Power quality in DC supplied grids : application to lighting networks
Qualité de l'énergie dans les alimentations électriques : applications dans les réseaux d'éclairage
Résumé
This dissertation thesis is concerned with temporal fluctuations of the luminous flux of LED lamps, a phenomenon referred to as flicker. Flicker is usually regarded as a disturbance due to its negative impact on human health. For lighting systems based on light emitting diodes (LED), its definition has recently been formalised in norm IEEE 1789-2015 and has been documented on devices supplied with AC voltage. AC flicker results from interactions between network impedance, voltage and current harmonics, and the AC to DC converter. DC supplies are generally obtained by switching converters. Consequently, the same perturbing factors are present on DC networks. The thesis summarises the differences between the characteristic properties of flicker under AC and DC supplies. It has been shown in the literature and also in this thesis that the key factor affecting flicker with LEDs is the design of the LED driver-a necessary part of the LED lighting systems. This thesis describes a methodology for the evaluation of the flicker sensitivity of DC supplied LED lamps and analyses how the sensitivity changes when the LED drivers are simplified and accustomed to DC supply. The thesis presents a set of measurement experiments aimed to determine the typical flicker response of LED lamps both under AC and DC supply. Further experiments were performed to reveal the impact of accustomising the driver to the DC supply (removing the diode rectifier). It was found that some lamps show better flicker immunity while other lamps show worse flicker immunity. These experiments are accompanied by LED driver simulations aiming to reproduce and explain the measurement results. The thesis further describes a measurement experiment aimed to show the typical severity of the voltage fluctuation in a low voltage DC network coupled to AC mains and its impact on the flicker. It is concluded that such a system is robust enough to filter out any perturbations coming from the AC supply, but an undesired interaction between the lamp and the supply may occur.
Cette thèse de doctorat porte sur les fluctuations temporelles du flux lumineux des lampes LED, ce phénomène portant le nom de papilottement (flicker). Le papillotement est habituellement considéré comme une perturbation en raison de son impact négatif sur la santé. Pour les systèmes d'éclairage à base de diodes électroluminescentes (LED), sa définition vient d'être formalisée dans la norme IEEE 1789:2015 et a été décrite pour les appareils alimentés en courant alternatif (CA). Ce papillotement alternatif résulte des interactions entre l'impédance du réseau, l'onde de tension, les courants harmoniques et le convertisseur de courant alternatif en courant continu (CA - CC). L'alimentation en courant continu est généralement obtenue via des convertisseurs à découpage. Par conséquent, les mêmes facteurs perturbateurs sont également présents sur les réseaux à courant continu. Cette thèse résume les diférences entre les propriétés caractéristiques du papillotement sous alimentation en CA et en CC. Il a été montré dans la littérature et aussi dans cette thèse qu'avec les LED, le facteur clé qui affecte le papillotement réside dans la conception du driver de LED - une partie indispensable des systèmes d'éclairage à LED. Cette thèse décrit une méthodologie d'évaluation de la sensibilité au papillotement des lampes LED sous alimentation en CC et analyse la façon dont cette sensibilité se modifie lorsque les drivers de LED sont simplifiés et adaptés à des alimentations CC. La thèse présente un ensemble d'expériences de mesure visant à déterminer la réaction typique du papillotement des lampes LED à la fois sous alimentation CA et CC. D'autres expériences ont été efectuées pour révéler l'impact de l'adaptation du driver à l'alimentation CC (en enlevant le pont redresseur à diodes). On constate que certaines lampes présentent une meilleure résistance au papillotement, tandis que d'autres lampes présentent une moindre résistance. Ces expériences sont accompagnées de simulations de drivers pour les lampes LED visant à reproduire et à expliquer les résultats des mesures. La thèse décrit en outre une expérience de mesure visant à montrer la sévérité typique de la variation de tension dans un réseau CC à basse tension couplé au CA domestique et son impact sur le papillotement. On conclut qu'un tel système est suisamment robuste pour filtrer les perturbations provenant du CA, mais une interaction indésirable entre la lampe et l'alimentation peut se produire.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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