Brevet FR3053854A1 — publié le 20180112

Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne le domaine technique des convertisseurs modulaires multi-niveaux (MMC) assurant la conversion d'un courant alternatif en un courant continu et inversement. Elle concerne plus précisément les réseaux de transport haute tension à courant continu (HVDC) utilisant un courant continu pour la transmission de l'énergie électrique et dans lesquels des stations intègrent des convertisseurs modulaires multi-niveaux. Sur la figure 1, on a représenté de manière schématique un ensemble 6 de sous-modules d'un convertisseur modulaire multi-niveaux 10 selon la technique antérieure. Ce convertisseur 10 comporte, pour un courant triphasé d'entrée/sortie (comportant trois phases cpa, PbC et (pc), trois bras de conversion qui sont référencés par les indices a, b et c sur les différents composants de la figure 1. Chaque bras de conversion comprend un demi-bras supérieur et un demi-bras inférieur (indiqués par les indices « u » pour supérieur et « I » pour inférieur), dont chacun relie une borne DC+ ou DC- du réseau d'alimentation électrique continu (DC) à une borne du réseau d'alimentation électrique alternatif (AC). En particulier, chacun des bras est connecté à une des trois lignes de phase (p', PbC et cp, du réseau d'alimentation électrique alternatif. Il est à noter que les termes « bras » et « demi-bras » sont traduits en anglais respectivement par « leg » et « arm ». La figure 1 représente un ensemble 6 de sous-module, dans lequel chaque demi-bras est traversé par un courant i avec (x indiquant si le demi-bras est supérieur ou inférieur et l'indice i indiquant le bras). En outre, chaque demi-bras comprend une pluralité de sous-modules SMxij qui peuvent être commandés suivant une séquence souhaitée (avec x indiquant si le demi-bras est supérieur ou inférieur, i indiquant la ligne de phase à laquelle le demi-bras est associé, et j étant le numéro du sous-module parmi les sous-modules en série dans le demi-bras). Ici, seuls trois sous-modules ont été représentés par demi-bras. En pratique, chaque demi-bras inférieur ou supérieur peut comporter un nombre N de sous-modules, pouvant aller de quelques dizaines à quelques centaines. Chaque sous- 3053854 2 module SM,ii comporte un système de stockage d'énergie tel qu'au moins un condensateur et un organe de commande pour connecter sélectivement ce condensateur en série entre les bornes du sous-module ou pour le contourner. Les sous-modules sont commandés selon une 5 séquence choisie pour faire varier progressivement le nombre d'éléments de stockage d'énergie qui sont connectés en série dans un demi-bras du convertisseur 10 de façon à fournir plusieurs niveaux de tension. En outre, sur la figure 1, Vd, désigne la tension aux points de connexion du convertisseur au réseau d'alimentation électrique continu, ces points étant 10 visés par l'expression anglo-saxone « PCC : Point of Common Coupling », bien connue de l'homme du métier. id, désigne le courant du réseau d'alimentation électrique continu, tandis que des courants iga, igt, et i9, traversent les trois lignes de phase cpa, PbC et cpc. De plus, chaque demi-bras possède une inductance Larm et chaque ligne de phase comporte 15 une inductance Lf et une résistance Rf . La figure 2 illustre un sous-module SM,ii selon l'art antérieur appartenant au convertisseur 10 de la figure 1. Dans ce sous-module, chaque organe de commande comporte un premier élément de commutation électronique T1 tel qu'un transistor bipolaire à grille isolée 20 (« IGBT : Insulated Gate Bipolar Transistor » en langue anglaise) connecté en série avec un élément de stockage d'une énergie électrique, ici un condensateur Csm. Ce premier élément de commutation T1 et ce condensateur CSM sont montés en parallèle d'un deuxième élément de commutation électronique T2, également un transistor bipolaire à grille 25 isolée (IGBT). Ce deuxième élément de commutation électronique T2 est couplé entre les bornes d'entrée et de sortie du sous-module SM,ii. Les premier et deuxième éléments de commutation T1 et T2 sont tous deux associés à une diode antiparallèle représentée sur la figure 2. En fonctionnement, le sous-module peut être commandé dans deux 30 états de commande. Dans un premier état dit état « on » ou commandé, le premier élément de commutation T1 et le deuxième élément de commutation T2 sont configurés de manière à connecter l'élément de stockage d'énergie 3053854 3 Csm en série avec les autres sous-modules. Dans un deuxième état dit état « off » ou non-commandé, le premier élément de commutation T1 et le deuxième élément de commutation T2 sont configurés de sorte à court-circuiter l'élément de stockage d'énergie CSM. 5 Il est connu que chaque demi-bras, ayant une tension 19m à ses bornes, peut être modélisé par une source de tension modélisée, ayant une tension 19m à ses bornes, dont le rapport cyclique dépend du nombre de sous-modules commandés, et par un condensateur Ctot modélisé connecté à la source de tension. Cette modélisation a été schématisée en 10 figure 3, sur laquelle on voit un demi-bras, traversé par un courant i et la modélisation obtenue. L'inverse de la capacité équivalente du condensateur modélisé Ctot est égale à la somme des inverses des capacités des sous-modules commandés, de sorte que : 1 1 1 1 + + --- + -r, L tO t L1 C2 CN où C1, C2 C CN sont les capacités du lème condensateur. 