Dissertations / Theses: 'Convertisseur DC/DC multi-phase'

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Boucherit, Ahmed. "Conception d'un convertisseur de puissance pour véhicules électriques multi-sources." Phd thesis, Université de Technologie de Belfort-Montbeliard, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00823565.

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Abstract:

L'utilisation des plusieurs sources d'énergies de caractéristiques différentes, à bord du véhicule électrique VE) nécessite l'adoption de convertisseurs statiques. Ces derniers peuvent avoir la fonction de conditionneur 'énergie des différentes sources et/ou commander les machines électriques du véhicule.Généralement les VE disposent d'un bus continu " de quelques centaines de volts " dont la stabilité est assurée par un groupe de convertisseurs élévateurs de tension (du fait que les sources ont généralement un niveau de tension faible ; quelques dizaines de volts). Lors des démarrages/arrêts très fréquents du VE en mode urbain, les sources pourraient alimenter directement le moteur de traction sans avoir recours aux convertisseurs élévateurs de tension. Afin d'exploiter cette fonctionnalité, nous proposons d'explorer une deuxième architecture de convertisseur basée sur l'adoption d'un niveau de tension variable du bus continu. Dans cette approche, la tension minimale de ce dernier est fixée en fonction des niveaux de tensions disponibles du côté des sources et de la vitesse requise (niveau des f.é.m du moteur de traction). Ainsi, le rapport variable d'élévation de la tension est minimal à faible vitesse du véhicule en mode urbain et il est maximal à grande vitesse, en modes route et autoroute. Ceci apportera une amélioration du rendement énergétique de l'ensemble sources-moteurs notamment en mode urbain. Par ailleurs, l'utilisation grand public de ces véhicules exige des contraintes maximales de disponibilité (continuité de service) des fonctions principales notamment l'alimentation embarquée. A travers le travail de cette thèse nous proposons une nouvelle topologie du convertisseur de puissance entre les sources (une Pile à combustibles associée à un pack de super-condensateurs) et les charges (moteur de traction et réseau de bord alimentant les auxiliaires du véhicule). Ce convertisseur adopte une tension variable du bus continu et une redondance de l'alimentation du moteur de traction. Après la présentation du convertisseur proposé et son positionnement par rapport à la littérature, une analyse du fonctionnement et la modélisation de sa partie DC-DC est détaillée notamment à travers des résultats de simulation de ses différents modes. A ce titre un programme de simulation fine (à l'échelle des impulsions de commande) du système entier a été développé. Dans un deuxième temps, la commande automatique et rapprochée des interrupteurs de puissance a été développée en se basant respectivement sur la méthode de contrôle par petits signaux et la commande hystérésis de courant, triangulaire-rapport cyclique et triangulaire-sinus. Les résultats de simulation des fonctionnalités principales attendues mettent en évidence la faisabilité de l'architecture du convertisseur de puissance proposée. Enfin, une maquette expérimentale à échelle réduite a été développée dans le but de valider l'étude théorique. Les premiers tests expérimentaux de la partie DC-DC du convertisseur donnent des résultats satisfaisant et valident ainsi le processus de conception. Le travail futur sera la réalisation d'une maquette à échelle 1 dans laquelle la conception du refroidisseur sera intégrée en amont de la réalisation du plan de masse dudit convertisseur. Nous pensons que cela permettra une meilleure optimisation de l'espace à bord du véhicule et améliorera le rendement énergétique de la chaine de traction.

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Paez, alvarez Juan. "Convertisseur DC-DC pour les interconnexions dans les réseaux HVDC." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAT075.

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Abstract:

L'expansion de la production d'énergie renouvelable expérimentée au cours des dernières décennies et l'augmentation constante de la demande d'énergie, pousse les limites du réseau électrique actuel. Ce réseau ne suffira pas pour répondre correctement aux besoins futurs. Ainsi, la vision du futur réseau électrique semble indiquer un nouveau paradigme: un réseau maillé combinant le système en courant alternatif existant avec un réseau de transmission à courant continu multi-terminaux. Les convertisseurs DC-DC à haute tension et hautes puissances sont identifiés comme un élément clé pour ces futurs réseaux. Cela représente un tout nouveau domaine de recherche qui commence à susciter un vif intérêt dans les milieux universitaires et industriels, car de nombreux défis doivent être résolus.Trouver un circuit approprié pour la mise en œuvre de tels convertisseurs DC-DC est un défi en soi, mais plusieurs questions restent ouvertes concernant les fonctionnalités et les services que ces structures peuvent offrir au futur système électrique.Dans cette thèse, l'étude détaillée des convertisseurs DC-DC pour HVDC est abordée. Un examen complet des différentes méthodes de conversion proposées dans la littérature est d’abord présenté. Ensuite, deux topologies prometteuses sont étudiées en détail, analysant ses principes de fonctionnement et proposant des méthodes de contrôle appropriées. L'intégration au réseau des deux convertisseurs est également abordée à partir d'une étude de cas. Il implique l’interconnexion de deux réseaux DC en conditions normales et en défaut. Enfin, une méthodologie générale permettant d’évaluer la comparaison de diverses topologies de convertisseurs DC-DC pour le HVDC est proposée. La méthodologie est appliquée pour comparer les deux structures en révélant la région d'intérêt potentielle pour chaque convertisseur
Due to the renewable energy generation expansion experimented over the last decades and to the constant increase of energy demand, it appears that the current electrical grid will not be sufficient to answer correctly the future needs and requirements. Thus, the vision of the future electrical grid seems to point towards a new paradigm: a meshed grid that combines the existing AC system with a multiterminal DC transmission grid. DCDC converters with a high voltage and a high power rating are identified as a key element and enabling technology for these future grids. This represents a whole new area of research which is starting to attract a lot of academic and industrial interest, as many challenges need to be solved.Finding a suitable circuit for the implementation of such DCDC converters is a challenge itself, but also there are several open questions about the functionalities and services that such structures can offer to the future electrical system.In this thesis the detailed study of DC-DC converters for HVDC is addressed. A comprehensive review of the different conversion methods proposed in literature is first presented. Then, two promising HVDC DC-DC converter topologies are studied in detail, analyzing its operation principles and proposing appropriate control methods. The grid integration of both converters is also addressed based on a case study. It involves the interconnection of two DC grids during normal and fault conditions. Finally a general methodology to assess the comparison of diverse HVDC converter topologies is proposed. The methodology is applied to compare both structures revealing the potential region of interest for each converter

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Tarraf, Rebecca. "Modélisation et Commande Optimale d'un Convertisseur Multi-Active Bridge (MAB)." Electronic Thesis or Diss., Université Grenoble Alpes, 2024. http://www.theses.fr/2024GRALT048.

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Abstract:

Un convertisseur à multiples ponts actifs, appelé aussi convertisseur MAB (pour Multi-Active Bridge converter en anglais), est une topologie intéressante de « Hub Energétique » qui a apparu récemment. Dans un Hub Energétique, la production, la consommation et le stockage de l'énergie électrique ont lieu au sein de la même structure. De plus, les convertisseurs MAB sont des convertisseurs multiports dotés d'une isolation galvanique intrinsèque. Celle-ci est obtenue en connectant les ports de cette topologie par l'intermédiaire d'un transformateur haute fréquence (HF). L'isolation galvanique est nécessaire pour les applications où différentes sources d'alimentation/charges présentant d'importantes dissimilitudes de tensions et de puissances nominales doivent être connectées ensemble. Par conséquent, un convertisseur MAB peut connecter plusieurs sources d'énergie, charges et systèmes de stockage d'énergie électrique ensemble, permettant un flux d'énergie multidirectionnel entre eux. Pour toutes ces raisons, les convertisseurs MAB ont dernièrement attiré beaucoup l'attention, notamment pour les applications sollicitant des sources d'énergie renouvelables et des systèmes de stockage d'énergie.En général, l'objectif principal du contrôle d'un convertisseur MAB est de gérer les flux de puissance active entre ses ports en fonction des besoins de chacun d'entre eux. Cependant, l'optimisation du contrôle de ce convertisseur peut être réalisée en ajoutant des contraintes, visant à minimiser les pertes du système par exemple.Dans cette thèse, le modèle mathématique d'un convertisseur MAB est développé pour représenter son comportement en régime transitoire et en régime permanent. Ce modèle est ensuite utilisé pour élaborer une méthode de calcul des pertes de conduction et de commutation du convertisseur MAB à n'importe quel point de fonctionnement. Une stratégie de commande optimisée est proposée dans le but de minimiser les pertes totales du système sur toute sa plage de fonctionnement. Cette stratégie de commande utilise le modèle mathématique et la méthode de calcul des pertes développés pour prédire la combinaison optimale des paramètres de contrôle aboutissant à des pertes minimales pour tout point de fonctionnement désiré.Un prototype d'un convertisseur MAB à quatre ports (Quadruple Active Bridge) est construit et des résultats expérimentaux sont présentés dans le manuscrit pour démontrer la fiabilité du modèle mathématique et l'efficacité de la stratégie de commande proposée dans cette thèse.En général, les structures MAB sont basées sur des convertisseurs alimentés en tension. Cependant, dans certaines applications, il peut être utile d'avoir un port alimenté en courant en raison des caractéristiques de la charge ou des contraintes opérationnelles. Cela conduit à une structure MAB hybride qui mélange à la fois des ponts alimentés en courant et des ponts alimentés en tension. Dans la dernière partie du manuscrit, une nouvelle topologie de convertisseur MAB à alimentation hybride est présentée et étudiée. Son modèle mathématique est développé et une stratégie de commande est proposée. Des résultats de simulation sont fournis afin de valider l'étude théorique présentée
A Multi-Active Bridge (MAB) converter is an interesting energy hub topology that has emerged in recent years. In an energy hub, the production, consumption and storage of electrical energy all take place within the same structure. In addition, MAB converters are multiport converters with intrinsic galvanic isolation. This is achieved by connecting the ports of this topology through a high-frequency (HF) transformer. Galvanic isolation is crucial for applications where different power sources/loads with important voltage dissimilarities and power ratings need to be connected together. Consequently, a MAB converter can connect several energy sources, loads and energy storage systems together, allowing multidirectional power flow between them. For these reasons, MAB converters are attracting great attention in many applications, especially those requiring energy storage and/or integration of renewable energy sources.In general, the main objective of controlling a MAB converter is to manage the active power flows between its ports based on each port's requirements. However, optimizing the control of this converter can be achieved by adding another constraint, aiming to minimize the system’s losses for example.In this thesis, the mathematical modelling of a selected MAB converter topology is first developed to represent its steady-state and dynamic behaviour. This developed model is then used to elaborate a method for calculating the conduction and switching losses of the MAB converter at any operating point and for any combination of its control parameters. After that, an optimized control strategy is proposed with the aim of minimizing the total system losses over the entire operating range of the MAB converter. The proposed control strategy uses the developed mathematical model and the loss calculation method to predict the optimal combination of the control parameters resulting in minimum losses, and therefore an increased efficiency for any desired operating point.A four-port 4×500 W prototype of a MAB converter (Quadruple Active Bridge) is built and experimental results are presented to demonstrate the reliability of the mathematical model and to prove the effectiveness of the proposed control strategy.In general, MAB structures are based on voltage converters. However, in some applications, it may be useful to have a current-fed input port due to load characteristics or operational constraints. This leads to a hybrid MAB structure that mixes both current and voltage-fed bridges. In the final part of the manuscript, a novel hybrid-fed MAB converter topology is presented and evaluated. Its mathematical model is developed and a control strategy is proposed. Simulation results are provided in order to validate the presented theoretical study

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Ngoua, teu Magambo Jean-Sylvio. "Modélisaton et conception de transformateurs planar pour convertisseur de puissance DC/DC embarqué." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2017. http://www.theses.fr/2017ECLI0025.

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Abstract:

Ces travaux de thèse s’inscrivent dans la problématique de développement de transformateurs planar pour l’intégration de puissance, dans le contexte de l’avion plus électrique (More Electric Aircraft – MEA) où les contraintes de volume et de poids sont primordiales. Les composants magnétiques restent en effet un frein à l’intégration des systèmes d’Electronique de Puissance et les composants planar (transformateurs et inductances) offrent une alternative intéressante aux composants bobinés pour la réduction de la taille des convertisseurs.Dans ce manuscrit, des méthodes, un outil de dimensionnement et des prototypes de transformateurs planar (2 et 3 enroulements) en technologie feuillard et PCB sont développés pour des applications de convertisseur DC/DC aéronautique. Dans un premier temps, les modèles permettant le calcul des pertes, l'estimation de l'élévation de température et le calcul de l’inductance de fuite sont présentés et comparés afin de concevoir des outils de calculs pour la conception. Dans un deuxième temps, il est montré que la modification de la forme des angles des spires rectangulaires permet de réduire significativement les pertes cuivre HF. Sur la base de ces outils et résultats, des prototypes de transformateurs planar à 3 enroulements en PCB multicouches sont développés. De nombreux prototypes sont caractérisés et valident les modèles de dimensionnement proposés. Enfin, l’un de ces prototypes est intégré et testé dans un convertisseur de puissance DC/DC de 3.75kW mettant en évidence les gains obtenus
These thesis works deal with the issue of the planar transformers development for power integration, in the context of the More Electric Aircraft (MEA), where the constraints of volume and weight are paramount. Magnetic components remain a hindrance to the integration of Power Electronics systems and planar components (transformers and inductors) offer an interesting alternative to wound components for reducing the size of converters.In these works, methods, a sizing tool and prototypes of planar transformers (2 and 3 windings) in strip and PCB technology are developed for aeronautical DC / DC converter applications. Firstly, the models allowing the calculation of the losses, the estimation of the temperature rise and the calculation of the leakage inductance are presented and compared in order to design calculation tools for engineers. In a second step, it is shown that the modification of the shape of the angles of rectangular turns makes it possible to significantly reduce the HF copper losses.Based on these tools and results, prototypes of 3-windings planar transformers in multilayer PCBs are developed. Many prototypes are characterized and validate the proposed designing models. Finally, one of these prototypes is integrated and tested in a DC / DC power converter of 3.75kW highlighting the gains obtained

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Frappé, Emmanuel. "Architecture de convertisseur statique tolérante aux pannes pour générateur pile à combustible modulaire de puissance-traction 30kW." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00796139.

