Conception de stratégies de commande et d'observateur pour un convertisseur multicellulaire

Abstract

Le présent travail a pour objet la synthèse de stratégies de commande et d’observateur permettant l’équilibrage en boucle fermée des tensions flottantes d’un convertisseur multicellulaire. Deux stratégies de commande basées sur le modèle instantané du convertisseur sont présentées; une première reposant sur l’obtention des ordres de commande des interrupteurs selon la valeur de la tension de sortie désirée, et une seconde basée sur la théorie des modes glissants. Une nouvelle approche de modélisation basée sur la théorie des systèmes dynamiques hybrides est développée. Elle est utilisée pour synthétiser une loi de commande d’un convertisseur à trois cellules. L’étude de l’observabilité et le développement d’un observateur par mode glissant appliqué à un convertisseur commandé par l’approche hybride sont ensuite présentés. Des résultats de simulation sous Matlab montrent que les méthodes utilisées donnent de très bonnes performances. L’objectif de ce travail est de trouver une stratégie de commande et un observateur d’état pour un convertisseur à trois cellules tout en respectant sa nature hybride. Un rappel bref et un état de l’art des convertisseurs multicellulaires font l’objet d’un premier chapitre. L’évolution des convertisseurs statiques, le principe de fonctionnement et les différents modèles des convertisseurs multicellulaires ainsi que les stratégies de commandes et d’observateurs développés sont présentés. Dans un deuxième chapitre, une utilisation d’un convertisseur multicellulaire pour la commande d’une machine à courant continu est étudiée. Une régulation directe des tensions flottantes en utilisant un algorithme basé sur le choix des redondances qui permettent d’obtenir une tension de sortie désirée est réalisée. Elle permet de commander la machine à courant continu dans les deux sens de rotation; en moteur et en génératrice. Le troisième chapitre est dédié à la synthèse d’une loi de commande par mode de glissement pour un convertisseur à trois cellules. Cette stratégie de commande a déjà montré ses performances quant au rejet des perturbations et à la simplicité de sa mise en œuvre. Elle est étudiée dans ce travail pour pouvoir comparer les résultats obtenus par cette stratégie de commande basée sur un modèle instantané avec les résultats obtenus par une autre stratégie de commande basée sur un modèle hybride qui fait l’objet d’un quatrième chapitre. Le dernier chapitre est consacré à l’étude de l’observabilité et la synthèse d’un observateur d’état par mode glissant d’un convertisseur à trois cellules. Une conclusion générale donne des perspectives pour élargir le domaine d’application des systèmes hybrides.