l’encombrement et le coût de fabrication du convertisseur de tension, par rapport aux convertisseurs de l’art antérieur qui comprennent au moins trois enroulements primaires et trois enroulements secondaires. On comprend que le convertisseur comprend exactement deux enroulements primaires et deux enroulements secondaires, chacun étant associé à un unique module de conversion électrique.
En outre, les transformateurs des convertisseurs de tension sont généralement munis de terminaison appelées « bushings » particulièrement encombrantes. En réduisant le nombre d’enroulements primaires et secondaires, et donc le nombre de transformateurs utilisés, le convertisseur de tension selon l’invention permet également de réduire le nombre de ces terminaisons, ce qui réduit encore l’encombrement du convertisseur de tension.
Avantageusement, le convertisseur de tension selon l’invention comprend uniquement un dispositif de transformation d’énergie électrique.
Avantageusement, le convertisseur de tension selon l’invention comprend uniquement deux enroulements primaires et deux enroulements secondaires.
Selon une première variante avantageuse, le dispositif de transformation d’énergie électrique comprend un unique transformateur comprenant lesdits premier et second enroulements primaires ainsi que lesdits premier et second enroulements secondaires. Un intérêt est de réduire le coût et l’encombrement du convertisseur de tension en limitant le nombre de composants qu’il comprend.
Selon une seconde variante avantageuse, le dispositif de transformation d’énergie électrique comprend : un premier transformateur comprenant le premier enroulement primaire et le premier enroulement secondaire ; et un second transformateur comprenant le second enroulement primaire et le second enroulement secondaire. Ces premier et second transformateurs sont des transformateurs monophasés. Un intérêt est de permettre une meilleure isolation galvanique entre les enroulements du premier et du second transformateurs. En outre, pour les applications de très forte puissance, la taille d’un transformateur à plusieurs enroulements primaires et secondaires peut être telle qu’il sera difficile à fabriquer et à transporter. L’utilisation de plusieurs transformateurs monophasés facilite la fabrication et le transport du dispositif de transformation d’énergie électrique et donc du convertisseur de tension.
De préférence, le convertisseur de tension comprend au moins un module de filtrage connecté en série avec le bras et configuré pour limiter la composante alternative d’un courant circulant dans ledit bras. La tension résultant de la somme des tensions insérées dans le bras, générées par les premier et second modules de conversion électrique, présente une composante alternative résiduelle de sorte qu’un courant alternatif subsiste dans le bras.
Un intérêt du module de filtrage est de filtrer et donc de réduire, de préférence supprimer, cette composante alternative de la tension totale dans le bras de manière à privilégier la circulation dans le bras d’un courant continu. Ceci permet de ne pas avoir de composante alternative dans le courant circulant dans le réseau d’alimentation électrique continu et donc de protéger ce réseau.
Avantageusement, le module de filtrage comprend au moins un composant passif et/ou un composant actif. On entend par composant passif un composant dont l’état et/ou le comportement ne peut être contrôlé. Un tel composant passif permet de stocker ou conserver une énergie. De manière non limitative, il peut s’agir d’une résistance ou d’une inductance.
Le module de filtrage peut ne comprendre que des composants passifs de sorte qu’il forme un module de filtrage passif. Les composants passifs sont alors avantageusement dimensionnés de sorte que le module de filtrage présente une grande impédance à sa fréquence de résonance, afin de filtrer efficacement la composante alternative du courant dans le bras.
On entend par composant actif un composant commandable dont l’état et/ou le comportement peut être contrôlé. De manière non limitative, il peut s’agir d’un interrupteur, d’un semi-conducteur, tel un transistor ou encore d’un sous-module comprenant au moins un semi-conducteur.
Le module de filtrage peut comprendre au moins un composant actif, de sorte qu’il forme un module de filtrage actif.
De préférence, le module de filtrage comprend une inductance et une capacité connectées en parallèle l’une de l’autre. Encore de préférence, le module de filtrage consiste en une inductance et une capacité connectées en parallèle l’une de l’autre.
Le module de filtrage forme alors un filtre empêchant la circulation du courant alternatif dans le bras. On choisit avantageusement ladite inductance et ladite capacité de sorte que la fréquence de résonance du module de filtrage coïncide avec celle du réseau d’alimentation électrique alternatif.
Préférentiellement, le module de filtrage comprend une chaine de sous-modules supplémentaire comprenant une pluralité de sous-modules commandables individuellement par un organe de commande propre à chaque sous-module et chaque sous-module de ladite chaine de sous-modules supplémentaire comprenant au moins un condensateur connectable en série avec le bras lorsque l’organe de commande du sous-module est dans un premier état.
L’invention porte également sur une installation de transport de courant continu haute tension comprenant un réseau d’alimentation électrique continu, un réseau d’alimentation électrique alternatif et un convertisseur de tension tel que décrit précédemment, ledit convertisseur de tension étant configuré pour connecter électriquement lesdits réseaux d’alimentation électrique alternatif et continu entre eux.