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Abstract:

Dans l'objectif d'une augmentation en puissance des piles à combustible pour satisfaire les besoins énergétiques des applications embarquées, une solution consiste à augmenter la taille des assemblages. Dès lors, des problèmes de disparités fluidique, thermique et électrique peuvent survenir dans le cœur des piles et conduire ainsi à l'apparition de défaut. La pile à combustible, de par sa nature de source électrique basse tension - fort courant, requiert d'être couplée au réseau électrique embarqué par l'intermédiaire d'un convertisseur statique. Ce dernier peut alors être employé pour agir de façon corrective sur la pile et aussi de corriger les défaillances qui en sont liées. Dans cette perspective, le convertisseur doit avoir en permanence un retour sur l'état de santé de la pile. Pour cela, une méthode de détection et d'identification de défaut de type noyage et d'assèchement pour une pile du type PEMFC a été approfondie. Cette méthode simple, économique en capteurs, se base sur la mesure de 3 tensions de cellule judicieusement sélectionnées et localisées sur la pile. Ainsi, l'utilisation de l'information " spatiale ", qui correspond à la position de la mesure de tension dans la pile permet d'identifier les défauts. Le principe de la détection localisée nous amène alors à considérer le concept de pile segmentée qui consiste à séparer électriquement la pile en 3 parties de façon à ce que des convertisseurs associés puissent agir électriquement sur chaque segment. L'action peut être du type tout ou rien, ou contrôlée. Cette dernière offre davantage de degrés de liberté, et est moins contraignante pour la pile d'un point de vue électrique. Pour choisir comment réaliser cette action, une étude comparative de plusieurs topologies de convertisseur est effectuée. Les structures alimentées en courant répondent au mieux aux contraintes électriques d'une PEMFC et sont donc privilégiées, de même que la nécessité d'une isolation galvanique imposée par la segmentation de la pile. Au final, une topologie de BOOST isolé résonant est apparue comme étant la topologie répondant au mieux à l'ensemble des critères (plage de fonctionnement, performances énergétiques, nombre de composants). L'ensemble convertisseur global intègre ainsi trois structures unitaires qui permettent d'offrir une modularité, une action indépendante sur chaque segment et de garantir une disponibilité du système grâce à un fonctionnement dégradé. Pour cela, la stratégie de commande de l'ensemble convertisseur intègre les informations issues de la méthode de détection. La thèse se termine avec le dimensionnement complet d'un pré-prototype du convertisseur avec le choix des composants actif et passifs, et du système de refroidissement associé.

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Wang, Hanqing. "Design and control of a 6-phase Interleaved Boost Converter based on SiC semiconductors with EIS functionality for Fuel Cell Electric Vehicle." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2019. http://www.theses.fr/2019UBFCA009/document.

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Abstract:

Cette thèse traite l’étude et le contrôle d’un hacheur élévateur à 6 phases entrelacées basé sur des semi-conducteurs en carbure de silicium (SiC) et des inductances couplées inverses pour véhicules électriques à pile à combustible (FCEV). . L'ondulation du courant dans la pile est combustible est considérablement réduite et la durée de vie de celle-ci peut être prolongée. Les semi-conducteurs en SiC, en raison de leurs faibles pertes, permettent de meilleures performances thermiques et une fréquence de commutation plus élevée. Les volumes des composants passifs (inductances et condensateurs) sont ainsi réduits. Grâce aux inductances à couplage inverse, les pertes du noyau magnétique et du bobinage sont réduites.La stratégie de contrôle par mode glissant est développée en raison de sa grande robustesse face aux variations de paramètres. La fonctionnalité de détection en ligne de spectroscopie d'impédance électrochimique (SIE) est intégrée avec succès à l’algorithme de contrôle par mode glissant.La validation HIL (Hardware In the Loop) en temps réel du convertisseur proposé est obtenue en implémentant la partie puissance dans le FPGA et la partie commande dans le microprocesseur du système de prototypage MicroLabBox de dSPACE. La comparaison entre la simulation hors ligne et la validation HIL a démontré le comportement dynamique du convertisseur proposé et validé la mise en œuvre du contrôle dans un contrôleur en temps réel avant de futurs tests sur un banc d'essai expérimental à échelle réduite
The objective of this thesis work is devoted to the design and control of a DC/DC boost converter for Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV) application. A 6-phase Interleaved Boost Converter (IBC) based on Silicon Carbide (SiC) semiconductors and inversed coupled inductors of cyclic cascade structure is proposed. The input current ripple is reduced significantly and the lifespan of Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC) can be extended. Low power losses, good thermal performance and high switching frequency have been gained by the selected SiC-based semiconductors. The volumes of passive components (inductors and capacitors) are reduced. Thanks to the inverse coupled inductors, the core losses and copper losses are decreased and the compact magnetic component is achieved.Sliding-Mode Control (SMC) strategy is developed due to its high robust to parameter variations. on-line Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) detection functionality is successfully integrated with SMC. No additional equipment and sensor is required.The real-time Hardwar In the Loop (HIL) validation of the proposed converter is achieved by implement the power part into the FPGA and the control into the microprocessor in the MicroLabBox prototyping system from dSPACE. The comparison between off-line simulation and HIL validation demonstrated the dynamic behavior of the proposed converter and validated the implementation of the control into a real time controller before future tests on experimental test bench

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Al, Attar Houssein. "Bidirectional Electric Vehicle Charger Control." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2022. http://www.theses.fr/2022ECDN0043.

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Abstract:

Dans cette thèse inscrite dans le cadre de la chaire Renault-Centrale Nantes, l’objectif est de concevoir des stratégies de contrôle pour améliorer les performances et le rendement du chargeur réversible du Véhicule Electrique (VE). Dans le mode décharge, le nouveau défi consiste à concevoir une stratégie de Modulation par Décalage de Phase (MDP) pour améliorer la zone de fonctionnement et le rendement du convertisseur DC-DC. La loi de commande est basée sur l’inversion de gain du convertisseur DC-DC LLC. Du point de vue coût, la contribution porte essentiellement sur la conception d’une stratégie d’optimisation pour diminuer le dimensionnement du convertisseur DC-DC LLC mais aussi d’améliorer les performances de la stratégie de Modulation par Fréquence d’Impulsion (MFI). Ensuite, un développement d’un modèle grand signal du convertisseur LLC basé sur la stratégie MDP est élaboré. La contribution principale consiste à implémenter des stratégies du contrôle robuste, telles que la commande sans modèle et la commande adaptive super twisting, combinées avec la stratégie MDP. D’autre part, l’apport principal conduit à fournir une stratégie de contrôle hybride du chargeur afin de réguler la tension du bus DC dans les zones de saturation du convertisseur DC-DC. Enfin, une nouvelle topologie d’un chargeur VE avec la structure DAB est étudiée. Une stratégie de contrôle en cascade est proposée pour régler le bus DC et le courant réseau. Différentes stratégies de modulation, telles que les modulations par décalage d’un ou de deux déphasages, sont étudiées. Des résultats de simulation de modèles de chargeurs réels sont présentés afin de mettre en évidence l’efficacité des stratégies de contrôle proposées
In this thesis, part of the chair Renault/Centrale Nantes, the aim is to design control strategies to improve the performance and efficiency of the bidirectional charger of the Electric Vehicle (EV). In the discharging mode, the new challenge is to design a Phase Shift Modulation (PSM) strategy to improve the operating zone and efficiency of the DC-DC converter. The control law is based on the DC-DC LLC gaininversion. In terms of cost, the contribution is mainly about the design of an optimization strategy, not only to reduce the sizing of the DC-DC LLC converter, but also to improve the performance of the Pulse Frequency Modulation (PFM) strategy. Then, a large signal model of the LLC converter based on the PSM strategy is developed. The main contribution consists of implementing robust control strategies, such as model-free control and adaptive super twisting control, combined with the PSM strategy. On the other hand, the key contribution leads to provide a hybrid control strategy of the charger in order to be able to regulate the DC bus voltage in the saturation zones of the DC-DCconverter. Finally, a new topology of an EV charger with the DAB structure is studied. A backstepping control strategy is proposed to regulate the DC bus voltage and the grid current. Different modulation strategies, such as single and dual phase shift modulation,are studied. Simulation results of real charger models are presented in order to highlight the effectiveness of the proposed control strategies

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Dang, Bang Viet. "Conception d'une interface d'électronique de puissance pour Pile à Combustible." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00140765.

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Abstract:

La pile à combustible (PAC) est une technologie maintenant maîtrisée qui permet de convertir efficacement le combustible hydrogène en énergie électrique et thermique avec un faible impact environnemental. L'extension de son utilisation dépend fortement de la qualité de l'interface électronique de puissance qui a pour l'objet d'adapter la pile à la charge. Le travail de recherche présenté dans ce mémoire de Doctorat s'intéresse à la conception d'une interface électronique de puissance pour la pile à combustible pour les trois domaines d'applications : télécommunication, transport et stationnaire.
Dans cette objective, l'approche modulaire, qui se base sur l'étude des convertisseurs unitaires et leurs modes de connexion, a été proposée afin de s'adapter à la modularité des stacks de PAC. Des modèles de pertes et de dimensionnement des composants passifs et semi conducteurs ont été construits. La technique de l'entrelacement est introduite afin de résoudre le problème de fort courant et permet d'optimiser le dimensionnement des inductances. Une nouvelle structure nommée double BOOST dual entrelacé (Interleaved Double Dual BOOST – IDD BOOST) a été proposée afin de résoudre les difficultés d'un convertisseur modulaire présentant une tension de sortie élevée et un rapport de tension important. Les stratégies de contrôle – commande multi sources ont été étudié en adaptant aux topologies de l'interface de puissance. Deux prototypes ont été réalisés afin de valider les résultats de prédiction de pertes ainsi que le contrôle commande multi sources.

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Nonet, Olivier. "Conception d’amplificateurs de puissance haut rendement en technologie MMIC pour applications radiocommunication 5G." Electronic Thesis or Diss., Limoges, 2024. http://www.theses.fr/2024LIMO0037.

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Abstract:

Les réseaux modernes de radiocommunication utilisent des signaux modulés complexes à forte eﬃcacité spectrale et oﬀrent des débits de donnés importants avec en contrepartie, des facteurs de crête élevés. Ce dernier paramètre dégrade fortement le rendement moyen des ampliﬁcateurs, la dissipation thermique est de fait augmentée limitant ainsi les perspectives de miniaturisation, de réduction des coûts et de ﬁabilité des ampliﬁcateurs. Ce travail présente la conception d’un ampliﬁcateur de puissance RF >40W en bande L/S miniaturisé. Ce composant a spéciﬁquement été réalisé pour être compatible avec un système d’amélioration de rendement de type suivi d’enveloppe. Pour répondre à ce besoin, une approche de miniaturisation quasi-MMIC en boitier plastique, composée d’une partie active HEMT GaN 0.25µm sur SiC, et de circuits passifs d’adaptation en AsGa (ULRC-20) ont été retenus. Une architecture de suivi d’enveloppe de type multi-phases a ensuite été développée dans le but d’être associée à cet ampliﬁcateur et fonctionner avec des signaux modulés 5G complexes, large-bande à forts niveaux de PAPR (>8dB)
Modern radio communication networks use complex modulated signals with high spectral eﬃciency, oﬀering signiﬁcant data rates. However, this comes at the expense of high peak factors.This latter parameter signiﬁcantly degrades the average eﬃciency of ampliﬁers, leading to increased thermal dissipation, thereby limiting prospects for miniaturization, cost reduction, and reliability of the power ampliﬁer. This work presents the design of an RF power ampliﬁer >40W in the L/S band. This component has been speciﬁcally developed to be compatible with an envelope tracking eﬃciency enhancement system. To meet this requirement, a quasi-MMIC miniaturization approach in a plastic package, comprising a GaN HEMT 0.25µm on SiC active part, and passive adaptation circuits in AsGa (ULRC-20), have been selected. A multi-phase envelope tracking architecture has subsequently been developed to be associated with this ampliﬁer and operate with complex 5G modulated signals, wideband with high PAPR levels (>8dB)

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Vidales, Luna Benjamin. "Architecture de convertisseur intégrant une détection de défauts d'arcs électriques appliquée au sources d'énergie continues d'origine photovoltaïques." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2021. http://www.theses.fr/2021LORR0040.

