Multicellular converter

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  • 7/25/2019 Multicellular converter

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    Introduction

    Analyse dobservabilit

    Utilisation des RdP pour la commande duCMP Conclusion

    Converitisseur multicellulaire parallle :

    une approche hybride

    Bilal Aghar 1,2 Moumen Darcherif 1,2Jean-Pierre Barbot2,3

    1EPMI, Cergy2ECS-Lab, ENSEA, Cergy

    3EPI Non-A, INRIA , France

    Journe du groupe CSE GDR MACS-SEEDS , 27/01/2011

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    Introduction

    Analyse dobservabilit

    Utilisation des RdP pour la commande duCMP Conclusion

    Outline

    1 Introduction

    Principales topologies de la conversion multiniveauxConvertisseur Multicellulaire Parallle (CMP)Problmatique

    2 Analyse dobservabilit

    Modlisation du CMPApproche hybride

    3 Utilisation des RdP pour la commande duCMPAnalyse Fonctionnelle duCMPCommande par rseaux de Petri

    4 Conclusion

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    Introduction

    Analyse dobservabilit

    Utilisation des RdP pour la commande duCMP Conclusion

    Principales topologies de la conversion multiniveaux

    Convertisseur Clamp par le Neutre (NPC)

    NPC Converter

    Caractristiques

    Apparu au dbut des annes1980.

    La rpartition de la tensiondentre sur les interrupteurs ltat bloque est assure par lesdiodes connectes un point

    milieu(N).Le potentiel de point milieu(N)peut onduler avec une amplitudeimportante, voir diverger danscertains cas .

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    Introduction

    Analyse dobservabilit

    Utilisation des RdP pour la commande duCMP Conclusion

    Principales topologies de la conversion multiniveaux

    Convertisseur Multicellulaire Srie (FC)

    Onduleur multicellulaire srien cellules

    Caractristiques

    Apparu au dbut des annes1990brevetThierry

    A.Meynard et Henri Foch.Les tensions appliques aux cellules de commutation sontimposes par les sources de tension flottantes.

    La frquence apparente est proportionnelle au nombre de

    cellules de commutation et la frquence de dcoupage .4/37

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    Introduction

    Analyse dobservabilit

    Utilisation des RdP pour la commande duCMP Conclusion

    Principales topologies de la conversion multiniveaux

    Convertisseur Multicellulaire Superpos (SMC)

    Convertisseur Multicellulaire Superposn cellules

    Caractristiques

    Apparu au dbut des annes2000brevet Guillaume

    Gateau, Thierry A.Meynard et Henri Foch.Chaque tage du SMC peut tre considr comme un CMsrie et redondance plus importante.

    La frquence apparente est proportionnelle au nombre de

    cellules de commutation et la frquence de dcoupage .5/37

    I d i A l d b bili U ili i d RdP l d d CMP C l i

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    Introduction

    Analyse dobservabilit

    Utilisation des RdP pour la commande duCMP Conclusion

    Convertisseur Multicellulaire Parallle (CMP)

    Convertisseur Multicellulaire Parallle (CMP)

    CMPn cellules

    Caractristiques

    Apparu au dbut des annes1990.

    Le courant de sortie duconvertisseurisest gal nfoisle courant dentreie.

    Laugmentation de nombre decellule engendre undsquilibrage des courants dephase .

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    I t d ti A l d b bilit Utili ti d RdP l d d CMP C l i

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    Introduction

    Analyse dobservabilit

    Utilisation des RdP pour la commande duCMP Conclusion

    Convertisseur Multicellulaire Parallle (CMP)

    Convertisseur Multicellulaire Parallle (CMP)

    Les VRM

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    Introduction Analyse dobservabilit Utilisation des RdP pour la commande du CMP Conclusion

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    Introduction

    Analyse d observabilit

    Utilisation des RdP pour la commande duCMP Conclusion

    Problmatique

    Les VRM

    Dsquilibrage des courants de phases.

    Temps de rponse du systme.

    Ondulation du courant de sortie.

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    Introduction Analyse dobservabilit Utilisation des RdP pour la commande du CMP Conclusion

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    Introduction

    Analyse d observabilit

    Utilisation des RdP pour la commande duCMP Conclusion

    Modlisation du CMP

    Modle mathmatique.

    Le CMP parallle peut tre modlis par le systmedquations suivant :

    L di1dt =RL i1vC+s1 E...