Le réseau d’alimentation électrique continu est connecté électriquement aux premier et second terminaux continus. Le réseau d’alimentation électrique alternatif est connecté électriquement aux premier, deuxième et troisième terminaux alternatifs du convertisseur de tension.
L’invention porte par ailleurs sur un procédé de contrôle d’un convertisseur de tension permettant de convertir une tension alternative en une tension continue et inversement, le convertisseur de tension comprenant :
- des premier et second 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 ;
- un bras s’étendant entre les premier et second terminaux continus et comportant un premier module de conversion électrique et un second module de conversion électrique connectés en série dans ledit bras, les premier et second modules de conversion électrique présentant chacun une première borne continue et une seconde borne continue entre lesquelles il s’étend, ainsi qu’une première borne alternative et une seconde borne alternative;
- un dispositif de transformation d’énergie électrique comportant un premier enroulement primaire connecté entre les premier et deuxième terminaux alternatifs et un second enroulement primaire connecté entre les deuxième et troisième terminaux alternatifs, le dispositif de transformation d’énergie électrique comportant en outre un premier enroulement secondaire connecté entre les première et seconde bornes alternatives du premier module de conversion électrique et un second enroulement secondaire connecté entre les première et seconde bornes alternatives du second module de conversion électrique, le convertisseur de tension comprenant uniquement deux modules de conversion électrique,
le procédé comprenant les étapes selon lesquelles :
- on génère un premier courant alternatif contrôlable circulant dans le premier enroulement secondaire, à l’aide du premier module de conversion électrique ;
- on génère un second courant alternatif contrôlable circulant dans le second enroulement secondaire, à l’aide du second module de conversion électrique ;
- on contrôle les premier et second modules de conversion électrique de sorte que le premier courant alternatif circulant dans le premier enroulement secondaire et le second courant alternatif circulant dans le second enroulement secondaire sont déphasés.
De préférence, on contrôle les premier et second modules de conversion électrique de sorte que le premier courant alternatif circulant dans le premier enroulement secondaire et le second courant alternatif circulant dans le second enroulement secondaire sont déphasés d’un angle compris entre 55° et 65°, de préférence d’un angle sensiblement égal à 60°.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
La figure 1 illustre une installation HVDC comprenant un convertisseur de tension selon l’invention ;
La figure 2 illustre un premier mode de réalisation du convertisseur de tension de la figure 1;
La figure 3 illustre un sous-module de topologie en demi-pont ;
La figure 4 illustre un sous-module de topologie en pont complet ;
La figure 5 illustre une reconstruction de la distribution triphasée des trois courant de phase alternatifs circulant vers les terminaux alternatifs du convertisseur de la figure 2 ;
La figure 6 illustre une première variante d’un module de filtrage du convertisseur de tension de la figure 2 ;
La figure 7 illustre une seconde variante d’un module de filtrage du convertisseur de tension de la figure 2 ;
La figure 8 illustre un second mode de réalisation du convertisseur de tension de la figure 1.
L’invention porte sur un convertisseur de tension permettant de convertir une tension alternative en une tension continue et inversement et comprenant uniquement deux modules de conversion électrique.
La figure1illustre une installation HVDC8comprenant un premier mode de réalisation d’un convertisseur de tension10selon l’invention, connectant entre eux un réseau d’alimentation électrique continu12et un réseau d’alimentation électrique alternatif14 de l’installation. Le réseau d’alimentation électrique alternatif14est un réseau triphasé comprenant trois phases.
Comme on le constate sur la figure1, le convertisseur de tension10comprend un premier terminal continu16et un second terminal continu18configurés pour être reliés électriquement au réseau d’alimentation électrique continu12. La tensionV DC du réseau d’alimentation électrique continu12est illustrée entre le premier terminal continu16et le second terminal continu18.
Le convertisseur comprend un bras20s’étendant entre le premier terminal continu16et le second terminal continu18. Le bras20comprend un premier module de conversion électrique22et un second module de conversion électrique24connectés en série l’un de l’autre dans le bras20, entre les premier et second terminaux continus16,18.
Le premier module de conversion électrique22comprend une première borne continue22aet une seconde borne continue22bentre lesquelles il s’étend. Il est connecté dans le bras20par l’intermédiaire desdites première et secondes bornes continues22a,22b. De même, le second module de conversion électrique24comprend une première borne continue24aet une seconde borne continue24bentre lesquelles il s’étend. Il est connecté dans le bras20par l’intermédiaire desdites première et secondes bornes continues2 4 a,2 4 b.
Par ailleurs, le premier module de conversion électrique22comprend une première borne alternative23aet une seconde borne alternative23b. Le second module de conversion électrique24comprend une première borne alternative25aet une seconde borne alternative25b.
Selon l’invention, le convertisseur de tension10comprend uniquement et exactement deux modules de conversion22,24, contrairement aux convertisseurs de tension de l’art antérieur qui comprennent au moins trois modules de conversion électrique.