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Abstract:

Détection de défaut d'arcs intégrée dans un convertisseur intelligent contrôlé par FPGA pour les panneaux photovoltaïques. La mise au point de convertisseur intelligents intégrant des dispositifs de protection est une thématique que cherche à développer l'Institut Technologique de Morelia (Mexique) avec laquelle nous collaborons sur ce projet. L'objectif plus spécifique de ce travail repose sur la détection de défauts d'arc électrique en se basant sur le contrôle intelligent des onduleurs utilisés dans la gestion de l'énergie produite par des panneaux photovoltaïques. Depuis plusieurs années, le développement croissant des panneaux solaires photovoltaïques comme source d’énergie s’est imposé et la sécurité de ces dispositifs liée à la détection de défauts d’arcs électriques est devenu un enjeu majeur. L'approche que nous proposons dans ce travail est le développement d'une stratégie novatrice pour la surveillance et la prédiction de défaillance du réseau électrique constitué de panneaux solaires en présence de défauts d’arcs. Actuellement, la majorité des systèmes de détection comprennent des modules détecteurs disposés dans le circuit électrique à protéger dont la robustesse est loin d'être optimale. L'approche que nous proposons consiste à développer un dispositif de surveillance et de détection de défaut directement intégré dans l'onduleur intelligent. Le contrôle optimal de l'onduleur intelligent assurera une détection fiable de défaut d'arc sans déclenchement intempestif. Le dispositif comprendra également un système de coupure. La méthode de détection que nous privilégions sera basée sur l'analyse du courant et de la tension de ligne. Les algorithmes seront basés sur une analyse temps/fréquence des signatures courant et de tension suivie par une logique pertinente de décision de telle manière à minimiser le taux de fausses détections.Le noyau du convertisseur intelligent est constitué par un FPGA. Le parallélisme des traitements de données assurera le respect des contraintes temps réel. Dans le cadre du projet de thèse, la mise en œuvre, le test des algorithmes de détection et l’implémentation optimale afin de respecter les contraintes temps réel dans le FPGA sera mené dans le cadre d’une cotutelle de thèse entre l’institut technologique de Morelia et l’Université de Lorraine
In this research work, the development of a multilevel inverter for PV applications is presented. The PV inverter, has two stages one DC/DC converter and one DC/AC inverter, and is capable of generating an AC multilevel output of nine levels, it's a transformerless inverter and uses a reduced number of components compared to other topologies. The conception of a novel DC/DC converter is capable of generating two isolated DC voltage levels needed to feed the DC/AC stage. This DC/DC stage is developed in two variants, buck and boost, the _rst to perform the reduction of voltage when the DC bus is too high, and second to increase the voltage when the DC bus is too low to perform interconnection with the grid through the DC/AC inverter. This is achieved thanks to the parallel functioning of the developed topology, which make use of moderated duty cycles, that reduces the stress in the passive and switching components, reducing potential losses. The validation of the PV inverter is performed in simulation and experimental scenarios. In the other hand, the response of the inverter facing an arc fault in the DC bus is studied by performing a series of tests where the fault is generated in strategic points of the DC side, this is possible thanks to the design and construction of an arc fault generator based in the specifications of the UL1699B norm. During the tests is observed that with the apparition of an arc fault, there is a lost in the half-wave symmetry of the AC multilevel output voltage waveform, generating even harmonics which aren't present during normal operation, only when an arc fault is present in the DC system. The monitoring of even harmonics set the direction for developing the detection technique. Since the magnitude of even harmonics in the inverter is very low, the total even harmonic distortion is employed as a base for the detection technique presented in this thesis. The effectiveness of this method is verified with a series of tests performed with different loads

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Payman, Alireza. "Contribution à la gestion d'énergie dans les systèmes hybrides multi-sources multi-charges." Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2009. http://www.theses.fr/2009INPL038N/document.

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Abstract:

Ce mémoire propose une stratégie de contrôle sans commutation d’algorithme pour un système hybride constituée d’une pile à combustible comme source principale et d’un pack de supercondensateurs comme source auxiliaire. Trois structures de système hybride ont été étudiées. Après avoir évoqué les différentes structures des systèmes hybrides électriques et des techniques utilisées pour les contrôler, deux approches sont traitées. La première est basée sur la notion de platitude permettant d’assurer la gestion des flots d’énergie dans une source hybride et plus généralement dans un système multi sources/multi charges. La stratégie proposée repose sur la génération d’un modèle d’ordre réduit du système et la gestion des flots d’énergie via des trajectoires de référence de certaines grandeurs énergétiques du système. L’impact de ce mode de contrôle sur le dimensionnement des éléments passifs (inductances, condensateurs) de la source hybride a été expliqué. Dans la deuxième stratégie, l’énergie totale stockée dans les hacheurs est prise en compte dans l’élaboration de la commande du système multi sources/multi charges en utilisant une linéarisation entrée/sortie sur les convertisseurs des charges. Un observateur non linéaire a été proposé pour estimer la variation de la caractéristique statique de pile à combustible et permet de garantir un fonctionnement optimal du système hybride. Les architectures de puissance et les modes de commande proposés ont été validés par des résultats simulés et/ou expérimentaux
This work deals with a nonlinear control strategy of an electrical hybrid system which is composed of a fuel cell as the main source and a supercapacitor bank as the auxiliary source. Any algorithm commutation is not used in the proposed control strategy whereas the system works in different operating modes. After a review of various structures of the electrical hybrid systems and different control methods of these systems, two new approaches are developed. The first one is flatness-based method to ensure the energy management in the proposed hybrid systems and generally in a multi source / multi loads system. The proposed strategy is based on generation of a reduced-order model of the system. The energy management is carried out through the reference trajectories of the stored electrostatic energy of the system. The effect of the proposed control method on design of the system components (inductors and capacitors) is explained. In the second approach, the total energy stored in the choppers is taken into account to control the load converters of a multi-source/multi load system by use of the input/output linearization method. A nonlinear observer is proposed to estimate the variation of voltage-power output characteristic of the fuel cell which leads to an optimal performance of the hybrid system. The simulation and experimental results prove validity of the proposed control strategy

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Camara, Mamadou Baïlo Camara. "SUPERCONDENSATEURS POUR ÉCHANGE DYNAMIQUE D'ÉNERGIE A BORD DU VÉHICULE ÉLECTRIQUE HYBRIDE: Modélisation, étude des convertisseurs et commande." Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00465581.

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Abstract:

Ce sujet s'inscrit dans la continuité des travaux commencés au sein du L2ES dans le cadre du programme ECCE en partenariat avec CREEBEL qui assure le nancement. La plateforme ECCE est un véhicule hybride électrique série à 4 roues indépendantes d'une puissance nominale en propulsion de 120kW électrique. La source d'énergie principale est constituée de deux moteurs diesels entraînant deux alternateurs. L'énergie électrique produite alimente les 4 moteurs électriques de traction et le reste est stocké dans le pack des batteries. Cette thèse développe les stratégies de couplage énergétique entre ce pack des batteries et les supercondensateurs an d'assurer au véhicule une dynamique de fourniture et du stockage de l'énergie électrique. Une étude bibliographique a permis de passer en revue le bilan technologique et les applications potentielles des supercondensateurs, puis d'élaborer le modèle simplié des supercondensateurs qui traduit dèlement le comportement des cellules durant les phases de charge et de décharge. Diérentes topologies des convertisseurs DC/DC avec des stratégies originales de gestion d'énergie électrique embarquée sont traitées. Les topologies proposées sont basées sur les convertisseurs Buck-Boost et les convertisseurs DC/AC-AC/DC à étage intermédiaire haute fréquence. Pour une raison de coût, les maquettes expérimentales des topologies ont été réalisées à l'échelle réduite ( 1/10 ). Les résultats expérimentaux obtenus ont permis de comparer les performances des topologies pour deux types de commande. La stratégie de gestion d'énergie à base des correcteurs polynomiaux (RST) est comparée à celle utilisant des correcteurs PI classiques. Ces études comparatives ont permis de choisir la meilleure topologie destinée au couplage des supercondensateurs sur le bus continu du banc ECCE.

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Payman, Alireza. "Contribution à la gestion d'énergie dans les systèmes hybrides multi-sources multi-charges." Electronic Thesis or Diss., Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2009. http://www.theses.fr/2009INPL038N.

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Abstract:

Ce mémoire propose une stratégie de contrôle sans commutation d’algorithme pour un système hybride constituée d’une pile à combustible comme source principale et d’un pack de supercondensateurs comme source auxiliaire. Trois structures de système hybride ont été étudiées. Après avoir évoqué les différentes structures des systèmes hybrides électriques et des techniques utilisées pour les contrôler, deux approches sont traitées. La première est basée sur la notion de platitude permettant d’assurer la gestion des flots d’énergie dans une source hybride et plus généralement dans un système multi sources/multi charges. La stratégie proposée repose sur la génération d’un modèle d’ordre réduit du système et la gestion des flots d’énergie via des trajectoires de référence de certaines grandeurs énergétiques du système. L’impact de ce mode de contrôle sur le dimensionnement des éléments passifs (inductances, condensateurs) de la source hybride a été expliqué. Dans la deuxième stratégie, l’énergie totale stockée dans les hacheurs est prise en compte dans l’élaboration de la commande du système multi sources/multi charges en utilisant une linéarisation entrée/sortie sur les convertisseurs des charges. Un observateur non linéaire a été proposé pour estimer la variation de la caractéristique statique de pile à combustible et permet de garantir un fonctionnement optimal du système hybride. Les architectures de puissance et les modes de commande proposés ont été validés par des résultats simulés et/ou expérimentaux
This work deals with a nonlinear control strategy of an electrical hybrid system which is composed of a fuel cell as the main source and a supercapacitor bank as the auxiliary source. Any algorithm commutation is not used in the proposed control strategy whereas the system works in different operating modes. After a review of various structures of the electrical hybrid systems and different control methods of these systems, two new approaches are developed. The first one is flatness-based method to ensure the energy management in the proposed hybrid systems and generally in a multi source / multi loads system. The proposed strategy is based on generation of a reduced-order model of the system. The energy management is carried out through the reference trajectories of the stored electrostatic energy of the system. The effect of the proposed control method on design of the system components (inductors and capacitors) is explained. In the second approach, the total energy stored in the choppers is taken into account to control the load converters of a multi-source/multi load system by use of the input/output linearization method. A nonlinear observer is proposed to estimate the variation of voltage-power output characteristic of the fuel cell which leads to an optimal performance of the hybrid system. The simulation and experimental results prove validity of the proposed control strategy

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Loume, Dieynaba. "Stratégie de protection de réseaux de transport d’électricité en courant continu multi-terminaux à l’aide de disjoncteurs mécaniques DC." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAT048.

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Abstract:

Les réseaux de transport d’électricité multi-terminaux à courant continu se révèlent être la solution adéquate pour une intégration massive d’énergie renouvelable dans les réseaux alternatifs existants. En effet, les réseaux en courant continu sont capables de transmettre de manière efficace des niveaux de puissance élevés sur de très longues distances par rapport aux réseaux alternatifs car, à partir d'une certaine puissance à transmettre, il existe une distance limite à partir de laquelle la transmission d’énergie en courant alternatif perd sa compétitivité face à la transmission en courant continu. L'un des principaux défis liés au développement de ces réseaux de transport d’électricité à courant continu ou Supergrid, concerne leur protection contre des défauts de type court-circuit sur des liaisons en courant continu. . Dans ce travail de thèse, un nouveau concept de stratégie de protection des réseaux en courant continu à haute tension en cas de défaut court-circuit est proposé. La stratégie repose sur une philosophie de protection ayant comme priorité la suppression du courant de défaut avant l’isolation de la liaison en défaut. Elle est basée sur l’utilisation de disjoncteurs mécaniques à courant continu sans avoir recours à des limiteurs de courant de défaut. Une séquence de protection primaire ainsi que deux séquences de sauvegarde en cas de défaillance de disjoncteurs ont été développées, testées et validées à l’aide de simulations de transitoires électromagnétiques et de simulations temps-réel. En outre, les algorithmes des relais de protection ont été implémentés avec l'aide de l’outil d’analyse fonctionnelle descendante SADT (Structured Analysis and Design System). Cette thèse a été effectuée dans le cadre du SuperGrid Institute, une plate-forme de recherche collaborative visant à développer des technologies pour les futurs réseaux de transport d'électricité et regroupant l'expertise d'industries telles que GE Grid Solutions et les laboratoires de recherche publique comme le laboratoire de génie électrique de Grenoble (G2Elab)
Multi-terminal High Voltage Direct Current (MTDC) grids,have been proven to be an adequate solution for massive integration of renewable energy power to existing High Voltage Alternating Current (HVAC) grids. Indeed, HVDC grids are capable of transmitting efficiently high level of power over very long distances compared to HVAC grids since, from a certain power to be transmitted, there is a limited distance from which the AC power transmission loses its efficiency and becomes very costly compared to DC power transmission. One of the main challenges related to the development of theses multi-terminal HVDC grids, or Supergrids, concerns their protection against DC short-circuit faults. In this thesis, a new concept of protection strategy for MTDC grids in case of permanent short-circuit fault on a DC cable has been proposed. The strategy is based on the non-selective fault clearing philosophy where the priority is given to the suppression of the fault current before isolating the faulty transmission line. The strategy is based on mechanical DC breakers and no fault current limiting devices are used. A primary protection sequence as well as two back-up sequences in case of breakers operation failure have been developed, tested and validated through Electromagnetic Transient (EMT) and Real-Time (RT) simulations. Also, algorithms to be implemented on protective relays have been designed with the help of the Structured Analysis and Design System (SADT). This PhD thesis has been performed in the frame of the SuperGrid Institute, a collaborative research platform aiming to develop technologies for the future electricity transmission network and bringing together the expertise of industries such as GE grid solutions and public research laboratories as the Grenoble Electrical Engineering Laboratory (G2Elab)

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Reymond, Cédric. "Conception d'une structure innovante de convertisseur AC-DC de type Totem-pole avec correction du facteur de puissance : application aux chargeurs de batteries des véhicules électriques." Thesis, Tours, 2019. http://www.theses.fr/2019TOUR4015.

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Abstract:

Les gouvernements responsabilisent les états sur l’environnement avec la mise en œuvre de solution pour décarboner la production de l’électricité. En 2020, 20 % de l’énergie produite sera générée par les énergies renouvelables. Cependant ces énergies vertes sont intermittentes et nécessitent une capacité de stockage importante pour la gestion locale des « smart grids ». Cette solution pose deux nouvelles problématiques : la nécessité d’un convertisseur bidirectionnel et la gestion des courants d’appel. Pour faciliter l’étude de ces problématiques, la thèse propose de lier au travers d’un bilan de puissance, les performances des différents limiteurs de courant sur une topologie de convertisseur innovante. Cette analyse permet de mettre en exergue une solution alternative de limitation des courants d’appel dans la conversion de l’énergie. Enfin, un circuit novateur sur le contrôle des composants de puissance de type thyristors/Triacs sera proposé et caractérisé pour palier une des contraintes liées à la réversibilité du convertisseur
Governments empower states over the environment with implementation of solution to clean up the electricity production sources. In 2020, 20% of the produced energy will be generated by renewable energies. However, theses green energies are occasional and require a huge storage capacitance for the local smart grids management. This solution puts two new issues: the necessity of having a bidirectional converter and the inrush currents management. To facilitate the study of these problems, the thesis suggests binding through a power balance, the performances of the current limiter on an innovative topology converter. This analysis highlight an alternative solution of inrush current strategy in energy conversion. Finally, a novel control circuit for SCRs/Triacs components will be proposed and characterized for landing one of the constraints linked to the converter reversibility

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Videau, Nicolas. "Convertisseurs continu-continu non isolés à haut rapport de conversion pour piles à combustible et électrolyseurs - Apport des composants GaN." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2014. http://oatao.univ-toulouse.fr/15740/7/Videau_2.pdf.