15 Ainsi, la tension vcx aux bornes du condensateur Ctot modélisé est égale à la somme des tensions vc; aux bornes des condensateurs des sous-modules dans le demi-bras (avec j allant de 1 à N et indiquant le numéro du condensateur et donc du sous-module). En outre, chaque condensateur Ctot est traversé par un courant lm. Dans la présente 20 demande, par abus de langage, ctot désigne à la fois le condensateur modélisé et la valeur de sa capacité. En contrôlant la séquence de commande des sous-modules, afin de faire varier progressivement le nombre d'éléments de stockage d'énergie connectés en série, l'énergie du condensateur Ctot modélisé et donc la tension aux bornes de chaque 25 source de tension modélisée peuvent être diminuées ou augmentées. Dans l'art antérieur, on trouve donc une configuration équivalente de l'ensemble 6 des sous-modules du convertisseur MMC 10 illustrée en figure 4. Sur cette figure, le convertisseur est un convertisseur analogue à celui décrit en référence à la figure 1, et dans lequel chaque demi-bras a 30 été remplacé par sa modélisation. En outre, chaque ligne de phase du 3053854 4 réseau d'alimentation électrique alternatif est associée à un courant igt et une tension v9t (l'indice i indiquant le numéro du bras). Ici, chacune des sources de tension modélisées comporte en ses bornes une tension vmxt et chaque condensateur modélisé Ctot est traversé 5 par un courant imxt et comporte en ses bornes une tension vcIxt (avec x indiquant si le demi-bras est supérieur ou inférieur et i indiquant le numéro du bras). On peut par ailleurs noter qu'il est possible de décomposer le convertisseur MMC en une partie alternative imaginaire et une partie continue imaginaire (en entrée ou en sortie, suivant que le 10 convertisseur est configuré pour convertir une énergie alternative en énergie continue ou l'inverse), où l'évolution de l'énergie totale stockée dans les condensateurs des sous-modules est égale à la différence entre la puissance entrant dans le convertisseur et la puissance sortante. Il est connu que dans ce type de convertisseurs MMC, l'énergie 15 interne, stockée dans les condensateurs des sous-modules, est découplée de la tension du réseau d'alimentation électrique continu. Aussi, l'énergie interne stockée dans les condensateurs des convertisseurs MMC peut être régulée indépendamment. Ceci permet notamment aux convertisseurs MMC de contribuer à la stabilité des réseaux d'alimentation électrique 20 continu et alternatif associés en fournissant ou en prélevant de l'énergie sur lesdits réseaux d'alimentations électrique. On comprend donc que les échanges de puissance entre les réseaux d'alimentation électrique continu et/ou alternatif et le convertisseur MMC entrainent une augmentation ou une diminution de 25 l'énergie interne stockée dans les condensateurs du convertisseur. L'énergie interne du convertisseur a un impact sur la stabilité des réseaux d'alimentation électrique continu et alternatif. En outre, il est connu que la tension totale des condensateurs du convertisseur est amenée à osciller en raison des échanges de puissance entre les réseaux 30 d'alimentation électrique continu et alternatif. Ces oscillations ont pour conséquence de menacer le bon fonctionnement du convertisseur en ne respectant pas ses contraintes de fonctionnement. Les solutions de l'art antérieur ne tiennent pas compte de ces oscillations, ce qui risque 3053854 5 d'endommager le convertisseur. Ces solutions ne permettent donc pas d'exploiter pleinement les capacités des convertisseurs MMC en termes de contrôle de l'énergie interne du convertisseur. 5 Objet et résumé de l'invention Un but de la présente invention est de proposer un convertisseur modulaire multi-niveaux (MMC), remédiant aux problèmes précités et permettant d'exploiter pleinement le potentiel du convertisseur MMC. Pour ce faire, l'invention porte sur un convertisseur de tension 10 modulaire multi-niveaux permettant de convertir une tension alternative en une tension continue et inversement, comportant une partie dite continue destinée à être reliée à un réseau d'alimentation électrique continu et une partie dite alternative destinée à être reliée à un réseau d'alimentation électrique alternatif, le convertisseur comportant une 15 pluralité de bras, chaque bras comportant un demi-bras supérieur et un demi-bras inférieur, chaque demi-bras comprenant une pluralité de sous-modules commandables individuellement par un organe de commande propre à chaque sous-module et chaque sous-module comprenant un condensateur connectable en série dans le demi-bras lorsque l'organe de 20 commande du sous-module est dans un état commandé. Selon une caractéristique générale du convertisseur, ledit convertisseur comporte un module de contrôle configuré pour réguler l'énergie interne stockée dans les condensateurs des sous-modules d'un demi-bras supérieur ou inférieur du convertisseur, le module de contrôle 25 étant apte à limiter ladite énergie interne en-dessous d'une limite supérieure et/ou au-dessus d'une limite inférieure, en utilisant des paramètres mesurés sur le réseau d'alimentation électrique continu et sur le réseau d'alimentation électrique alternatif ainsi que des consignes de puissance de fonctionnement du convertisseur. 30 De préférence, et de manière non limitative, les sous-modules sont commandés aux moyens de deux transistors bipolaires à grille isolée (IGBT) permettant de placer ou non en série le condensateur dudit sous- 3053854 6 module dans le demi-bras associé suivant que l'on souhaite placer le sous-module dans l'état commandé « on » ou dans l'état non-commandé « off ». Chaque demi-bras peut être modélisé par une source de tension 5 modélisée associée en parallèle à un condensateur modélisé de capacité Ctot . On notera vcx la somme des tensions des condensateurs des sous-modules d'un demi-bras, de sorte que la tension aux bornes du condensateur modélisé associé en parallèle à la source de tension modélisée vaut vcx. En outre, la source de tension modélisée comporte 10 une tension 19m à ses bornes, également appelée tension insérée dans un demi-bras, et est caractérisée par un rapport cyclique dépendant du nombre de sous-modules commandés. De préférence, le rapport cyclique a, associé à la source de tension modélisée, est calculé d'après l'expression : n a = N 15 où n est le nombre de sous-modules connectés à l'état « on » dans le demi-bras associé et N est le nombre de sous-modules dans le demi-bras. On comprend que ladite limite inférieure et/ou ladite limite supérieure de l'énergie interne sont déterminées de sorte à maintenir l'énergie interne, stockée dans les condensateurs des sous-modules du 20 convertisseur, à un niveau adapté au bon fonctionnement dudit convertisseur. Ceci permet d'éviter d'endommager le convertisseur et permet d'exploiter pleinement ses capacités. Sans sortir du cadre de l'invention, le module de contrôle peut être configuré pour réguler l'énergie interne uniquement en-dessous d'une 25 limite supérieure, uniquement au-dessus d'une limite inférieure ou encore entre une limite supérieure et une limite inférieure. En outre, ladite limite inférieure et/ou ladite limite supérieure de l'énergie interne peuvent être choisies de manière à prendre en compte les oscillations de la tension totale des condensateurs. Aussi, malgré ces 3053854 7 oscillations inévitables, l'énergie interne est maintenue par le module de contrôle au-dessus de ladite limite inférieure et/ou en-dessous de ladite limite supérieur, de sorte que le fonctionnement du convertisseur n'est pas perturbé. 