Sur la figure1, on constate que le convertisseur de tension10comprend également un premier terminal alternatif30, un deuxième terminal alternatif32et un troisième terminal alternatif34. Chacun des premier, deuxième et troisième terminaux alternatifs30,32,34est configuré pour être relié électriquement à l’une des trois phases du réseau d’alimentation électrique alternatif14.
Le convertisseur de tension10comprend en outre un dispositif de transformation d’énergie électrique4 0comprenant, dans cet exemple non limitatif, un unique transformateur biphasé comprenant des premier4 1aet second4 2aenroulements primaires associés respectivement à des premier4 1bet second4 2benroulements secondaires. Le dispositif de transformation d’énergie électrique40comprend uniquement et exactement deux enroulements primaires41a,42aet uniquement et exactement deux enroulements secondaires41b,42b. Le convertisseur de tension10comprend uniquement et exactement deux enroulements primaires41a,42aet uniquement et exactement deux enroulements secondaires41b,42b
Comme on le constate sur la figure1, le premier enroulement secondaire41best connecté entre les première et seconde bornes alternatives23a,23bdu premier module de conversion électrique22. Le second enroulement secondaire42best connecté entre les première et seconde bornes alternatives25a,25b du second module de conversion électrique24.
Selon l’invention, le premier enroulement primaire41aest connecté entre les premier et deuxième terminaux alternatifs30,32du convertisseur de tension10. En d’autres mots, le premier enroulement primaire41acomprend une première borne43reliée électriquement au premier terminal alternatif30et une seconde borne45reliée électriquement au deuxième terminal alternatif32. Le second enroulement primaire4 2 aest connecté entre les deuxième et troisième terminaux alternatifs3 2,3 4du convertisseur de tension10. En d’autres mots, le second enroulement primaire4 2 acomprend une première borne47reliée électriquement au deuxième terminal alternatif3 2et une seconde borne49reliée électriquement au troisième terminal alternatif34.
La figure2illustre un premier mode de réalisation du convertisseur de tension de la figure1muni d’une première variante des modules de conversion électrique. Dans ce mode de réalisation, le premier module de conversion électrique22et le second module de conversion électrique24sont sensiblement identiques. Le premier module de conversion électrique22comprend une branche principale46connectée entre les première et seconde bornes continues22a,22bdu premier module de conversion électrique22. Le premier module de conversion électrique22comprend une chaine de sous-modulesSMconnectée dans ladite branche principale46. De même, le second module de conversion électrique2 4comprend une branche principale4 8connectée entre les première et seconde bornes continues2 4 a,2 4 bdu second module de conversion électrique24et dans laquelle est également connectée une chaine de sous-modulesSM.
Chacune des chaines de sous-modules comprend une pluralité de sous-modulesSMconnectés en série les uns des autres dans la branche principale correspondante et qui peuvent être commandés suivant une séquence souhaitée. Sur la figure2, seuls deux sous-modules par chaine sont représentés. Toutefois, chaque chaine de sous-modules peut comprendre de deux à plusieurs dizaines de sous-modulesSM.
Comme illustré en figure3et4, chaque sous-moduleSMcomporte un dispositif de stockage d’énergie comprenant dans cet exemple un condensateurC SM , et un organe de commande pour connecter sélectivement ce condensateur en série entre les bornes du sous-moduleSMou pour le contourner.
La figure3illustre un sous-module ayant une topologie en demi-pont (« Half-bridge » en langue anglaise). Dans ce sous-module en demi-pont, l’organe de commande comporte un premier élément de commutation électroniqueT1tel qu’un transistor bipolaire à grille isolée (« IGBT : Insulated Gate Bipolar Transistor » en langue anglaise) connecté en série avec le condensateurC SM . Ce premier élément de commutationT1et ce condensateurC SM sont montés en parallèle d’un deuxième élément de commutation électroniqueT2, également un transistor bipolaire à grille isolée (IGBT). Ce deuxième élément de commutation électroniqueT2est couplé entre les bornes d’entrée et de sortie du sous-moduleSM. Les premier et deuxième éléments de commutationT1etT2sont tous deux associés à une diode antiparallèleDreprésentée sur les figures3et4.
En fonctionnement, le sous-module peut être placé dans deux états distincts.
Dans un premier état dit état « on » ou inséré, le premier élément de commutationT1et le deuxième élément de commutationT2sont configurés de manière à insérer le condensateurC SM dans la branche principale46,48, en série avec les autres sous-modules de la chaine de sous-modules. Dans un deuxième état dit état « off » ou non-inséré, le premier élément de commutationT1et le deuxième élément de commutationT2sont configurés de sorte à contourner le condensateurC SM et ne pas l’insérer dans la branche principale46,48.
Les sous-modules sont commandés selon une séquence choisie pour faire varier progressivement le nombre d’éléments de stockage d’énergie, et donc le nombre de condensateurs, qui sont connectés en série dans la chaine de sous-modules correspondante et donc dans le bras20du convertisseur de tension10, de façon à fournir plusieurs niveaux de tension.