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Abstract:

Face aux enjeux énergétiques d’aujourd’hui et de demain, le développement des énergies renouvelables semble inéluctable. Cependant, la production électrique de sources renouvelables prometteuses comme le photovoltaïque ou l’éolien est intermittente et difficilement prévisible du fait de la dépendance de ces sources aux conditions météorologiques. Afin de s’affranchir du caractère discontinu de la production d’électricité et de l’inadéquation de la production avec la consommation, un moyen de stockage de l’énergie électrique est nécessaire. Dans ce contexte, la batterie hydrogène est une des solutions envisagées. Lors de périodes de surproduction d’énergie renouvelable, un électrolyseur produit de l’hydrogène par électrolyse de l’eau. Lorsque cela est nécessaire, une pile à combustible fournit de l’électricité à partir du gaz stocké. Couplé avec des sources d’énergie renouvelable, la batterie hydrogène produit de l’énergie électrique non carbonée, c’est-à-dire non émettrice de gaz à effet de serre. L’intérêt majeur de cette technologie est le découplage entre l’énergie et la puissance du système. Tant que la pile à combustible est alimentée en gaz, elle fournit de l’électricité, l’énergie dépend des réservoirs de gaz. La puissance, quant à elle, dépend des caractéristiques des composants électrochimiques et du dimensionnement des chaînes de conversions de puissance. Les chaînes de conversion de puissance relient les composants électrochimiques au réseau électrique. Dans le cas de la chaîne de conversion sans transformateur qui est ici envisagée, la présence d’un convertisseur DC-DC à haut rendement à fort ratio de conversion est rendue nécessaire de par la caractéristique basse tension fort courant des composants électrochimiques. Avec pour but principal l’optimisation du rendement, deux axes de recherche sont développés. Le premier axe développe un convertisseur multicellulaire innovant à haut rendement à fort ratio de conversion. Les résultats expérimentaux du convertisseur appelé « miroir » obtenus dans deux expérimentations ont démontré la supériorité de cette topologie en terme d’efficacité énergétique par rapport aux convertisseurs conventionnels. Le deuxième axe porte sur de nouveaux composants de puissance en nitrure de gallium (GaN) annoncés comme une rupture technologique. Un convertisseur buck multi-phases illustre les défis technologiques et scientifiques de cette technologie et montre le fort potentiel de ces composants.

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Shinoda, Kosei. "Contrôle et opération des réseaux HVDC multi-terminaux à base de convertisseurs MMC." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2017. http://www.theses.fr/2017ECLI0017.

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Abstract:

Cette thèse porte sur la commande de réseaux multi-terminaux à courant continu (MTDC) basés sur des convertisseurs multiniveaux modulaires (MMCs).Tout d’abord, notre attention se focalise sur l'énergie stockée en interne dans le MMC qui constitue un degré de liberté additionnel apporté par sa topologie complexe. Afin d’en tirer le meilleur parti, les limites de l’énergie interne sont formulées mathématiquement.Afin de maîtriser la dynamique de la tension DC, l’utilisation de ce nouveau degré de liberté s’avère d’une grande importance. Par conséquent, une nouvelle de stratégie de commande, nommée «Virtual Capacitor Control», est proposée. Cette nouvelle méthode de contrôle permet au MMC de se comporter comme s’il possédait un condensateur de taille réglable aux bornes, contribuant ainsi à l’atténuation des fluctuations de la tension DC.Enfin, la portée de l’étude est étendue au réseau MTDC. L'un des défis majeurs pour un tel système est de faire face à une perte soudaine d'une station de convertisseur qui peut entraîner une grande variation de la tension du système. A cet effet, la méthode de statisme de tension est la plus couramment utilisée. Cependant, l'analyse montre que l'action de contrôle souhaitée risque de ne pas être réalisée lorsque la marge disponible de réserve de puissance du convertisseur est insuffisante. Nous proposons donc une nouvelle structure de contrôle de la tension qui permet de fournir différentes actions en fonction du signe de l'écart de la tension suite à une perturbation, associée à un algorithme qui détermine les paramètres de statisme en tenant compte du point de fonctionnement et de la réserve disponible à chaque station
The scope of this thesis includes control and management of the Modular Multilevel Converter (MMC)-based Multi-Terminal Direct Current (MTDC).At first, our focus is paid on the internally stored energy, which is the important additional degree of freedom brought by the complex topology of MMC. In order to draw out the utmost of this additional degree of freedom, an in-depth analysis of the limits of this internally stored energy is carried out, and they are mathematically formulated.Then, this degree of freedom of the MMC is used to provide a completely new solution to improve the DC voltage dynamics. A novel control strategy, named Virtual Capacitor Control, is proposed. Under this control, the MMC behaves as if there were a physical capacitor whose size is adjustable. Thus, it is possible to virtually increase the equivalent capacitance of the DC grid to mitigate the DC voltage fluctuations in MTDC systems.Finally, the scope is extended to MMC-based MTDC grid. One of the crucial challenges for such system is to cope with a sudden loss of a converter station which may lead to a great variation of the system voltage. The voltage droop method is commonly used for this purpose. The analysis shows that the desired control action may not be exerted when the available headroom of the converter stations are insufficient. We thus propose a novel voltage droop control structure which permits to provide different actions depending on the sign of DC voltage deviation caused by the disturbance of system voltage as well as an algorithm that determines the droop parameters taking into account the operating point and the available headroom of each station

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Karania, Nabil. "Contrôle du Compensateur Actif Parallèle à Génération Photovoltaïque pour les Réseaux Intelligents." Electronic Thesis or Diss., CY Cergy Paris Université, 2024. http://www.theses.fr/2024CYUN1288.

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Abstract:

Dans les réseaux de distribution électrique et les réseaux intelligents, l'adoption généralisée des composants électroniques de puissance pose divers défis en matière de qualité de l'énergie. L'intégration des sources d'énergie renouvelable aggrave ces défis en raison des fluctuations de tension, des écarts de fréquence et de la distorsion des formes d'onde inhérents à ces sources, dont les performances dépendent des conditions météorologiques. Cette thèse aborde ces défis à travers trois solutions visant à améliorer la qualité de l'énergie électrique dans les réseaux de distribution, en se focalisant sur l'intégration des systèmes photovoltaïques (PV) dans la troisième solution.La première solution introduit une Structure Multi-Niveaux Développée du Convertisseur AC/DC/AC. Elle vise à réguler l'amplitude de tension, à garantir une tension de sortie en escalier approchant une sinusoïde et à éliminer un large rang d'harmoniques, y compris les harmoniques prédominantes affectant les charges sensibles telles que les entraînements de moteurs asynchrones. Ce travail développe une nouvelle technique de modulation pour contrôler la partie DC/AC du convertisseur, configurée via un onduleur en pont en H asymétrique en cascade.La deuxième solution implique un Système Avancé de Contrôle Hybride pour le Filtre Actif Parallèle (SAF) basé sur un Onduleur Multi-Niveaux (MLI). Cette solution améliore les performances du filtre actif parallèle, augmente sa fréquence de commutation apparente et réduit la taille de son filtre de couplage de sortie. Le contrôleur hybride, mis en œuvre à l'aide de réseaux de Petri (PN), assure un suivi de haute performance du courant de compensation, en plus de stabiliser, contrôler et équilibrer les tensions DC sur les entrées d'onduleur multi-niveaux. Une stabilité pratique des erreurs de tension continue est prouvée via le théorème de Lyapunov. Cette solution est explorée pour n modules en pont en H par phase, et les validations de mesure réelle et de simulation sont testées pour 2 et 3 modules dans un milieu industriel réel pour prouver son efficacité.La troisième solution présente une Structure PV connectée au réseau avec Filtre Actif Parallèle (SAF) basé sur un Onduleur Multi-Niveaux (MLI). Cette configuration améliore la qualité de l'énergie électrique et fournit de l'énergie renouvelable pour les charges et le réseau. Les entrées DC de l'onduleur multi-niveaux sont connectées directement aux sous-systèmes PV ou via des convertisseurs DC-DC. Des contrôleurs linéaires établissent la stratégie de contrôle du filtre actif parallèle basée sur (n) modules en pont H, comprenant l'injection de courant de compensation, la maximisation de la puissance produite par le système PV et la régulation des tensions DC sur les condensateurs. La modulation par largeur d'impulsion multi-porteuses assure une distribution équilibrée de l'énergie entre les modules. Des algorithmes de suivi du point de puissance maximale (MPPT), tels que Perturber et Observer (P&O), avec trois stratégies de contrôle comprenant le contrôleur proportionnel intégral, le rapport cyclique, et la commande prédictive (MPC), maximisent la génération d'énergie du sous-système PV. Le convertisseur DC-DC utilise des techniques de modulation PWM pour maintenir une fréquence de commutation constante.Les performances des trois solutions sont validées dans une usine textile souffrant d'impacts harmoniques sur la principale machine textile, représentant une charge sensible de 50 kVA, fournie par un entraînement de moteur asynchrone. Cet entraînement de moteur est sensible aux rangs prédominants du couple et des harmoniques de tension, nécessitant un contrôle approprié. Pour garantir des résultats fiables, des mesures sur site à l'aide d'appareils d'analyse de la qualité de l'énergie électrique sont collectées pour modéliser numériquement le réseau de l'usine. Les performances de chaque solution sont étudiées sur la charge sensible de cette usine textile
In the electrical distribution networks and smart grids, the widespread adoption of power electronics components among customer loads poses diverse challenges to power quality. The integration of renewable energy sources further exacerbates these challenges due to voltage fluctuations, frequency deviations, and waveform distortion inherent in these sources, significantly dependent on weather conditions. This thesis addresses these challenges through three distinct solutions for power quality improvement in distribution networks, focusing on integrating renewable energy sources, particularly photovoltaic (PV) systems, in the third solution.The first solution introduces a developed multi-level structure of an AC/DC/AC Converter. This solution aims to regulate voltage amplitude, ensure sinusoidal-like output stepping voltage, and mitigate a wide range of harmonics, including the predominant harmonics affecting sensitive loads such as asynchronous motor drives. To address these aspects, this work develops a novel modulation technique to control the DC/AC part of the converter, configured via an Asymmetrical Cascaded H-Bridge Inverter.The second solution involves an Advanced Hybrid Control System Developed for Shunt Active Filter Based on a Multi-Level Inverter. This solution improves the performance of the shunt active filter, raises its apparent switching frequency, and reduces the size of its output coupling filter. The hybrid controller, implemented using Petri Nets (PNs), ensures high-performance tracking of the compensating current, in addition to stabilizing, controlling, and balancing the DC voltages across the MLI inputs. The practical stability of the DC voltage errors is analytically proved via the Lyapunov theorem. This solution is explored in detail for n H-Bridge modules per phase, with real measurement and simulation validations evaluated for 2 and 3 H-Bridge modules per phase within a real industrial environment to prove the structure's effectiveness.The third solution presents a Grid-Connected PV Structure Incorporated with a Shunt Active Filter Based on a Multi-Level Inverter. This configuration enhances power quality and provides renewable energy for both loads and the grid. The DC inputs of the multi-level inverter are connected directly to PV subsystems or via DC-DC converters. Linear controllers are employed to establish the control strategy for the shunt active filter based on (n) H-bridge modules, including injecting compensating current, maximizing the produced power of the PV system, and regulating DC voltages across capacitors. Multi-carrier PWM modulation ensures balanced power distribution among the modules. Maximum Power Point Tracking (MPPT) algorithms, such as Perturb & Observe (P&O), with three control strategies including Proportional Integral, Duty-cycle, and Model Predictive Controller, are employed to maximize PV subsystem power generation. Additionally, the DC-DC converter utilizes PWM modulation techniques across all three control strategies to maintain a consistent switching frequency.The performance of the three aforementioned solutions is validated, for finite HB modules, within a textile factory suffering from harmonic impact on the main textile machine, which represents a sensitive load of 50 kVA, driven by an asynchronous motor. This motor drive is highly sensitive to predominant torque and voltage harmonics, requiring appropriate control of the fundamental output voltage amplitude and the phase and amplitude of the harmonic voltage components. This control system is particularly designed to regulate motor speed variation and mitigate undesired fluctuations caused by harmonic torques. To ensure reliable results, on-site measurements using power quality analyzer devices are collected to create a numerical model of the entire factory's network. Finally, the performance of each solution is investigated on the sensitive load operating within this textile factory

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Jacobs, Joseph [Verfasser]. "Multi-Phase Series Resonant DC-to-DC Converters / Joseph Jacobs." Aachen : Shaker, 2006. http://d-nb.info/1166513211/34.

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Dell'Isola, Davide. "Optimization of DC/DC converters for embedded systems including dynamic constraints." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2020. http://www.theses.fr/2020LORR0124.

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Abstract:

Pour se conformer aux nouvelles normes d'émission et améliorer l’efficacité et l’autonomie des véhicules, le secteur des transports s'est tourné vers des solutions plus électriques. La compacité, le poids et l'efficacité sont alors des exigences primordiales dans les avions modernes ou dans les véhicules électriques/hybrides. Dès lors, la conception des éléments de conversion de puissance électrique demande un grand soin. Il est essentiel de proposer les solutions les plus compactes possibles et présentant les hauts rendements de conversion. Dans ce contexte, les matériaux semi-conducteurs à large bande interdite sont désormais reconnus comme étant les candidats les plus appropriés. En effet, ceux-ci se caractérisent par un comportement en commutation des plus rapide et par des pertes de puissance plus faibles (commutation et conduction), ce qui permet de réduire la taille des éléments passifs et de l'unité de refroidissement du convertisseur de puissance. Compte tenu de ces critères, cette étude a pour objectif le développement d'une procédure pour le dimensionnement optimale d'un convertisseur élévateur DC/DC350V/3kW. Le convertisseur a été conçu spécifiquement pour une structure d’alimentation d’un actionneur. Afin d'assurer la bonne interaction entre la charge (onduleur DC/AC et moteur) et le micro-réseau de bord, le dimensionnement doit prendre en compte la stabilité et le comportement dynamique du convertisseur lors d'une éventuelle variation du point de fonctionnement, donc sa stratégie de contrôle. Les alternatives technologiques à un tel problème sont multiples. Une sélection par algorithme génétique avec front de Pareto est proposée. La routine développée permet d’identifier les solutions à plus hauts rendement et compacité, tout en préservant la stabilité et le respect des spécifications, aussi bien en régime permanent que transitoire
To keep up with the new emission standards and improve efficiency and autonomy, the transportation sector has moved towards more electric solutions. Then, compactness, weight and efficiency are primary requirements in modern aircrafts or Electric/Hybrid vehicles. The power electronics units in the on-board electrical networks have to be designed accordingly, as it is essential to achieve very compact designs and energy conversion efficiencies very close to the unity. The wide bandgap semiconductor materials are considered as the future technology in the realization of high efficiency switched-mode power supplies. Such materials are featured by fast switching behaviour and low power losses, which allows reducing the size of the passive elements and the cooling unit of the power converter. Considering these criteria, the objective of this study concerns the development of a procedure for the optimal design of a DC/DC boost converter 350V/3kW. The converter has been designed specifically for a powertrain application. In order to ensure the proper interaction with the load (DC/AC inverter and motor) and the micro-grid on-board, the design must take into account the stability and dynamic behaviour of the converter during a possible variation of the operating point, then its control strategy. To deal with the manifold technical solutions and in order to reach the best trade-off, a Pareto front genetic approach is proposed. The developed routine consent to obtain the most convenient design solutions in terms of efficiency and compactness, which ensure the stability and the compliance with the design specification on both steady state and transients modes

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Jimenez, Carrizosa Miguel. "Hierarchical control scheme for multi-terminal high voltage direct current power networks." Thesis, Paris 11, 2015. http://www.theses.fr/2015PA112039/document.