5 De préférence, la limite inférieure de l'énergie interne est déterminée d'après une condition à respecter concernant la tension insérée 19m. En effet, pour garantir le bon fonctionnement du convertisseur, la tension insérée 19m dans un demi-bras est limitée physiquement par la somme des tensions vcx des sous-modules dans ce 10 demi-bras. Aussi, pour respecter cette contrainte physique, la consigne de la tension insérée v doit satisfaire, à chaque instant t, l'inéquation suivante : v;;,(t) 0 r ac c 61 = tan-1(_ 1:;, Qa) + rr Si Pac d, tandis que la consigne de courant alternatif i9q est associée à la consigne de puissance réactive alternative Q. Ce régulateur met en oeuvre une régulation dite lente de la puissance aux 20 points de connexion du convertisseur avec le réseau AC. De préférence, le module de contrôle comporte un régulateur de la puissance aux points de connexion du convertisseur avec le réseau DC ayant en entrée une consigne de puissance continue /3à,. et délivrant une consigne de courant différentiel id*iff. Ce régulateur met en oeuvre une 25 régulation dite lente de la puissance aux points de connexion du convertisseur avec le réseau DC. Encore de préférence, le module de contrôle comporte un régulateur du courant alternatif j.9 du réseau d'alimentation électrique alternatif ayant en entrée une consigne de courant alternatif i9d et une 30 consigne de courant alternatif ig* ci associées au courant alternatif i9 et fournissant en sortie une consigne de tension interne alternative équivalente vv*. i9 est le courant traversant le réseau d'alimentation électrique alternatif. La régulation du courant alternatif j.9 revient à réguler 3053854 16 les transferts de puissance alternative en entrée ou en sortie suivant la configuration du convertisseur. Ce régulateur met en oeuvre une régulation dite rapide du courant alternatif j9. Avantageusement, le module de contrôle comporte un régulateur 5 du courant différentiel idiff ayant en entrée une consigne de courant différentiel ilff associée au courant différentiel idiff et fournissant en sortie une consigne de tension différentielle vd*iff. La régulation du courant différentiel idiff revient à réguler les transferts de puissance continue en entrée ou en sortie suivant la configuration du convertisseur. 10 Ce régulateur met en oeuvre une régulation dite rapide du courant différentiel idiff, idiff représentant le courant différentiel du réseau d'alimentation électrique continu. L'invention porte également sur un procédé de contrôle d'un convertisseur de tension modulaire multi-niveaux, le convertisseur 15 permettant de convertir une tension alternative en une tension continue et inversement, et comportant une partie dite continue destinée à être reliée à un réseau d'alimentation électrique continu et une partie dite alternative destinée à être reliée à un réseau d'alimentation électrique alternatif, le convertisseur comportant une pluralité de bras, chaque bras comportant 20 un demi-bras supérieur et un demi-bras inférieur, chaque demi-bras comprenant une pluralité de sous-modules commandables individuellement par un organe de commande propre à chaque sous-module et chaque sous-module comprenant un condensateur connectable en série dans le demi-bras lorsque l'organe de commande est dans un état 25 commandé. De manière caractéristique, le procédé comporte une étape de régulation de l'énergie interne stockée dans les condensateurs des sous-modules d'un demi-bras supérieur ou inférieur du convertisseur dans laquelle on limite ladite énergie interne en-dessous d'une limite supérieure 30 et/ou au-dessus d'une limite inférieure, en utilisant des paramètres mesurés sur le réseau d'alimentation électrique continu et sur le réseau d'alimentation électrique alternatif, ainsi que des consignes de puissance de fonctionnement du convertisseur. 3053854 17 Préférentiellement, le procédé de contrôle comporte une détermination de ladite limite inférieure et de ladite limite supérieure de l'énergie interne stockée dans les condensateurs des sous-modules d'un demi-bras supérieur ou inférieur du convertisseur en fonction desdits 5 paramètres mesurés sur le réseau d'alimentation électrique continu et sur le réseau d'alimentation électrique alternatif, ainsi que des consignes de puissance de fonctionnement du convertisseur. De préférence, le procédé de contrôle comporte une correction d'une consigne d'énergie interne, en fonction de ladite limite supérieure et 10 de ladite limite inférieure. Encore de préférence, le procédé de contrôle comporte une régulation de l'énergie interne du convertisseur en utilisant en entrée une consigne d'énergie interne du convertisseur et délivrant une consigne de puissance pour les condensateurs dudit convertisseur. 15 De manière avantageuse, le procédé de contrôle comporte une régulation de la puissance aux points de connexion du convertisseur avec le réseau AC en utilisant en entrée une consigne de puissance active alternative Pj, et une consigne de puissance réactive alternative Qa*, et délivrant une consigne de courant alternatif ig* d et une consigne de 20 courant alternatif ig* q. Avantageusement, le procédé de contrôle comporte une régulation de la puissance aux points de connexion du convertisseur avec le réseau DC en utilisant en entrée une consigne de puissance continue et délivrant une consigne de courant différentiel id*iff. 25 Préférentiellement, le procédé de contrôle comporte une régulation du courant alternatif i9 en utilisant en entrée une consigne de courant alternatif ig* d et une consigne de courant alternatif ig* ci associées au courant alternatif i9 et fournissant en sortie une consigne de tension interne alternative équivalente v1;. 