La figure4illustre une variante du sous-module de la figure3, dans laquelle le sous-module présente une topologie en pont complet (« Full-bridge » en langue anglaise). Dans cette topologie, le sous-module comprend quatre éléments de commutationT’1,T’2,T’3,T’4, chacun étant associé en parallèle avec une diode antiparallèleD.
En se référant de nouveau à la figure2, on constate que le premier module de conversion électrique22comprend une liaison électrique supérieure50, reliant électriquement la première borne continue22aet la première borne alternative23adudit premier module de conversion électrique22. Le premier module de conversion électrique22comprend également une liaison électrique inférieure52, reliant électriquement la seconde borne continue22bet la seconde borne alternative23bdudit premier module de conversion électrique22. Dans cet exemple non limitatif, la liaison électrique supérieure50est munie d’un premier condensateur54. Le condensateur permet de bloquer la circulation d’un courant continu dans ladite liaison électrique supérieure50et dans le premier enroulement secondaire41b.
De même, le second module de conversion électrique24comprend une liaison électrique supérieure56, reliant électriquement la première borne continue2 4 aet la première borne alternative2 5 adudit second module de conversion électrique. Le second module de conversion électrique2 4comprend également une liaison électrique inférieure5 8, reliant électriquement la seconde borne continue2 4 bet la seconde borne alternative2 5 bdudit second module de conversion électrique2 4. Dans cet exemple non limitatif, la liaison électrique supérieure5 6est munie d’un second condensateur60. Le condensateur60permet de bloquer la circulation d’un courant continu dans ladite liaison électrique supérieure56et dans le second enroulement secondaire4 2 b.
La chaine de sous-modulesSMdu premier module de conversion électrique22permet de générer une première tension continue inséréeV C 1 contrôlable dans le bras entre les première et seconde bornes continues22a,22bdu premier module de conversion électrique22. La chaine de sous-modulesSMdu second module de conversion électrique24permet de générer une seconde tension continue inséréeV C 2 contrôlable dans le bras entre les première et seconde bornes continues24a,24bdu second module de conversion électrique2 4. Une tension totaleV sum apparait dans le bras20, entre la première borne continue22adu premier module de conversion électrique22et la seconde borne continue24bdu second module de conversion électrique24.
Lesdites première et seconde tensions continues inséréesV C 1 ,V C 2 permettent de contrôler un courant continuI DC circulant dans le bras.
La chaine de sous-modulesSMdu premier module de conversion électrique22permet en outre de générer une première tension alternative inséréeV 1 contrôlable entre les première et seconde bornes alternatives23a,23bdu premier module de conversion électrique22. La chaine de sous-modulesSMdu second module de conversion électrique24permet de générer une seconde tension alternative inséréeV 2 contrôlable entre les première et seconde bornes alternatives25a,25bdu second module de conversion électrique2 4 .
Ladite première tension alternative inséréeV 1 permet de générer un premier courant alternatifI 1 circulant dans la liaison électrique supérieure50et donc dans le condensateur54et dans le premier enroulement secondaire41b. Ladite seconde tension alternative inséréeV 2 permet en outre de générer un second courant alternatifI 2 circulant dans la liaison électrique supérieure5 6et donc dans le condensateur60et dans le premier enroulement secondaire4 2 b.
A partir des premier et second courant alternatifsI 1 ,I 2 circulant dans les premier et second enroulements secondaires41b,42b , le dispositif de transformation d’énergie électrique40fournit des premier et second courants alternatifsI p 1 ,I p 2 circulant dans les premier et second enroulements primaires41a,42a. A partir de ces deux courants alternatifs, le convertisseur de tension selon l’invention permet de reconstruire des premierI A , deuxièmeI B et troisièmeI C courants de phase alternatifs circulant vers les terminaux alternatifs30,32,34du convertisseur de tension, et donc vers le réseau d’alimentation électrique alternatif14.
Plus précisément, le premier courant de phase alternatifI A circule depuis la première borne43du premier enroulement primaire41a vers le premier terminal alternatif30. Le troisième courant de phase alternatifI C circule depuis la seconde borne4 9du second enroulement primaire4 2 a vers le troisième terminal alternatif3 4. Le deuxième courant de phase alternatifI B est un courant résultant de la différence entre le second courant alternatifI p 2 circulant dans le second enroulement primaire42aet le premier courant alternatifI p 1 circulant dans le premier enroulement primaire41a. Le deuxième courant de phase alternatifI B circule depuis un nœud électrique51vers le deuxième terminal alternatif32. Le nœud électrique s’étend entre la seconde borne45du premier enroulement primaire et la première borne47du second enroulement primaire42a.
Les relations liant les premier et second courants alternatifs circulant dans les premier et second enroulements primaires41a,42asont les suivantes :
Lesdits premier et second courants alternatifsI 1 ,I 2 , et par conséquent les premier, deuxième et troisième courants de phase alternatifsI A ,I B ,I C sont contrôlables en phase et en amplitude.
