Modélisation et simulation d'une liaison HVDC de type VSC-MMC

Le transport d'énergie en courant continu à haute tension (CCHT ou HVDC) est aujourd'hui en pleine expansion dans le monde. Deux principaux facteurs sont à l'origine de cet engouement. Le premier est lié à la difficulté de construire de nouvelles lignes aériennes pour assurer le développement du réseau à haute tension qui fait que le recours à des câbles souterrains est de plus en plus fréquent. Or l'utilisation de ces câbles est limitée en longueur à quelques dizaines de km à cause du courant capacitif généré par le câble lui-même. Au-delà de cette longueur limite, la solution consiste généralement à transporter en courant continu. Le second facteur est lié au développement de l'éolien offshore qui nécessite de raccorder des puissances de plusieurs centaines de MW au réseau continental au moyen de câbles dont les longueurs peuvent atteindre quelques centaines de km et ce qui nécessite donc le transport en HVDC. De façon concrète, plusieurs projets de transmission HVDC ont été planifiés par le gestionnaire du réseau de transport français RTE. Le projet INELFE, par exemple, est une interconnexion HVDC entre la France et l'Espagne, pour la transmission de 2000 MW. Cette thèse est financée par RTE, dans le but de modéliser, simuler en temps réel et étudier les risques d'interaction entre ces liaisons HVDC. La particularité des ouvrages de transport en courant continu est de faire appel à un contrôle commande dédié qui va en grande partie déterminer le comportement dynamique de la liaison tant sur des grosses perturbations (défauts sur le réseau) qu'en régime de petites variations. Il existe différentes topologies VSC (Voltage Source Converter), comme les convertisseurs à deux niveaux, les convertisseurs multi-niveaux avec des diodes et les convertisseurs multiniveaux avec des condensateurs flottants. Toutefois, en raison de la complexité des commandes et des limites pratiques, les installations de système HVDC-VSC ont été limitées à des convertisseurs à deux niveaux et à trois niveaux. Récemment, la mise au point de la technologie modulaire appelé MMC (Modular Multilevel Converter [Siemens]-[Alstom]) ou CTL (Cascaded Two Level topology [ABB]) en fonction des industriels, a permis de surmonter les limites des autres topologies multi-niveaux pour les applications HVDC. Cette topologie est constituée de plusieurs sous-modules connectés en séries. Chaque sous-module contient deux IGBTs avec leurs diodes antiparallèles et un condensateur qui sert comme accumulateur d'énergie.