Contributions to Modeling, Simulation, and Analysis of Three-Phase Dual Active Bridge Converters for Dc-Grid Integration

Le convertisseur cc-cc bidirectionnel isolé triphasé à deux ponts actifs (3p-DAB) est largement étudié pour son utilisation dans les réseaux à courant continu de nouvelle génération. Son intégration nécessite une modélisation précise de ses caractéristiques petit et grand signal. De plus, sa caractérisation précise en mode dégradé d'opération est un sujet important pour le développement de réseaux fiables et résilients. L'application de stratégies de modélisation bien connues au convertisseur 3p-DAB, tant en fonctionnement normal que dégradé, n'est pas triviale du fait de sa structure cc-ca-cc, des différentes connexions possibles de transformateurs triphasés et du nombre plus élevé d'interrupteurs par rapport à d'autres topologies connues. L'absence de modèles petits signaux précis ainsi que de modèles grands signaux numériquement efficace du 3p-DAB est la principale motivation des développements présentés dans cette thèse. Trois contributions principales se dégagent de ce travail. Cette thèse contribue d'abord à l'identification des limites de l'approche conventionnelle de moyennage en espace d'état (SSA) pour la détermination des impédances d'entrée ZD et ZN du convertisseur 3p-DAB. Ces deux fonctions de transfert sont nécessaires à l'application du théorème d'éléments supplémentaires (EET) de Middlebrook qui est largement utilisé par les concepteurs en électronique de puissance pour prévenir la dégradation des performances dynamiques ainsi que les conditions d'instabilité lors de l'ajout d'un filtre d'entrée. La détermination précise de ZD et ZN est également importante pour déduire les caractéristiques petit signal en boucle fermée du convertisseur à partir de son modèle en boucle ouverte. Bien qu'il soit démontré que l'approche généralisée de moyennage en espace d'état (GSSA) peut être utilisée pour surmonter les limites de la méthode SSA pour l'évaluation de ZD, un nouveau modèle hybride combinant SSA et GSSA est proposé pour le calcul de ZN. La deuxième contribution de cette thèse est le développement d'un modèle moyenné généralisé (GAM) précis et efficace permettant la simulation de réseaux utilisant des convertisseurs 3p-DAB dans des logiciels d'analyses de transitoires électromagnétiques.