Le convertisseur de tension10comprend un module de contrôle100configuré notamment pour commander les premier et second modules de conversion22,24, et plus précisément les éléments de commutation des organes de commande des sous-modulesSMdesdits modules de conversion afin d’ajuster les première et seconde tensions continues inséréesV C 1 ,V C 2 , lesdites première et second tensions alternatives inséréesV 1 ,V 2 et par conséquent les premier et second courants alternatifsI 1 ,I 2 , ainsi que les premier, deuxième et troisième courants de phase alternatifsI A ,I B ,I C .
Les relations entre les premier et second courants alternatifsI 1 ,I 2 circulant dans les premier et second enroulements secondaires et les premier, deuxième et troisième courants de phase alternatifsI A ,I B ,I C sont les suivantes :
Dans ces relations,rest le rapport de transformation du dispositif de transformation d’énergie électrique.
Les trois courants de phase alternatifsI A ,I B ,I C permettent de définir un système triphasé. L’application d’une transformation de Fortescue à ce système, également appelée méthode des composantes symétriques, permet de décomposer ce système en une somme de trois systèmes triphasés, à savoir un système équilibré direct, un système équilibré inverse et un système homopolaire.
Le couplage des premier et second enroulements primaires41a,42adu dispositif transformation d’énergie électrique40aux terminaux alternatifs30,32,34du convertisseur de tension selon l’invention, dans lequel le premier enroulement primaire41aest connecté entre les premier et deuxième terminaux alternatifs30,32et le second enroulement primaire42aest connecté entre les deuxième et troisième terminaux alternatifs32,34, permet d’annuler la partie réelle et la partie imaginaire du système homopolaire.
La phase et l’amplitude du premier courant alternatifI 1 et du second courant alternatifI 2 circulant dans les enroulements secondaires41b,42bforment quatre degrés de liberté du système triphasé. Pour fournir un système triphasé équilibré, ces degrés de libertés doivent satisfaire quatre contraintes du système, qui sont le contrôle des puissances active et réactive et l’annulation des parties réelle et imaginaire du système inverse.
Le dispositif de transformation d’énergie électrique40du convertisseur de tension10selon l’invention permet d’obtenir une distribution triphasée de trois courants de phase alternatifs à partir de deux courants alternatifs circulant dans les enroulements secondaires. Le couplage des enroulements primaires41a,42adu convertisseur de tension10selon l’invention permet d’obtenir une distribution triphasée équilibrée de trois courants de phase alternatifsI A ,I B ,I C .
Le module de contrôle100est configuré pour commander l’organe de commande des sous-modules des premier et second modules de conversion électrique20,24de manière à imposer un déphasage choisi entre les premier et second courants alternatifsI 1 ,I 2 . De manière non limitative, ce déphase est de préférence d’un angle compris entre 55° et 65°, de préférence d’un angle sensiblement égal à 60°. Ceci permet d’obtenir un déphasage d’environ 120° entre les premier, deuxième et troisième courants de phase alternatifsI A ,I B ,I C et donc d’obtenir un système de courant triphasé équilibré.
La reconstruction de la distribution triphasée des trois courant de phase alternatifsI A ,I B ,I C à partir des premier et second courants alternatifsI 1 ,I 2 est illustrée sur la figure5. On constate sur cette figure5qu’un déphasage d’environ 60° entre les premier et second courants alternatifsI 1 ,I 2 améliore l’équilibre du système triphasé obtenu et permet d’obtenir un déphasage d’environ 120° entre le premier et deuxième courants de phase alternatifsI A ,I B , entre les deuxième et troisième courants de phase alternatifsI B ,I C et entre les troisième et premier courants de phase alternatifsI C ,I A . De manière non limitative, le module de contrôle commande les modules de conversion électrique de sorte que le premier courant alternatifI 1 circulant dans le premier enroulement secondaire41best en phase avec le premier courant de phase alternatifI A .
Sur la figure2, on remarque que le convertisseur de tension10comprend par ailleurs un module de filtrage80connecté en série avec le bras20, entre les premier et second terminaux continus16,18, et plus précisément entre le premier terminal continu16et la première borne continue22adu premier module de conversion électrique22. Le module de filtrage8 0est configuré pour filtrer la composante alternative des première et seconde tensions continues inséréesV C 1 ,V C 2 dans le bras20, de manière à empêcher la circulation d’un courant alternatif dans le bras et à garantir la circulation dans le bras d’un unique courant continuI DC .
Une première variante d’un module de filtrage est illustrée en figure6. Dans cet exemple, le module de filtrage8 0comprend une inductance8 2et une capacité8 4connectées en parallèle l’une de l’autre. Ces deux composants sont passifs de sorte que le module de filtrage8 0est également passif.
Ladite inductance8 2et ladite capacité8 4forment un filtre permettant de réduire, de préférence supprimer, la composante alternative circulant dans le bras20. Elles sont dimensionnées de sorte que la fréquence de résonance du module de filtrage8 0coïncide avec celle du réseau d’alimentation électrique alternatif14et pour que le module de filtrage80présente une grande impédance à ladite fréquence de résonance.
