Evaluation of DC supply protection for efficient energy delivery in low voltage applications

Actuellement, il y a une baisse du prix des ressources energetiques distribuees, en particulier l'energie solaire photovoltaique, conduisant a la croissance significative de leur capacite d'installation dans de nombreux pays. D'autre part, les politiques encourageant l'efficacite energetique ont favorise le developpement de charges DC dans les zones domestiques, telles que l'eclairage LED, les ordinateurs,, les telephones, les televiseurs, les moteurs DC efficaces et les vehicules electriques. Grace a ce changement, le systeme de distribution de microgrid DC devient plus attractive que le systeme de distribution a courant alternatif traditionnel. Les avantages principaux du microgrid DC sont l'efficacite energetique plus elevee, plus facile a integrer avec les sources d'energie distribuees et le systeme de stockage. Alors que de nombreuses recherches se concentrent sur les strategies de controle et la gestion de l'energie dans le microgrid DC, sa protection recoit une attention insuffisante et un manque de reglementation et d'experiences. La protection dans les reseaux DC est plus difficile que dans le reseau AC en raison de l'arc continu, de la valeur plus elevee du courant de courtcircuit et du taux de defaut de montee. En outre, dans les reseaux distribues a courant continu sont composes de nombreux dispositifs de commutation electroniques et semi-conducteurs, qui ne supportent le courant de defaut que quelques dizaines de microsecondes. Les disjoncteurs mecaniques, qui ont un temps de reponse de quelques dizaines de millisecondes, ne semblent pas satisfaire aux exigences de securite du microreseau a courant continu. L'absence d'un dispositif de protection efficace constitue un obstacle au developpement du microgrid DC dans le systeme distribue. Cette these propose un disjoncteur DC auto-alimente a courant continu utilisant normalement JFET SiC, qui offre un excellent dispositif de protection pour les microgrids DC grâce a son temps de reponse rapide et ses faibles pertes a l'etat passant. La conception du disjoncteur DC a semi-conducteurs vise a repondre a deux objectifs: temps de reponse rapide et fiabilite. Les specifications concues et les energies critiques qui entrainent la destruction du disjoncteur sont identifiees sur la base des resultats mesures d'un JFET populaire dans le commerce. Un pilote de protection tres rapide et fiable base sur une topologie a convertisseur flyback avant est utilise pour generer une tension negative suffisante pour tourner et maintenir le JFET SiC. Le convertisseur sera active chaque fois que le disjoncteur detecte des defauts de court-circuit en detectant la tension de drain-source de JFET et cree une tension negative s'applique a la porte de JFET. Pour eviter une defaillance de la porte par surtension au niveau de la grille du JFET, la tension de sortie du convertisseur de retour vers l'avant est regulee a l'aide de la mesure cote primaire. Les resultats experimentaux sur le prototype du disjoncteur DC ont valide les principes de fonctionnement proposes et ont confirme que le disjoncteur DC a semi-conducteurs propose peut interrompre le defaut en 3 μs. D'un autre cote, un modele du JFET normalement active dans l'environnement Matlab/Simulink est construit pour etudier les comportements du SSCB pendant une duree de court-circuit. L'accord entre la simulation et les resultats experimentaux confirment que ce modele JFET peut etre utilise pour simuler le fonctionnement d'un disjoncteur DC et dans l'etude du fonctionnement du microgrid DC pendant le processus de defaut et de compensation