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Abstract:

Cette thèse traite de la commande hiérarchique de réseaux à courant continu multi-terminaux à haute tension (MT-HVDC) intégrant des sources d'énergie renouvelables à grande échelle. Le schéma de contrôle proposé est composé de quatre ‘couches’ : le contrôle local où se trouvent les convertisseurs de puissance, avec une échelle de temps de l’ordre de la milliseconde ; le contrôle primaire qui est décentralisé et appliqué à plusieurs terminaux avec une échelle du temps de l’ordre de la seconde ; un niveau de commande où la communication est prise en compte et où l’approche de Modèle du Commande Prédictive (MPC) assure la planification de la tension et de la puissance à leur état d'équilibre, pour l'ensemble du système; enfin, le contrôleur de niveau supérieur, qui est principalement basé sur les techniques d'optimisation, où les aspects économiques sont pris en compte (il s’agit du réglage dit tertiaire).Au niveau des convertisseurs, un accent particulier est mis sur les convertisseurs bidirectionnels DC/DC. Dans cette thèse, trois topologies différentes sont étudiées en profondeur: deux phases Dual Active Bridge (DAB), trois phases DAB, et l’utilisation de la technologie Modular Multilevel converter (MMC) comme convertisseur DC/DC. Pour chaque topologie, une commande non-linéaire spécifique est discutée. D’autre part une nouvelle fonction pour le convertisseur DC/DC est étudiée. Il s’agit de son utilisation comme disjoncteur à courant continu (DC-CB). En ce qui concerne le contrôle primaire, qui permet de maintenir le niveau de tension continue dans le réseau, nous avons étudié trois philosophies de contrôle: celle de maître/esclave, celui du contrôle « voltage margin control » et celle de la commande du statisme (droop control). Enfin, nous avons choisi d'utiliser le droop control, entre autres, parce que la communication entre les nœuds n’est pas nécessaire. Concernant la commande secondaire, son principal objectif est de planifier le transfert de puissance entre les nœuds du réseau, qui fournissent la tension et la puissance de référence aux contrôleurs locaux et primaires, même lorsque des perturbations apparaissent. Dans cette partie, nous avons proposé une nouvelle approche pour résoudre les problèmes de flux de puissance (équations non-linéaires) basée sur le théorème du point fixe de l’application contractive. Ceci permet d'utiliser plus d'un slack bus, contrairement à l’approche classique basée sur la méthode de Newton-Raphson. Par ailleurs, le réglage secondaire joue un rôle très important dans les applications pratiques, en particulier lorsque les sources d'énergie renouvelables (variables dans le temps). Dans de tels cas, il est intéressant de considérer des dispositifs de stockage afin d'améliorer la stabilité de tout le système. Il est également possible d'envisager différents types de prévisions (météo, charge, ..) basées sur la gestion des réserves de stockage. Toutes ces caractéristiques ont suggéré l'utilisation d'une approche MPC. Dans ce contexte, plusieurs critères d'optimisation ont été considérés, en particulier la minimisation des pertes de transmission ou des congestions dans le réseau.La tâche principale de réglage tertiaire est de d'atteindre l'optimisation économique de l'ensemble du réseau. Dans cette thèse, nous avons pu maximiser le profit économique du système en agissant sur le marché réel, et en optimisant l'utilisation des périphériques de stockage. Dans le but de mettre en œuvre la philosophie de contrôle hiérarchique présentée dans cette thèse, nous avons construit un banc d'essai expérimental. Cette plate-forme dispose de quatre terminaux reliés entre eux par l'intermédiaire d'un réseau à courant continu, et connectés au réseau principal de courant alternatif. Ce réseau DC peut fonctionner à un maximum de 400 V, et avec une courant maximal de 15 A
This thesis focuses on the hierarchical control for a multi-terminal high voltage direct current (MT-HVDC) grid suitable for the integration of large scale renewable energy sources. The proposed control scheme is composed of 4 layers, from the low local control at the power converters in the time scale of units of ms; through distributed droop control (primary control) applied in several terminals in the scale of unit of seconds; and then to communication based Model Predictive Control (MPC) that assures the load flow and the steady state voltage/power plan for the whole system, manage large scale storage and include weather forecast (secondary control); finally reaching the higher level controller that is mostly based on optimization techniques, where economic aspects are considered in the same time as longer timespan weather forecast (tertiary control).Concerning the converters' level, special emphasis is placed on DC/DC bidirectional converters. In this thesis, three different topologies are studied in depth: two phases dual active bridge (DAB), the three phases DAB, and the use of the Modular Multilevel Converter (MMC) technology as DC/DC converter. For each topology a specific non-linear control is presented and discussed. In addition, the DC/DC converter can provide other important services as its use as a direct current circuit breaker (DC-CB). Several operation strategies are studied for these topologies used as DC-CB.With respect to primary control, which is the responsible to maintain the DC voltage control of the grid, we have studied several control philosophies: master/slave, voltage margin control and droop control. Finally we have chosen to use droop control, among other reasons, because the communication between nodes is not required. Relative to the secondary control, its main goal is to schedule power transfer between the network nodes providing voltage and power references to local and primary controllers, providing steady state response to disturbances and managing power reserves. In this part we have proposed a new approach to solve the power flow problem (non-linear equations) based on the contraction mapping theorem, which gives the possibility to use more than one bus for the power balance (slack bus) instead of the classic approach based on the Newton-Raphson method. Secondary control plays a very important role in practical applications, in particular when including time varying power sources, as renewable ones. In such cases, it is interesting to consider storage devices in order to improve the stability and the efficiency of the whole system. Due to the sample time of secondary control is on the order of minutes, it is also possible to consider different kinds of forecast (weather, load,..) and to achieve additional control objectives, based on managing storage reserves. All these characteristics encourage the use of a model predictive control (MPC) approach to design this task. In this context, several possibilities of optimization objective were considered, like to minimize transmission losses or to avoid power network congestions.The main task of tertiary control is to manage the load flow of the whole HVDC grid in order to achieve economical optimization. This control level provides power references to the secondary controller. In this thesis we were able to maximize the economic profit of the system by acting on the spot market, and by optimizing the use of storage devices. In this level it is again used the MPC approach.With the aim of implementing the hierarchical control philosophy explained in this thesis, we have built an experimental test bench. This platform has 4 terminals interconnected via a DC grid, and connected to the main AC grid through VSC power converters. This DC grid can work at a maximum of 400 V, and with a maximum allowed current of 15 A

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Qin, Ruiyang. "Study on Three-level DC/DC Converter with Coupled Inductors." Thesis, Virginia Tech, 2016. http://hdl.handle.net/10919/73169.

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Abstract:

High power multi-level converters are deemed as the mainstay power conversion technology for renewable energy systems including the battery storage system, PV farm and electrical vehicle charge station. This thesis is focused on the study of three-level DC/DC converter with multi-phase interleaved structure, with coupled and integrated magnetics to achieve high power density. The proposed interleaved phased legs offer the benefit of output current ripple reduction, while inversed coupled inductors can suppress the circulating current between phase legs. Compared with conventional non-interleaving three-level DC/DC converter with non-coupling inductors, both inductor current ripple and output current ripple are largely reduced by interleaving with inverse-coupled inductors. Because of the non-linearity of the inductor coupling, the equivalent circuit model is developed for the proposed interleaving structure. The model identifies the existence of multiple equivalent inductances during one switching cycle. A combination of them determines the inductor current ripple and dynamics of the system. By virtue of inverse coupling and means of controlling the coupling coefficients, one can minimize the current ripple and the unwanted circulating current. To further reduce the magnetic volume, the four inductors in two-phase three-level DC/DC converter are integrated into one common structure, incorporating the negative coupling effects. The integrated magnetic structure can effectively suppress the circulating current and reduce the inductor current ripple and it is easy to manufacture. This thesis provides an equivalent circuit model to facilitate the design optimization of the integrated system. A prototype of integrated coupled inductors is assembled with nano-crystalline C-C core and powder block core. It is tested with both impedance analyzer and single pulse tester, to guarantee proper mutual inductance for inductor current ripple and output current ripple target. With a two-phase three-level DC/DC converter hardware, the concept of integrated coupled inductors is verified, showing its good performance in high-voltage, high-power conversion applications.
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Mazumder, Sudip K. "Nonlinear Analysis and Control of Standalone, Parallel DC-DC, and Parallel Multi-Phase PWM Converters." Diss., Virginia Tech, 2001. http://hdl.handle.net/10919/28690.

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Abstract:

Applications of distributed-power systems are on the rise. They are already used in telecommunication power supplies, aircraft and shipboard power-distribution systems, motor drives, plasma applications, and they are being considered for numerous other applications. The successful operation of these multi-converter systems relies heavily on a stable design. Conventional analyses of power converters are based on averaged models, which ignore the fast-scale instability and analyze the stability on a reduced-order manifold. As such, validity of the averaged models varies with the switching frequency even for the same topological structure. The prevalent procedure for analyzing the stability of switching converters is based on linearized smooth averaged (small-signal) models. Yet there are systems (in active use) that yield a non-smooth averaged model. Even for systems for which smooth averaged models are realizable, small-signal analyses of the nominal solution/orbit do not provide anything about three important characteristics: region of attraction of the nominal solution, dependence of the converter dynamics on the initial conditions of the states, and the post-instability dynamics. As such, converters designed based on small-signal analyses may be conservative. In addition, linear controllers based on such analysis may not be robust and optimal. Clearly, there is a need to analyze the stability of power converters from a different perspective and design nonlinear controllers for such hybrid systems. In this Dissertation, using bifurcation analysis and Lyapunov's method, we analyze the stability and dynamics of some of the building blocks of distributed-power systems, namely standalone, integrated, and parallel converters. Using analytical and experimental results, we show some of the differences between the conventional and new approaches for stability analyses of switching converters and demonstrate the shortcomings of some of the existing results. Furthermore, using nonlinear analyses we attempt to answer three fundamental questions: when does an instability occur, what is the mechanism of the instability, and what happens after the instability? Subsequently, we develop nonlinear controllers to stabilize parallel dc-dc and parallel multi-phase converters. The proposed controllers for parallel dc-dc converters combine the concepts of multiple-sliding-surface and integral-variable-structure control. They are easy to design, robust, and have good transient and steady-state performances. Furthermore, they achieve a constant switching frequency within the boundary layer and hence can be operated in interleaving or synchronicity modes. The controllers developed for parallel multi-phase converters retain many of the above features. In addition, they do not require any communication between the modules; as such, they have high redundancy. One of these control schemes combines space-vector modulation and variable-structure control. It achieves constant switching frequency within the boundary layer and a good compromise between the transient and steady-state performances.
Ph. D.

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Liu, Changrong. "A Novel High-Power High-Efficiency Three-Phase Phase-Shift DC/DC Converter for Fuel Cell Applications." Diss., Virginia Tech, 2005. http://hdl.handle.net/10919/26048.

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Abstract:

Fuel cells are a clean, high-efficiency source for power generation. This innovative technology is going to penetrate all aspects in our life, from utility distributed power, transportation applications, down to power sources for portable devices such as laptop computer and cell phones. To enable the usage of fuel cell, developing power converters dedicated for fuel cells becomes imminent. Currently, the full-bridge converter is the dominating topology in high power dc/dc applications. Although multiphase converters have been proposed, most of them are dealing with high input-voltage systems, and their device characteristic is not suitable for a low voltage source such as a fuel cell. For a high power fuel cell system, high voltage conversion ratios and high input currents are the major obstacles to achieving high-efficiency power conversions. This dissertation proposes a novel 3-phase 6-leg dc/dc power converter with transformer isolation to overcome these obstacles. Major features of the proposed converter include: (1) Increase converter power rating by paralleling phases, not by paralleling multiple devices; (2) Double the output voltage by transformer delta-wye connection, thus lowering the turns-ratio; (3) Reduce the size of output filter and input dc bus capacitor with interleaved control; (4) Achieve Zero-Voltage Zero-Current Switching (ZVZCS) over a wide load range without auxiliary circuitry. High conversion efficiency above 96% is verified with different measurement approaches in experiments. This dissertation also presents the power stage and control design for the proposed converter. Control design guideline is provided and the design result is confirmed with both simulation and hardware experiments. When using the fuel cell for stationary utility power applications, a low-frequency ripple interaction was identified among fuel cell, dc/dc converter and dc/ac inverter. This low frequency ripple tends to not only damage the fuel cell, but also reduce the source capability. This dissertation also investigates the mechanism of ripple current propagation and exploits the solutions. A linearized ac model is derived and used to explain the ripple propagation. An active ripple reduction technique by the use of the current loop control is proposed. This active current loop control does not add extra converters or expensive energy storage components. Rather, it allows a reduction in capacitance because the ripple current flowing into the capacitor is substantially reduced, and less capacitance can be used while maintaining a clean dc bus voltage. The design process and guideline for the proposed control is suggested, and the effectiveness of this active control is validated by both simulation and experimental results.
Ph. D.