La figure7illustre une seconde variante d’un module de filtrage8 0. Dans cet exemple, le module de filtrage8 0comprend une chaine de sous-modules supplémentaire comprenant une pluralité de sous-modulesSMcommandables individuellement par un organe de commande propre à chaque sous-module. Chaque sous-module de ladite chaine de sous-modules supplémentaire comprend au moins un condensateur connectable en série avec le bras20lorsque l’organe de commande du sous-module est dans un premier état.
La chaîne de sous-modules supplémentaire permet de générer une tension alternativev supp à ses bornes ayant une amplitude égale à celle de la composante alternative de la tension totale aux bornes de l’ensemble des chaines de sous-modules du bras20, et ayant une phase opposée. Les sous-modules de cette chaine de sous-modules supplémentaire sont avantageusement de type en pont complet.
On constate sur la figure2que le convertisseur de tension10comprend en outre un module de démarrage90. Dans cet exemple non limitatif, le module de démarrage90comprend un interrupteur92connecté au second terminal continu18du convertisseur de tension et une résistance de limitation94connectée en parallèle dudit interrupteur92. Le module de démarrage90est configuré pour charger les condensateurs des sous-modulesSMdes premier et second modules de conversion électrique22,24afin de permettre le démarrage du convertisseur de tension10et le contrôle des courants continu et alternatifs circulant dans le convertisseur de tension.
Lorsque le module de démarrage est placé dans un premier état, ledit interrupteur92est ouvert de sorte qu’un courant non-contrôlé apparait et circule dans le bras20.
Les condensateursC SM des sous-modules du bras se chargent et la tension aux bornes des premier et second modules de conversion électrique22,24augmente progressivement jusqu’à atteindre sa valeur nominale. Les sous-modules sont ensuite commandés pour augmenter progressivement l’énergie stockée dans leurs condensateurs. Lorsque la tension aux bornes de chaque chaine de sous-modules atteint une valeur finale prédéterminée, l’interrupteur92est alors fermé de manière à court-circuiter et ainsi contourner ladite résistance de limitation94. Le module de démarrage est alors placé dans un second état.
Le contrôle du courant continu circulant dans le bras et des courants alternatifs circulant dans les enroulements du dispositif de transformation d’énergie électrique40 est alors rétabli et le convertisseur de tension fonctionne alors normalement.
En variante, le module de démarrage90pourrait être connecté entre le réseau d’alimentation électrique alternatif et les terminaux alternatifs du convertisseur.
La figure8illustre un second mode de réalisation du convertisseur de tension de la figure1comprenant une deuxième variante des modules de conversion électrique2 2,24. Dans ce mode de réalisation, les premier et second modules de conversion électrique22,24comprennent également chacun une branche principale46,48dans laquelle est connectée une chaine de sous-modulesSM.
Le premier module de conversion électrique22comprend en outre une branche secondaire62, connectée entre les première et seconde bornes continues22a ,23a, en parallèle de la branche principale46. Le second module de conversion électrique2 4comprend également une branche secondaire6 4, connectée entre les première et seconde bornes continues22a ,23a, en parallèle de la branche principale46.
Dans la branche secondaire62du premier module de conversion électrique22, sont connectés en série une chaine de sous-modulesSMet un pont en H6 6. De même, dans la branche secondaire64du second module de conversion électrique24sont connectés en série une chaine de sous-modulesSMet un pont en H68. Lesdits ponts en H66,68comprennent chacun une première sous-branche66a,68aet une seconde sous-branche66 b,68b, connectées en parallèle l’une de l’autre. Lesdites sous-branches66a,66b,68a,68bcomprennent chacune deux interrupteurs70reliés électriquement l’un à l’autre dans lesdites sous-branches.
Les deux interrupteurs70de la première sous-branche66adu premier module de conversion électrique22sont connectés entre eux en un premier point intermédiaire72. Les deux interrupteurs70de la seconde sous-branche66 bdu premier module de conversion électrique22sont connectés entre eux en un second point intermédiaire7 4. Le premier point intermédiaire72est relié électriquement à la première borne alternative23adu premier module de conversion électrique22et à une première borne du premier enroulement secondaire41b. Le second point intermédiaire7 4est relié électriquement à la seconde borne alternative23 bdu premier module de conversion électrique22, et à une seconde borne du premier enroulement secondaire41b.
De même, les deux interrupteurs70de la première sous-branche6 8 adu second module de conversion électrique2 4sont connectés entre eux en un premier point intermédiaire72. Les deux interrupteurs70de la seconde sous-branche6 8bdu second module de conversion électrique2 4sont connectés entre eux en un second point intermédiaire7 4. Le premier point intermédiaire72est relié électriquement à la première borne alternative2 5 adu second module de conversion électrique2 4et à une première borne du second enroulement secondaire4 2 b. Le second point intermédiaire7 4est relié électriquement à la seconde borne alternative2 5bdu second module de conversion électrique22et à une seconde borne du second enroulement secondaire4 2 b.
