Accelerating Electromagnetic Transient Simulations of Large-Scale Multiterminal High Voltage Direct Current Systems

L'intégration croissante des sources d'énergie renouvelable, ainsi que le développement rapide des systèmes de transport d’électricité en courant continu haute tension (HVDC) et des réseaux multiterminaux en courant continu (MTDC), ont introduit une complexité importante tant sur le plan de la modélisation que sur celui du calcul dans l’analyse des réseaux électriques. La simulation de ces systèmes à grande échelle, à l’aide d’outils de simulation des transitoires électromagnétiques (EMT), est essentielle pour garantir un fonctionnement fiable, la validation des systèmes de contrôle et une intégration sécurisée au réseau. Toutefois, les plateformes EMT traditionnelles peinent à gérer efficacement l’augmentation de la taille des systèmes, la présence de nombreux composants non linéaires et les exigences de modélisation détaillée des convertisseurs. De plus, le processus d’initialisation à l’état stationnaire demeure un goulot d’étranglement majeur : il est souvent fastidieux, numériquement instable et coûteux en ressources de calcul, en particulier pour les systèmes intégrant des systèmes de contrôle complexes ou des composants de type boîte noire. Pour répondre à ces limitations, cette thèse propose des techniques de simulation avancées, spécialement conçues pour accélérer les simulations EMT et améliorer le processus d’initialisation dans les réseaux MTDC à grande échelle. Tout d’abord, avant d’aborder l’initialisation EMT, une nouvelle méthode hybride de calcul de flux de puissance AC–DC est proposée. Cette méthode est adaptée à des modèles de simulation MTDC complexes, prenant en charge une diversité de stratégies de commande des convertisseurs et dépassant les limitations des approches classiques. Elle offre également une grande flexibilité, ce qui lui permet de s'adapter aux nouveaux modèles de systèmes de contrôle sans modifier l'algorithme. Sur cette base, une méthodologie d’initialisation unifiée, appelée méthode de l’Interface de Découplage (DI), est développée pour rationaliser l’initialisation EMT. En exploitant les résultats du calcul de flux de puissance pour initialiser les systèmes de contrôle sans nécessiter d’accès interne, la méthode DI permet une convergence rapide et une transition stable vers la simulation temporelle. Les évaluations sur bancs d’essai confirment sa supériorité par rapport aux méthodes d’initialisation existantes. De plus, cette méthode est étendue avec succès aux environnements de simulation en temps réel, où elle permet une convergence accélérée, réduit les transitoires liés à l’initialisation et protège les composants sensibles lors des tests Hardware-in-the-Loop (HIL).