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Rakgati, Edward Tshitshiri. "Torque Performance of Optimally Designed Multi-Phase Reluctance DC Machines." Thesis, Link to the online version, 2006. http://hdl.handle.net/10019/1174.

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Warnasooriya, Nilanthi. "Quantitative phase imaging microscopy with multi-wavelength optical phase unwrapping." [Tampa, Fla] : University of South Florida, 2008. http://purl.fcla.edu/usf/dc/et/SFE0002637.

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Mupambireyi, Ushindibaba. "Modelling, analysis and control of multi-phase electronically commutated DC machines : an enabling topology for DC converter fed networks." Thesis, University of Warwick, 2017. http://wrap.warwick.ac.uk/101516/.

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Abstract:

Multiphase electronically commutated dc machine is a new non-conventional machine and converter topology aimed at dc power generation and delivery systems. This thesis presents a detailed analysis of two multiphase electronically commutated dc machine topologies, firstly, the two level topology then the multilevel topology. Electronic current commutation processes in these topologies are analysed and electrical machine parameters that influence current commutation and the design of the electronic commutator are exposed. The behaviour of the power electronic commutator circuit is shown to be tightly coupled to that of the electrical machine connected to it and to be inductively dominated during current commutation. Performance, efficiency, footprint and cost are all affected by design considerations arising from the interaction of electronic commutator switching devices and electrical machine. Thus there is an incentive to ensure that the designs of power electronic commutator circuits and electrical machines are matched, allowing the requirements of the system as a whole to be satisfied. Since these machine and converter topologies depart from the conventional machine and converter topologies, an alternative modelling approach that lends itself well to modelling of the machine and its associated power electronics is presented. The models are used to evaluate the operational attributes of the machine and its associated electronic commutator power electronic circuit and the proposed control schemes. Results from two prototype laboratory drives built to practically access the viability and fully characterise the operational behavior of these topologies together with the simulation results are presented. Conclusions are drawn concerning the proposed topologies and their associated control strategies.

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Romero, Rodríguez Miguel. "Synthèse de contrôle par supervision pour des systèmes HVDC à base de convertisseurs modulaires multiniveaux." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEI081.

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Abstract:

Ces dernières années, les technologies à courant continu haute tension (en anglais, HVDC) basées sur les convertisseurs modulaires multiniveaux (MMC) sont adoptées comme solution pour l'intégration efficace des énergies renouvelables dans les réseaux électriques. Cependant, ces technologies présentent de nouveaux défis dans la façon dont les systèmes de transmission de puissance sont contrôlés et exploités, car des stratégies de contrôle plus rapides et plus complexes seront nécessaires dans un domaine qui repose aujourd'hui fortement sur la décision humaine. Dans ce contexte, la modélisation des systèmes à événements discrets (SED) et la théorie du contrôle par supervision (TCS) sont des outils puissants pour la synthèse de superviseurs qui assurent que le système à contrôler respecte un ensemble de spécifications comportementales, imposées par le concepteur, dans ses limites physiques. Ce travail propose une méthode pour le développement complet, de la conception à la mise en œuvre, du contrôle par supervision d'un système Multi-Terminal DC (MTDC). Une analyse du système considéré a été effectuée afin d'identifier les principaux composants et modes de fonctionnement du réseau. La solution proposée repose sur la modélisation par événements discrets du comportement en temps continu des composants du système. A partir de là, les concepts de la TCS sont appliqués de manière à obtenir une architecture de contrôle hiérarchique prenant en compte la priorité de certaines actions de contrôle à traiter au niveau local. De plus, les contrôleurs discrets obtenus présentent une structure de commutation de mode afin de réaliser une gestion de mode pendant le fonctionnement du réseau MTDC. Enfin, une méthode pour la mise en œuvre des contrôleurs obtenus dans un logiciel de simulation de système électrique répandu est proposée. L'ensemble dutravail a été validé par la simulation d'une étude de cas impliquant la gestion des modes d'un système MTDC bipolaire à trois terminaux
The growth of renewable energy production is changing the future of power transmission systems. In recent years, High-Voltage Direct Current (HVDC) technologies based on Modular Multilevel Converters (MMC) are embraced by industry and academia as a solution for the efficient integration of renewable energies into electrical grids. However, this type of technology introduces new challenges in the way power transmission systems are controlled and operated, as faster and more complex control strategies will be needed in a domain which nowadays relies heavily on human decision. In this context, Discrete Event Systems (DES) modeling and Supervisory Control Theory (SCT) are powerful tools for the synthesis of supervisors ensuring that the system to be controlled respects a set of behavioral specifications, imposed by the designer, within its physical limitations. This work proposes a method for the full development, from conception to implementation, of the supervisory control of a multi-terminal DC (MTDC) system. A functional analysis on the considered system has been done so as to identify the main components and operational modes of the grid. Then, the proposed solution is based on the discrete-event modeling of the continuous-time behavior of the components in the system. From there, SCT concepts are applied so as to obtain a hierarchical control architecture taking into account the priority of some control actions that should be treated at the local level. Furthermore, the obtained discrete controllers present a mode-switching structure in order to realize mode management during the operation of the MTDC grid. Finally, a method for the implementation of the obtained controllers in widespread power system simulation software is proposed. The whole work has been validated through the simulation of a case study, involving the mode management of a 3-terminal bipolar MTDC system

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Zhu, Huiyu. "New Multi-Phase Diode Rectifier Average Models for AC and DC Power System Studies." Diss., Virginia Tech, 2005. http://hdl.handle.net/10919/30188.

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Abstract:

More power semiconductors are applying to the aircraft power system to make the system smaller, lighter and more reliable. Average models provide a good solution to system simulation and can also serve as the basis to derive the small signal model for system-level study using linear control theory. A new average modeling approach for three-phase and nine-phase diode rectifiers with improved ac and dc dynamics is proposed in this dissertation. The key assumption is to model the load current using its first-order Taylor Series expansion throughout the entire averaging time span. A thorough comparison in the time domain is given of this model and two additional average models that were developed based on different load current assumptions, using the detailed switching models as the benchmark. The proposed average model is further verified by experimental results. In the frequency domain, the output impedance of a nine-phase diode rectifier is derived, and the sampling effect in the average model is investigated by Fourier analysis. The feeder's impedance before the rectifier is modeled differently in the output impedance in contrast in the equivalent commutation inductance. The average model is applied to the resonance study in a system composed of a synchronous generator, a nine-phase diode rectifier and a motor drive. The Thevenin's and Norton's equivalent circuits are derived to construct a linearized system. The equivalent impedance are derived from the average models, and the source are obtained from the switching circuit by short-circuit or open-circuit. Transfer functions are derived from the harmonic sources to the bus capacitor voltage for resonance study. The relationship between the stability and the resonance is analyzed, and the effect of controllers on the resonance is investigated. Optimization is another system-level application of the average model. A half-bridge circuit with piezoelectric actuator as its load is optimized using genetic algorithm. The optimization provides the possibility to design the actuator and its driving circuit automatically.
Ph. D.

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Sarrafin, ardebili Farshid. "Nouvelles structures de conversion multi-cellulaires à base des transistors GaN pour la conversion DC-DC : applications au conditionnement des énergies renouvelables." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAT019/document.

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Abstract:

Dans le but de gérer la consommation et ainsi que la production efficace des énergies renouvelables, l’utilisation et augmentation de l’efficacité des systèmes de conversion d’énergie est devenue indispensable. Dans ce contexte, les transistors en nitrure de gallium (GaN HFETs) pour une densité de puissance commutée très importante, offrent des nouvelles possibilités et ils tirent vers le haut la gestion efficace des énergies renouvelables. Toutefois, cette nouvelle possibilité passe par un pilotage efficace des composants et une encapsulation et des interconnexions optimales. Ces travaux de thèse étudient et analyse les avantages et inconvénients d'une nouvelle structure de conversion multi cellulaire et ceux d’un driver spécifique multivoies monolithique et synchronisé pour les composants GaN, appliqué dans ce contexte précis. Ce manuscrit de thèse est composé de quatre chapitres. Après une étude bibliographique, le positionnement du convertisseur DAB (Dual Active Bridge) parmi les autres structures de conversion DC à l’aide d’une nouvelle méthodologie de comparaison (FOM topologique – Figure de Mérite) est présenté dans le premier chapitre. Afin de diminuer les contraintes de conversion d’énergie, une étude est amenée dans le chapitre 2 sur les principaux défis et enjeux d’une solution générique à travers de réalisation d’un réseau de convertisseurs. Le chapitre 3 présente la partie importante d’expérimentation et d’optimisation de la cellule élémentaire à base de convertisseurs DAB des points de vue fonctionnels mais aussi et surtout structurels. L’étude de l’isolation galvanique de la structure de conversion DAB reste l'objectif principal à développer pour démontrer le potentiel de remplacer le transformateur par une isolation capacitive. La conception de la puce de commande dédiée aux nouveaux transistors GaNs, les résultats pratiques des performances sont présentés dans le dernier chapitre. Certaines comparaisons du driver QGD (Quad Gate Driver) avec les autres solutions de transfert d’ordres de commande sont également discutées. La mise en œuvre du circuit de commande dans un convertisseur DAB afin de valider le fonctionnement de QGD est introduite dans les perspectives
In order to improve the management and the production efficiency in renewable energy, power electronics systems have become important contributors. In this context, gallium nitride transistors (GaN HFETs) provide new opportunities for high power density, high switching speed and they pull up the effective management of renewable energies. However, this new opportunity requires effective gate drivers and optimal packaging and assembly. This thesis will introduce the general approach of a new architecture for multi cellular conversion and a monolithic multichannel and synchronized drive for GaN components, which are applicable in our specific context. This thesis is composed of four chapters. A bibliographic section is presented in first chapter. A new comparative methodology has been developed in this chapter in order to benchmark the DAB (Dual Active Bridge) converter with respect to other DC converters. In the second chapter, a generic solution (converter grid) has been explained in order to reduce the energy conversion constraints. Chapter 3 presents the important parts of the experimentation and the optimization of DAB converter. High frequency transformer replacing by capacitors is the main objective of this section. The design of the Quad Gate Driver (QGD) IC dedicated to GaNs transistors control in H bridge configuration and the results of their performances are presented in the last chapter. Some comparisons of this approach with other signal transfer solutions are also discussed. The implementation of the QGD in a full bridge transistor converter is introduced into the perspective section

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Khmaladze, Alexander. "Three-dimensional microscopy by laser scanning and multi-wavelength digital holography." [Tampa, Fla] : University of South Florida, 2008. http://purl.fcla.edu/usf/dc/et/SFE0002638.

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Kim, Jong Wan. "Back to Back Active Power Filter for Multi-Generator Power Architecture with Reduced dc-link Capacitor." Diss., Virginia Tech, 2020. http://hdl.handle.net/10919/96638.

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Abstract:

Multi-pulse converters have been widely used for a multi-megawatt scale power generating system to comply with harmonic regulations. Among all types of multi-pulse converters, a 12-pulse converter is the most widely used due to the simple structure, which consists of a delta-delta and a delta-wye phase-shift transformer pair and it effectively mitigates undesirable harmonics from the nonlinear load. In the early 2000s, a shunt type passive front-end for a shipboard power system was proposed. By shunting the two gensets with 30° phase angle difference, a single phase-shift transformer effectively eliminates 5th and 7th harmonics. It achieves a significant size and weight reduction compared to a 12-pulse converter while keep the comparable harmonic cancellation performance. Recently, a hybrid type front-end was proposed. On top of the passive front-end, 3 phase active power filter was added and an additional harmonic cancellation was achieved to further eliminate 11th and 13th harmonics. However, the performance of both the passive and hybrid type front-end are highly dependent on the size of the line reactor in ac mains. A back to back active power filter is proposed in this dissertation to replace the phase-shift transformer in the multi-generator power architecture. The proposed front-end does not include phase-shift transformer and the size and the weight of the overall front-end can be significantly reduced. Due to the active harmonic compensation, the back to back front-end achieves better power quality and the line reactor dependency is improved. The number of required dc-link capacitors is reduced by half by introducing a back to back configuration and the capacitor size is reduced by adjusting the phase angle difference of genset to cancel out the most significant voltage harmonics in the shared dc-link bus. The overview of the existing shunt type front-end is provided and the concept of back to back active power filter is validated by simulation and prototype hardware. The comparison between existing front-end and the proposed front-end is provided to highlight the superior performance of back to back active front-end. The dc-link bus current and voltage ripple analysis is provided to explain the dc-link ripple reduction mechanism.
Doctor of Philosophy
The transportation electrification has gained more and more attention due to its smaller carbon dioxide emission, better fuel efficiency. The recent advances in power devices, microcontrollers, and transducers accelerate the electrification of transportation. This trend is shown in the propulsion system in marine transport as well and the electric propulsion system has been widely used to meet the strict environmental regulations. However, the non-linear circuit components such as capacitor and diode in the electric propulsion system draw non-linear current and significantly deteriorate power quality and lead to critical problems such as reduced life span of circuit components Accordingly, a front-end is required to improve power quality. Also, it is desired to have compact and lightweight front-end for installation flexibility and fuel efficiency improvement. In this dissertation, several front-ends using a phase-shift transformer are reviewed and a detailed analysis is provided to help understand the harmonic cancellation principle of the existing front-end through equivalent circuit analysis, quantitative analysis, and a phasor diagram representation. Based on the analysis of the existing front-ends and shipboard power architecture, lightweight and high-performance front-end is proposed and verified by simulation and prototype hardware. The performance, size comparison between existing front-end and the proposed front-end is provided to show the advantage of the proposed front-end.

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Djaouti, Abderrahmane. "Étude de l’intégration d’un stabilisateur/limiteur supraconducteur dans un réseau DC autonome." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2022. http://www.theses.fr/2022LORR0367.