Les interrupteurs des deux ponts en H66,68sont commandés par le module de contrôle100. Lesdits ponts en H66,68permettent d’ajuster le sens de circulation du premier ou second courant alternatif circulant dans l’enroulement secondaire correspondant du dispositif de transformation d’énergie électrique.

Claims (17)

  1. Convertisseur de tension (10) permettant de convertir une tension alternative en une tension continue et inversement, le convertisseur de tension comprenant :
    - des premier et second terminaux continus (16,18) configurés pour être reliés électriquement à un réseau d’alimentation électrique continu (12) ;
    - des premier, deuxième et troisième terminaux alternatifs (30,32,34) configurés pour être reliés électriquement à un réseau d’alimentation électrique alternatif ;
    - un bras (20) s’étendant entre les premier et second terminaux continus et comportant un premier module de conversion électrique (22) et un second module de conversion électrique (24) connectés en série dans ledit bras, les premier et second modules de conversion électrique présentant chacun une première borne continue (22a,24a) et une seconde borne continue (22b,24b) entre lesquelles il s’étend, ainsi qu’une première borne alternative (23a,25a) et une seconde borne alternative (23b,25b);
    - un dispositif de transformation d’énergie électrique (40) comportant un premier enroulement primaire (41a) connecté entre les premier et deuxième terminaux alternatifs et un second enroulement primaire (42a) connecté entre les deuxième et troisième terminaux alternatifs, le dispositif de transformation d’énergie électrique comportant en outre un premier enroulement secondaire (41b) connecté entre les première et seconde bornes alternatives du premier module de conversion électrique et un second enroulement secondaire (42b) connecté entre les première et seconde bornes alternatives du second module de conversion électrique, le premier module de conversion électrique étant configuré pour générer un premier courant alternatif (I1) contrôlable circulant dans le premier enroulement secondaire, le second module de conversion électrique étant configuré pour générer un second courant alternatif (I2) contrôlable circulant dans le second enroulement secondaire ;
    - un module de contrôle (100) configuré pour commander les premier et second modules de conversion électrique de sorte que le premier courant alternatif circulant dans le premier enroulement secondaire et le second courant alternatif circulant dans le second enroulement secondaire sont déphasés,
    le convertisseur de tension comprenant uniquement deux modules de conversion électrique.
  2. Convertisseur de tension selon la revendication 1, dans lequel le module de contrôle (100) est configuré pour commander les premier et second modules de conversion électrique (22,24) de sorte que le premier courant alternatif (I1) circulant dans le premier enroulement secondaire (41b) et le second courant alternatif (I2) circulant dans le second enroulement secondaire (42b) sont déphasés d’un angle compris entre 55° et 65°, de préférence d’un angle sensiblement égal à 60°.
  3. Convertisseur de tension selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les premier et second modules de conversion électrique (22,24) comprennent chacun une branche principale (46,48) s’étendant entre les première (22a,24a) et seconde (22b,24b) bornes continues du module de conversion électrique correspondant et dans laquelle est connectée une chaine de sous-modules (SM), chacune des chaines de sous-modules comprenant une pluralité de sous-modules commandables individuellement par un organe de commande (T1,T2) propre à chaque sous-module et chaque sous-module comprenant un condensateur (CSM), l’organe de commande de chaque sous-module pouvant prendre au moins un premier état dans lequel le condensateur est inséré dans la branche principale et un deuxième état dans lequel le condensateur n’est pas inséré dans ladite branche principale.
  4. Convertisseur de tension selon la revendication 3, dans lequel le module de contrôle (100) est configuré pour commander les organes de commande (T1,T2) des sous-modules (SM) des chaines de sous-modules des premier et second modules de conversion électrique (22,24), de manière à réguler les tensions aux bornes desdites chaines de sous-modules.
  5. Convertisseur de tension selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel au moins un des premier et second modules de conversion électrique (22,24) comprend une liaison électrique supérieure (50), reliant électriquement la première borne continue (22a,24a) et la première borne alternative (23a,25a) dudit module de conversion électrique, et une liaison électrique inférieure (52), reliant électriquement la seconde borne continue (22b,24b) et la seconde borne alternative (23b,25b) dudit module de conversion électrique, ledit module de conversion électrique comprenant au moins un condensateur (54,60) connecté dans ladite liaison électrique supérieure ou dans ladite liaison électrique inférieure.
  6. Convertisseur de tension selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel au moins un des premier et second modules de conversion électrique (22,24) comprend une branche secondaire (62,64), s’étendant entre les première (22a,24a) et seconde (22b,24b) bornes continues dudit module de conversion électrique, et dans laquelle sont connectés en série une chaine de sous-modules (SM) comprenant une pluralité de sous-modules commandables, et un pont en H (66,68) comprenant une première sous-branche (66a,68a) dans laquelle sont connectés deux interrupteurs (70) et une seconde sous-branche (66b,68b), connectée en parallèle de la première sous-branche, et dans laquelle sont connectés deux interrupteurs (70), les première (23a,25a) et seconde (23b,25b) bornes alternatives dudit module de conversion électrique étant reliées électriquement respectivement à la première sous-branche et à la seconde sous-branche.
