Contributions à la modélisation et à la validation des modèles de liaisons HVDC de Type VSC-MMC dans les outils de simulation temps réel

Le développement des réseaux de transport d'électricité est actuellement en pleine mutation. La transition énergétique en cours depuis plusieurs années, se concrétise par la fermeture de nombreuses centrales de production au charbon ou au fioul, l'installation massive de centres de production éolien et photovoltaïque et enfin une stagnation, voire une diminution de la consommation d'électricité. Cette transition impacte tous les pays d'Europe si bien que les interconnexions sont de plus en plus soumises aux variations des productions renouvelables. Cette évolution de la consommation et de la production impose l'installation de systèmes de contrôle des flux de puissance plus sophistiqués que ceux utilisés jusqu'à maintenant. On parle donc de plus en plus d'équipement à base d'électronique de puissance : liaisons à courant continu à haute tension (CCHT ou HVDC) et compensateur statique de puissance réactive. Les liaisons HVDC permettent en plus de répondre à la demande sociétale d'enfouir les ouvrages de transport d'électricité. Les réseaux de transport voient donc de plus en plus d'intégration de liaisons HVDC point à point. Le plan de développement du réseau européen ENTSO-E prévoit ainsi plus de 20 000 km de liaisons HVDC en 10 ans. Avec ce développement dans des zones relativement limitées (réseaux nationaux autour de la mer du Nord par exemple : Royaume Uni, France, Belgique, Pay-Bas, Danemark, Allemagne), la notion de réseaux à courant continu commence à se poser. Plusieurs projets de ce type de réseaux sont actuellement en cours d'étude de manière très avancée en Europe. En Chine deux réseaux HVDC sont désormais en exploitation. Depuis maintenant plus de 20 ans, des liaisons VSC (Voltage Source Converter) à base de composants IGBT (Insulated Fate Bipolar Transistor) ou GTO (Gate Turn Off Thyristor) ont commencé à être installées. Elles étaient initialement synonymes d'onduleur autonome à modulation de largeurs d'impulsions et les commutations étaient réalisées à des fréquences de quelques centaines de Hz (voire quelques kHz pour les IGBT). La difficulté d'assembler des centaines de GTO/IGBT et de diodes en série pour former des valves à très haute tension (plus de 100 kV) et/ou le besoin de maîtriser les pertes par commutation dissipées dans ses convertisseurs ont conduit les constructeurs à privilégier des structures modulaires où de nombreux modules sont connectés en cascade. Les convertisseurs à multi-niveaux (MMC - Modular Multilevel Converter) vont de quelques dizaines de niveaux à plusieurs centaines en fonction de la technologie et du niveau de tension.