Brevet FR3095909A1 — publié le 20201113

Description Titre de l'invention : convertisseur de tension multi niveaux à stockage d'énergie additionnel [0001] L'invention concerne les réseaux haute tension à courant continu, interconnectés avec des réseaux haute tension à courants alternatifs, et en particulier des convertisseurs de tension multi niveaux présentant une fonction de capacité de stockage d'énergie additionnelle. [0002] Les structures à convertisseur de tension muni niveaux sont basées sur la mise en série de sous-modules incluant chacun une cellule de stockage. De telles structures s'avèrent correctement adaptées pour le transport de puissance entre un réseau continu et un réseau alternatif. [0003] Afin de répondre à des demandes croissantes de services systèmes soumises par des opérateurs réseau, dc tels convertisseurs proposent des solutions intégrant une capacité de stockage d'énergie additionnelle pour renforcer la sécurité des installations électriques en permettant de répondre à une surcharge ou absorber un excès de puissance temporaire côté continu ou côté alternatif [0004] Le document EP2502340 décrit notamment un dispositif dc stockage d'énergie sup- plémentaire pour convertisseur modulaire multi-niveaux, connecté aux bornes de l'élément capacitif d'un sous-module du convertisseur. Le dispositif de stockage d'énergie supplémentaire inclut un convertisseur dc type DC-DC bidirectionnel et une batterie rechargeable. Le convertisseur DC-DC présente une interface connectée aux bornes de l'élément capacitif du sous-module, et une autre interface connectée aux bornes de sa batterie. [0005] De telles solutions peuvent être confrontées à des limites de leur réponse dynamique. Par ailleurs, la fourniture de cette fonctionnalité supplémentaire peut induire un surcoût non négligeable, qui limite fortement la diffusion de telles solutions. [0006] L'invention vise à résoudre un ou plusieurs dc ces inconvénients. L'invention porte ainsi sur un convertisseur de tension multi-nivcaux, configure pour convertir une tension continue en une tension alternative, comportant : [0007] -une interface continu comportant des premier et deuxième pôles, et une interface al- ternatif ; [0008] -au moins un bras, comportant un demi-bras supérieur connecté entre le premier pôle et un noeud intermédiaire, et comportant un demi-bras inférieur connecté entre le deuxième pôle et le noeud intermédiaire, chaque demi-bras incluant plusieurs sous-modules connectés en série, les sous-modules comportant chacun un élément capacitif de stockage d'énergie et un circuit pour contourner sélectivement l'élément capacitif 2 ou le connecter en série avec les autres sous-modules du demi-bras ; [0009] - au moins un sous-module est un sous-module amélioré incluant plusieurs dispositifs d'échange d'énergie électrique, comprenant chacun : [0010] -un dispositif de stockage d'énergie électrique ; [0011] -un convertisseur continu/continu présentant une première interface, et présentant une deuxième interface connectée aux bornes du dispositif de stockage d'énergie électrique, le convertisseur continu/continu comprenant en outre un circuit de commutation configure pour commander sélectivement une décharge ou une recharge du dispositif de stockage d'énergie électrique par l'intermédiaire de la première interface, le circuit de commutation incluant des commutateurs ayant une fréquence de commutation supérieure à 10kHz ; [0012] -les premières interfaces des convertisseurs continu/continu étant connectées en série entre les bornes de l'élément capacitif du sous-module. [0013] L'invention porte également sur les variantes suivantes. L'homme du métier comprendra que chacune des caractéristiques des variantes suivantes peut être combinée indépendamment aux caractéristiques ci-dessus, sans pour autant constituer une généralisation intermédiaire. [0014] Selon une variante, ledit circuit de commutation inclut des commutateurs de type transistor MOSFET et/ou de type transistor en matériau semi-conducteur présentant une bande interdite au moins égale à 2eV. [0015] Selon une autre variante, ledit circuit de commutation inclut : [0016] -soit des commutateurs de type transistor MOSFET et dans lequel le sous-module amélioré inclut au moins trois (lesdits dispositifs d'échange d'énergie électrique ; [0017] -soit des commutateurs de type transistor en matériau semi-conducteur présentant une bande interdite au moins égale à 2eV inclut au moins deux desdits dispositifs d'échange d'énergie électrique. [0018] Selon encore une variante, chacun desdits sous-modules est un sous-module amélioré. [0019] Selon encore une autre variante, le convertisseur présente une tension continue nominale Unom, chaque demi-bras incluant un nombre nm de sous-modules connectés en série, avec Unom/nm REVENDICATIONSConvertisseur de tension mufti-niveaux (2), configure pour convertir une tension continue en une tension alternative, comportant : -une interface continu comportant des premier et deuxième pôles (201, 202), et une interface alternatif (203, 204, 205) ; -au moins un bras, comportant un demi-bras supérieur (253) connecté entre le premier pôle (201) et un noeud intermédiaire (243), et comportant un demi-bras inférieur (257) connecté entre le deuxième pôle (202) et le noeud intermédiaire (243), chaque demi-bras incluant plusieurs sous-modules connectés en série (51, 52, 53), les sous-modules (5) comportant chacun un élément capacitif (6) de stockage d'énergie et un circuit (4) pour contourner sélectivement l'élément capacitif ou le connecter en série avec les autres sous-modules du demi-bras ; -caractérisé en ce qu'au moins un sous-module (5) est un sous-module amélioré incluant plusieurs dispositifs d'échange d'énergie électrique (7), comprenant chacun : -un dispositif de stockage d'énergie électrique (81) ; -un convertisseur continu/continu (71) présentant une première interface (711, 712), et présentant une deuxième interface (713, 714) connectée aux bornes du dispositif de stockage d'énergie électrique (81), le convertisseur continu/continu comprenant en outre un circuit de commutation (721, 722) configure pour commander sélectivement une décharge ou une recharge du dispositif de stockage d'énergie électrique (81) par l'intermédiaire de la première interface, le circuit de commutation (721, 722) incluant des commutateurs ayant une fréquence de commutation supérieure à 10kHz ; -les premières interfaces (711, 712) des convertisseurs continu/continu (7) étant connectées en série entre les bornes de l'élément capacitif du sous-module. Convertisseur de tension multi-niveaux (2) selon la revendication 1, dans lequel ledit circuit de commutation inclut des commutateurs de type transistor MOSFET et/ou de type transistor en matériau semiconducteur présentant une bande interdite au moins égale à 2eV. Convertisseur de tension multi-niveaux (2) selon la revendication 2, dans lequel ledit circuit de commutation inclut : -soit des commutateurs de type transistor MOSFET et dans lequel le 10 [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] sous-module amélioré (5) inclut au moins trois desdits dispositifs d'échange d'énergie électrique (7) ; -soit des commutateurs de type transistor en matériau semi-conducteur présentant une bande interdite au moins égale à 2cV inclut au moins deux desdits dispositifs d'échange d'énergie électrique (7). Convertisseur de tension multi-niveaux (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chacun desdits sous-modules est un sous-module amélioré. Convertisseur de tension multi-niveaux (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, présentant une tension continue nominale Unom, chaque demi-bras incluant un nombre nm de sous-modules connectés en série, avec Unom/nm