  7. Convertisseur de tension selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les sous-modules (SM) des chaines de sous-modules des premier et second modules de conversion électrique (22,24) présentent une topologie en demi-pont ou une topologie en pont complet.
  8. Convertisseur de tension selon l’une quelconque des revendications 3 à 7, comprenant en outre un module de démarrage (90) configuré pour charger les condensateurs (CSM) des sous-modules (SM) des premier et second modules de conversion électrique (22,24), lorsqu’il est placé dans un premier état.
  9. Convertisseur de tension selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel ledit convertisseur de tension (10) comprend uniquement deux enroulements primaires (41a,42a) et deux enroulements secondaires (41b,42b).
  10. Convertisseur de tension selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le dispositif de transformation d’énergie électrique (40) comprend un unique transformateur comprenant lesdits premier et second enroulements primaires (41a,42a) ainsi que lesdits premier et second enroulements secondaires (41b,42b).
  11. Convertisseur de tension selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le dispositif de transformation d’énergie électrique (40) comprend : un premier transformateur comprenant le premier enroulement primaire (41a) et le premier enroulement secondaire (41b) ; et un second transformateur comprenant le second enroulement primaire (42a) et le second enroulement secondaire (42b).
  12. Convertisseur de tension selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant au moins un module de filtrage (80) connecté en série avec le bras (20) et configuré pour limiter la composante alternative d’un courant (IDC) circulant dans ledit bras.
  13. Convertisseur de tension selon la revendication 12, dans lequel le module de filtrage (80) comprend au moins un composant passif et/ou un composant actif.
  14. Convertisseur de tension selon la revendication 12 ou 13, dans lequel le module de filtrage (80) comprend une chaine de sous-modules supplémentaire comprenant une pluralité de sous-modules (SM) commandables individuellement par un organe de commande propre à chaque sous-module et chaque sous-module de ladite chaine de sous-modules supplémentaire comprenant au moins un condensateur connectable en série avec le bras (20) lorsque l’organe de commande du sous-module est dans un premier état.
  15. Installation de transport de courant continu haute tension (8) comprenant un réseau d’alimentation électrique continu (12), un réseau d’alimentation électrique alternatif (14) et un convertisseur de tension (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, ledit convertisseur de tension étant configuré pour connecter électriquement lesdits réseaux d’alimentation électrique alternatif et continu entre eux.
  16. Procédé de contrôle d’un convertisseur de tension (10) permettant de convertir une tension alternative en une tension continue et inversement, le convertisseur de tension comprenant :
    - des premier et second terminaux continus (16,18) configurés pour être reliés électriquement à un réseau d’alimentation électrique continu (12) ;
    - des premier, deuxième et troisième terminaux alternatifs (30,32,34) configurés pour être reliés électriquement à un réseau d’alimentation électrique alternatif (14);
    - un bras (20) s’étendant entre les premier et second terminaux continus et comportant un premier module de conversion électrique (22) et un second module de conversion électrique (24) connectés en série dans ledit bras, les premier et second modules de conversion électrique présentant chacun une première borne continue (22a,24a) et une seconde borne continue (22b,24b) entre lesquelles il s’étend, ainsi qu’une première borne alternative (23a,25a) et une seconde borne alternative (23b,25b);
    - un dispositif de transformation d’énergie électrique (40) comportant un premier enroulement primaire (41a) connecté entre les premier et deuxième terminaux alternatifs et un second enroulement primaire (42a) connecté entre les deuxième et troisième terminaux alternatifs, le dispositif de transformation d’énergie électrique comportant en outre un premier enroulement secondaire (41a) connecté entre les première et seconde bornes alternatives (23a,23b) du premier module de conversion électrique et un second enroulement secondaire (42b) connecté entre les première et seconde bornes alternatives (25a,25b) du second module de conversion électrique, le convertisseur de tension comprenant uniquement deux modules de conversion électrique,
    le procédé comprenant les étapes selon lesquelles :
    - on génère un premier courant alternatif (I1) contrôlable circulant dans le premier enroulement secondaire, à l’aide du premier module de conversion électrique ;
    - on génère un second courant alternatif (I2) contrôlable circulant dans le second enroulement secondaire, à l’aide du second module de conversion électrique ;
    - on contrôle les premier et second modules de conversion électrique de sorte que le premier courant alternatif circulant dans le premier enroulement secondaire et le second courant alternatif circulant dans le second enroulement secondaire sont déphasés.
  17. Procédé de contrôle selon la revendication 16, dans lequel on contrôle les premier et second modules de conversion électrique (22,24) de sorte que le premier courant alternatif (I1) circulant dans le premier enroulement secondaire (41b) et le second courant alternatif (I2) circulant dans le second enroulement secondaire (42b) sont déphasés d’un angle compris entre 55° et 65°, de préférence d’un angle sensiblement égal à 60°.
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