Avec l’arrivée massive de technologies en courant continu (DC) sur le réseau électrique, et en particulier avec le photovoltaïque et le stockage électrochimique connecté réseau, une part croissante de l’énergie transite par des convertisseurs statiques. Contrairement aux réseaux à prédominance de machines tournantes, qui bénéficient d’une inertie élevée, les réseaux à dominance d’électronique de puissance n’ont qu’une inertie très limitée, et peuvent alors subir des pics, chutes, voire effondrement de tension très dynamiques. Des travaux portent sur l’inertie synthétique, émulée par un contrôle spécifique des convertisseurs statiques, mais ces approches dépendent des fabricants et ne s’appuient pas sur une normalisation établie. Une autre voie consiste à concevoir des équipements spécifiques dédiés à la stabilisation active des réseaux électriques à faible inertie, c’est ce que nous proposons d’explorer à travers cette thèse.
Un cas particulièrement contraignant concerne les réseaux à MVDC, qui reposent par construction à 100% sur les convertisseurs statiques, qui ont donc une inertie naturelle extrêmement faible, et imposent l’usage de convertisseurs statiques reposant sur des technologies spécifiques. Nous proposons dans le cadre de cette thèse l’étude et la preuve de concept d’un convertisseur relié à un réseau électrique MVDC à une tension de 6 à 12 kV, et permettant d’y apporter ou d’y prélever de très hauts niveaux de puissance de manière transitoire, de l’ordre de la dizaine de megawatt pendant une durée de 10 µs à 100 ms. Le système reposera un convertisseur isolé de topologie Dual Active Bridge (DAB) utilisant un bus capacitif à moyenne tension au primaire.
Ce sujet d’électronique de puissance, assez multiphysique, comporte plusieurs verrous technologiques. Des interrupteurs synthétiques (composants SiC mis en série, sujet d’une précédente thèse au laboratoire) devront être mis en œuvre dans un convertisseur DAB réel. L’alimentation fortement isolée des gate-drivers de ces interrupteurs synthétiques devra être conçue. Le dimensionnement du transformateur moyenne fréquence du DAB devra permettre, dans un volume à minimiser, de transférer une puissance très élevée de manière transitoire. Une attention particulière portera ainsi sur le caractère transitoire du dimensionnement, en cherchant à identifier les leviers permettant de maximiser, au sein d’une structure complexe, le ratio entre la puissance nominale et la puissance crête du convertisseur.
Une ouverture applicative sera également faite vers d’autres applications à puissance pulsée qui pourraient bénéficier de ce convertisseur, afin de tenir compte de leurs contraintes spécifiques.