30 De préférence, le procédé de contrôle comporte une régulation du courant différentiel idiff en utilisant en entrée une consigne de courant différentiel idlff associée au courant différentiel idiff et fournissant en sortie une consigne de tension différentielle vd*iff. 3053854 18 Sans sortir du cadre de l'invention, ce procédé de contrôle peut être mis en oeuvre au moyen du convertisseur tel que définit ci-avant dans tous ses modes de réalisation, même préférentiels. 5 Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1, déjà décrite, illustre un convertisseur modulaire 10 multi-niveaux à trois phases selon la technique antérieure ; - la figure 2, déjà décrite, illustre un sous-module d'un convertisseur modulaire multi-niveaux selon la technique antérieure ; - la figure 3, déjà décrite, illustre un circuit équivalent d'un demi- 15 bras d'un convertisseur MMC selon la technique antérieure ; - la figure 4, déjà décrite, montre une configuration équivalente d'un convertisseur modulaire multi-niveaux selon la technique antérieure ; - la figure 5 illustre une représentation équivalente et 20 schématique d'un convertisseur modulaire multi-niveaux selon l'invention ; - la figure 6 illustre un convertisseur modulaire multi-niveaux selon l'invention, comportant un module de contrôle ; - la figure 7 illustre un module de détermination de la limite 25 supérieure et de la limite inférieure l'énergie interne stockée dans un demi-bras du convertisseur de la figure 6 ; - la figure 8 illustre une première simulation dans laquelle on fait varier la tension du réseau d'alimentation électrique continu ; - La figure 9A montre l'évolution, pour un premier système, de 30 l'énergie interne au voisinage de la limite inférieure d'un 3053854 19 convertisseur selon l'invention, comportant un module de contrôle, en réponse à la variation de tension de la figure 8 ; - la figure 9B montre l'évolution de l'indice de modulation du convertisseur selon l'invention du premier système de la figure 5 9A; - la figure 1OA montre l'évolution, pour un second système, de l'énergie interne au voisinage de la limite inférieure d'un convertisseur MMC selon l'art antérieur, ne comportant pas de module de contrôle, en réponse à la variation de tension de la 10 figure 8 ; - la figure 10B montre l'évolution de l'indice de modulation du convertisseur de l'art antérieur du second système de la figure 1OA; - la figure 11 illustre une seconde simulation dans laquelle on fait 15 varier la puissance alternative active ; - La figure 12A montre l'évolution, pour un premier système, de l'énergie interne au voisinage de la limite supérieure d'un convertisseur selon l'invention, comportant un module de contrôle, en réponse à la variation de puissance de la figure 20 11 ; - la figure 12B montre l'évolution de la tension d'un condensateur d'un sous-module du convertisseur, selon l'invention, du premier système de la figure 12A ; - la figure 13A montre, pour un second système, l'évolution de 25 l'énergie interne au voisinage de la limite supérieure, d'un convertisseur MMC selon l'art antérieur, ne comportant pas de module de contrôle, en réponse à la variation de puissance de la figure 11 ; et 3053854 20 la figure 13B montre l'évolution de la tension d'un condensateur d'un sous-module du convertisseur, selon l'art antérieur, du second système de la figure 13A ; 5 Description détaillée de l'invention Un mode de réalisation de l'invention, représenté en figure 6, porte sur un convertisseur modulaire multi-niveaux 10 comportant un module de contrôle 12. Un circuit du comportement équivalent du convertisseur 10 selon l'invention, dans une modélisation monophasée, est illustré en 10 figure 5. Sur cette figure 5, le module de contrôle n'est pas représenté. La modélisation monophasée permet en outre de simplifier les notations et schémas. Sur cette figure, de manière non limitative, on a représenté un convertisseur MMC 10 d'énergie continue en énergie alternative. Dans cet exemple, on remarque que ce convertisseur 10 comporte 15 une partie continue 10A, reliée au réseau d'alimentation électrique continu 110, en partie gauche du schéma. En partie droite du schéma, on voit que le convertisseur 10 comporte une partie alternative 10C reliée au réseau d'alimentation électrique alternatif 120. Sur la figure 5, Larm et Rarm désignent respectivement l'inductance et la résistance dans un demi- 20 bras, Lf et Rf désignent respectivement l'inductance et la résistance dans une ligne de phase. idiff désigne le courant différentiel traversant le réseau d'alimentation électrique continu et ydiff désigne la tension différentielle aux bornes de la partie continue du convertisseur. i9 désigne le courant alternatif traversant le réseau d'alimentation électrique 25 alternatif et V, désigne la tension interne alternative équivalente, aux bornes de la partie alternative du convertisseur. y9 désigne la tension du réseau d'alimentation électrique alternatif et Vd, désigne la tension du réseau d'alimentation électrique continu. En outre, on remarque que la puissance échangée entre le réseau d'alimentation électrique continu 110 30 et le convertisseur 10 est notée Pd, et que la puissance échangée entre le 3053854 21 convertisseur 10 et le réseau d'alimentation électrique alternatif 120 est notée Pa La figure 6 illustre un convertisseur modulaire multi-niveaux 10 selon l'invention, comportant une unité de conversion 11 et un module de 5 contrôle 12. Ce module de contrôle 12 consiste en une boucle de commande et est configuré pour réguler l'énergie interne stockée dans les condensateurs des sous-modules SMxij d'un demi-bras supérieur ou inférieur du convertisseur. Dans l'exemple non limitatif de la figure 6, le module de contrôle 12 est en outre apte à limiter l'énergie