    Ldipdt =RL ipvC+spE

    CdvCdt =i1+ +ip vC

    R

    (1)

    avecple nombre de phases,ik ,k=1,.., ple courant circulantdans lakme phase,vCla tension de sortie etsk lakmecommande tel que sa valeur est donne par la fonction suivante

    sk(t) = 1, S on0, S off

    (2)

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    Introduction

    Analyse d observabilit

    Utilisation des RdP pour la commande duCMP Conclusion

    Modlisation du CMP

    Considrant le cas convertisseur 3 cellules avec des valeursdes inductances de liaisonLet leurs rsistances associes RL

    identiques, le modle (1) peut tre reprsent sous la formedtat suivante:

    x=f(x, q, t) =Aqx+B(q)Ey=h(x, q, t) =C(q)x

    (3)

    Avecx=

    i1, i2, i3, vC

    T 4 les variables dtat continues ,q=

    s1, s2, s3

    T la commande discontinue . la matricedynamiqueAqet les matricesB(q), C(q)sont dfinis par:

    Aq=

    RLL 0 0

    1L

    0 RLL 0 1L0 0 RLL

    1L

    1C

    1C

    1C

    1RC

    ,B(q) = s1, s2, s3T and

    C(q) = s1 s2 s3 00 0 0 1

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    Introduction

    Analyse d observabilit

    Utilisation des RdP pour la commande duCMP Conclusion

    Approche hybride

    Z(TN)-observabilit.

    Cette approche utilise le fait que le convertisseur appartient une classe particulire des systmes commutations (HDS).Considrons la classe des systmes hybrides suivante:

    = fq(t, , u), qQ, n, u my = hq(t, , u)

    (4)

    Def 1 :Une trajectoire de temps hybride est une squencedintervalles de temps fini ou infiniTN={Ii}

    N10 et

    squences ordonne des valeurs de q associe telle que :1-Ii= [ti,0, ti,1[, pour tous 0iN12- Pour toutiN1ti,1 =ti+1,03-t0,0 =tiniettN1,1 =tend

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    Introduction Analyse dobservabilit Utilisation des RdP pour la commande du CMP Conclusion

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    Introduction

    Analyse d observabilit

    Utilisation des RdP pour la commande duCMP Conclusion

    Approche hybride

    Z(TN)-observabilit.

    Def 2 :La fonctionz=Z(t, , u)est Z(TN)-observable le longde la trajectoire de temps hybrideTNsi pour toute lestrajectoires .(t, i(t), ui(t)), i=1, 2 dfinie dans lintervalle detemps[tini, tend]dansU( ensemble des trajectroies hybrides du

    systme )le long de la trajectoire de temps hybride TNetTN.Supposons pour ,(t, 2(t), u2(t)), lgalit

    h(t, 1(t), u1(t)) =h(t, 2(t), u2(t)), a.e. [tini, tend]

    implique

    Z(t, 1(t), u1(t)) =Z(t, 2(t), u2(t)), a.e. [tini, tend]

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    Introduction Analyse dobservabilit Utilisation des RdP pour la commande duCMP Conclusion

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    t oduct o

    a yse d obse ab t

    Ut sat o des d pou a co a de du Co c us o

    Approche hybride

    Par la suitenz=dim(z)

    On dfinie une trajectoire linairePpar :

    P :

    z1...

    znz

    1 0 0 00 2 0 0 0 0 0 nz

    z1...

    znz

    oi,

    i=1, 2, , nz, est zero ou un. Le complment de Pestappel P.Proposition 1

    (1) pour tous 0 iN,PiZ(t, , u)est Z-observable dansUetlintervalle de tempst[ti,0, ti,1[;

    (2)Rank[PT0 ... PTN] =dim(Z) =nz;(3) dPiZ(t,(t),u(t))dt =0 pourt[ti,0, ti,1[et (t, (t), u(t))U.Alors le systme (4) estZ(TN)- observable dansUle long de latrajectoire de temps hybrideTNetTN.

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    Introduction Analyse dobservabilit Utilisation des RdP pour la commande duCMP Conclusion

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    y

    p

    Approche hybride

    Remarque 1Cette proposition est utilise pour tudier leconvertisseur multicellulaire srie. Maintenant, dans le butdtudier le cas du convertisseur multicellulaire parallleconsidrons le systme suivant:

    X = AqX+Bqu, qQ, X n, u m

    y = CqX (5)

    tel que , les matricesAq,BqetCqont des dimensions

    appropries .

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    Introduction Analyse dobservabilit Utilisation des RdP pour la commande duCMP Conclusion

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    y

    p

    Approche hybride

    Proposition 2Considrons le systme (5) et la trajectoire de

    temps hybrideTNetTN. SoitUest un ensemble ouvert etsupposonsZ(t, X(t), u(t))est gale X(t)et qui il existe unesquence de projectionsPi,i=0, 1, , Net une fonctiondfinie positiveV :nz +, tels que :

    (1) given any 0 iN,PiZ(t, , u)is Z-observable inUon the subintervalt[ti,0, ti,1[;

    (2)Rank[PT0 ... PTN] =dim(Z) =nz;

    (3)V(Z) =V(PiZ) +V(PiZ);

    (4) V(PiZ) = V(.)Z |PiZPiAiPiZ 0 PIZ=0pourt[ti,0, ti,1[et (t, X(t), u(t))U.

    Alors ,z=Z(t, X, u)est Z(TN)-observable le long de latrajectoire de temps hybrideTNetTN.

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    Introduction Analyse dobservabilit Utilisation des RdP pour la commande duCMP Conclusion

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    Approche hybride

    Application au convertisseur