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Abstract:

Les problèmes de stabilité qui existent dans les réseaux DC embarqués sont principalement dus à la présence de convertisseurs de puissance. En effet, dans un réseau DC intégré, l'interaction entre des filtres d'entrée RLC mal amortis et des charges à puissance constante, telles que par exemple des actionneurs alimentés par des onduleurs et des batteries avec des contrôleurs de charge, peut être la source d'une instabilité de la tension du bus DC. Cette instabilité se traduit par une oscillation croissante du courant et de la tension dans les lignes de transmission, ce qui peut conduire à la destruction des composants qui composent le réseau. L'objectif principal de cette thèse est de proposer une nouvelle méthode de stabilisation basée sur un dispositif supraconducteur en exploitant ses propriétés. En effet, les supraconducteurs deviennent résistifs lorsqu'un champ magnétique externe leur est appliqué. Ainsi, en faisant varier le champ magnétique appliqué sur le ruban supraconducteur, son courant critique peut être modifié de sorte que le ruban se comporte comme une résistance dynamique contrôlable par le champ magnétique. En intégrant ce ruban supraconducteur contrôlé par le champ magnétique en série avec le filtre d'entrée d'un réseau DC, la marge de stabilité peut être augmentée en fonction de la puissance demandée par la charge. Afin de pouvoir étudier cette méthode, il est nécessaire de déterminer la résistance du ruban supraconducteur à chaque instant du fonctionnement du réseau. Cette résistance est non linéaire et dépend de la température, du courant et du champ externe Rsc(T;I;Bext). Pour ce faire, dans un premier temps, un modèle multiphysique est proposé. Ce modèle est développé dans un outil numérique permettant la simulation du système dans différents régimes (stationnaire et transitoire). Il est ensuite inséré dans un réseau DC équivalent d'un avion plus électrique pour étudier la méthode proposée. La difficulté de cette nouvelle méthode de stabilisation réside dans la possibilité pratique de faire varier dynamiquement la résistance du ruban supraconducteur par un champ magnétique externe sans emballement thermique en vue d'avoir une résistance par unité de longueur suffisante pour pouvoir stabiliser un réseau DC. Afin de valider expérimentalement le principe de la méthode, il est proposé le dimensionnement, la conception et la caractérisation d'un inducteur magnétique pour créer un champ magnétique variable qui permettra de réaliser des mesures expérimentales sur un ruban supraconducteur. Les résultats expérimentaux, obtenus sur un banc d'essai au sein du laboratoire GREEN, ont permis de valider le principe de la méthode proposée. Ils nous ont également permis de tirer plus de conclusions sur le comportement dynamique du stabilisateur supraconducteur sous un champ magnétique externe
The stability problems that exist in embedded DC networks are mainly due to the presence of power converters. Indeed, in an embedded DC network, the interaction between poorly damped RLC input filters and constant power loads, such as inverter-fed actuators and batteries with charge controllers, can be the source of DC bus voltage instability. This instability results in increasing current and voltage oscillation in the transmission lines, which can lead to the destruction of the components of the network. The main objective of this thesis is to propose a new stabilization method based on a superconductor device by exploiting its properties. Indeed, superconductors become resistive when an external magnetic field is applied to them. Thus, by varying the magnetic field applied on the superconducting tape, its critical current can be modified so that the tape behaves as a dynamic resistor controllable by the magnetic field. By integrating this superconducting tape controlled by the magnetic field in series with the input filter of a DC network, the stability margin can be increased according to the power demanded by the load. In order to study this method, it is necessary to determine the resistance of the superconducting tape at each instant of the network operation. This resistance is non linear and depends on the temperature, the current and the external field Rsc(T;I;Bext). For this, in a first step, a multiphysics model is proposed. This model is developed in a numerical tool allowing the simulation of the system in different regimes (stationary and transient). Then, it is inserted in an equivalent DC network of a more electric aircraft to study the proposed method. The difficulty of this new stabilization method consists in the practical possibility to vary dynamically the resistance of the superconducting tape by an external magnetic field without thermal runaway in order to have a sufficient resistance per length unit to stabilize a DC network. In order to experimentally validate the principle of the method, it is proposed the dimensioning, the design and the characterization of a magnetic inductor to create a variable magnetic field which will allow to realize experimental measurements on a superconducting tape. The experimental results, obtained on a test bench in the GREEN laboratory, allowed to validate the principle of the proposed method

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Louganski, Konstantin P. "Modeling and Analysis of a Dc Power Distribution System in 21st Century Airlifters." Thesis, Virginia Tech, 1999. http://hdl.handle.net/10919/35514.

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Abstract:

A DC power distribution system (PDS) of a transport aircraft was modeled and analyzed using MATLAB/Simulink software. The multi-level modeling concept was used as a modeling approach, which assumes modeling subsystem of the PDS at three different levels of complexity. The subsystem models were implemented in Simulink and combined into the whole PDS model according to certain interconnection rules. Effective modeling of different scenarios of operation was achieved by mixing subsystem models of different levels in one PDS model. Linearized models were obtained from the nonlinear PDS model for stability analysis and control design. The PDS model was used to examine the system stability and the DC bus power quality under bidirectional power flow conditions. Small-signal analysis techniques were employed to study stability issues resulting from subsystem interactions. The DC bus stability diagram was proposed for predicting stability of the PDS with different types of loads without performing an actual stability test based on regular stability analysis tools. Certain PDS configurations and operational scenarios leading to instability were identified. An analysis of energy transfer in the PDS showed that a large energy storage capacitor in the input filter of a flight control actuator is effective for reduction of the DC bus voltage disturbances produced by regenerative action of the actuator. However, energy storage capacitors do not provide energy savings in the PDS and do not increase its overall efficiency.
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Voss, Johannes [Verfasser], Doncker Rik W. [Akademischer Betreuer] De, and H. Alan [Akademischer Betreuer] Mantooth. "Multi-megawatt three-phase dual-active bridge dC-dC converter : extending soft-switching operating range with auxiliary-resonant commutated poles and compensating transformer saturation effects / Johannes Voss ; Rik W. de Doncker, H. Alan Mantooth." Aachen : Universitätsbibliothek der RWTH Aachen, 2019. http://d-nb.info/1217788972/34.

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Young, Kurt A. "COMPARATIVE ANALYSES OF MULTI-PULSE PHASE CONTROLLED RECTIFIERS IN CONTINUOUS CONDUCTION MODE WITH A TWO-POLE LC OUTPUT FILTER FOR SURFACE SHIP DC APPLICATIONS." Monterey, California. Naval Postgraduate School, 2013. http://hdl.handle.net/10945/32924.

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Abstract:

The Navy of tomorrow will require a robust and reconfigurable power system capable of supplying power not only to large high power propulsion loads but to growing combat system loads like high power radar and pulse loads such as rail guns and free-electron lasers. A critical component in such a system is the phase controlled rectifier. As such, the issues associated with the inclusion of a power electronics rectifier need to be addressed. These issues include input Alternating Current (AC) interface requirements, the output Direct Current (DC) load profile, and overall stability in the presence of non-linear loads. Understanding these issues and determining the means of assuring compatibility with a Navy all-electric ship is the focus of this thesis. By using a Simulink model of a variable parameter load, several multiple-pulse count, high power rectifiers were exercised. The Simulink results were compared to the linearized small signal transfer function analysis results. These experiments led to the conclusion that increasing the pulse count and output filtering reduces the input interface current distortion. However, there are tradeoffs in terms of complexity and size of the passive components, and optimization based on source and load specifications is required.

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Alves, rodrigues Luis Gabriel. "Design and characterization of a three-phase current source inverter using 1.7kV SiC power devices for photovoltaic applications." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAT030.

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Abstract:

Classiquement, la chaîne de conversion de l’énergie électrique des centrales photovoltaïques comporte un champ photovoltaïque (PV) délivrant une tension maximale de 1kV suivi d’un hacheur élévateur connecté à un onduleur de tension triphasé. Cette chaîne de conversion à deux étages (DC/DC + DC/AC) est ensuite raccordée sur le réseau moyenne tension au travers d’un transformateur BT/HTA. Dans l’objectif de simplifier les systèmes de conversion PV, ce travail de recherche s’intéresse à l’étude et la mise en œuvre d’une topologie DC/AC n’employant qu’un seul étage de conversion : l’Onduleur de Courant triphasé. Bien que relativement simple, l’Onduleur de Courant présente comme inconvénient majeur les pertes par conduction. Pour pallier ce problème, des interrupteurs à grand-gap au Carbure de Silicium (SiC) sont employés, ce qui permet de convertir de l’énergie de façon performante (η>98.5%) tout en gardant une fréquence de commutation élevée (plusieurs dizaines de kHz). Les modules à semi-conducteurs de puissance du marché n’étant pas compatibles avec ce type de convertisseur, des modules particuliers en SiC ont été développés dans le cadre de la thèse. La caractérisation dynamique de ces nouveaux modules est réalisée dans le but de servir de base à la conception d’un démonstrateur de l’Onduleur de Courant d’une puissance nominale de 60kW. Enfin, le rendement de la partie semi-conducteur de puissance est évalué par une méthode calorimétrique confirmant l’aptitude de la topologie à fonctionner à des fréquences de commutation supérieures. L’originalité de ces travaux réside principalement dans la conception, caractérisation et mise en œuvre de ce nouveau module de puissance adapté à cette topologie connue, mais peu étudiée à l’heure actuelle avec des interrupteurs au SiC
Classically, the energy conversion architecture found in photovoltaic (PV) power plants comprises a multitude of solar arrays delivering a maximum voltage of 1kV followed by a step-up chopper connected to a three-phase voltage source inverter. This two-stage conversion system (DC/DC + DC/AC) is then connected to the MV grid through a LV/MV transformer. In order to simplify the PV systems, this research work focuses on the study and implementation of a DC/AC topology employing a single conversion stage: the three-phase current source inverter (CSI). Although relatively simple, the CSI presents as major drawback the conduction losses. To deal with this problem, wide-bandgap silicon carbide (SiC) semiconductors are used, which allows to efficiently convert energy (η> 98.5%) while keeping a relatively high switching frequency (several tens of kHz). Nonetheless, since the available power semiconductor modules on the market are not compatible with the CSI, a novel 1.7kV SiC-based module is developed in the context of the thesis. Thus, the dynamic characterization of the new SiC device is carried out and serves as a basis for the design of a 60kW Current Source Inverter prototype. Finally, the inverter’s semiconductor efficiency is evaluated through a calorimetric method, confirming the ability of the topology to operate at higher switching frequencies. At the present time, little research has been conducted on the CSI implementation with SiC devices. The originality of this work lies mainly in the design, characterization and implementation of the new SiC power module adapted to this well-known inverter topology

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DIANA, MICHELA. "Tooth-coil wound multiphase synchronous machines." Doctoral thesis, Politecnico di Torino, 2018. http://hdl.handle.net/11583/2713044.

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Abstract:

Nowadays we are witnessing a strong growth in the full electric vehicle market. In the field of traction the requirements are low weight, small dimensions and low cost, without renouncing reliability and good performances. The high power density requirement is pushing the research towards integrated drive solutions. A particular drive that allows to obtain more insightful integrated solutions is the multi-phase one. In fact, in multi-phase structures it is possible to realize a converter as a combination of standard modules with an equal subdivision of the current. The resulting power electronics modules meet the needs of an integrated solution: smaller and widely distributed. Although road electric vehicles primarily adopt 3-phase drives, the multi-phase version could represent a good alternative not only for its integration capability but also for other features like reduced weight and volume, high efficiency, low vibrations and noise, robustness and, overall, fault tolerance. The aim of this thesis is to investigate a particular category of multiphase machines, characterized by a very simple structure that allows to match manufacturing and performance standards. In Chapter 1, the subcategory of multiphase machine object of the investigation is identified. Considering a simple stator structure, as the tooth-coil wound, a general algorithm to identify the right stator-rotor coupling in multiphase machine is presented. In Chapter 2, an analytical and generalized formulation of the harmonic fields at the air gap for the multi-n-phase solutions chosen is reported allowing to understand and quantify the harmonic compensation in the MMF. Starting from the Lorenz Force Law an analytical formulation of the torque and torque ripple is then proposed. The model proposed has been then verified by Finite Element Analysis (FEA). In Chapter 3, the main issues tackled in the design of a nine phase machine are reported. Between the possible solutions a 9 slot 10 poles PM-inset machine has been chosen. The chapter reports the evaluation of the performance conducted by the time stepping FEA. The chapter reports the experimental results that were conducted on a prototype. A description of the control infrastructure is reported. In Chapter 4, a simple modulation strategy that allows to reduce the DC-link stress for a triple-3-phase drive is presented. The analysis of the benefits introduced by the PWM phase shifting are evaluated by steady state simulations ,using the software Pspice, in all the possible operating conditions. A worst case approach has been chosen in order to find the best angle of shifting between carriers to reduce the DC-link rms current in multi-3-phase drives. The results of the experimental validation are reported. The same analysis has been extended to sectored multiphase. In Chapter 5, a mathematical model is proposed in order to evaluate the torque and the torque ripple in fractional slot tooth-coil wound (TCW) Synchronous Reluctance (SyR) machines. Considering a generic harmonic field and an ideal SyR rotor, the rotor magnetic potential is modelled and the torque equations are calculated starting from the Lorenz Force Law. Time stepping FEA results are reported in order to verify the formulations. Appendix A reports the mathematical demonstration that defines the rotor reaction for an ideal SyR rotor together with the methodologies used to design the SyR constant permeance rotor. Appendix B reports the manufacturing process of the machine. Appendix C reports the COOL-TIE concept: a cooling devices for the electrical machine compatible with the power electronic integration

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39

Cheng, Sheng-Wen, and 鄭勝文. "Design and Implementation of a Multi-Phase Buck DC-DC Converter for Blade Servers." Thesis, 2014. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/46655847937705213867.

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Abstract:

碩士
國立臺灣科技大學
電機工程系
102
In this thesis, a digitally-controlled voltage regulation module (VRM) which is fully compliant with Intel® VR12.5 specifications is implemented. In the presented system, a four-phase buck converter topology is adopted. An IR3581 dual-loop digital multi-phase buck controller is utilized as the digital controller, and IR3578 integrated synchronous buck driver IC is used to implement the power stage. Advantages of using a digital controller and integrated driver chip include fewer peripheral components and high design flexibility. Main features of IR3581 controller include digital compensator design, dynamic phase control (DPC) and adaptive transient algorithm (ATA). DPC automatically adds/drops phases based upon load current, which will improve the converter efficiency at light load condition. ATA based on non-linear digital PWM algorithms can minimize bulk output capacitors. Experimental results validate that the implemented system can meet the Intel® VR12.5 specifications, and the measured efficiency is higher than 94%.