interne, 10 stockée dans les condensateurs d'un demi-bras supérieur ou inférieur du convertisseur, en-dessous d'une limite supérieure W - tmax et au-dessus d'une limite inférieure Wtmin. Le module de contrôle permet donc de maintenir l'énergie interne entre ladite limite supérieure W - tmax et ladite limite inférieure WLImin, ce qui assure un bon fonctionnement dudit 15 convertisseur 10, sans risque de l'endommager. Comme on le constate sur l'exemple de la figure 6, le module de contrôle 12 comporte en outre un module de détermination 14 de ladite limite inférieure WZmin et de ladite limite supérieure W tmax de l'énergie interne du convertisseur. Ce module de détermination 14 reçoit en 20 entrées une valeur de tension y9 mesurée sur le réseau d'alimentation électrique alternatif 120, une valeur de tension Vd, mesurée sur le réseau d'alimentation électrique continu 110, une consigne de puissance alternative active Pj' une consigne de puissance alternative réactive Q a* c et une consigne de puissance continue P. On comprend que la limite 25 inférieure WLImin et la limite supérieure W tmax ne sont pas fixes et évoluent avec l'état des réseaux d'alimentation électrique. De préférence, mais de manière non limitative les valeurs de tensions y9 et VA. sont mesurées en temps réel, de sorte que les valeurs de Wtmaxet WLImin sont asservies en temps réel et adaptées à l'état des 3053854 22 réseaux d'alimentation électrique à chaque instant. Le fonctionnement du module de détermination 14 sera explicité plus en détail par la suite. Sur la figure 6, on remarque également que le module de contrôle 12 comprend un module de correction 16. Dans cet exemple non limitatif, 5 ce module de correction 16 utilise en entrée une consigne d'énergie interne Wx* stockée dans les condensateurs d'un demi-bras du convertisseur 10, ainsi que la limite inférieure WLImin et la limite supérieure Wtmax de l'énergie interne fournies par le module de détermination 14. Le module de correction 16 fournit en sortie une 10 consigne d'énergie interne corrigée Wx>". Si la consigne d'énergie interne Wx* en entrée du module de correction 16 ne dépasse pas ladite limite inférieure Wtmin ou ladite limite supérieure W - LIm a x f ladite consigne d'énergie interne Wx* n'est pas modifiée. Le module de correction 16 fournit alors en sortie une consigne 15 d'énergie interne Wx>" identique la consigne d'énergie interne Wx* reçue en entrée. En revanche, lorsque la consigne d'énergie interne Wx* est inférieure à ladite limite inférieure WZmin ou supérieure à ladite limite supérieure Wtmax, le module de correction 16 corrige la consigne d'énergie interne Wx* de manière à fournir en sortie une consigne 20 d'énergie interne corrigée Wx>" supérieure à la limite inférieure ou inférieure à la limite supérieure. Le module de contrôle 12 de la figure 6 comporte également un régulateur 18 de l'énergie interne du convertisseur 10. Ce régulateur 18 de l'énergie interne du convertisseur délivre une consigne de puissance Pi>', 25 pour les condensateurs du convertisseur 10, déterminée à partir de la consigne d'énergie interne corrigée Wx>" fournie par le module de correction 16. L'énergie interne du convertisseur, stockée dans les condensateurs, est donc régulée, de préférence en temps réel, au moyen d'une consigne d'énergie interne corrigée Wx>", de préférence également 30 en temps réel. 3053854 23 On remarque également que, dans cet exemple, le module de contrôle 10 comporte un régulateur 20 de la puissance aux points de connexion du convertisseur avec le réseau AC. Ce régulateur 20 de la puissance aux points de connexion du convertisseur avec le réseau AC 5 reçoit en entrée une consigne de puissance active alternative Pj, et une consigne de puissance réactive alternative Qa*, et délivre une consigne de courant alternatif ig* d et une consigne de courant alternatif i9q. De manière non limitative, le module de contrôle 10 comporte un régulateur 22 du courant alternatif i9 du réseau d'alimentation électrique 10 alternatif 120 recevant en entrée une consigne de courant alternatif ig* d et une consigne de courant alternatif ig* ci fournies par le régulateur 20 de la puissance aux points de connexion du convertisseur avec le réseau AC. Ce régulateur 22 du courant alternatif i9 fournit en sortie, à destination du convertisseur MMC 10, une consigne de tension interne alternative 15 équivalente vv*. Par ailleurs, dans l'exemple de la figure 6, la consigne de puissance alternative active /3>d' utilisée en entrée du module de détermination 14, est également comparée et ajoutée à la consigne de puissance Pi; sortant du régulateur 18 de l'énergie interne du 20 convertisseur 10. Cette comparaison a pour résultat une consigne de puissance continue Pd,. fournie en entrée d'un régulateur 24 de la puissance aux points de connexion du convertisseur avec le réseau DC. Ce régulateur 24 de la puissance aux points de connexion du convertisseur avec le réseau DC délivre une consigne de courant différentiel id* if f, idiff 25 représentant le courant différentiel du réseau d'alimentation électrique continu. Toujours de manière non limitative, le module de contrôle 10 comporte un régulateur 26 du courant différentiel idiff ayant en entrée une consigne de courant différentiel id*iff, associée au courant différentiel 30 idiff, fournie par le régulateur 24 de la puissance aux points de connexion du convertisseur 10 avec le réseau DC 110. Le régulateur 26 du courant 3053854 24 différentiel idiff fournit en sortie, à destination du convertisseur MMC 10, une consigne de tension différentielle vd*iff. La figure 7 illustre le fonctionnement du module de détermination 14 de la limite inférieure WZmin et de la limite supérieure W LImax de 5 l'énergie interne du convertisseur 10. De manière non limitative, ce module de détermination 14 comporte une unité de calcul 28 permettant de calculer des variables intermédiaires à partir des variables d'entrée que sont la valeur de tension 1y9 mesurée sur le réseau d'alimentation électrique alternatif, la valeur de tension Vd, mesurée sur le réseau 10 d'alimentation électrique continu, la