Bilan des topologies à tolérance de pannes

Dans cette partie de chapitre, nous avons présenté une synthèse et un état de l’art des structures multiniveaux à tolérance de pannes, publiées dans la littérature scientifique. La Table III. 3 fait un bilan des structures étudiées en termes de composants additionnels et de types de défauts traités (CO ou CC).

115 Figure Topologie de base Référence bibliographique Type(s) de défaut traité Composants additionnels Figure III.4 NPC 22, 23, 24, 25 22,24, 25 : CO 23 : CC 3 triacs

Figure III.5 NPC 26 CO, CC 6 fusibles

Figure III.6 NPC 27 CO, CC

6 fusibles 6 thyristors

Figure III.7 NPC 27 CO, CC

6 fusibles 6 IGBT

Figure III.9 ^{NPC+1 bras}

FC ^{28,29 CO, CC 6 fusibles}

Figure III.10 ^{NPC+1 bras}

FC ^{28 CO, CC}

4 fusibles 2 IGBTs 4 diodes 3 triacs

Figure III.12 ^{NPC+1 bras}

résonant ^{30.31 CO, CC 7 contacteurs}

Figure III.13 ^{NPC+1 bras}

résonant ^{30 CO, CC}

7 contacteurs 6 IGBTs

Figure III.14 ^{NPC+1 bras}

résonant ^{30 CO, CC}

10 contacteurs 3 triacs 3 fusibles

Figure III.15 ^{NPC+1 bras}

résonant ^{32 CO, CC}

8 thyristors 4 fusibles

Figure III.16 ANPC 33 CO, CC

12 thyristors 6 fusibles

Figure III.18 ANPC 34 CO, CC

6 thyristors 6 fusibles

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2 diodes 1 contacteur

Figure III.20 T-type 36 CO, CC

8 IGBTs 8 Diodes 3 triacs

Figure III.21 T-type 37 CO

2 IGBTs 2 Diodes 2 triacs

Figure III.22 ANPC 38 CO, CC 1 bras redondant

Figure III.23 T-type 39 CO, CC 1 bras redondant

Table III. 3. : Bilan des structures à tolérance de pannes.

Comme nous pouvons le constater à la lecture de cette section 4, la reconfiguration de convertisseurs à tolérance de pannes est souvent étudiée sans qu'il ne soit proposé de méthode associée pour le diagnostic du défaut, quel que soit le type de défaut (CO ou CC). Une grande partie des articles recensés concerne la structure NPC alors que les structures ANPC et T-type (NPP) sont beaucoup moins étudiées, respectivement 4 et 3 publications les concernent. Un des principaux problèmes notés lors de cet état de l’art est l'utilisation de contacteurs (voir Table III. 3) qui engendre un temps de reconfiguration du convertisseur très long. Lors de nos travaux de recherche présentés à la section suivante, nous nous efforcerons d'éviter la mise en œuvre de contacteur et de privilégierons les composants de types IGBT, diode et triac pour la reconfiguration. Pour que la topologie puisse assurer la continuité de service, la technologie des composants utilisés est elle aussi très importante ; en effet, certains composants de plusieurs structures présentées dans cet état de l’art doivent impérativement garantir un court-circuit quel que soit le défaut (CO ou CC). Ceci est réalisé à l’aide de la technologie dite « Press Pack ». Lors de nos travaux de recherche, nous éviterons

d’utiliser cette technologie spécifique qui engendre des coûts supplémentaires élevés. Un autre point

important est le surdimensionnement préalable de certains composants de puissance pour garantir la continuité de service en mode nominal. En effet, pour certaines topologies et après reconfiguration, des switches sont soumis à la totalité de la tension du bus continu et doivent donc pouvoir supporter une tension doublée. Nous essayerons également d'éviter ce surdimensionnement lors de nos travaux.

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5. Conclusion

Ce chapitre a présenté un état de l'art sur la tolérance de pannes des convertisseurs de puissance multiniveaux. Différentes topologies de convertisseurs multiniveaux ont été discutées : Neutral Point Clamped (NPC), Active Neutral Point Clamped (ANPC) et Neutral Point Piloted (NPP) ou T-type. Ces convertisseurs sont très utilisés dans les applications industrielles.

La première partie de ce chapitre a été consacrée au diagnostic de défaut. Pour réaliser ce diagnostic, certaines méthodes de détection utilisent la tension alors que d'autres utilisent le courant. Si tous les algorithmes proposés peuvent détecter l’apparition d’un défaut au niveau d’un des interrupteurs du convertisseur, certains ne peuvent pas localiser exactement le composant en défaut ; dans ce cas, seul le bras en défaut ou bien encore un groupe d'interrupteurs est identifié. Néanmoins, cette information pourrait suffire à reconfigurer correctement le convertisseur. Comme nous avons pu le constater, les switches sont les éléments les plus critiques dans un convertisseur de puissance : il est donc légitime que toutes les publications s'intéressent principalement à leur défaillance. Néanmoins, on peut mentionner quelques travaux concernant la détection de la défaillance d’une diode, en dépit du fait que la continuité de service du convertisseur ne soit jamais abordée dans ce cas de défaut.

Dans la seconde partie, un état de l'art des structures à tolérance de pannes a été présenté, pour les mêmes topologies NPC, ANPC et T-type NPP que celle étudiées dans la partie précédente. Dans tous les cas, il s’agit de structures triphasées. Les structures proposées comportent toutes des composants additionnels, en nombre plus ou moins importants : fusibles, contacteurs, thyristors, triacs ou bras redondant (IGBT et diodes). Après reconfiguration, le convertisseur fonctionne soit en mode nominal, soit en mode dégradé.

Dans les deux derniers chapitres de ce mémoire, nous allons présenter nos travaux de recherche. Ils concernent la continuité de service d’un convertisseur monophasé à 5 niveaux, de structure T-type de type « Pont en H ». Ce convertisseur sera nommé HB-T-Type pour en simplifier l’écriture. Nous nous sommes intéressés à la continuité de service de ce montage lors de la défaillance en circuit-ouvert de l’un de ses switches. Nous exposerons successivement les résultats de nos travaux pour le diagnostic du défaut (détection puis localisation) et proposerons une topologie innovante à tolérance de pannes pour ce convertisseur. L’ensemble de notre étude sera validé par modélisation/simulation, puis expérimentalement.

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CHAPITRE IV : Continuité de service de