Decentralized and Modular Control of MMC Converters Integrated in the Core of Gate-Drivers
Commande décentralisée et modulaire des convertisseurs MMC intégrée au coeur des gate-drivers
Résumé
Power electronics is one of the technological fields that has experienced the most innovation over the past 40 years. The major advances made in semiconductor technologies have notably enabled the rapid development of power converters. The usual "2-level" topologies face limitations in some high-power and high-voltage applications. Multilevel converters, and more particularly the MMC converter, have been introduced in order to overcome these limits. This work proposes a study of the gate-driver structure of MMC converters. The modularity of the converter is however limited by this structure, due to the high voltages existing across the galvanic isolations. A new gate-driver structure is introduced, in gate-drivers are chained. It is perfectly modular, and allows the integration of smart gate-drivers in MMCs. Some smart gate-drivers boards are capable of executing more or less complex algorithms. A voltage balancing algorithm of the MMC arm sub-module capacitors is proposed. It is directly integrated and executed by the gate-driver chain, and does not require any additional hardware. Flexible modulation methods compatible with the proposed algorithm are also introduced. The algorithm and the proposed modulations are first simulated for their validation. A chain of gate-drivers has also been implemented for this purpose.
L’électronique de puissance est un des domaines technologiques ayant connu le plus d’innovation durant les 40 dernières années. Les avancées majeures effectuées dans les technologies de semi-conducteurs ont notamment permis le développement rapide des convertisseurs de puissance. Les topologies usuelles « 2-niveaux » font face à des limites dans certaines applications fortes puissances et haute tension. Les convertisseurs multiniveaux, et plus particulièrement le convertisseur MMC, ont été introduit dans le but d’outrepasser ces limites. Ces travaux prop- osent une étude de la structure driver des convertisseurs MMC. La modularité du convertisseur est cependant limitée par cette structure en raisons des tensions importantes aux bornes des isolations galvaniques. Une nou- velle structure driver est introduite, dans laquelle les drivers sont chainés. Elle est parfaitement modulaire, et permet l’intégration de smart gate drivers dans les MMC. Certains smart gate-drivers sont capables d’executer des algorithmes plus ou moins complexes. Un algorithme d’équilibrage des tensions aux bornes des condensateurs de sous module de bras MMC est proposé. Il est directement intégré et éxécuté par la chaine de gate-driver, et ne nécessite pas de composants sup- plémentaire. Des méthodes de modulations flexibles et compatibles avec l’algorithme proposé sont également introduites. L’algorithme et les modulations proposées sont simulées dans un premier temps pour leur validation. Une chaine de gate-drivers a également été mise en oeuvre a cet effet.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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