consigne de puissance alternative active /3>d' la consigne de puissance alternative réactive Qa*, et la consigne de puissance continue Pà' ainsi qu'à partir d'un ensemble de paramètres d'état, connus et propres au convertisseur 10. Dans cet exemple, ces paramètres d'état comprennent l'inductance 15 Larm dans un demi-bras, l'inductance Lf et la résistance Rf dans une ligne de phase, la capacité C des condensateurs dans un demi-bras, chaque condensateur ayant de préférence une capacité identique, la tension maximale VsmMax tolérable d'un sous-module, le nombre N de sous-modules dans un demi-bras et la résistance R --IGBT des transistors 20 bipolaires à grille isolée composant les éléments de commutation T1 et T2 de chaque sous-module. De manière non limitative, les variables intermédiaires comportent notamment une variable de courant différentiel équivalente /diff, représentant le courant circulant vers le réseau d'alimentation électrique 25 continu dans une modélisation monophasée du convertisseur en régime permanent, une variable de tension différentielle équivalente Vdiff, représentant la tension, en régime permanent, aux bornes de la partie continue du convertisseur dans ladite modélisation, une variable de tension interne alternative équivalente v,' en régime permanent, dans 30 ladite modélisation monophasée du convertisseur et une variable de courant intermédiaire équivalente /g, représentant le courant circulant 3053854 25 vers le réseau d'alimentation électrique alternatif dans ladite modélisation monophasée du convertisseur, également en régime permanent. Les variables intermédiaires comportent également la pulsation co, une variable de déphasage t9 entre le vecteur la tension du réseau 5 d'alimentation électrique alternatif et le vecteur du courant circulant vers le réseau d'alimentation électrique alternatif. Les variable intermédiaires comporte en outre une variable angulaire intermédiaire 6 représentant le déphasage entre le vecteur de la tension du réseau d'alimentation électrique alternatif et le vecteur de la tension interne alternative 10 équivalente V'. A partir de ces variables intermédiaires, le module de détermination 14 est apte à déterminer l'instant tm pour lequel la configuration est la plus défavorable pour le convertisseur 10 et pour lequel l'énergie interne dans un demi-bras atteint la limite inférieure de l'énergie interne Wtmin. 15 A cet instant tm la tension insérée 19m dans le demi-bras est égale à la somme des tensions vcx des sous-modules dans ce demi-bras. Le module de détermination 14 est également apte à déterminer l'instant ti. pour lequel la configuration est la plus défavorable pour le convertisseur et pour lequel l'énergie interne dans un demi-bras atteint la limite supérieure de 20 l'énergie interne W - LImax- Le module de détermination 14 est également apte à déterminer la composante oscillatoire de l'énergie interne W,4(t) stockée dans les condensateurs des sous-modules d'un demi-bras supérieur du convertisseur. Sans sortir du cadre de l'invention, Le module de 25 détermination 14 est également apte à déterminer la composante oscillatoire de l'énergie interne WrIi(t) stockée dans les condensateurs des sous-modules d'un demi-bras inférieur du convertisseur. Partant de la composante oscillatoire de l'énergie interne W,4(t), des instant ti. et tm et des variables intermédiaires déterminée, le module de détermination 30 14 est apte à déterminer la limite inférieure WZmin et la limite supérieure WLImax de l'énergie interne. 3053854 26 Les figures 8 à 13B illustrent deux simulations de contrôle de l'énergie interne stockée dans les condensateurs d'un demi-bras d'un convertisseur. Sur ces figures, pour plus de clarté, les grandeurs de puissance, d'énergie et de tension, hormis la tension d'un condensateur 5 d'un sous-module, sont données en unité réduite [p. u.] tandis que le temps est exprimé en secondes. En particulier, les figures 8 à 10B illustrent une première simulation mettant en avant le comportement de deux systèmes lorsque le niveau de l'énergie interne est au voisinage de la limite inférieure Wtmin. Les figures 10 11 à 13B illustrent une seconde simulation mettant en avant le comportement de deux systèmes lorsque le niveau de l'énergie interne est au voisinage de la limite supérieure W - LImax - Dans la première simulation, illustrée en figures 8 à 10B, on compare notamment le comportement de deux systèmes. Le premier 15 système, dont le comportement est illustré par les courbes des figures 9A et 9B, consiste en un convertisseur modulaire multi-niveaux selon l'invention, comportant un module de contrôle de l'énergie interne. Le second système, dont le comportement est illustré par les courbes des figures 10A et 10B, consiste en un convertisseur modulaire multi-niveaux 20 de l'art antérieur, ne comportant pas de module de contrôle de l'énergie interne. L'énergie interne du second système n'est donc pas régulée. La figure 8 représente une variation, imposée pour les besoins de la simulation, de la tension Vd, du réseau d'alimentation électrique continu en fonction du temps. La tension Vd, est d'abord soumise à une 25 augmentation, à partir d'un instant to jusqu'à un instant t1, puis Vd, diminue depuis un instant t2 jusqu'en un instant t3. La figure 9A, montre l'évolution de la moyenne de l'énergie interne stockée dans les condensateurs d'un demi-bras du convertisseur 10 selon l'invention, pour le premier système, en réponse à la variation de tension 30 de la figure 8. Sur cette figure, la courbe a représente l'évolution de la 3053854 27 limite inférieure Wtmin de l'énergie interne en fonction du temps. Cette limite est déterminée, d'après ce qui précède, par le module de contrôle 12, et plus particulièrement par le module détermination 14. On constate que cette limite inférieure Wtmin suit l'évolution de la tension Vd, du 5 réseau d'alimentation électrique continu. Vd, est un paramètre influant beaucoup sur limite inférieure Wtmin de sorte qu'en faisant varier ce paramètre on peut suivre aisément l'évolution de l'énergie interne stockée dans les condensateurs d'un demi-bras