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40

Kang, Zhe-Wei, and 康哲維. "Study of a Multi-Phase Isolated DC/DC Converter for PEM Fuel Cell Stacks." Thesis, 2010. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/33731010025977904061.

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Abstract:

碩士
國立臺灣科技大學
電子工程系
98
Recently, clean energy resources, such as wind turbines, photovoltaic systems or fuel cells, have been exploited for developing renewable electric power generation systems. Among them, the rapid advances in fuel cell technology have enabled the significant developments in fuel cell power system. The fuel cells feature numerous advantages, such as high energy density, high current output ability, and high-efficiency operation. However, the fuel cell stacks present a low voltage output and a wide range of voltage variations under different load, temperature, humidity and electrochemical reaction conditions. A step-up power converter is therefore applied to obtain a high output voltage from the fuel cell system. A high-performance isolated multi-phase power converter for fuel cell power systems is studied and implemented. A digital controller is also designed to perform the interleaved operation of the paralleled multi-phase power modules. Finally, a 10-kW converter prototype is implemented and tested to verify the feasibility of the studied topology and control strategy.

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41

Tsai, Chia-Hao, and 蔡家豪. "Study of a 10kW Multi-Phase Digital-Controlled DC/DC Converter for Fuel Cell Applications." Thesis, 2011. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/c2h6a2.

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Abstract:

碩士
國立臺灣科技大學
電子工程系
99
Recently, clean energy resources such as solar cell, wind turbine or fuel cell have been exploited for developing renewable electric power generation systems. The fuel cell is considered as the most clean energy technology. Its major advantages include low noise, low pollution, high efficiency, and easy replacement. However, the fuel cell stacks present low voltage output and wide range of voltage variation. In order to provide load a constant source, a step-up DC-DC converter must be inserted between the fuel cell stack and the load. In this thesis, the adopted circuit topology is the current-fed full-bridge boost converter with secondary voltage-doubler. A digital controller is also designed to coordinate the interleaved parallel operation among the multi-phase power modules. An auxiliary power is used to provide digital signal processor (5V/3A), drive circuit (15V/2A) and the feedback circuit (15V/0.67A). An improved high-performance isolated multi-phase power converter is studied and implemented for fuel cell power systems. Finally, a 10kW DC-DC boost converter is implemented, Experimental results are shown to verify the feasibility of the developed system. A high conversion efficiency over 90% can be achieved.

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42

Lin, Li-Chia, and 林立家. "Improved Dual Phase Cross-Coupled Charge Pump Techniques for Selectable Multi-Output DC-DC Converters." Thesis, 2007. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/80030758925497407331.

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Abstract:

碩士
國立交通大學
電機與控制工程系所
96
LCD panels are going more and more popular. The applications of the LCD panels are widely spread in our daily life. From the small LCD panels on palmtop entertainment machine and cell phone to the large LCD panels on LCD TV or outdoor display screen. Therefore, the power supply blocks for LCD panels are more and more important. The needs to integrate the power supply block into the LCD driver circuits are rise in great demands. In other words, it is necessary to reduce the size of the power supply block chip and reduce the number of the external components. The power sources for LCD panels need different voltage scale to charge and discharge the liquid crystal capacitors. Among the DC-DC power converters, inductive switching converters need external components as inductors and charge pumps need external components as capacitors. Compare these two external components inductors and capacitors, inductors occupy larger board area than that of capacitors. Besides, LCDs need a negative voltage to discharge the liquid crystal capacitors. It is difficult for Inductive switching converters to generate a negative voltage. Therefore, for cost and area considerations, we use charge pumps to replace inductive switching converters. In this thesis, the ripple of the charge pump is further reduced by an improved double phase cross-coupled charge pump structure. This thesis implements a switchable multi output DC-DC converter utilize improved dual phase cross-coupled charge pumps. The input voltage is a high voltage 10V. The circuit can supply 4 different output voltages, 10V, 20V, -10V and 0V. The maximum current load is 50mA. The chip is simulated and fabricated by TSMC 0.25um 2.5V/5V/12V/40V 1P5M BCD process CMOS technology.

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43

Feng, Yi-Hsin, and 馮毅昕. "Three-Phase Multi-Level Y-Y Connection Bi-Directional Series-Series Resonant DC-DC Converter." Thesis, 2018. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/9ucj8t.

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Abstract:

碩士
國立臺灣科技大學
電子工程系
106
This thesis presents Three-Phase Multi-Level Y-Y connection Bi-Directional Series-Series Resonant DC-DC Converter. The voltage stress of the power switch is equal to half of the input voltage. Therefore, it is suitable for high input-voltage applications, and is easy to choose the power switch device, it also has the benefit of reducing output voltage and current ripple. This article will introduce the principle of Three-Phase Multi-Level Y-Y connection Bi-Directional Series-Series Resonant DC-DC Converter. On secondary side, synchronous rectification is added to reduce the conduction loss, and a digital signal processor DSP is used to control the switching signal to achieve multi-stage voltage equalization control. Finally, a laboratory prototype of Three-Phase Multi-Level Y-Y connection Bi-Directional Series-Series Resonant DC-DC Converter was designed and tested for high-voltage applications. The circuit specifications are 7 kW rated power, 800 V input voltage, and 8.75 A output current. The measured efficiency can be up to 96% under different load conditions.

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44

Lukic, Zdravko. "Design and Practical Implementation of Advanced Reconfigurable Digital Controllers for Low-power Multi-phase DC-DC Converters." Thesis, 2012. http://hdl.handle.net/1807/33855.

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Abstract:

The main goal of this thesis is to develop practical digital controller architectures for multi-phase dc-dc converters utilized in low power (up to few hundred watts) and cost-sensitive applications. The proposed controllers are suitable for on-chip integration while being capable of providing advanced features, such as dynamic efficiency optimization, inductor current estimation, converter component identification, as well as combined dynamic current sharing and fast transient response. The first part of this thesis addresses challenges related to the practical implementation of digital controllers for low-power multi-phase dc-dc converters. As a possible solution, a multi-use high-frequency digital PWM controller IC that can regulate up to four switching converters (either interleaved or standalone) is presented. Due to its configurability, low current consumption (90.25 μA/MHz per phase), fault-tolerant work, and ability to operate at high switching frequencies (programmable, up to 10 MHz), the IC is suitable to control various dc-dc converters. The applications range from dc-dc converters used in miniature battery-powered electronic devices consuming a fraction of watt to multi-phase dedicated supplies for communication systems, consuming hundreds of watts. A controller for multi-phase converters with unequal current sharing is introduced and an efficiency optimization method based on logarithmic current sharing is proposed in the second part. By forcing converters to operate at their peak efficiencies and dynamically adjusting the number of active converter phases based on the output load current, a significant improvement in efficiency over the full range of operation is obtained (up to 25%). The stability and inductor current transition problems related to this mode of operation are also resolved. At last, two reconfigurable digital controller architectures with multi-parameter estimation are introduced. Both controllers eliminate the need for external analog current/temperature sensing circuits by accurately estimating phase inductor currents and identifying critical phase parameters such as equivalent resistances, inductances and output capacitance. A sensorless non-linear, average current-mode controller is introduced to provide fast transient response (under 5 μs), small voltage deviation and dynamic current sharing with multi-phase converters. To equalize the thermal stress of phase components, a conduction loss-based current sharing scheme is proposed and implemented.

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45

Hsu, Lan-Ting, and 許嵐婷. "Modeling and Control of a Multi-Phase Step-Up DC/DC Converter with Low Switch Voltage Stress." Thesis, 2008. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/33656679231194366909.

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Abstract:

碩士
國立清華大學
電機工程學系
96
In recent years, with global energy shortage and strong environmental movements, many countries are encouraging and promoting the development of distributed energy sources such as fuel cells and renewable energies. As important roles in new energy, however, the output voltage of the solar cells and the fuel cells is rather low. Hence, a high step-up dc/dc converter is normally required as an interface to increase voltage for back-end applications. Therefore, emphasis of this thesis is placed on developing a high efficiency and high step-up dc/dc converter for these two new energy systems. Basically, the main contributions of this thesis can be summarized as follows. First, a new high efficiency and high step-up dc/dc converter is proposed. It can effectively reduce the voltage stress of active switches and the output voltage ripple of the converter. Moreover, it is able to maintain rather high efficiency in wide load range. Second, the mathematical model of the proposed converter is derived. According to the model, a close-loop controller is designed to achieve better stability and transient response of the converter. Finally, a 200V/100W laboratory prototype is constructed and corresponding simulations as well as experimental results are provided to verify the feasibility of the proposed converter. It is seen that the resulting efficiency curve can be maintained rather flat and above 93% for a load varied from 40W to 100W. Furthermore, the voltage stress of active switches and the output voltage ripple are 25% and 16.7%, respectively, lower than that of the voltage doubler proposed in 2007.

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46

Cheng, Ching-Hsiang, and 鄭景翔. "Novel Isolated Multi-Phase High Step-Up Voltage Ratio DC Converters." Thesis, 2012. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/83727561076548186122.

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Abstract:

碩士
國立清華大學
電機工程學系
100
High step-up voltage ratio DC converters are widely used in a variety of high voltage applications such as the front-end stages of uninterruptible power systems and distributed energy systems. Also, for safety reasons, galvanic isolation is essential. Although one can use high turns ratio transformer and/or coupling inductors to achieve high step-up voltage ratio, however, the resulting high voltage stress and decreased efficiency are the major drawbacks. Hence, in this thesis, a different approach is employed to achieve high step-up voltage ratio without relying on a high turns ratio transformer and/or coupling inductors. Basically, the major contributions of this thesis may be summarized as follows. Frist, a series of novel isolated two-phase high step-up voltage ratio DC converters are proposed to achieve a voltage gain of , where is isolated transformer turns ratio, is the duty ratio of the converter and . Special features of the proposed converters include less voltage stress of all active switches and diodes, low input current ripples, automatic current sharing among input phases, and higher efficiency. Second, modeling and characteristic analysis of a six times voltage multiplier converter are made in the context. In addition, optimal design of output capactiors is investigated to achieve minimum output voltage ripples. Third, a 400W prototype with 25V input and 400V output is constructed to verify the feasibility of the proposed converter. It is seen that the voltage stress of active switches and diodes are and respectively, and the corresponding European and maximum efficiencies are 93.49% and 95.56% respectively. Also, by adding an active clamped circuit, the resulting efficiencies are raised to 94.73% and 96.04% respectively. Finally, for even higher power levels, the corresponding three-phase and four-phase DC converters with voltage gain are also presented for reference. Keywords：Muti-Phase DC Converter, Isolated Converter, High Step-Up Voltage Ratio, High Efficiency.

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47

Chang, Bor-Min, and 張博民. "Research of Three-Phase Multi-Pulse AC to DC Diode Rectifiers." Thesis, 2001. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/19582960243031392378.

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Abstract:

碩士
國立成功大學
電機工程學系
89
In this thesis, techniques of multi-pulse diode rectifiers are analyzed. The multilevel voltage source converters, the input voltages of the rectifier are modified to approximate sinusoidal waves. As a result, the current flows through the inductor connected between ac source and the rectifier approximates the sinusoidal wave. In phase-shifted multi-pulse converters, transformers or autotransformers are used to change the phases of the input voltages, more than two sets of voltage sources are generated such that the input current harmonic components are reduced. In third harmonic current re-injection techniques, the current is derived from the ripple of the rectified voltage and injected into ac source to compensate the third harmonic current produced by the diode rectifier. Finally, the package software IsSpice is used to simulate and analyze converter topologies.

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48

CHEN, YUNG-HAN, and 陳永翰. "A High Efficient Switch Mode DC-DC Converter with a Multi-Phase Periodic Shut Down Switch-On-Demand Modulator." Thesis, 2017. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/y7w4k8.

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49

"Digital Controlled Multi-phase Buck Converter with Accurate Voltage and Current Control." Doctoral diss., 2017. http://hdl.handle.net/2286/R.I.46206.

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Abstract:

abstract: A 4-phase, quasi-current-mode hysteretic buck converter with digital frequency synchronization, online comparator offset-calibration and digital current sharing control is presented. The switching frequency of the hysteretic converter is digitally synchronized to the input clock reference with less than ±1.5% error in the switching frequency range of 3-9.5MHz. The online offset calibration cancels the input-referred offset of the hysteretic comparator and enables ±1.1% voltage regulation accuracy. Maximum current-sharing error of ±3.6% is achieved by a duty-cycle-calibrated delay line based PWM generator, without affecting the phase synchronization timing sequence. In light load conditions, individual converter phases can be disabled, and the final stage power converter output stage is segmented for high efficiency. The DC-DC converter achieves 93% peak efficiency for Vi = 2V and Vo = 1.6V.
Dissertation/Thesis
Doctoral Dissertation Electrical Engineering 2017

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50

Cao, Ke. "Thermal Management for Multi-phase Current Mode Buck Converters." Thesis, 2011. http://hdl.handle.net/1807/29498.

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Abstract:

The main goal of this thesis is to develop an active thermal management control scheme for multi-phase current mode buck converters in order to improve the long term reliability of the converters. A thermal management unit (TMU) with independent linear compensators for the thermal loops is incorporated into the existing digital controller to regulate the current through each phase so that equal temperature distribution is achieved across all phases. A lumped parameter thermal model of the multi-phase converter is built as the basis of the TMU. MATLAB simulation results are used to verify the TMU concept. Experimental results from a digitally controlled 12 V to 1 V, 50 A, 250 kHz four-phase peak current mode buck converter demonstrate the effectiveness of the proposed thermal management technique in the presence of uneven air flow. The steady-state performance, dynamic transient load performance, effect of gate drive voltage and efficiency measurements are investigated and discussed.

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Dissertations / Theses on the topic 'Convertisseur DC/DC multi-phase'

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