du convertisseur 10. La limite inférieure WLImin augmente donc à partir de l'instant to jusqu'à l'instant 10 t1, puis elle diminue depuis l'instant t2 jusqu'à l'instant t3. Dans l'exemple de la figure 9A, la moyenne de l'énergie interne du convertisseur, représentée par la courbe b, est maintenue à une valeur de référence initiale. Lorsque ce niveau d'énergie interne s'approche de la limite inférieure WLImin, le module de contrôle régule l'énergie interne de 15 sorte à maintenir ce niveau au-dessus de ladite limite inférieure. La figure 9B montre la variation de l'indice de modulation m pour ce premier système, en réponse à la variation de la tension Vd, du réseau d'alimentation électrique continu de la figure 8. Il est connu que la tension insérée 19m dans un demi-bras est proportionnelle à la tension Vd, du 20 réseau d'alimentation électrique continu. Aussi, une augmentation de la tension Vd, implique une augmentation de la tension insérée 19m qui conduit à une augmentation de l'indice de modulation m. Dans l'exemple de la figure 9B, l'énergie interne du convertisseur étant régulée grâce au module de contrôle, l'indice de modulation m est maintenu inférieur à 1 de 25 sorte que l'inéquation suivante est vérifiée : vm(t) REVENDICATIONS1. Convertisseur de tension modulaire multi-niveaux (10) permettant de convertir une tension alternative en une tension continue et inversement, comportant une partie dite continue (10A) destinée à être reliée à un réseau d'alimentation électrique continu (110) et une partie dite alternative (10C) destinée à être reliée à un réseau d'alimentation électrique alternatif (120), le convertisseur comportant une pluralité de bras, chaque bras comportant un demi- bras supérieur et un demi-bras inférieur, chaque demi-bras comprenant une pluralité de sous-modules (SMxii) commandables individuellement par un organe de commande propre à chaque sous-module et chaque sous-module comprenant un condensateur (CSM) connectable en série dans le demi-bras lorsque l'organe de commande du sous-module est dans un état commandé, caractérisé en ce qu'il comporte un module de contrôle (12) configuré pour réguler l'énergie interne stockée dans les condensateurs des sous-modules d'un demi-bras supérieur ou inférieur du convertisseur, le module de contrôle étant apte à limiter ladite énergie interne en-dessous d'une limite supérieure et/ou au- dessus d'une limite inférieure, en utilisant des paramètres mesurés sur le réseau d'alimentation électrique continu et sur le réseau d'alimentation électrique alternatif ainsi que des consignes de puissance de fonctionnement du convertisseur. 2. Convertisseur selon la revendication 1, dans lequel lesdits paramètres mesurés sur le réseau d'alimentation électrique continu et sur le réseau d'alimentation électrique alternatif comprennent une valeur de tension y9 mesurée sur le réseau d'alimentation électrique alternatif et une valeur de tension Vd, mesurée sur le réseau d'alimentation électrique continu. 3053854 33 3. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel les consignes de puissance de fonctionnement du convertisseur comprennent une consigne de puissance alternative active /3>d' une consigne de puissance alternative réactive Qa*c et une 5 consigne de puissance continue 4. Convertisseur selon les revendications 2 et 3, dans lequel le module de contrôle (12) est configuré pour calculer des variables intermédiaires en fonction desdits paramètres mesurés sur le réseau 10 d'alimentation électrique continu et sur le réseau d'alimentation électrique alternatif ainsi qu'en fonction desdites consignes de puissance de fonctionnement du convertisseur. 5. Convertisseur selon la revendication 4, dans lequel les variables 15 intermédiaires comportent une variable de courant différentiel équivalente /dl", représentant la contribution par une phase, dans un système triphasé équilibré, au courant du réseau d'alimentation électrique continu en régime permanent, déterminée au moyen de la fonction : 20 Pdc idi" = 3Vdc 6. Convertisseur selon la revendication 5, dans lequel les variables intermédiaires comportent une variable de tension différentielle équivalente Vdiff, représentant la tension aux bornes de la partie 25 continue du convertisseur en régime permanent, déterminée au moyen de la fonction : Vdc D Vdiff = 2 - i r dif fnarm OÙ Rarm est la résistance dans un demi-bras du convertisseur. 3053854 34 7. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel les variables intermédiaires comportent une variable de courant intermédiaire équivalente /g, représentant le courant 5 circulant vers le réseau d'alimentation électrique alternatif en régime permanent, déterminée au moyen de la fonction : \ Pa2c + Qâc Ia - 31i où 5 représente la tension du réseau d'alimentation électrique 10 alternatif en régime permanent. 8. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel les variables intermédiaires comportent une variable de déphasage t9 entre le vecteur de la tension du réseau d'alimentation 15 électrique alternatif et le vecteur du courant circulant vers le réseau d'alimentation électrique alternatif. 9. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, dans lequel les variables intermédiaires comportent une variable angulaire 20 intermédiaire 6, représentant le déphasage entre le vecteur de la tension du réseau d'alimentation électrique alternatif en régime permanent et le vecteur d'une tension interne alternative équivalente synthétisée par le convertisseur en régime permanent, 6 étant déterminée au moyen de la fonction : 25 6 = tan-1- XegPac ReqQac RegPac XeqQac + 352 3053854 où 5 est la tension du réseau d'alimentation électrique alternatif en régime permanent, Reg est la résistance équivalente dans un demi-bras et Xeq est la réactance équivalente dans un demi-bras. 5 10.Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, dans lequel les variables intermédiaires comportent une variable de tension interne alternative équivalente v,' synthétisée par le convertisseur en régime permanent, au moyen de la fonction : ciPac + XeqQac + 5)2 + (Xec/Pac ReqQac)2 31/ 31/ g g où 5 représente la tension du réseau d'alimentation électrique alternatif en régime permanent, Reg est la résistance équivalente dans un demi-bras et Xeg est la réactance équivalente dans un demi-bras. 15 11 Convertisseur selon les revendications 5 à 10, dans lequel le module de contrôle est configuré pour déterminer la composante oscillatoire de l'énergie interne V144(t) stockée dans les condensateurs d'un demi-bras supérieur du convertisseur au moyen 20 de la fonction : VDdi f f 17-v Vdi f f Wft(t) w" sin(cot + + ' 2w sin(cot + 0) 4w sin(2wt + 6 + 0) où w est la pulsation. 12.Convertisseur selon la revendication 11, dans lequel le module de contrôle est configuré pour déterminer la limite inférieure Wtminu 25 de l'énergie interne stockée dans les condensateurs des sous- V'= 10 3053854 36 5 modules d'un demi-bras supérieur du convertisseur, au moyen de la fonction: Ct2o t ( vdiff - f- Wtminu = v 2V,, COS(Wtm + 6))2 - VVrf(tm) où Ctat est la somme des capacités des condensateurs dans le demi-bras supérieur et où tm est un instant déterminé pour lequel l'énergie interne dans le demi-bras supérieur atteint la limite inférieure Wtminu et cet instant est obtenu par la formule: 1 (0 Idi B t ) 2kirÎÎ tm =-rc -sin-1( /î î) tan-(-) + o \i+B avec : /, At = -ViwCtotg, cos 6 + sin 0 -V2 / Bt = V7wCtotVv sin '5 -`#.- cos 0 V2 13.Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12, 10 dans lequel le module de contrôle est configuré pour déterminer la limite supérieure Wtm axu de l'énergie interne stockée dans les condensateurs des sous-modules d'un demi-bras supérieur du convertisseur selon la fonction: Wtmaxu = Ctot 2 (Ni/smMax) 2 - Wrft (tr) où Ctat est la somme des capacités des condensateurs dans le 15 demi-bras, VsmMax est la tension maximale tolérable d'un sous- module, N est le nombre de sous-modules dans le demi-bras et où tr est un instant déterminé pour lequel l'énergie interne dans le demi-bras atteint la limite supérieure W tmaxu et cet instant est obtenu par la formule : 1 cos'(- 2/dif 2 lor tr = - ( -- 1 1) 61) + (,) CO g 20 305 3 8 5 4 37 14.Convertisseur selon les revendications 2 et 3, dans lequel le module de contrôle comporte un module de détermination (14) de ladite limite inférieure et de ladite limite supérieure de l'énergie interne stockée dans les condensateurs des sous-modules d'un demi-bras 5 supérieur ou inférieur en fonction de ladite valeur de tension y9 mesurée sur le réseau d'alimentation électrique alternatif, de ladite valeur de tension Vd, mesurée sur le réseau d'alimentation électrique continu, de ladite consigne de puissance alternative active P>dc, de ladite consigne de puissance alternative réactive Qa*c et de 10 ladite consigne de puissance continue P. 15.Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel le module de contrôle comporte un module de correction (16) d'une consigne d'énergie interne en fonction de 15 ladite limite supérieure et de ladite limite inférieure, fournies par le module de contrôle. 16.Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel le module de contrôle comporte un régulateur (18) de 20 l'énergie interne du convertisseur ayant en entrée une consigne d'énergie interne du convertisseur et délivrant une consigne de puissance pour les condensateurs dudit convertisseur. 17.Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, 25 dans lequel le module de contrôle comporte un régulateur (20) de la puissance aux points de connexion du convertisseur avec le réseau AC ayant en entrée une consigne de puissance active alternative Pjc et une consigne de puissance réactive alternative Qa*c et délivrant une consigne de courant alternatif i g* d et une consigne de courant 30 alternatif ig*q. 18.Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, dans lequel le module de contrôle comporte un régulateur (24) de la 3053 854 38 puissance aux points de connexion du convertisseur avec le réseau DC ayant en entrée une consigne de puissance continue Pd, et délivrant une consigne de courant différentiel idiff. 5 19.Convertisseur selon l'une quelconque des revendication 1 à 18, dans lequel le module de contrôle comporte un régulateur (22) du courant alternatif i9 du réseau d'alimentation électrique alternatif ayant en entrée une consigne de courant alternatif i9d et une consigne de courant alternatif Lgc associées au courant alternatif i9 10 et fournissant en sortie une consigne de tension interne alternative équivalente v;;. 20.Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, dans lequel le module de contrôle comporte un régulateur (26) du 15 courant différentiel idiff ayant en entrée une consigne de courant différentiel idiff associée au courant différentiel idiff et fournissant en sortie une consigne de tension différentielle vdiff. 21. Procédé de contrôle d'un convertisseur de tension modulaire multi- 20 niveaux (10), le convertisseur permettant de convertir une tension alternative en une tension continue et inversement, et comportant une partie dite continue destinée à être reliée à un réseau d'alimentation électrique continu et une partie dite alternative destinée à être reliée à un réseau d'alimentation électrique 25 alternatif, le convertisseur comportant une pluralité de bras, chaque bras comportant un demi-bras supérieur et un demi-bras inférieur, chaque demi-bras comprenant une pluralité de sous-modules commandables individuellement par un organe de commande propre à chaque sous-module et chaque sous-module comprenant 30 un condensateur connectable en série dans le demi-bras lorsque l'organe de commande est dans un état commandé, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de régulation de l'énergie interne stockée dans les condensateurs des sous-modules d'un 3053854 39 demi-bras supérieur ou inférieur du convertisseur dans laquelle on limite ladite énergie interne en-dessous d'une limite supérieure et/ou au-dessus d'une limite inférieure, en utilisant des paramètres mesurés sur le réseau d'alimentation électrique continu et sur le 5 réseau d'alimentation électrique alternatif, ainsi que des consignes de puissance de fonctionnement du convertisseur. 10 15 20 25 30